河流生态修复技术和实践_孙东亚

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水利水电技术　第37卷　2006年第12期

河流生态修复技术和实践

孙东亚,董哲仁,许明华,朱晨东,赵进勇

1

1

2

3

1

(1.中国水利水电科学研究院,北京　100038;2.浙江省海宁市水利局,浙江海宁　314400;

3.北京市水务局,北京　100038)

　河流生态修复的理念逐渐被人们所认知,一些符合生态修复理念的规划设计方法在工程建

设中被逐步采用。在水利部科技创新项目和地方政府的支持下,一些河流生态修复示范工程取得了很好的建设效果并发挥了良好的示范效应。文中结合几个案例,介绍近几年在河流生态修复技术和实践方面所取得的部分进展。

　河流;生态修复;栖息地;河道整治

中图分类号:X171.1　　　　文献标识码:B　　　　文章编号:1000-0860(2006)12-0004-04

Riverecologicalrestoration:techniquesandpractices

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SUNDong-ya,DONGZhe-ren,XUMing-hua,ZHUChen-dong,ZHAOJin-yong

1

(1.ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing　100044,China;2.WaterConservancyBureauofHainingCounty,Zhejiang,Haining　314400,Zhejiang,China;

3.BeijingWaterAffairsBureau,Beijing　100038,China)

Abstract:TheconceptsofriverecologicalrestorationhavebeengraduallyacceptedinChinaalongwiththeapplicationofmanyplanninganddesignemethodscoincidedwiththeseconceptstosomeconstructionprojectsconcerned.UndertheauspicesoftheInnovationProgrammesoftheMinistryofWaterResourcesandthesupportsfromtherelevantlocalgovernmentalagencies,betterconstructionexperienceswithimportantmodellingeffectshavebeenachievedfromsomepilotprojectsofriverecologicalrestora-tion.Basedonthreeprojectcases,partoftheprogressesoftheriverecologicalrestorationtechniquesandpracticesinrecentyearsarebrieflyintroducedherein.

Keywords:river;ecologicalrestoration;habitat;riverregulation

1　引　言

20世纪70年代以来,一些发达国家的科技界和工程界针对水利工程对于河流生态系统产生的负面影响,提出了如何进行补偿的问题,在此基础上产生了河流生态修复的理论与工程实践。

我国的河流生态修复正处于起步阶段,在理论和实践方面也进行了有益的探索。按照生态水利工程学理论,河流生态修复的任务,一是水文条件的改善,二是河流地貌学特征的改善(董哲仁,2003,2004)。其目的是改善河流生态系统的结构与功能,标志是生物群落多样性的提高。一些地区结合河流整治和城市水利工程建设,即与防洪、排水、疏浚、供水、城市景观、水文化、人文历史等工程相结合,开展了河流生态修复示范工程建设。这类工程既具备特定的水利

功能,可以满足经济社会发展的需求,同时也兼顾河流生态系统健康和可持续性的需求,以实现水利功能与生态系统功能的统一。本文主要介绍我国近几年在河流生态修复技术和实践方面所取得的部分进展。

2　水库多目标生态调度

河流是生态系统物质流、能量流和信息流的载体,是一个连续的系统。自然河流的连续性不仅包括水文过程的连续性,还包括营养物质输移的连续性、生物群落的连续性和信息流的连续性。大坝工程对河流生　　　　　　　　　　

收稿日期:2006-06-19

基金项目:水利部科技创新项目“生态水工学关键技术研究”(SCX2004-01)

支持。

作者简介:孙东亚(1965—),男,高级工程师,博士。

aterResourcesandHydrEngineeringl.37No.12

孙东亚,等∥河流生态修复技术和实践

态系统的影响主要表现在顺水流方向的非连续化问题,即水文过程和营养物质输移的非连续化。大坝对于河流生态系统的影响包括两个方面:一是大坝与水库本身带来的负面影响;二是在大坝运行过程中对生态系统的胁迫。前者的影响主要造成大坝上下游河流地貌学特征的变化,后者的影响主要造成自然水文周期的人工化。

通过改善水库调度进行筑坝河流的生态修复是河流生态修复工作的一项重要内容。通过改进水库调度,可以避免和挽回大坝对自然环境的潜在危害,恢复河流已丧失的生态功能或保持自然径流模式。但改进后的调度不宜显著改变传统水利工程的功能,即减小原有的灌溉、发电和防洪效益。

目前,我国在水库多目标生态调度技术方面的研究仅处于初步阶段,有很多关键性课题需要结合具体水库工程深入开展研究,概括为如下几方面的内容:(1)水库下游维持河道基本功能的需水量确定方法;(2)模拟自然水文情势的水库泄流方式;(3)水库泥沙调控及水库富营养化控制技术;(4)大坝孔口的合理运用模式及克服温度分层影响的技术;(5)恢复增强水系连通性的调度方法;(6)应对水污染突发事故的水库应急调度预案;(7)水库多目标生态调度法规体系和协调机制。

面的设计要点:(1)保持河道自然平面形态。在辛江塘建设中,本着尊重历史、尊重自然的原则,基本保持现有河道平面形态。拆除阻水建筑物,以满足河道排涝泄洪过水和抗旱引水要求。河道宜弯则弯,宜宽则宽,并增设河滩和岸边湿地等。(2)采用多样性断面。在满足河道功能的前提下,尽可能保持辛江塘天然断面,在保持天然河道断面有困难时,按复式断面、梯形断面、矩形断面的顺序选择。辛江塘大部分河段可用天然河道断面,在通过主要集镇时采用梯形、矩形断面。(3)增加水域栖息地多样性。在治理规划中,保留了一些河边静水区和湿地,营造多样性水域栖息地环境,使之具有不同的水深、流场和流速,适于不同生物发育和生长需求,如图1所示。(4)采用植被进行岸坡侵蚀防护。通过引入植被,应用生态工程技术措施进行岸坡侵蚀防护是辛江塘河道整治的中心环节之一。河岸带植被虽对行洪具有一定影响,但它有很多其他功能,这些功能源自于河岸带生态系统内的环境过程,如正常发育的河岸带植被对河道岸坡有一定的加固作用,可以提供遮阴从而降低河流水温,在营养物质循环和水质改善方面也具有重大作用,为野生动物提供多种栖息地环境,并可以增加河道两岸的美学价值。(5)选择适宜的植物物种。河道植物的选择以辛江塘和邻近河道自然植被的植物种类为主体,如杉类、松类、竹类、桑、栾树、椿类等,它们经过了自然界适者生存、劣者消亡的过程,最能适应河道边生态环境、且病虫害较少。根据水位变动情况,进行植物分区。在河道常水位线以下种植水生植物,它的功能主要是净化水质和为水生动物提供食物和栖息场所。沉水植物、浮水植物、挺水植物按其生态习性混合种植和块状种植相结合。高杆、蔓延快的植物(如芦苇等)控制种植。在常水位至洪水位的区域下部以种植湿生植物为主,上部以中生但能短时间耐水淹植物为主。植物配置种植应群落化,物种间生态位互补,上下有层次,左右相连接。种植多年生草本、灌木和乔木树种(如水杉、垂柳、落羽杉、枫杨等)。洪水位线以上配有占总量50%～60%的常绿树种,以增加河道观赏性。

3.1.2　施工技术

草本植物通过种植种子进行培育,乔木则通过移植进行培育,灌木则通过栽种活枝条进行培育,如图2所示。

施工中,将活体枝条(长0.8～1.0m、直径10～25mm)置于填土土层之间或埋置于开挖沟渠内。从边坡的底部开始,依次向上进行施工。用上层开挖的土料对下层进行回填,依次进行。填土坡和开挖坡的

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3　河道整治工程

随着生态水利工程学和河流生态学理念逐步被人们认知和接受,在我国的一些河道工程规划中,强调自然河道平面形态的保护和修复,遵循宜弯则弯、宜宽则宽的原则。堤防工程建设要兼顾防洪和生态保护,正确处理土地利用和生态保护的关系,尽可能保留河漫滩区域。岸坡侵蚀防护采用生态工程技术,如植被护坡、具有良好反滤结构的抛石和空心混凝土块等。以下结合3个案例说明这些理念和技术的应用情况。3.1　浙江辛江塘河道整治工程

辛江塘河道位于浙江省海宁市,河道全长22.5km,是海宁市“六横九纵”河道网络框架中西引东泄的主干河道,亦是横贯东西的一条水上运输通道。辛江塘常水位时水面宽27.0m,河道总宽度42.5m。辛江塘河道为平原河网水系,平时水流流速较缓,且河道通航功能在逐渐消退。因此,辛江塘河道岸坡侵蚀的主要原因是水位变动区以上部分雨水冲刷引起表层土流失和水位变动区处波浪淘刷造成边坡坍塌。据初步统计,河道淤积中约60%为边坡崩塌,30%为表层土流失、10%为动植物腐烂物。3.1.1　工程规划设计

在辛江塘的河道治理规划设计中,遵循了5个方

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孙东亚,等∥河流生态修复技术和实践

改善功能。治理后,水华问题基本得到有效控制,水体悬浮物减少了约60%,水体透明度提高了20cm。生物多样性水平明显提高,过去很少出现的一些物种如蛙类、蜻蜓等经常出现,野兔、鸟类等活动频繁。

根据该工程地区其他河道的治理经验,传统景观河道工程(如砌石护岸工程)投资约为124万元/km,而按照生态修复理念建设的河道工程投资为81.21万元/km,大大节约了工程建设费用。

此外,通过对工程区其他历史治河成果的观察、分析及比较,只进行清淤河道的使用周期大约为10～20年。而清淤与利用生态工程技术进行岸坡防护相结合,能有效稳定河道形态,据初步分析,其生命周期约为35～40年,延长近一倍。同时,今后的治理工作重点是清淤,从而可以节约工程投资,使河道的治理走上一条良性循环之路。3.2　北京市北护城河

北护城河全长5.96km,起自海淀区新街口豁口暗沟出口,终点为东城区东直门闸,穿越海淀、西城、东城三个区。1981年因为修建环线地铁,曾进行改造,缩窄了宽度,加建了直立的混凝土岸墙。20多年来,两侧混凝土岸墙有局部倒塌、裂缝、侵蚀剥落、风化等现象发生。加之河中有污水排入,造成水质恶化。2005年8月开工前的情况如图4所示。

图1　保留静水区和岸边湿地

图2　活枝条栽植示意

施工程序有所不同,但其原则是一致的。梢料层安放层面应该稍微倾斜(水平角约10°～30°)。枝条以与岸线正交的形式安放,并使其顶端朝外,其后端应插入未扰动土20cm左右。在枝条上部进行回填,并适当压实。

为兼顾岸坡稳定和植物生长,土坡表层压实度应比常规堤防工程设计规范要求(压实度为95%)适当降低。借鉴美国陆军工程师团的经验,压实度按照80%～85%控制(WendiGoldsmith,etal.2001)。治理后工程照片如图3所示。

图4　开工前的工程现场情况

在北护城河的改造工程设计中,从生物多样性恢

复、自然景观、水文化和防洪等多目标出发,在规划建设范围,把原来单一的断面形式改变为复式断面或缓坡(图5和6),并进行岸坡植被,设置亲水平台和台阶。目前工程正在施工中。

图3　应用植被措施进行岸坡防护(3个月)

3.1.3　治理效果

工程的后期监测说明,水生植物基本沿河道两侧均衡生长,灌木、树根等降低了暴雨对土层的冲蚀,草皮等对坡面流水也有过滤作用,发挥了一定的水质

3.3　北京市转河

转河的起点为西直门外的高粱桥,终点为北护城河的起点,全长3.7km。在1975年到1982年间这一段河道被填埋。2002年始进行转河整治工程建设,恢复其历史原貌(邓卓智,2004),其工程建设目标除防洪外,主要是改善河道景观,为本地居民提供一

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孙东亚,等∥河流生态修复技术和实践

图5　部分河段的复式断面(2+600～5+300)(单位:m)

图8　工程实景照片

这些胁迫主要来源于筑坝和筑堤造成的河流非连续性

和自然河流的人工改造形成的渠道化。发展生态水工学,推广河流生态修复理念和技术,对于维系水利工程传统功能、保护河流生态系统、改善人居环境和强化文化景观均具有重要意义。

目前,浙江辛江塘和北京河道整治的工程建设经

图6　北京市北护城河整治横断面(0+000～0+501)(单位:m)

个优良的休闲娱乐环境,并发展旅游。

防洪排水标准按20年一遇洪水设计,100年一遇洪水校核。河道整治要求严格控制污水排放,并扩大水面,水面宽度为15～25m。为了发展旅游,本河段全线通航。为此,新建船闸1座、桥梁13座、码头2座、补水闸1座。

在河道管理范围内形成历史文化园、生态公园、叠石水景、滨水游廊、亲水家园和绿色航道6个景区。断面图如图7所示,工程实景如图8所示。

验正在各地进行推广。浙江省结合2006年的河道整治计划,在8个县的一些河道整治工程建设中推广辛江塘的技术经验,主要利用植物护坡,进行河道侵蚀防护,并要求进行工程治理前后生物多样性、河岸侵蚀、泥沙输移等方面的系统监测,以期取得更加完善的技术成果。山东济南小清河目前正在按照河流生态修复要求,开始整治前的规划和论证工作。技术手段包括控制排污总量,拆除原来的直立河岸挡墙并采用多样性断面形态,应用生态工程技术恢复河岸植被和加强人文和园林景观建设等。

今后需选择小型流域,在流域尺度下,开展河流生态修复方面的研究与工程示范。以改善生物栖息地质量为目标,从上下游、干支流、左右岸等方面进行河流生态修复的规划、设计及运行管理。开展水库调度方式、生态补偿的工程和非工程措施以及河流生态修复情景分析技术方面的研究工作。参考文献:

[1]　董哲仁.河流形态多样性与生物群落多样性[J].水利学报,

2003,(11):1-7.

图7　断面效果

[2]　董哲仁.河流保护的发展阶段及思考[J].中国水利,2004,

(17):16-18.

[3]　董哲仁.试论生态水利工程的基本设计原则[J].水利学报,

2004,(10):1-5.

[4]　邓卓智.从转河工程谈今后的城市河道设计[EB/OL].北京市

水利规划设计研究院网站,

2004.

[5]　WendiGoldsmith,MarvinSilva,CraigFischenich.DeterminingOptimal

DegreeofSoilCompactionforBalancingMechanicalStabilityandPlantGrowthCapacity[R].ERDC,TN-EMRRP-SR-26,May2001.

转河整治后,生物多样性水平也有所提高,河道内明显可见到鱼、青蛙等生物物种,植被和人文景观

也获得了大多数居民的认可。

4　结　语

由于忽视了河流生态系统健康的需求,传统的水利工程建设对河流生态系统形成了不同程度的胁迫。

水利水电技术　第37卷　2006年第12期

(责任编辑　聂建平)

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