国外城市河流生态修复案例研究

一、引言
人类自古以来逐水而居，河流是文明的发源地，当今世界的很多大都市都有河流穿城而过。城市中的河流因为人的需要被赋予了不同的功能，内河航运是重要的交通方式，护城河为城市提供防御，引水渠带来必须的水源，排水渠承担着排水防涝的职责，这些是河流的社会功能；而满足城市居民亲水需要，为动植物提供生存空间，作为生态廊道连接城市内外空间等则是河流的生态功能。第二次工业革命以后，河流的社会功能被最大限度的开发利用，而河流的生态功能则被忽视，这就带来了河流污染、断流等严重的生态问题。十九世纪中期，对于河流的生态修复率先兴起于欧洲，随后日本、美国等国相继开展了这一领域的研究，经过近两个世纪的研究与实践，在河流生态修复领域出现了很多值得我国借鉴的成功案例。

二、美国芝加哥河的生态修复
芝加哥河全称芝加哥环境卫生和航行运河，全长251公里，贯穿芝加哥市区，是美国伊利诺州东北部的通航运河，由密西根湖以西的南、北两条支流汇成。1885年大风暴时，该河大量污水流入密西根湖，为解决这一问题，政府于1900年修筑运河，使河水倒流。这一工程被视为现代工程史上的一大壮举。现河水经南支流河流向内地，经伊利诺水道与密西西比河相接。 

（一）、存在问题
芝加哥河的历史也是芝加哥城百年来工业化发展的历史。在过去的一百五十年中，芝加哥河对于城市的工业和航运作出了巨大贡献，但是城市中的居民和工业企业对于芝加哥河却缺少保护意识，使得芝加哥河从一条自然资源丰富的自然河流，变成了有着为了支撑航运码头而建造的绵延数公里混凝土驳岸的渠化河流。在百年后的今天，芝加哥河沿岸的混凝土驳岸和防波堤逐渐老化，存在严重的安全隐患，而两岸城市居民对于绿地的迫切要求，也把对于芝加哥河岸的改造事宜提上了沿岸企业和城市管理者的日程。

（二）、修复措施
芝加哥河采取的生态修复措施，主要是对于河岸的处理。在过去，为了最大限度的利用河岸周围空间，芝加哥河两岸采用的是混凝土板桩护岸的形式。但是随着混凝土的老化和民众对于生态性的要求，新型的生态驳岸成为了另一种选择

1、矮墙式驳岸
矮墙式驳岸是指把原有驳岸的板桩截断或者直接将其替换为更短的板桩使之变为矮墙，并根据矮墙的高度进行一些土方工程改造，让河岸的坡度平缓自然（图1）。为了增加驳岸的生态性，一般在矮墙的顶端建造向水中延伸的平台，在平台上填充营养基质，种植水生植物，以此来提高驳岸的绿化水平，同时水生植物和平台也能为河中的鱼类和其他生物提供食物和栖息地。而对于市民来说，更加低矮的驳岸增加了人们亲近水面的可能性，从心理上拉近了城市居民与河流的距离，也为人们的休闲活动提供了场地。矮墙式驳岸最大的优点是非常适用于城市河流的生态修复，因为其占地面积少，不需要对河流周边的土地做出很大的调整就可以实现生态化的目标。虽然这种做法不如传统河岸修复的生态效果好，但是对于用地面积非常紧张且人口稠密的大城市中的河流而言，是一个更加经济且折衷的生态方案。

（图1矮墙式驳岸）

2、经植物强化的板桩护岸
经植物强化的板桩护岸是另一种对于驳岸的生态处理方式（图2），在不改变其结构的前提下，用植物加强护岸的生态性。
具体做法有三种，一是在板桩护岸向水中挑出的平台上填充基质，种植亲水的植物，当植物随着生长向外延伸到水中之后就可以形成一个人造的微型生态环境。二是在板桩护岸的桩脚凹槽内种植亲水的灌木。三是在板桩护岸的顶部种植藤蔓植物，覆盖板桩表面的藤蔓植物可以达到非常美观的视觉效果。

（图2芝加哥河经植物强化的板桩护岸）

（三）、启示
芝加哥河的河流生态修复对于中国的城市河流来说非常有借鉴意义，原因有三点，第一，芝加哥河的是一条穿过城市中心的河流，比起穿过城郊的河流，这种河流的生态问题往往更加严重，而中国出现生态问题的河流也大多是穿过城市中心的河流。第二，芝加哥河是一条河岸经过混凝土加固的笔直渠化河流，这也与中国的很多城市河流的情况相似。第三，芝加哥河位于人口稠密的大城市，河岸的可利用改造空间十分狭窄，而中国随着城市化的发展，商业建筑和居民楼也进一步压榨着河流的沿河空间，在这一点上两者十分相像。综合上述共同点，得出结论，芝加哥河对于河岸生态改造的一些设计手法也可以应用在中国的很多城市河流的生态改造设计上，比如其最典型的矮墙式护岸设计就非常适用于中国国情下的城市河流，占用最少的土地，就可以达到很好的生态化效果和目标。中国的城市河流数量庞大，有生态问题的也不在少数，可以循序渐进，先采取这种不对河流结构产生较大改动的生态改造策略，再循序渐进地向着更加生态的目标迈进。

（二）、修复措施

光州川河流生态修复采取的主要是分段处理的方式，根据河流流经地段的环境和文化特点，把河流分为三个治理河段，每个河段都有自己的特色主题和治理措施。上游为第一个河段，位于城市的郊区，靠近水源地，主题定位为“自然的河流”。建设的目标为恢复河流自然状态，尽量避免人工设施的建设，对河床进行清淤，恢复河道自然的形态，确保河道水量。第二个河段为穿过市中心的中游，最接近市民，主题为“文化的河流”。这个河段过去出于安全考虑在河床上面加盖了许多混凝土构筑物，生态修复工程对这些构筑物表面进行绿化，使其成为非常独特的景观元素，把原本不可利用的空间改造成了供市民休闲娱乐的场所。第三个河段——下游的主题为“生态的河流”（图3），划定生态保护区域，在与荣山江交汇处直径2.5公里范围内限制人工设施的建设，不设置混凝土护岸，保留和恢复自然河滩，为野生动植物营造栖息地。

（图3下游“生态的河流”）

（三）、启示
光州川河流生态修复的主要思路是因地制宜、分段规划。城市河流是线性的存在，同一条河流可能流经近郊、远郊和市中心，不同地段主导问题不同。河流源头要保证水源地的水质清洁，采取措施以保护原生自然环境为主。穿过市中心的河段往往污染严重，采取措施以净化污染为主。河流的复杂情况要求设计师在进行河流生态修复时，不能以偏概全，要认真科学的进行前期调研工作，分析不同河段的具体问题，有针对性的制定修复方案，做到有的放矢。

四、多瑙河奥地利维也纳段与德国埃尔廷根-宾茨旺根段的生态修复
多瑙河是欧洲的第二长河，发源于德国西南部的黑森林地区，自西向东流经奥地利、斯洛伐克、匈牙利、克罗地亚、塞尔维亚、保加利亚、罗马尼亚、摩尔多瓦、乌克兰，最后注入黑海，是世界上干流流经国家最多的河流。多瑙河流域国家于1994年签订多瑙河保护公约，多瑙河保护国际委员会（ICPDR）也于1998年开始运作，作为欧洲最大的国际组织，一直致力于多瑙河水资源管理及永续发展。

（一）、奥地利维也纳段
从德国边境到斯洛伐克边境，奥地利境内的多瑙河约长349公里，沿岸的11座水电站构成了奥地利电力供应的基础。多瑙河及其支流的景观形成了包括维也纳在内的奥地利核心区，占国家总面积15%的土地居住了国家一半的人口。
1、奥地利维也纳段存在问题
奥地利最大的城市维也纳位于多瑙河沿岸，河流为这座音乐之城带来的不只是生机与活力，还有洪灾隐患。多瑙河在历史上曾经发生过无数次大大小小的洪灾，二十世纪最大的一次发生在1954年，大洪水摧毁了沿岸很多耕地和房屋。奥地利政府也因此在河流沿岸建设了硬质的钢筋混凝土驳岸。虽然硬质的驳岸在防洪方面起到了很好的作用，却使得河岸的生态多样性遭到了破坏。多瑙河的另一个问题是河流污染严重，河流沿岸的工厂和居民区直接把未经处理的工业废水和生活污水排入河流之中，有毒有害的污水威胁着水生动植物的生存环境以及城市居民的用水安全。

2、修复措施
为了应对洪水威胁，政府于很早之前就建立了一条与多瑙河并流的泄洪河道，当雨水过于充沛，主河道流量大时，打开泄洪闸门，使河水流入泄洪河道，缓解主河道压力。同时制定规划，为多瑙河增加支流，弯曲的支流可以滞留更多洪水，减轻洪水造成的危害。另外，在河流的关键位置建设径流式生态水电站（图4），不同于传统意义上仅供发电的水电站，其主要功能是调节河流水位与流速，减少洪灾风险，保证下游生态流量，为动植物创造良好的栖息条件。同时，在满足防洪要求的基础上对原有的硬质驳岸进行改造，采取两种方法，一种是彻底改造成自然式驳岸，另一种是不破坏原有结构，在表面覆盖绿色植物，恢复河岸地带的生态环境。对于河流污染问题，在多瑙河边建设污水处理厂，布置净水设施，对工业废水和生活污水进行统一处理，在水质达标后，再排放到多瑙河中,同时对多瑙河沿岸的工业企业进行严格管理，杜绝废水直接排放的事件发生。

（图4 调节流量与流速的径流式水电站）

3、启示
我国的大部分河流都存在着洪水的隐患，近年来的气候异常更是导致了很多百年不遇的洪涝灾害发生，因此在进行河流生态修复的过程中，防洪设计是重要一环。进行河流生态修复改造时，要兼顾河流的防洪指标，很多单纯的生态措施并不能抵御洪水，这要求设计师把生态措施和防洪措施结合起来，使河流兼具生态与安全两种效益；另一方面，水利设施也能成为生态修复工作的助力，当前国际上很多国家把绿色（低影响）作为水电开发的目标，发展生态水利设施可以在保护下游生态环境的基础上实现对水能的可持续利用。

（二）、德国埃尔廷根-宾茨旺根段
德国境内的多瑙河，从西南部黑森林地区的富特旺根到奥地利边境依次流经图特林根、乌尔姆、新阿尔姆、纽因堡、因戈尔施塔特、雷根斯堡，施特劳宾和帕绍等城市，全长618公里，是德国第四长的河流。

1、德国埃尔廷根-宾茨旺根段存在问题
十九世纪德国为了提高多瑙河的航运能力，对河道进行了一系列的改造。和德国境内的大部分通航运河一样，埃尔廷根-宾茨旺根段多瑙河存在的问题主要是河流渠化和河道平直化，平直的河道和规则的河岸虽为航运提供了方便，但是现在人为干扰自然的弊端开始显现。截弯取直造成河道变短，破坏了河流的自然形态，河道面积严重缩减。河流渠化摧毁了动植物的生存环境，造成了河流的生态失衡。

2、修复措施
多瑙河埃尔廷根-宾茨旺根段存在的问题主要集中在河流形态方面，因此州政府首先聘请研究人员从水力学的角度对河流进行调查研究，并通过先进的计算机建模技术，对河流形态进行数字模拟，计算各种影响因素，最终建立了高度模拟自然河流形态的数字模型（图5）。高低起伏的地形设计减缓了河水流速，解决了渠化河道流速过快的问题，另一方面也为水生生物提供了适宜生存的环境。景观设计公司在数字模型的基础上，对河流进行进一步的景观设计，包括各种植物群落的布置形式、生态护岸的设计、生态系统的构建等，并且针对当地鱼类的生活习性，根据数字模型设计了生态鱼道。区别于传统的混凝土鱼道，它为鱼类提供通道的同时，也允许水中的其他生物和泥沙等物质的通过，促进了河流生态系统的重建。

（图5河流数字模型）

3、启示
在当前河流生态修复的发展中，多学科的合作已经成为了大势所趋，德国是最早提出近自然河溪治理概念并投入实践的国家，在河流生态修复方面具有丰富的经验和成熟的技术。在多瑙河艾尔廷根-宾茨旺根段的生态修复工程中，水力学、生态学、计算机学等各学科的研究人员参与其中，为河流的生态修复设计提供了科学依据。我国的河流生态修复相关研究虽然起步较晚，但也取得了许多值得肯定的研究成果，不过这些成果分布在各个学科，缺少协作。在今后河流生态修复的研究工作中，应该更加注重发挥多学科之间的协同作用。

[1]傅长锋.生态水工学在河道整治工程设计中的应用[J].水利规划与设计,2007(01):44-46.

[2]董俊. 19世纪中期芝加哥供排水系统的建设与城市发展[D].福建师范大学,2014.

[3]李雱,彼得·派切克.基于数字水文地形模型的景观水系优化设计——德国埃尔廷根-宾茨旺根段多瑙河河流修复[J].中国园林,2013,29(08):30-34.

[4]陈霁巍,郝钊.奥地利维系河流健康生态的经验[J].中国水利,2006(16):52-53.

[5]孙小利,赵云,田忠禄.获得国际绿色(低影响)水电认证的水电站[J].水利规划与设计，2009(06):30-32+56.

[6]郑文利,沈承秀.河道生态修复及几个问题的初探[J].水利规划与设计,2008(02):36-38.

[7]徐位明.试析生态水利设计新理念[J].水利规划与设计,2013(01):10-11.

[8]董芳.国际河流综合协调开发与管理的新思考[J].水利规划与设计,2014(03):8-12.

[9]许永基,周松柏,洪世键.韩国可持续性城市河流治理的经验与启示[J].福建建筑,2016(08):102-105+114.

[10]吴丹子. 城市河道近自然化研究[D].北京林业大学,2015.