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山水林田湖草生态保护修复的技术选择
日期:2019-04-12
拟自然,为什么更亲近自然
——山水林田湖草生态保护修复的技术选择
来源:"学习强国”学习平台 中国生态文明 作者:王波 何军 王夏晖 2019-04-11
 
       河道整治,是国家山水林田湖草生态保护修复试点的主要内容。由于现有国家标准规范与“山水林田湖草是一个生命共同体”理念要求仍存在差距,相关生态保护修复标准缺乏,一些河道整治试点项目仍沿用传统治理思路,河道白化、硬化、渠化等现象时有发生,亟待转变治理思路。
       我们面临的问题,发达国家几十年前也曾遇到过。值得我们关注和研究的是,发达国家当时提出并且实践了一种理念,叫作拟自然。二十世纪初,欧盟、美国、日韩等国家正是在拟自然理念指导下,经历了将硬化河道改为拟自然河流的过程,实现了河道治理生态效益、经济效益和社会效益的相统一。国际上的这些成功实践,为我国破解治理水患之困提供了重要参考。
 
       一、拟自然理念的内涵与特征
       (一)理论内涵
       拟自然理念起源于20世纪欧洲对河流的生态治理,是对于河道工程化导致自然环境破坏所进行的反思,是推动河流进行回归自然改造的研究和实践。1938年,德国风景园林师、建筑师Seifert发表《拟自然水利工法》,首次提出河流拟自然治理的概念,指的是在完成传统河流治理任务的基础上,达到接近自然、廉价并保持景观美的一种治理方式。随后,各国结合实际情况,开展了拟自然理念的研究和应用。德国拟自然河道治理工程学派创立于20世纪50年代,认为用混凝土将河道硬化是导致河流污染等问题的根本原因,强调河流整治必须遵循自然的理念,要将生态学原理应用到河流治理中。美国结合生态学与工程学理论,提出了“自然河道设计技术”或“河川生态工程”,认为在满足人类生存需要的同时,还要兼顾生物多样性需求和生态系统稳定性。1998年,美国联邦河溪生态修复组织制订了《河溪廊道修复原则手册》,将河流视为一个生态系统,系统地阐述了河流廊道的特点、过程、功能,河流廊道的干扰因素以及修复方法,并提出,美国在今后水资源开发管理中必须优先考虑河道生态恢复。日本河道整治也经历了渠化向拟自然转变的过程,在学习欧美河道拟自然治理理念之后,提出“多自然型河川工法”,颁布《推进多自然型河流建设法规》,将河流生态系统与河畔居民社区的关系等作为一个整体考虑,建设河流环境、恢复水质、维护景观多样性和生物多样性,鼓励使用木桩、竹笼、卵石等天然材料修建河堤。
       我国对河流生态修复技术研究起步较晚,学者对拟自然理念也开展了理论和实证研究,研究项目涉及北京市川北河和永定河平原段、长沙市湘江、沱江干流成都段等。2003年,学者董哲仁结合水工学和生态学理论,提出“生态水工学”的理论框架,在满足防洪安全的前提下,将河流看作有生命的生态系统,综合考虑人为控制以及河流的自我恢复。2010年,高甲荣等出版《河溪近自然评价一一方法与应用》一书,从定性的角度明确河溪近自然的概念和内涵。2013年,董哲仁出版了《河流生态修复》一书,全面系统地结合水利学和生态学相关领域的新理念和成果,结合我国国情、水情和河流特点,提出了较为完整的河流生态修复理论和技术方法。2015年,学者吴丹子指出,城市河道近自然化是以自然为导向,以城市安全和防洪安全为前提,在满足一定的城市基础设施功能的基础上,通过生态工程技术和空间营造策略,恢复河流自动力过程及部分生态服务功能,使河流趋于自然的一种景观塑造方式。
       综上所述,拟自然河道整治理念是指,河道整治必须坚持尊重自然、顺应自然、保护自然的原则,将河流作为一个有生命力的生态系统整体,统筹水资源、水环境、水生态各方需求,在确保防洪安全的前提下,采取工程与生物措施相结合、人工治理与自然修复相结合的方式,全面提升河流生态系统服务功能,实现人水和谐共生。
       (二)基本特征
       一是安全。河道的整治与建设,应当服从流域综合规划,符合国家规定的防洪标准、通航标准和其他有关技术要求,维护堤防安全,保持河势稳定和行洪、航运通畅。
       二是生态。注重生态理念、技术和模式的应用,将河流自然恢复、自我净化、涵养水源等功能有机融合到河道综合整治中,严禁侵占河道和裁弯取直,尽量保持河流自然形态,恢复河流生态功能,维护河道健康,积极营造亲水环境。
       三是整体。将河流所在流域作为一个生态系统整体,对山上山下、地上地下、流域上下游、河流左右岸进行整体保护、系统修复、综合治理。
       四是多样。河道整治目标是多样的。一方面,需满足防洪、排涝、灌溉、供水、航运、养殖等经济功能;另一方面,需提供生物栖息地、保护生物样性、调节气候、净化环境、涵养水源、打造景观等生态功能,满足人们亲水需要。
 
       二、国外典型案例介绍
       从20世纪50年代起,国外发达国家就开始了以拟自然理念为指导的河道整治实践,经过半个多世纪的探索与发展,汲取了沉痛教训,也积累了丰富经验。
       (一)德国莱茵河——拟自然水利工法
       莱茵河是具有历史意义和文化传统的欧洲大河之一,也是世界上最重要的工业运输大动脉之一。莱茵河全长1390 公里,流域面积1850平方公里。发源于瑞士境内的阿尔卑斯山,流经德国注入北海,沿途流经列支敦士登、奥地利、法国和荷兰。
       1993年和1995年,莱茵河先后发生两次洪灾,洪水淹了一些城市,造成的损失达几十亿欧元。分析洪灾原因,主要是莱茵河流生态遭到破坏,莱茵河的水泥堤岸限制了水向沿河堤岸的渗透。因此,德国进行了河流及沿线岸边回归自然的改造,将水泥堤岸改为自然属性的生态河堤,重新恢复河流两岸储水湿润带,并对流域内支流实施裁直变弯的措施,延长洪水在支流的停留时间,减低主河道洪峰量。
       主要措施包括:一是改善水质。对水体性质进行分析,确定水体中残留有机污染试验性目标值,并对消减效果和目标值进行后评估,在对比实际情况的基础上,再次修正和确定目标值。二是恢复生态。对莱茵河生态系统结构、生物学水生、两栖和陆上生物进行分析,保护和恢复两岸冲击带,恢复鲑鱼、鳟鱼等生境。三是源头控制。对两岸点源排放工业或城市、非点源排放农业和大气、线源排放两岸交通和航运进行调查统计,并通过经济鼓励的方式,进行治理和规划,防止污染事故和保证工厂安全。
       (二)美国查尔斯河——河道生态修复技术
       查尔斯河是美国马萨诸塞州东部的一条长约192千米的河流,源自霍普金顿,向东北方向流过23个镇、市后在波士顿注入大西洋。随着波士顿城市的发展,到18世纪末,查尔斯河洪泛频繁,污水横流。为改善这条多泥沙河流的卫生状况,1893年,当地实施“翡翠项圈”计划,通过采取强有力的治理措施来恢复查尔斯河流域的自然状态,达到控制洪水泛滥和改善河流水质的目的。
       主要措施:一是恢复河流的自然状态。首先对查尔斯河流进行改造,恢复蛇形、弯曲的河流自然形态,减少波浪对河流的冲击。二是恢复河流滩地和湿地的蓄水功能。按照自然规律重新构造了滩地和湿地,恢复了约12.14 公顷不规则的盆地,重建了约合8.09公顷湿地用来接纳洪水。在查尔斯河上游设置了一个潮汐门,发挥防御洪水和提高对盆地冲刷的双重作用。三是构建沿河公园体系。通过景观规划的手段,建成了沿查尔斯河流域贯穿波士顿全城的带状公园体系。查尔斯河景观规划的成功,主要归功于河流自然状态的恢复与河流滩地、湿地蓄水功能的恢复。
       现在查尔斯河及其湿地的面貌,是人类与自然共同协作的结果,是建立在对自然尊重基础上的成果,在维持城市发展的同时也保持了自然界的稳定发育。
       (三)日本土生川——多自然型河川工法
       土生川位于日本四国地区,流域面积5.7平方公里,河流总长4.2 公里,其河床狭窄,洪水常常泛滥成灾。1989年,局部改善工程开启,以“恢复河川原貌”为主题,用石头创造自然的水际,即通过未经加工的天然石材和植被恢复自然河川,河床材料主要为沙砾和玉石。
       一是护岸设计采用天然石护岸,河岸栽种柳树及水草等,让鱼虾有生存空间,河岸植被拥有成长环境。二是天然石护岸施工时,石材不需要整形加工,只需对形状及空隙的大小或颜色加以考虑,注意与周围环境的协调。利用重型机具配置巨石,在最下缘放置较大石头,依大小堆积,其间砌石可让人及其他生物自由上下,由人力依石头样式进行调整,并在石头间的空隙栽种植被,另外还在河道中心及两岸的凹部放置了石头。
       从土生川施工前不自然、单调的河川景观,到竣工初期的生涩,以及其后两年的发展,现今土生川沿岸植被繁茂,几乎己经看不到以前植入的石头。预期计划逐一呈现,创造丰富、多样的水流,满足不同生物对生息环境条件的需求。这项工程既兼顾了安全、景观及生态,还能结合地方小区的力量,进行例行性的维护工作,使整体工程效果得以长期有效保持。
       (四)韩国清溪川——河流生态文化复原工程
       清溪川流经首尔市中心区,横贯城市东西。1978年,清溪川被完全封闭为一条城市暗河。2002年,韩国政府开始拆掉清溪川上的高架桥以及钢筋混凝土盖板,对入河污水进行截流,引入汉江水源为主要水源,利用中水和雨水作为补充水源,以保证清溪川长期有水。韩国清溪川复原工程将河流环境恢复和历史文化复原相结合,恢复了清溪川的生态和文化风貌,创造了城市文化河流复原的经典范例。
       一是河流治理中,将防洪、生态、景观等很好地结合,在保证防洪的前提下,河道设计为复式断面,分2~3个台阶,人们可以通过台阶接近水面,开展亲水活动。二是河底防渗层采用黏土和砾石混合物,在清溪川治理中注重生物保护,如湿地、鸟类栖息地等,增加生物多样性。三是在河流的不同位置,采用不同的设计手法,强调自然和生态恢复理念,使人们有置身大自然的感觉;护坡块石和植被为主,同时将人文、时尚等元素融为一体。
       (五)新加坡加冷河——河流公园融为一体
       加冷河位于新加坡中心区域。20世纪60年代,新加坡将天然河流系统大规模转变为混凝土河道和排水渠系统以缓解洪涝灾害。在洪涝灾害得以缓解的同时,笔直的运河随着时代发展出现许多问题,与周边景观相容性差、生态系统服务功能弱。2006年,新加坡实施“活跃、美丽和干净的水计划”,对河流进行生态修复。
       一是借鉴德国拟自然理念,将加冷河从笔直的混凝土排水渠改造为蜿蜒的天然河流,河道长度由2.7公里变为3公里。二是构建水循环系统。融入雨水管理设计,公园上游有生态净化群落,栽种精心挑选的植物品种,过滤雨水和污染物、吸收水中的营养物质,达到减少雨水径流污染、净化水质的目的,同时美化环境;净化后的水输送到宏茂桥水上乐园,最后流到池塘。三是美化河流景观。保留受影响树木总量的30%,移植到宏茂桥公园其他场地。水中种植出水植物,形成荷花群等群落;河边设计草坪缓坡,提高亲水性,也可为动物提供栖息场所,提高生物多样性。四是注重生态工程技术应用。综合考虑防止水土流失、美学和生态学要求,优化施工方法,择优选择合适的技术和植物;在水流速度快和土壤较易被侵蚀的关键位置,配置较茁壮的植物,在比较平缓的区域配置相对柔弱的植物。
       加冷河河流生态修复项目是热带地区具有代表性的自然河流改造工程,也是热带地区首个应用土壤生物工程技术进行的河流自然化项目。进行生态修复后,河流与宏茂桥公园融为一体,河流水质改善,景观品质提升。
 
       三、关于我国河流生态修复的对策建议
       国外典型河川生态修复成功案例表明,拟自然理念是推进河流生态修复的重要指引。采用生态的技术和模式开展河流生态修复,将修复后的河流再次归还给大自然,充分利用大自然的稳定性、平衡性、抗干扰性和自净化功能,统筹实现防洪、抗旱、生态、景观、人文等多方面目标,对推进我国河流生态修复事业具有重要指导意义。结合国内一些山水林田湖草试点河道整治项目存在的突出问题,借鉴国外拟自然河流生态修复经验和做法,提出以下对策建议。
       一是及时总结山水林田湖草试点经验,制定和发布国家河流生态保护修复技术标准或规范。国外经验表明,在开展河流生态修复时,制定相应的技术标准或规范是必不可少的。国内一些省份围绕生态护岸等出台了地方标准规范,如江苏省《内河航道生态护岸工程质量检验标准》(DB 32/T 2976-2016),但全国层面至今尚无河流生态修复统一技术标准或规范,若沿用现有河道整治设计规范等,往往达不到拟自然河流生态修复要求。
       二是以小流域为基本单元,统筹规划设计水资源、水环境和水生态三方需求。河流生态修复是一个多目标、多层次、多措施、多约束条件的系统工程。在解决好防洪问题的同时,需要统筹水利发展、污染防治、城镇景观绿化、生物多样性保护、历史文化保护等规划。合理开发水资源,科学测算生态基流,建立流域上下游生态基流协调机制,保障生态环境需水量;强化污染源头控制,利用河流滩涂地、湿地等未利用地,设置面源生态拦截带;加强河流水系连通,保留原有河道浅滩和深潭,严禁侵占自然河道,保护水生生物生境,提高生物多样性。
       三是妥善处理好保护与修复的关系,因地制宜选择生态修复技术和模式。坚持保护优先、自然恢复为主、人工修复为辅的原则,针对河流突出生态环境问题,科学谋划工程项目建设内容,该保护的,坚决不修复;该修复的,要结合实际,遵循自然规律,科学选取技术模式,宜林则林、宜草则草、宜荒则荒。在生态护岸方面,鼓励选择以乡土植物为主,耐水湿,根系发达,具有良好固土能力的植物,来营造美丽的自然景观。
       四是强化河流生态修复全过程监管,避免“伪生态,真破坏”。加强河道整治项目环境影响评价管理,确保项目开工前,完成项目环境影响评价前置手续。强化项目施工期间环境影响评价措施落实情况,尤其是生态环境敏感脆弱、自然保护区等地区;对发现的问题,要及时提出整改措施;对逾期未整改到位的,要采取经济、行政、法律等综合措施,坚决落实整改要求。结合项目绩效考核验收,通过开展项目实施对周边生态环境影响评估,切实遏制“伪生态、真破坏”等现象发生。(作者分别系生态环境部环境规划院农村环境保护中心主任、副研究员,生态环境部环境规划院副院长,生态环境部环境规划院副总工、研究员)
 
       本网编辑 周业勇

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