河流生態(tài)修復(fù)理論技術(shù)及其應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上河流生態(tài)修復(fù)理論技術(shù)及其應(yīng)用 董哲仁  孫東亞  彭靜 中國水利水電科學(xué)研究院，北京 提要：本文提出了河流生態(tài)修復(fù)整體模型，系統(tǒng)闡述了水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)脅迫及其機(jī)理，對傳統(tǒng)意義上的水利工程規(guī)劃設(shè)計理念和方法進(jìn)行了系統(tǒng)的反思，總結(jié)了河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃原則與評估方法及河流廊道生態(tài)修復(fù)技術(shù)，對典型示范工程進(jìn)行了簡單介紹。關(guān)鍵詞：脅迫，生態(tài)修復(fù)，模型，示范工程THEORIES AND PRACTICES OF RIVER RESTORATIONDong Zheren, Sun Dongya, Peng JingChina Institute of Wat

2、er Resources and Hydropower Research, Beijing , ChinaABSTRACTThe holistic model of river ecosystem structure and function is proposed. Stresses of hydraulic engineering on river ecosystems are analyzed comprehensively. Countermeasures and technologies are brought forward for ecological compensations

3、 and rehabilitations, which overcome some shortcomings of traditional methodologies in hydraulic project planning, design and management. One demonstration project on river restoration is briefly introduced.Keywords: Stress, river restoration, holistic model, demonstration project1、前言  

4、60; 水利工程在防洪、灌溉、供水、發(fā)電、航運(yùn)和旅游等諸多方面對于保障社會安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著巨大的作用，這是舉世公認(rèn)的事實(shí)。但是另一方面，水壩和堤防建設(shè)、河道整治工程和跨流域調(diào)水工程等各類水利工程對于河流、湖泊生態(tài)系統(tǒng)也造成了脅迫效應(yīng)。水利工程的負(fù)面影響主要表現(xiàn)為改變了自然水文規(guī)律和引起地貌特征變化，從而不同程度地改變了生境條件，導(dǎo)致淡水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變化。    水利工程的生態(tài)影響問題引起了社會各界的廣泛關(guān)注，也逐漸變成了水利水電建設(shè)發(fā)展的瓶頸問題。如何正確對待和處理水利工程的生態(tài)影響問題，需要堅持可持續(xù)發(fā)展的原則，用辯證的觀點(diǎn)進(jìn)行分析。在工程

5、技術(shù)層面上，縱觀傳統(tǒng)意義上水利工程的建設(shè)和管理目標(biāo)，都是以建設(shè)和運(yùn)行工程設(shè)施為手段，通過改造和控制河流，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益和社會目標(biāo)。傳統(tǒng)意義上的水利工程盡管滿足了社會經(jīng)濟(jì)需求，但是在不同程度上忽視了淡水生態(tài)系統(tǒng)的健康需求，因此對生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了脅迫效應(yīng)。面對這個復(fù)雜問題，應(yīng)堅持全面權(quán)衡利弊，力爭趨利避害的辯證思維方法，探索通過工程措施、生物措施和管理措施，盡量避免、緩解或補(bǔ)償水利工程對于河流生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響，達(dá)到社會經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)保護(hù)二者兼顧的目標(biāo)。    本文系統(tǒng)闡述了水利工程的生態(tài)影響現(xiàn)象，分析了脅迫效應(yīng)的機(jī)理，對于傳統(tǒng)意義上的水利工程規(guī)劃設(shè)計理念和方法進(jìn)行

6、了系統(tǒng)的反思，總結(jié)了河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃原則與評估方法和河流廊道生態(tài)修復(fù)技術(shù)，對典型示范工程進(jìn)行了介紹。2、水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)脅迫和機(jī)理分析    自然力和人類活動對于淡水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成雙重脅迫。各類水利工程對淡水生態(tài)系統(tǒng)的脅迫是大規(guī)模人類活動的負(fù)面影響之一。這種影響主要表現(xiàn)為改變了自然水文規(guī)律和引起地貌特征變化，從而不同程度地改變了生境條件，導(dǎo)致淡水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的變化。2.1水文生物生態(tài)功能河流連續(xù)體四維模型    本文作者根據(jù)近20多年來生態(tài)學(xué)理論的發(fā)展以及對于河流生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)識深化，在前人提出的河流連續(xù)體概念（Vannot

7、e, 1980）的基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步完善，提出“水文生物生態(tài)功能河流連續(xù)體”概念。所謂“水文生物生態(tài)功能河流連續(xù)體四維模型”的內(nèi)涵是：由河流水文水力學(xué)過程空間連續(xù)性；生物群落結(jié)構(gòu)空間連續(xù)性；營養(yǎng)物質(zhì)流和能量流空間連續(xù)性；信息流空間連續(xù)性為要素的河流連續(xù)體模型，同時，考慮水文、生物及河流生態(tài)系統(tǒng)演變和進(jìn)化的動態(tài)特征，需要建立時間坐標(biāo)和尺度。    （1）河流水文水力學(xué)因子三維連續(xù)性    河流的流動是水體一種不可逆的單向運(yùn)動，河流的水文水力學(xué)因子用流量、水位、流速、脈動壓力、水溫等指標(biāo)度量。如果在河流的某一橫斷面建立三維坐標(biāo)系，即水流的

8、瞬時流動方向x軸（縱向），在地平面上與水流垂直方向y軸（橫向），與地平面垂直向下的z軸（豎向），借以考察河流的三維運(yùn)動（圖1）。在縱向x方向河流的流動是主導(dǎo)方向，河流的流量、流速、脈動壓力、水溫等沿上中下游都是連續(xù)分布的，反映了河流順?biāo)鞣较虻倪B續(xù)性。河流是一個動態(tài)過程，河流依照水文學(xué)規(guī)律呈周期變化，形成年內(nèi)洪水與枯水期交錯發(fā)生的格局。當(dāng)洪水發(fā)生時，河水向側(cè)向y方向漫溢，使主流、河灘、河汊、靜水區(qū)和濕地連成一體，形成復(fù)雜的水流系統(tǒng)，這就是河流側(cè)向y軸的連通性。在豎向z軸是地表水與地下水連接的通道，通過滲透的方式向地下水補(bǔ)給。絕大部分自然河流的河床材料構(gòu)成具有透水性的特征，因此在z方向水體的連續(xù)

9、性可以理解為滲透性。    （2）河流生物群落結(jié)構(gòu)連續(xù)性    河流不僅是一個流動的物理系統(tǒng)，更是一個動態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)。生物群落隨河流水文水力學(xué)特征（流量、水位、流速、流量、脈動壓力、水溫等）連續(xù)性變化也呈現(xiàn)連續(xù)性分布。盡管大型河流可能穿過不同的氣候分區(qū)，河流高程沿河流縱坡有很大差別，但是沿河流的生物群落仍然遵循連續(xù)性分布的規(guī)律。這不僅反映在沿河流廊道植被的連續(xù)性分布，而且水生動物、無脊椎動物、昆蟲、兩棲動物、水禽和哺乳動物等都是遵循連續(xù)分布的規(guī)律，形成豐富有序的食物鏈（網(wǎng)）。這種連續(xù)性的產(chǎn)生是由于在河流生態(tài)系統(tǒng)的演替過程中，生物群落對

10、于水域生境條件不斷進(jìn)行調(diào)整和適應(yīng)，反映了生物群落與淡水生境的適應(yīng)性和相關(guān)性。    （3）營養(yǎng)物質(zhì)流和能量流連續(xù)性    河流的連續(xù)性不僅是生物群落分布的連續(xù)性，更是生態(tài)系統(tǒng)生物學(xué)過程的連續(xù)性。由于水體具有良好的可溶性，使河流成為生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質(zhì)輸移、擴(kuò)散的主通道。河流泥沙的輸移擴(kuò)散是河流運(yùn)動的重要的因子。附著在泥沙表面的營養(yǎng)物質(zhì)隨泥沙的運(yùn)動遷移轉(zhuǎn)化。河流的縱向（x軸）流動把營養(yǎng)物質(zhì)沿上中下游輸送。在洪水季節(jié)洪水漫溢，又在橫向（y軸）把營養(yǎng)物質(zhì)輸送到河灘、河汊、靜水區(qū)和濕地。每年洪水的到來，對于河流的水生生物和水陸交錯帶的植物無疑是莫

11、大的福音。在河流的豎向（z軸）河流向地下含水層的補(bǔ)給以及相對應(yīng)化學(xué)成分的變化，并且在豎向還進(jìn)行著營養(yǎng)物質(zhì)的輸移轉(zhuǎn)化。正因?yàn)槿绱?，大多?shù)河床含水層存在著豐富的生物量。在上述3個方向營養(yǎng)物質(zhì)的輸移轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)為營養(yǎng)物質(zhì)流與能量流的空間與時間連續(xù)性，使得下游的生態(tài)過程與上游的生態(tài)過程直接相關(guān)。    （4）河流信息流的連續(xù)性    河流為諸多魚類和其它水生生物提供生命信號。隨著水文周期的變化，河流水位消長。當(dāng)洪水漫溢河灘和河汊、水陸交錯濕地，一些魚類離開河槽到河灘、河汊及濕地尋找避難所或產(chǎn)卵；當(dāng)水位消落，魚類又回到河流主槽。魚類的這些生命活動

12、是對水位變化的正面響應(yīng)。河流的流速、水溫等同樣是眾多水生生物的生命信號。我國著名的中華鱘是一種溯源產(chǎn)卵洄游魚類，每年秋季中華鱘成群結(jié)隊逆流而上，在長江上游重慶以上河段的深潭及金沙江的急流中產(chǎn)卵，幼魚順江游到大海，在海洋生活10余年后仍然返回長江上游，2000公里不迷路。其產(chǎn)卵季節(jié)與河流水溫帶來的信息關(guān)系密切，而河流的流速和脈動壓力無疑對洄游魚類長距離運(yùn)動的導(dǎo)航信號。由于河流的水文水力學(xué)因子在空間上的連續(xù)性，就使得河流走廊的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)連續(xù)性特點(diǎn)。由于河流水文水力學(xué)因子在時間上的連續(xù)性以及氣候因素的影響，就使得河流走廊的生物群落隨時間出現(xiàn)年內(nèi)周期性的變化。2.2 人類活動和水利水電工程對于河

13、流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫    人類活動對于河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫，從更大的尺度研究應(yīng)該包括近代人類活動引起的全球變化如氣候變化引起河流徑流量的變化，酸雨引起的河流水質(zhì)變化等。人類對水土資源的開發(fā)利用以及其他經(jīng)濟(jì)活動引起對于河流的脅迫效應(yīng)，包括：水污染，超量用水，土地利用方式變化，對湖泊和河流灘地的圍墾，生物入侵。幾千年來人類為了防洪安全與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對于河流進(jìn)行了大量的人工改造。特別是近一百多年來利用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，對河流進(jìn)行了大規(guī)模開發(fā)利用，興建了大量工程設(shè)施，改變了河流地貌學(xué)特征。河流近一百年來的人工變化超過了數(shù)萬年的自然進(jìn)化。水利工程對于河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫主要來源于以

14、下兩個方面：一是河流的人工改造，包括1）自然河流的渠道化，2）自然河流的非連續(xù)化；二是跨流域調(diào)水工程，如圖2所示。河流的人工渠道化破壞了自然河流所特有的蜿蜒性特征，改變了深潭與淺灘交錯，急流與緩流交替的格局。不透水和光滑的護(hù)坡材料阻礙了地表水與地下水的聯(lián)通，改變了魚類產(chǎn)卵條件。這些因素的疊加，造成生物異質(zhì)性下降，導(dǎo)致生物棲息地的質(zhì)量的下降。水域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能隨之發(fā)生變化，特別是生物群落多樣性將隨之降低，引起淡水生態(tài)系統(tǒng)不同程度的退化。(a) 自然狀態(tài)河流，(b) 建設(shè)梯級水壩后的河流圖2 河流非連續(xù)化示意圖    上節(jié)提出的“水文生物生態(tài)功能河流連續(xù)體四維模

15、型”概念，說明河流生態(tài)系統(tǒng)是一種開放的、流動的生態(tài)系統(tǒng)，其連續(xù)性不僅指一條河流的水文學(xué)意義上的連續(xù)性，同時也是對于生物群落至關(guān)重要的營養(yǎng)物質(zhì)輸移的連續(xù)性。大壩將河流攔腰斬斷，改變了連續(xù)性河流的規(guī)律，形成了河流的非連續(xù)性特征。流動的河流變成了相對靜止的人工湖，無論是庫區(qū)還是大壩下游河段的流速、水深、水溫及水流邊界條件都發(fā)生了變化。建有壩后式水電站的大壩運(yùn)行是根據(jù)防洪和興利需要進(jìn)行調(diào)度，采用人工泄流方式，壩后經(jīng)?；蜷g斷有水流下泄。堤防工程妨礙了汛期主流與岔流之間的溝通，阻止了水流的橫向擴(kuò)展，形成另一種側(cè)向的水流非連續(xù)性。堤防把干流與灘地和洪泛區(qū)隔離，使岸邊地帶和洪泛區(qū)的棲息地發(fā)生改變。 

16、   跨流域調(diào)水工程打破了流域、水系的自然格局，改變了水文循環(huán)條件，對于水域和陸地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生脅迫效應(yīng)。    針對水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫問題，需要吸收生態(tài)學(xué)的理論知識，完善傳統(tǒng)的水利工程技術(shù)，探索生態(tài)水利工程建設(shè)技術(shù)方法，構(gòu)建與生態(tài)友好的水利水電工程技術(shù)體系，開展河流生態(tài)修復(fù)工作。3、河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃與河流健康評估    河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃與評估包括四部分主要內(nèi)容：現(xiàn)狀及歷史調(diào)查分析；制定河流生態(tài)修復(fù)目標(biāo)；提出規(guī)劃對策，包括工程任務(wù)、管理措施和建立監(jiān)測與評估系統(tǒng)；進(jìn)行經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益綜合評估。 

17、0;  編制河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃的主要技術(shù)流程如下：（1）明確規(guī)劃的總體思路，包括指導(dǎo)思想，遵循原則，體現(xiàn)人口資源環(huán)境協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展觀和人與自然和諧的理念。（2）現(xiàn)狀調(diào)查與分析，包括社會、經(jīng)濟(jì)及水資源狀況、水文氣象、地貌地質(zhì)、河流演進(jìn)歷史和形態(tài)、生物物種狀況和河流生態(tài)系統(tǒng)退化原因調(diào)查分析。（3）在調(diào)研的基礎(chǔ)上，制定河流生態(tài)修復(fù)目標(biāo)。（4）確定規(guī)劃范圍、時間與空間尺度以及總體格局。（5）確定工程任務(wù)，主要包括水文條件（水量、水質(zhì)和水文情勢的恢復(fù)；棲息地建設(shè)；瀕危、珍稀和特有物種保護(hù)與恢復(fù)。（6）建立河流生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和河流健康評估系統(tǒng)。（7）提出管理對策 （8）對于整個規(guī)劃進(jìn)行經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益

18、綜合評估。3.1河流水系生態(tài)恢復(fù)的任務(wù)    河流水系生態(tài)恢復(fù)的任務(wù)有三大項(xiàng)：一是水質(zhì)條件、水文條件的改善，二是河流地貌特征的改善，三是生物物種的恢復(fù)?？偰康氖歉纳坪恿魃鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，主要標(biāo)志是生物群落多樣性的提高。    水質(zhì)條件、水文條件的改善包括：水量、水質(zhì)條件的改善，水文情勢的改善，水力學(xué)條件的改善。通過水資源的合理配置以維持河流河道最小生態(tài)需水量。通過污水處理、控制污水排放、生態(tài)技術(shù)治污、提倡源頭清潔生產(chǎn)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)以改善河流水系的水質(zhì)。提倡多目標(biāo)水庫生態(tài)調(diào)度，即在滿足社會經(jīng)濟(jì)需求的基礎(chǔ)上，模擬自然河流的豐枯變化的水

19、文模式，以恢復(fù)下游的生境。    河流湖泊地貌學(xué)特征的改善包括：恢復(fù)河流的縱向連續(xù)性和橫向聯(lián)通性；保持河流縱向蜿蜒性和橫向形態(tài)的多樣性；外移堤防給洪水以空間并擴(kuò)大灘地；退耕還湖和退漁還湖；采用生態(tài)型護(hù)坡以防止河床材料的硬質(zhì)化。    生物物種的恢復(fù)包括:瀕危、珍稀、特有生物物種的保護(hù)；河湖水庫水陸交錯帶植被恢復(fù)；包括魚類在內(nèi)從水生生物資源的恢復(fù)等。3.2 河流生態(tài)修復(fù)的規(guī)劃設(shè)計    河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃的指導(dǎo)思想是：以可持續(xù)發(fā)展理念為指導(dǎo)，評估河流的生態(tài)狀況，確定河流開發(fā)與保護(hù)的適宜程度，提出改善河流生態(tài)系

20、統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的工程措施和管理對策，促進(jìn)人與自然和諧相處。    河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃的原則是：（1）河流修復(fù)與社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展原則；（2）社會經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益相統(tǒng)一原則；（3）流域尺度規(guī)劃原則；（4）增強(qiáng)空間異質(zhì)性的景觀格局原則；（5）生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計、自我恢復(fù)原則；（6）提高水系聯(lián)通性原則；（7）負(fù)反饋調(diào)節(jié)設(shè)計原則；（8）生態(tài)工程與資源環(huán)境管理相結(jié)合原則。    河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)不可能“完全復(fù)原”到某種本來不清楚的原始狀態(tài)，也不可能“創(chuàng)造”一個全新的生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)該立足于我國江河現(xiàn)狀，在充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)功能的基礎(chǔ)上，適度進(jìn)行人工

21、干預(yù)，保證河流生態(tài)系統(tǒng)狀況有所改善使之具有健康和可持續(xù)性。3.3 河流健康評估    借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國國情，本文提出了“可持續(xù)利用的生態(tài)良好河流”作為對河流健康的定義。    其概念包含雙重含意，一方面要求人們對于河流的開發(fā)利用保持在一個合理的程度上，保障河流的可持續(xù)利用；另一方面要求人們保護(hù)和修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)，保障其狀況處于一種合適的健康水平上。它既強(qiáng)調(diào)保護(hù)和恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的重要性，也承認(rèn)了人類社會適度開發(fā)水資源的合理性；既劃清了與主張恢復(fù)河流到原始自然狀態(tài)、反對任何工程建設(shè)的絕對環(huán)保主義的界線，也扭轉(zhuǎn)了“改造自然”、過度開

22、發(fā)水資源的盲目行為，力圖尋求開發(fā)與保護(hù)的共同準(zhǔn)則。    “可持續(xù)利用的生態(tài)良好河流”作為管理工具，需要提供一種評估方法，既評估在自然力與人類活動雙重作用下河流演進(jìn)過程中河流健康狀態(tài)的變化趨勢，進(jìn)而通過管理工作，促進(jìn)河流生態(tài)系統(tǒng)向良性方向發(fā)展；又評估人類利用水資源的合理程度，使人類社會以自律的方式開發(fā)利用水資源?？沙掷m(xù)利用的生態(tài)良好河流概念，把在自然系統(tǒng)中討論保護(hù)和修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的理念進(jìn)一步拓寬，把自然系統(tǒng)與社會系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來。不僅要使河流為人類造福，也需要保護(hù)和修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)；不僅需要以河流的可持續(xù)利用支持社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，也需要保障河流生態(tài)系統(tǒng)的健康

23、和可持續(xù)性。    河流健康評估的內(nèi)容一般包括以下4方面內(nèi)容：物理化學(xué)評估；生物棲息地質(zhì)量評估；水文評估和生物評估。    （1）物理化學(xué)評估作指標(biāo)可以反映河流水流和水質(zhì)變化、河勢變化、土地使用情況和岸邊結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)水質(zhì)評估方法不同，在健康評估中突出物理化學(xué)量測參數(shù)對河流生物群落的潛在影響；    （2）生物棲息地評估的內(nèi)容是勘查分析河流廊道的生物棲息地狀況，調(diào)查生物棲息地對于河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響因素，進(jìn)而對棲息地質(zhì)量進(jìn)行評估。具體體現(xiàn)在河流的物理化學(xué)條件、水文條件和河流地貌學(xué)特征對于生物群落的適

24、宜程度，特別是對于形成完整的食物鏈結(jié)構(gòu)和完善的生態(tài)功能的作用；    （3）水文評估的目的是分析水文條件的變化對于河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生的影響。所謂“水文條件”既包括傳統(tǒng)的水文參數(shù)，還包括水流的季節(jié)性特征和水文周期模式、基流、水溫、水位漲落速度等，這些都對魚類和其它生物的棲息繁衍產(chǎn)生影響；    （4）生物評估具體是分析水文條件、水質(zhì)條件和棲息地條件發(fā)生變化對于河流生物群落的影響程度?？赡墚a(chǎn)生的變化包括：水域生物群落物種成分變化；棲息地生物優(yōu)勢種群的變化；物種枯竭；整個種群死亡率；生物行為變化；生理代謝變化；組織變化和形態(tài)畸變等。

25、3.4 棲息地評價    棲息地評價的目的是在揭示影響棲息地質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)境因子，并定量地評價棲息地的質(zhì)量。具體而言，是評價指示性生物的河流棲息地的質(zhì)量狀況。河流棲息地評價模型的建立一般包括以下五個步驟：確定指示性生物及評價的時空尺度，構(gòu)建棲息地適宜度函數(shù)，建立評估模型并進(jìn)行驗(yàn)證，構(gòu)建棲息地評價模型時的參照系，構(gòu)建棲息地評價模型所使用的數(shù)學(xué)方法。    目前，生態(tài)水力學(xué)模型方法在棲息地評價中獲得了廣泛應(yīng)用。它是生態(tài)水力學(xué)的重要方法，在充分理解水動力學(xué)、水質(zhì)、生物和生態(tài)動態(tài)特征相互作用機(jī)制的基礎(chǔ)上，描述生物過程和生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際特征，建立計

26、算模型，為河流環(huán)境整治和生態(tài)修復(fù)及管理提供技術(shù)支持。本文成果依據(jù)目標(biāo)魚類的適好曲線，結(jié)合示范工程進(jìn)行了生態(tài)水力學(xué)定量分析，評估不同布置方案的棲息地質(zhì)量，完成河流修復(fù)示范工程優(yōu)化設(shè)計(圖3、4)。  （a） 原設(shè)計                   （b） 修改方案圖3  生態(tài)水力學(xué)模型的河段地形 4、河流廊道生態(tài)修復(fù)技術(shù)    我國現(xiàn)階段河流修復(fù)

27、中的首要任務(wù)是遏制流域內(nèi)引起生態(tài)系統(tǒng)退化的污染，并在合理論證的基礎(chǔ)上采取必要的修復(fù)措施。對于規(guī)劃、評估、監(jiān)測這些不同的任務(wù)，其工作對象的空間尺度可能是不同的。監(jiān)測和評估工作可以在流域甚至是跨流域的尺度上進(jìn)行。規(guī)劃工作的尺度可以是流域或河流廊道。至于河流修復(fù)工程項(xiàng)目的實(shí)施，一般在關(guān)鍵的重點(diǎn)河段內(nèi)進(jìn)行。    我國河流生態(tài)修復(fù)工程的規(guī)劃設(shè)計應(yīng)在滿足防洪等傳統(tǒng)工程目標(biāo)的前提下，使工程適應(yīng)自然生態(tài)系統(tǒng)的要求。河流修復(fù)的規(guī)劃和設(shè)計應(yīng)采用系統(tǒng)方法，遵循自然規(guī)律，不僅能適應(yīng)有固定邊界條件的河流，也能適應(yīng)可變邊界條件的河流，而且要能保證在同一個工程目標(biāo)下，不同工程技術(shù)人員能做出相

28、似的設(shè)計方案，系統(tǒng)方法是一個多次反復(fù)的過程。河流生態(tài)修復(fù)工程的目標(biāo)應(yīng)是部分地恢復(fù)河流的自然地貌、水力和生態(tài)功能，需要不同專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜业膮⑴c并提供技術(shù)支撐。修復(fù)工程的規(guī)劃設(shè)計人員應(yīng)包括地貌學(xué)、水文學(xué)、河流動力學(xué)、巖土工程和生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的專家，此外還應(yīng)包括關(guān)注這一工作的機(jī)構(gòu)、個人、組織和其它利益相關(guān)者。    我國大多數(shù)河流都建有堤防工程，河流地貌不可避免要受到堤防工程的影響。從恢復(fù)自然環(huán)境功能但同時又能發(fā)揮防洪工程效益的角度出發(fā)，需要改進(jìn)完善現(xiàn)有堤防的設(shè)計和建設(shè)方法，提出一些創(chuàng)新性的技術(shù)方法。    （1）洪水后退。這項(xiàng)措施包括清除河漫灘

29、內(nèi)的所有結(jié)構(gòu)物，把河道恢復(fù)到歷史狀態(tài)。設(shè)計河道形態(tài)時要使河流泥沙不會產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷和淤積現(xiàn)象，并能恢復(fù)到天然形態(tài)。河流形態(tài)可以自由蜿蜒，洪水可以漫灘，平均漫灘頻率為一年或兩年。從現(xiàn)實(shí)來看，這一理念在我國的應(yīng)用將受到社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約，對大多數(shù)已經(jīng)建有堤防工程的河道而言，要實(shí)現(xiàn)河流形態(tài)的完全恢復(fù)是不切實(shí)際的。但對于尚未建造堤防工程的河段，在未來的防洪規(guī)劃中，可把這種非工程防護(hù)措施作為一個主要的待選方案。    （2）堤防后靠。這項(xiàng)措施與洪水后退措施在本質(zhì)上是一致的，但河漫灘洪水被限制在兩岸堤防之間。堤防在布置上不應(yīng)侵占蜿蜒帶，從而使河道在地貌變化活躍的廊道區(qū)域內(nèi)仍可

30、以擺動。這項(xiàng)措施符合當(dāng)前的洪水管理理念，但在很大程度上受經(jīng)濟(jì)條件的制約。對于新建堤防，在堤線布置方面，應(yīng)遵循宜寬則寬的原則，處理好河道行洪和生態(tài)保護(hù)要求與土地開發(fā)利用之間的矛盾，河槽和河漫灘不僅要能滿足設(shè)計洪水的行洪要求，還要保持一定的淺灘寬度和植被空間，為生物的生長發(fā)育提供棲息地，既可發(fā)揮河流的自凈化功能，又有利于地表和地下水的聯(lián)通。    （3）兩級河道。兩級河道實(shí)質(zhì)上是大河道內(nèi)套小河道，即上部河道主要用于行洪，枯水河道主要用于改善棲息地質(zhì)量和提高泥沙輸移能力。上部河道可設(shè)計成公共娛樂場所或濕地型棲息地，枯水河道可設(shè)計成蜿蜒形態(tài)。  

31、60; （4）行洪河道。把現(xiàn)有河道恢復(fù)到原來的形態(tài)，同時建設(shè)一條行洪河道或大流量河道以滿足行洪需求?；謴?fù)的河道主要是為了修復(fù)棲息地，而行洪河道則可設(shè)計成濕地或低洼棲息地，或開發(fā)為旅游休閑地，其作用就如同一個分離的河漫灘。    （5）河道內(nèi)棲息地加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。通過在河道內(nèi)增加礫石、翼型導(dǎo)流設(shè)施（側(cè)堰）、堆石堰和魚巢等結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)河道棲息地功能。但在設(shè)計中，必須考慮這些結(jié)構(gòu)對河道過流能力和泥沙輸移能力的影響，以保證防洪工程的可靠性。    （6）岸坡防護(hù)。在河道岸坡防護(hù)工程中引入樹木和灌木類植被，不僅能提供良好的生物棲息地環(huán)境，而且還可以

32、增加審美情趣。這類措施對防洪工程的改變最小，因此最容易實(shí)施，并強(qiáng)調(diào)在多孔性防護(hù)結(jié)構(gòu)底部設(shè)置反濾層和墊層。此外，河岸植被將增進(jìn)河道糙率，因此需進(jìn)行詳細(xì)的水力學(xué)分析來評價這種影響。針對沖刷侵蝕嚴(yán)重的河段，本項(xiàng)成果開發(fā)了一些岸坡防護(hù)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品，包括棕纖維生態(tài)墊、柔性護(hù)岸排、魚巢護(hù)岸砌塊、凈水石籠凈、水箱護(hù)岸砌塊，獲得2項(xiàng)發(fā)明專利和3項(xiàng)實(shí)用新型專利。5、河流生態(tài)修復(fù)實(shí)踐    在上述理論研究和技術(shù)開發(fā)的基礎(chǔ)上，開展了河流生態(tài)修復(fù)示范工程建設(shè)，包括浙江省海寧市辛江塘河道整治工程、深圳市田下河和觀瀾河生態(tài)修復(fù)工程、重慶市苦溪河生態(tài)修復(fù)工程，通過這些工程示范發(fā)展和完善了河流生態(tài)

33、修復(fù)的理論和技術(shù)方法，同時也取得了可觀的環(huán)境效益和社會效益。下面僅以浙江省海寧市辛江塘河道生態(tài)整治示范為例，予以簡單說明。    （1）基本情況    辛江塘（河）是海寧境內(nèi)主干河流之一。西起萬興橋，東至袁花大虹橋，全長32.4 km，是境內(nèi)西引東泄的主干河道，亦是橫貫東西的一條水上運(yùn)輸通道。在辛江塘河道生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)中，盡量做到水土保持措施與“國家級生態(tài)示范市”建設(shè)相結(jié)合、與安全帶植物綠化相結(jié)合、與環(huán)境整治相結(jié)合；淤泥堆放與肥田相結(jié)合；主干河道與交叉河道定位相結(jié)合；河道用地和借地相結(jié)合。    （2）工程規(guī)劃設(shè)計    根據(jù)辛江塘不同河段的功能要求，分為基本功能河段、兼顧城鎮(zhèn)建設(shè)功能河段、兼顧通航功能河段、具有飲用水源保護(hù)區(qū)功能