河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)

生態(tài)河道修復(fù)工程河道是包括土地、動植物、水體的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)。具有調(diào)節(jié)徑流、調(diào)蓄水量、去除水中有毒有害物質(zhì)，提供水生、陸生動物棲息地的功能，植被特征明顯不同于兩側(cè)土地，有較高水平的物種多樣性，種群密度和物生產(chǎn)率。我國目前河道修復(fù)工程多考慮河道的水利條件，常見的河道整治工程如下：1、加高河堤；2、采用鋼筋混凝土和塊石結(jié)構(gòu)；3、河道人工化、渠道化；4、清淤。采用以上方法將極大的影響河道生態(tài)功能，造成河道生境單一，水生植物缺乏，周邊生態(tài)食物鏈斷裂，生物多樣性減少，河道凈化能力較差等后果。河道生態(tài)修復(fù)以生態(tài)手段，使河道生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到被破壞前的近似狀態(tài)，且能夠自我維持動態(tài)平衡的復(fù)雜過程。生態(tài)修復(fù)需要對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，包括水質(zhì)凈化物理過程、化學(xué)過程、生物特征有充分的認(rèn)識。工程設(shè)計(jì)主要包括河流生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)，河床生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)，河岸生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)和河岸帶生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)。一、河流生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)技術(shù)河流生態(tài)修復(fù)主要任務(wù)是將人工河道形態(tài)修復(fù)成近自然的河道形態(tài)。自然河流有如下四中類型：1、順直微彎型：總體順直并略有彎曲，深槽、淺灘交錯(cuò)分布其中；2、彎曲型：具有外形曲折、蜿蜒蠕動的動態(tài)特性，分布范圍廣，任意兩相鄰淺灘的間距約為河寬的5～7倍；3、分汊型：又稱江心洲型河道，具有一個(gè)或幾個(gè)江心洲，河身呈蓮藕狀，具有兩股以上的汊道，汊道交替消長；4、游蕩型：河身順直寬淺，沙灘眾多，汊道交織，河床變形迅速，主槽擺動不定，水流散亂。河流生態(tài)修復(fù)中，主要應(yīng)針對河流形態(tài)，將溝渠化的河流形態(tài)改造成近自然的河流形態(tài)。河流斷面設(shè)計(jì)河道斷面應(yīng)設(shè)計(jì)有深潭和淺灘，斷面上植物設(shè)計(jì)應(yīng)注意層次，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意喬木、灌木和水生植物布置的位置和寬度，理想的河道斷面圖如圖1所示。圖1河道剖面理想斷面設(shè)計(jì)對于硬質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重的河道斷面，應(yīng)以河道修復(fù)理想剖面為根底，加以改造。硬質(zhì)化河道生態(tài)修復(fù)剖面如圖2所示。圖2硬質(zhì)化河道生態(tài)修復(fù)剖面淺灘和深潭河流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)深潭和淺灘是自然河道中常見的較復(fù)雜的生境，為浮游生物，魚類等提供復(fù)雜的生活環(huán)境，躲避天敵，有利于河道生物多樣性的豐富，對于河流生態(tài)修復(fù)有著重要意義。針對人工河道，應(yīng)在沿河流方向剖面，塑造地形，形成近自然的深潭和淺灘，深淺變化明顯。沿河流方向生態(tài)修復(fù)剖面如圖3所示。圖3沿河道方向生態(tài)修復(fù)剖面多孔隙河岸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在河道近水區(qū)采用多孔隙結(jié)構(gòu)材料，一方面多孔結(jié)構(gòu)外表積較大，較大的空間可供植物生長，其次河岸疏松的結(jié)構(gòu)為魚類，微生物提供避難和覓食的場所，豐富河岸周邊的物種群落。河道生態(tài)修復(fù)過程中，多采用植物護(hù)岸、植物木材和石料組合護(hù)岸、植物袋和混凝土組合護(hù)岸、石籠和植物組合護(hù)岸，這些護(hù)岸與硬質(zhì)化護(hù)岸不同，給河岸周邊生物留下了充足的生存空間。常見的河道護(hù)岸修復(fù)示意圖如圖4所示。圖4多孔隙河岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、河床生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)技術(shù)河床生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要針對河道內(nèi)部，在河床上構(gòu)建構(gòu)筑物，如丁字壩等，改變河道水力條件，進(jìn)而形成深潭和淺灘交替的地形特點(diǎn)，恢復(fù)底棲動物，構(gòu)建河流健康的食物鏈，形成河道食物網(wǎng)，豐富河道及周邊的生物多樣性。河床深潭與淺灘設(shè)計(jì)蛇形河道河床生態(tài)修復(fù)工程在河道生態(tài)修復(fù)工程的根底上，根據(jù)流體力學(xué)的一般規(guī)律，構(gòu)建深潭與淺灘共存的河床地形。河流彎道的外側(cè)受河水沖刷，適宜設(shè)置結(jié)構(gòu)較牢固的深潭結(jié)構(gòu)，彎道內(nèi)側(cè)河水流速緩慢，易形成盤旋的渦流，宜設(shè)置淺灘結(jié)構(gòu)。河床深潭與淺灘設(shè)計(jì)如圖5所示。圖5河床深潭與淺灘設(shè)計(jì)丁壩設(shè)計(jì)樁式丁壩樁式丁壩是在河床內(nèi)打入木樁，利用木樁減緩水流速度，使河水中的懸浮物沉積，在丁壩周圍形成淺灘地形，樁式丁壩具有設(shè)計(jì)合理、施工簡易、壩體內(nèi)無內(nèi)壓力、可有效減輕局部沖刷、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各類河道治理、海塘保護(hù)等工程中。樁式丁壩以木樁為原材料，木樁尺寸一般長約3~5m，粗約12~15cm，木樁與木樁之間的間隔約為1m。丁壩尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)符合水利條件，丁壩寬度為應(yīng)在1/10河寬以內(nèi)，高度應(yīng)設(shè)計(jì)為洪水的0.2~0.3，丁壩間隔的丁壩長的2~4倍，約為10~30倍。樁式丁壩斷面示意圖如圖6所示。圖6樁式丁壩斷面示意圖樁式丁壩布置時(shí)，應(yīng)充分考慮木材的防腐和丁壩的維護(hù)。樁式丁壩原材料為木材，易腐爛，不做好防腐工作，將大大減小丁壩的使用壽命；樁式丁壩施工時(shí)應(yīng)交錯(cuò)打樁，上游木樁應(yīng)略低于下游木樁，使每根木樁受同等的水力沖擊力；配置長丁壩時(shí)需要充分研究，丁壩建設(shè)應(yīng)與河道治理規(guī)劃整體結(jié)合。石丁壩石丁壩是使用毛石堆砌或者填土外表用毛石干砌或漿砌的不透水丁壩，常采用的有干砌丁壩、漿砌丁壩、混合砌丁壩和框架結(jié)構(gòu)丁壩，石丁壩適用于河床為砂礫，流速較快的河流。石丁壩多用作減緩洪水，改變水流方向，保護(hù)有侵蝕風(fēng)險(xiǎn)的河岸等，并且丁壩間的泥沙堆積可創(chuàng)造近自然的河岸。石丁壩的原材料主要為自然石料，可采用工程施工產(chǎn)生的石料，石料形狀和色彩應(yīng)與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，粒徑應(yīng)能維持丁壩穩(wěn)定。石丁壩寬度為應(yīng)在1/10河寬以內(nèi)，高度應(yīng)設(shè)計(jì)為洪水的0.2~0.3，丁壩間隔的丁壩長的2~4倍，約為10~30倍。石丁壩斷面示意圖如圖7所示。圖7石丁壩斷面示意圖石丁壩修建時(shí)應(yīng)注意丁壩頭部取較大的石料，減小壩外表的凹凸面，內(nèi)部使用水泥砂漿連接，減小丁壩頭部集中水平和集中垂直流線的危險(xiǎn)。假設(shè)河流的河床多為砂礫，且沖刷現(xiàn)象較明顯，應(yīng)考慮設(shè)置反濾層。假設(shè)希望在丁壩間形成河灣，應(yīng)控制丁壩間距離，保證河灣不被埋沒。石丁壩根部應(yīng)種植固岸效果較好的植被，防止河岸受侵蝕?；炷炼位炷炼问鞘褂貌灰?guī)那么的混凝土塊體建造丁壩，在其上覆蓋當(dāng)?shù)睾哟膊牧希硗梁蛼伿?，其中水下局部多采用拋石和河床材料，水上局部采用覆土。混凝土丁壩可減緩水力勢能，促使泥沙堆積，丁壩結(jié)構(gòu)在洪水時(shí)可成為魚類的避難所。混凝土丁壩原材料采用不規(guī)那么混凝土砌塊，其上再鋪種植土或河床材料，扦插或栽植柳樹。丁壩寬度為應(yīng)在1/10河寬以內(nèi)，高度應(yīng)設(shè)計(jì)為洪水的0.2~0.3，丁壩間隔的丁壩長的2~4倍，約為10~30倍，在凹岸配置丁壩時(shí)，丁壩的間隔通常在長度的2倍以內(nèi)。混凝土丁壩斷面示意圖如圖8所示。圖8混凝土丁壩斷面示意圖混凝土丁壩設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用不規(guī)那么且不易被沖走的混凝土塊體，采用木沉排和蛇籠作為護(hù)腳固槽，假設(shè)河流的河床多為砂礫，且沖刷現(xiàn)象較明顯，應(yīng)考慮設(shè)置反濾層，防止河床砂礫被沖走。護(hù)底固槽設(shè)計(jì)護(hù)底固槽設(shè)計(jì)主要采用較緩的迫降比，利用砌石、混凝土體塊等在河床上建設(shè)擋水建筑物等方法，加固河槽。傳統(tǒng)的護(hù)底固槽工程落差較大，魚類無法洄游，生態(tài)護(hù)底固槽工程采用較緩的迫降比，將護(hù)底固槽工程在河流沿線分為緩流淺灘，急流淺灘和深潭三局部，有利于魚類洄游。生態(tài)護(hù)底固槽工程如圖9所示。圖9生態(tài)護(hù)底固槽工程示意圖城市中小型河床的近自然修復(fù)方法城市中小河流治理多采用直線型混凝土河道治理方法，將已建好的混凝土河道撤除進(jìn)行重建消耗重大，也造成巨大的浪費(fèi)。河床近自然修復(fù)方法主要為深挖河道，一般工程開挖30~40cm，將土方置于河床兩側(cè)，河邊設(shè)置木樁、鋪設(shè)塊石等，構(gòu)建多空縫隙河岸空間。河床近自然修復(fù)設(shè)計(jì)示意圖如圖10所示。圖9河床近自然修復(fù)設(shè)計(jì)示意圖三、河岸生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)技術(shù)我國目前的河岸治理工程多采用混凝土或鋼筋混凝土護(hù)岸，護(hù)岸方法阻隔了陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)聯(lián)系。河岸生態(tài)修復(fù)應(yīng)從人與自然和諧相處出發(fā)，在滿足工程平安的前提下，應(yīng)采用多種材料組合的護(hù)岸結(jié)構(gòu)，構(gòu)建適于生物棲息與繁衍的生態(tài)環(huán)境。親水護(hù)岸親水護(hù)岸的河岸設(shè)計(jì)坡度為1:6~1:3，在確保居民平安的前提下，增加親水護(hù)岸的可利用性，材料可采用天然石塊和植物材料。在河岸形成河灣和親水河岸休閑空間，形成緩坡，散步小路、河灣交錯(cuò)的親水護(hù)岸結(jié)構(gòu)。生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)護(hù)岸〔1〕植物護(hù)岸自然河岸兩側(cè)生長著蘆葦、柳樹等植物，植物護(hù)岸是以修復(fù)植物群落為目的，恢復(fù)河道兩側(cè)原有的植物。一般種植柳枝、蘆葦、菖蒲等，國外多白楊樹、榛樹等。修復(fù)植物群落，水中的植物可為魚類、昆蟲等提供產(chǎn)卵，避難和覓食的場所。插柳駁岸：在河岸插栽柳樹幼苗，恢復(fù)城市近自然河道柳樹群落，種植方法包括插栽和鋪蓋柳樹幼苗兩種。構(gòu)建方法如圖10、11所示。圖10插栽柳樹幼苗示意圖圖11鋪蓋柳樹幼苗示意圖柳樹柵欄駁岸：為防止水土流失，將木樁成排打入地下，岸邊利用柳條編制柵欄狀，可有效防止河岸受水流侵蝕。構(gòu)建方法如圖12所示。圖12柳樹柵欄工程示意圖捆柴駁岸：將萌芽力強(qiáng)的嫩柳條捆成柴，利用木樁固定在河岸坡腳，可有效防止水土流失。構(gòu)建方法如圖11所示。圖12捆柴駁岸工程示意圖〔2〕木材護(hù)岸采用圓木等固定河岸坡腳，在柳樹根系為興旺前起零時(shí)保護(hù)河岸的作用，防止水土流失，構(gòu)造圖如圖13所示。圖13木材駁岸工程示意圖〔3〕拋石護(hù)岸根據(jù)河流的水流沖刷能力，放置不同的石塊，插入柳樹，恢復(fù)近自然的河岸生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)河岸生態(tài)系統(tǒng)，增強(qiáng)河流的自凈能力。構(gòu)造圖如圖14所示。圖14拋石護(hù)岸工程示意圖〔4〕石籠護(hù)岸石籠護(hù)岸是在方形或者圓形的鐵絲籠放入直徑不太大的天然石塊，坡度控制在1:0.5或1:1，石籠護(hù)岸是傳統(tǒng)的護(hù)岸方法之一，填料粒徑小，空間密集，施工后不能立刻顯現(xiàn)其生態(tài)效益，當(dāng)泥沙逐漸淤積，水生植物生長之后，石籠護(hù)岸的生態(tài)效益逐漸表達(dá)。構(gòu)造圖如圖15所示。圖15石籠護(hù)岸工程示意圖〔5〕連接混凝土塊護(hù)岸采用混凝土砌塊確保護(hù)岸強(qiáng)度，混凝土砌塊相互連接，增加護(hù)岸的穩(wěn)定性，同時(shí)，混凝土中間有裂紋，可供植物生長，外表覆土，或者覆蓋生態(tài)袋種植植物。構(gòu)造圖如圖16所示。圖16連接混凝土工程示意圖〔6〕不同材料組合護(hù)岸為快速修復(fù)受損的河岸生態(tài)系統(tǒng)，可采用不同材料組合的護(hù)岸方法。常見的護(hù)岸形式有：鋪設(shè)石籠護(hù)岸、箱式石籠駁岸、墊石籠駁岸、盛土石籠丁壩護(hù)岸。鋪設(shè)石籠護(hù)岸：利用桶式沉排沉底，鐵絲石籠放在1:2的護(hù)坡底層，松木和柳條工程放在1:2護(hù)坡。箱式石籠駁岸：利用巨石沉底，護(hù)坡坡度設(shè)計(jì)為1:2~1:4，以箱式石籠固定護(hù)坡。墊石籠駁岸：利用巨石沉底，巨石下設(shè)置墊石籠結(jié)構(gòu)，砌石護(hù)坡設(shè)置坡度為1:1~1:5之間，水面以上護(hù)坡設(shè)置坡度為1:5，采用墊石籠結(jié)構(gòu)，上層鋪草皮，下層設(shè)置防砂層。盛土石籠丁壩護(hù)岸：在設(shè)計(jì)河床高程以上設(shè)置護(hù)腳工程，岸邊設(shè)置拋石，加固河岸，拋石以上的河岸采用防砂板和大型連接混凝土塊體，設(shè)計(jì)坡度為1:2，丁壩拋石以上設(shè)置石籠，其上恢復(fù)蘆葦群落。景觀護(hù)岸景觀護(hù)岸以蛇籠、干砌石、拋石和混凝土塊體等方法，針對水陸交錯(cuò)帶的陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡地帶，采用建筑材料和植物材料組合的方法恢復(fù)近自然的景觀格局。四、河岸帶生態(tài)修復(fù)技術(shù)河岸帶是指河流洪水位和低水位之間的河床、洪水位之間的河床及洪水位以上河水影響完全消失為止的地帶，河岸帶主要有堤岸和河漫灘。河岸帶生態(tài)修復(fù)的過程中應(yīng)在確保防洪條件的前提下，強(qiáng)化河流生態(tài)系統(tǒng)和景觀的保護(hù)，重視親水性。河岸帶植物群落結(jié)構(gòu)由深至淺依次為：沉水植物、浮葉植物、挺水植物、濕生植物和濕生林，如圖17所示。圖17河岸帶植物群落示意圖生物群落結(jié)構(gòu)的優(yōu)化植物配置時(shí)應(yīng)合理的配置密度，配置時(shí)應(yīng)視樹種、草種不同而定，喜光、速生、干直的喬木樹種應(yīng)稀植，喜陰濕、生長