河流廊道生态修复的工程技术原理和应用 ——以中法武汉生态城高罗河生态廊道为例

一

国外河流生态系统保护与修复的历程

与实践经验

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国外河流生态系统保护与修复的历程概述

水生态系统主要包括河流、湖泊、湿地等内陆生态系统。世界各国对水生态系统的管理经历了由无节制的开发利用到引起污染灾害转为边开发边治理，最终转向水生态治理的历程。

河流生态系统是水生态系统的重要组成部分。从世界各国水生态系统的管理历程来看，大都经历了从无节制的开发利用引起污染灾害转为边开发边治理，最终再转向水生态治理的过程。

最初河流的管制是为了防治洪水灾害、提高河道航运能力、为农业提供稳定的灌溉水源、促进经济发展等。20世纪50年代起，逐步转向“水质管理”，到90年代，出现了以欧洲为代表的“近自然方法治理”和日本为代表的“多自然河流”等较为成熟的治理理念（表1）。

表1 国外河流生态系统保护与修复发展历程一览表

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国外河流生态系统修复的实践经验

在人类不断推进城市化的进程中，过去的50多年里，地球上几乎所有主要河流生态系统和湿地大都经历了有史以来强度最大的破坏。人类或筑堤坝兴利、或河道渠化防渗、或裁弯取直行洪，或兼而有之，对河流进行了大规模的改造。结果不仅对水生态系统造成破坏，而且降低了整个自然生态系统的多种服务功能，造成发展的不可持续化。与此同时，人类开始保护和修复的行动。

本文总结了国外的河流生态修复实践经验，主要包括：

（1）源头治理措施

源头治理被作为水生态保护与修复的前提和基础。控制污水直接排放入河，是减轻水体污染、保护水生态的根本措施，这已经被世界发达国家生态保护实践经验所证实切实有效。

源头治理的根本措施，在用于保护与修复流经多国的国际河流水生态系统中也发挥了重要作用，著名的莱茵河“鲑鱼·2000计划”就是一个典范。为恢复莱茵河流域水生态系统，让莱茵河的标志性鱼类——鲑鱼在2000年重返莱茵河，沿岸9国制订了“莱茵河行动计划”。该计划的核心是如何减少正常情况下有害物质的日排放量，从源头减少污水直接排放入河。

（2）多样化的人工工程措施

首先采用物理或化学手段进行水质治理，其后逐渐采用生态水利工程治理，是发达国家水生态系统保护与修复的重要措施之一。

物理或化学手段包括稀释冲刷法、生态清淤和曝气法，这是使用较早、收效明显的改善水质技术，为发达国家广泛采用。最典型的就是日本，该国在封闭性水域治理方面，注重生态清淤和内源治理，积累了丰富的经验，日本第二大湖泊霞浦可称为应用底泥疏浚修复水生态的代表。

除了净化河湖水质之外，发达国家又将水生态修复的视角投向修复人为工程造成的水生态破坏。如美国的基西米河（Kissimmee River）生态修复措施就包括了改变上游水库的运用方式、修建拦河坝、拆除被渠化的河道等。目的是恢复河道原有的自然水文条件，进而修复其生态环境系统。随着自然河流的恢复，水流在干旱季节流入弯曲的主河道，在多雨季节则溢流进入洪泛区，逐渐恢复了基西米河湿地生态。近年监测结果表明，新沙洲得到发展，水流溶解氧水平得到提高，水质得到明显改善。许多已经匿迹的鸟类又重返基西米河。科学家已证实该地区鸟类数量增长了三倍。

（3）持续的生物修复措施

虽然人工干预在水生态系统的保护与修复中作用显著，但是大自然的自我修复能力同样不可忽视，有效利用这种能力，往往具有事半功倍的效果。充分发挥大自然的自我修复能力是河流生态系统可持续稳定的天然保障。

（4）全流域管理措施

国外经验表明，河流生态系统的保护与修复是一项系统的过程，而非头痛医头、脚痛医脚式的局部管理。全流域尺度管理措施是水生态系统保护与修复的关键。

二

河流生态廊道的基本功能

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河流生态廊道的构成

河流包括三个主要组成部分：河道、河滩地和漫流高地，河道是一年中大部分时间有水的河槽，河滩地是河道两侧周期性被淹没的区域，漫流高地是河滩地与周围陆地景观之间的过渡区域。相关研究表明，河流生态廊道还需要包括河流两侧一定宽度的绿带，以保证廊道生态功能的有效性。

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河流生态廊道的基本功能

生态廊道主要由植被、水体等生态性结构要素构成，美国保护管理协会从生物保护的角度出发，将生态廊道定义为“供野生动物使用的狭带状植被，通常能促进两地间生物因素的运动”。生态廊道具有保护生物多样性、过滤污染物、防止水土流失、防风固沙、调控洪水等多种功能。河流廊道作为典型意义上的生态廊道，具有五个基础功能：栖息地功能、通道功能、过滤和阻隔功能、源头和沉降功能、动态平衡功能。

（1）栖息地功能

栖息地是植物或动物在大自然特定区域中生活、成长、繁殖以及其他生命周期的空间场所。栖息地提供所在生物必需的生活元素，包括空间、食物及庇护场所。廊道对于栖息地价值在于它能够连接很多小型的栖息地，并且使野生动物族群数量增加。

（2） 通道功能

能量和物质通过河流廊道进行传输，健康的河流生态廊道具有横向和纵向的通道功能。比如，鸟类以及小型哺乳类动物可以通过植被群落的树冠层穿越廊道，有机碎屑等物质能经廊道由高处往低处输送，成为河流中的鱼类和无脊椎动物的食源。

（3）过滤和阻隔功能

廊道内生物对污染物的吸附降解以及泥沙传输的减缓作用，在生态容量的允许下，能有效过滤和阻隔污染物。

（4）源头和沉降功能

地表水、地下水、能量可以通过河流廊道沉降与储存下来，洪水发生时河滩地的植被可调节或滞留部分洪水量，拦阻沉积物。

（5）动态平衡功能

在没有人为干扰的情况下，河流廊道的架构、形态会随着周边自然条件的改变而发生变化，但这种变化是河流与其廊道之间相互作用的动态过程。

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河流廊道生态修复的工程技术方法

上述五大功能是河流廊道生态修复的基础，河流廊道的生态修复关键就是全部或者部分修复廊道的基础功能。具体来说是指通过人工干预的方式来恢复因人类活动的干扰而丧失或退化的自然生态，改善河流生态系统的结构与功能，提高生物群落的多样性。

通常意义上的生态修复工程包括水源补充以保障最小生态需水量，加强污染治理以净化进入河流的水质，尽可能恢复河流纵向和横向的连通性以及形态的多样性，防止河床的硬质化。通过修复工程的实施实现河流廊道的栖息地功能、通道功能、过滤和阻隔功能、源头和沉降功能以及动态平衡五大生态功能的恢复。

工程技术方法主要有：

（1）稳定河道地形

城区内河道承担着防洪和排涝等基础性的功能，因此河道地形的稳定非常重要，包括护岸和河床的稳定。稳定化过程的建设要兼顾防洪和生态系统的构建两方面的需求，避免河床和岸坡的硬质化以及结构上的均质化，河床的稳定应尽可能维持河道的几何形状达到一个冲淤平衡的状态。

（2）降低入河污染物量

河流廊道生态修复的前提是要降低进入河流中污染物的量，这对于水质的改善至关重要，一般可通过加强汇水区域内污染防治措施以及设置前置库或湿地净化区等措施来实现。

（3）重建河岸带生物群落，营造多样化的栖息地生境

营造漫滩地、积水洼地、池沼地，为水、陆生动植物提供多样化的栖息地环境。通过设计营造出丰富多变的河岸线，恢复沿河串接的池塘、湿地等生境空间，创造深潭和浅滩等不同深度的水体，营造复杂多变的生境。

（4）保护关键性的河流底质

一些特定的河流底质对于特色鱼类产卵及其他水栖生物的栖息地环境相当重要。因此，河流关键性底质的保护对于河流原有底栖物种的生存至关重要。

三

高罗河廊道生态修复工程实践

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高罗河概况

高罗河位于中法武汉生态示范城内什湖和后官湖之间，是两湖之间现状唯一的联系河道。现状高罗河渠长约1.97km，大部分河岸为泥土裸露状态，南段局部段已进行护砌硬化处理。高罗河两侧村庄交织，北段两岸均以鱼塘、荷塘和农田菜地为主，南段为建成的居民小区。河道与池塘水系未能实现有效联通，水循环不畅，整体水质为劣五类。高罗河上建有高罗闸，长期处于关闭状态。

2000年之前，高罗河水面完整，水域面积不断扩大形成湖泊。2000年之后，城市建设及农业生产不断增加，水域面积基本得到延续，但水面形态切割严重，水体功能转而以鱼塘、藕塘为主，并保留有高罗河小部分水面及湿地。

按照生态城总体规划要求，高罗河作为“一级生态廊道”，是中法武汉生态城南北联系的生态廊道，是什湖生物多样性中心的重要组成部分，有必要对高罗河廊道进行生态修复，恢复其生态廊道的功能。

图1 高罗河区位图

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高罗河生态修复总体技术方案

（1）外源截污工程

河流廊道生态修复以控源截污为基础，重点污染源治理为核心。高罗河附近的水产养殖及降尘污染对区域水质污染贡献量较大，在对周边村庄污水进行全面截污的同时，全面关闭区域内水产养殖，改变原来土地的生产功能为生态涵养功能。

（2）内源初期雨水净化工程

加强对初期雨水的治理，通过增加路面及绿地的下渗，进行源头控制。在主要雨水排口处建造人工湿地池，进行末端控制。初期雨水人工湿地对污水的处理过程，是物理、化学及生物作用共同作用的结果。通过基地内的梯级人工湿地的过滤和净化，实现初期雨水的预处理，保证进入高罗河的雨水的水质要求。

图2 梯级雨水净化过程示意图

图3 初期雨水净化池分布图

（3）河道内建设工程

①清淤连通工程

主要工程措施有：

河道清淤，连通后官湖与什湖，确保上位规划确定的18.65m常水位，满足常水位平均水深1.2m，河渠水深控制1.5~2.0m；对已污染河床段进行河道底泥清淤，同时通过河道清淤使河道容水量增大，提高泄洪排水能力。拆除沿河临时建筑，保证河岸两侧不少于30m的廊道宽度；退塘还湿，将河道与鱼塘水系联通，保证水体能互相交换，增加生物斑块。

②生态水岸建设

对硬化河道进行生态化改造，改善河流生态廊道的边缘地带生态环境，为生物提供多样的栖息地；对裸露河岸进行生态化处理，并进行植物配置，固化堤岸；改变现状鱼塘的垂直水岸，增加自然缓坡，补植水生植物形成湿地浅滩。

③建立生态栖息岛

退塘还湿，局部扩大水面面积，增加栖息生态岛；就地开挖筑岛并实现土方平衡，使水面面积减少但容纳水体积、水位不变。

图4 水体多种岸线分布图

图5 生态岸线做法详图断面-1

图6 生态岸线做法详图断面-2

图7 场景效果图

图8 水塘效果图

（4）河岸高地林带建设工程

河岸高地林带对河流廊道的生态修复至关重要。根据适地适树生态原理，选择武汉当地的植物树种进行植物配置，选择适合鸟类栖息、动物隐蔽及摄食的植物进行种植，融入生态系统的多个环节中。为保证鸟类活动，需在惊飞距离（营巢地平均惊飞距离约200m，觅食地平均惊飞距离约100m）以外对人的活动进行干预。

（5）完整的水陆生态食物链建设

湿地物种较森林物种更加单调 , 掠食方式大同小异 , 构成食物链基础的物种不如森林丰富 ,所以不容易形成多层次的食物链。规划通过人工干预的方式提高湿地的生物多样性，建立水体中的食物链，形成“浮游植物—浮游类（含原生动物）—浮游动物（轮虫、桡足类、枝角类、甲壳类等）—滤食性鱼类（锦鲤、鲫鱼和鳙鱼等）”的食物链，恢复湖泊生态系统，进而达到提高水体生产力，达到水体自净的目的。并通过两岸防护林带建立类森林生态系统，进一步丰富高罗河区域的生物多样性。

图9 总平面图

作者简介：

汤学虎  上海同济城市规划设计研究院有限公司 城市开发规划研究院 副主任规划师

原文刊载于我院《理想空间》81期