城市河道生態(tài)護(hù)岸的景觀生態(tài)學(xué)分析

城市河道生態(tài)護(hù)岸的景觀生態(tài)學(xué)分析

岸墻也被稱為護(hù)岸和岸墻，最初被定義為由地面和流水影響的植被區(qū)域。LowranceR,Malanson以及陳吉泉等將其進(jìn)一步拓展,形成兩種定義:廣義指靠近河邊植物群落(包括其組成、植物種類復(fù)雜度及土壤濕度等)同高地植被明顯不同的地帶,也就是植被受河溪直接影響的地帶;狹義是指河水—陸地交界處的兩邊至河水影響消失為止的地帶。隨著生態(tài)學(xué)理論的不斷發(fā)展,河岸的生態(tài)與景觀作用越來越受到人們的重視。岳雋等認(rèn)為應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)原理對城市河流展開多尺度、多學(xué)科的綜合研究是實現(xiàn)“自然·人類·水體”可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢;高甲榮認(rèn)為現(xiàn)代荒溪近自然治理的理論基礎(chǔ)是景觀生態(tài)學(xué)。筆者認(rèn)為在城市河道生態(tài)護(hù)岸的設(shè)計與構(gòu)建中同樣應(yīng)充分應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)的原理。1生態(tài)涂料的特點與景觀生態(tài)學(xué)的功能1.1生態(tài)護(hù)岸的內(nèi)涵傳統(tǒng)護(hù)岸僅側(cè)重于某些功利價值如防洪、水運、灌溉等,其缺點主要表現(xiàn)在:①溝渠化河道改變了河流蜿蜒型的基本形態(tài),導(dǎo)致生境異質(zhì)性降低,生物多樣性隨之降低,最終可能引起整個河流生態(tài)系統(tǒng)退化;②由混凝土修筑的筆直而高大的岸墻拉大了人與水的距離,使人們親水性的心理難以得到滿足;③帶來更大洪水隱患,迫使提高防洪標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而造成惡性循環(huán)。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,在城市河道整治中,回歸自然、親水、景觀與文化等新理念不斷涌現(xiàn),以生態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)、追求人與自然和諧發(fā)展的河流近自然治理研究成為國內(nèi)外研究的熱點。國內(nèi)外學(xué)者提出了生態(tài)護(hù)岸(河堤)的概念。CoppinNJ等把生態(tài)護(hù)岸定義為“用活的植物,單獨用植物或者植物與土木工程措施和非生命的植物材料相結(jié)合,以減輕坡面的不穩(wěn)定性和侵蝕”;黃岳文等認(rèn)為生態(tài)護(hù)岸是融現(xiàn)代水利工程學(xué)、生物科學(xué)、環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)、景觀學(xué)、美學(xué)等學(xué)科為一體的水利工程;羅立民等認(rèn)為生態(tài)護(hù)岸是結(jié)合治水(水利)工程與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的一種新型護(hù)岸技術(shù)。作者認(rèn)為,生態(tài)護(hù)岸是現(xiàn)代河流治理的發(fā)展趨勢,是以河流生態(tài)系統(tǒng)為中心,集防洪效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)、景觀效應(yīng)和自凈效應(yīng)于一體,以河流動力學(xué)為手段而修建的新型水利工程。生態(tài)護(hù)岸與傳統(tǒng)岸堤區(qū)別見表1。1.2景觀生態(tài)結(jié)構(gòu)特征岸坡生態(tài)系統(tǒng)是水陸相互作用的地帶,有縱向(上游-下游)、橫向(河床-泛濫平原)、垂向(河川徑流一地下水)和時間變化(如河岸形態(tài)變化及河岸生物群落演替)4個方向四維結(jié)構(gòu)特征,從景觀生態(tài)學(xué)角度看,屬于生態(tài)交錯帶的一種。岸坡生態(tài)系統(tǒng)作為水陸生態(tài)交錯帶,具有一些獨特特征如空間異質(zhì)性、生物多樣性、生態(tài)脆弱性等。1.3生態(tài)交錯帶的設(shè)置Naiman及張建春等將河岸帶功能概括為廊道功能、緩沖帶功能和植物護(hù)岸功能,這些功能主要是指河岸植被帶的功能。筆者認(rèn)為,從景觀生態(tài)學(xué)的角度看,生態(tài)護(hù)岸的主要功能有五點:①通道作用,生態(tài)交錯帶可作為相鄰生態(tài)系統(tǒng)之間生態(tài)流的通道;②過濾器作用,河岸帶可以過濾和截留沉積物、水分和營養(yǎng)物質(zhì);③源的作用,生態(tài)交錯帶為相鄰生態(tài)系統(tǒng)提供物質(zhì)、能量和生物來源;④匯的作用,與源的作用相反,生態(tài)交錯帶能吸收積累某些組分;⑤生境作用,生態(tài)護(hù)岸的坡腳部分具有高孔隙率,為水生植物、水生動物、其他兩棲類動物以及水生微生物提供了棲息、繁衍和避難的場所。2生態(tài)涂料的景觀生態(tài)學(xué)內(nèi)涵(1)景觀連通性原則Baudry于1984年提出了景觀連通性的概念。景觀連通性對景觀多樣性與生物多樣性有重要的影響,一個真正意義上的生態(tài)護(hù)岸應(yīng)該具有較高的景觀連通性,在設(shè)計構(gòu)建時,為避免景觀多樣性與生物多樣性的降低,就必須研究景觀各元素之間的景觀連通性,在影響生物群落的重要地段和關(guān)鍵點保留生物的生境或在不同生境地之間建立合理的廊道。(2)岸堤結(jié)構(gòu)組成景觀異質(zhì)對景觀的功能過程具有顯著影響。異質(zhì)性可以影響資源、物種或干擾其在景觀上的流動與傳播。根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)的綴塊-廊道-基底模式,岸坡屬于一種廊道結(jié)構(gòu)。岸堤主要由3個部分組成,即坡頂、坡面和坡腳。其中,坡面是水生態(tài)系統(tǒng)到陸生態(tài)系統(tǒng)的過渡帶,坡面又可劃分為死水區(qū)、水位變化區(qū)和無水區(qū)。較高的景觀多樣性與異質(zhì)性是生態(tài)護(hù)岸的一個重要內(nèi)涵。(3)形狀的自然邊緣的曲折度和寬度共同決定景觀中邊緣生境的總量,彎曲邊界比平直邊界的生態(tài)效益更高。(4)社會影響因素岸坡生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性對城鎮(zhèn)河流水文、地貌、生態(tài)以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展均具有較大的影響,具體表現(xiàn)在:補(bǔ)枯、調(diào)節(jié)水位、提高河流自凈能力、改善人居環(huán)境等。(5)功能多樣性與傳統(tǒng)護(hù)岸相比,生態(tài)護(hù)岸的功能不僅僅是防洪和保護(hù)河道的穩(wěn)定性,還有生態(tài)、景觀、旅游等多層次的功能。3環(huán)保涂料的設(shè)計和開發(fā)3.1水生態(tài)護(hù)岸型20世紀(jì)80年代后,國內(nèi)外許多水利工作者開始思考生態(tài)護(hù)岸的構(gòu)建技術(shù),并提出了自己的理論。張寶森提出了三維植被網(wǎng)護(hù)坡技術(shù);在引灤入唐工程中,陳海波等人提出網(wǎng)格反濾生物組合護(hù)坡技術(shù);俞孔堅等人提出水位多變情況下的親水生態(tài)護(hù)岸設(shè)計。瑞士、德國等國家于20世紀(jì)80年代末提出了全新的“親近自然河流”概念和“自然型護(hù)岸”技術(shù);歐洲荷蘭、英國、丹麥等均把生態(tài)堤岸設(shè)計與河流形態(tài)修復(fù)相結(jié)合;美國的“土壤生物工程”護(hù)岸技術(shù)經(jīng)過多年研究,現(xiàn)己形成一套完整的理論和施工方法,并得到了廣泛應(yīng)用;日本在90年代初就開展了“多自然河川計劃”,并且在生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)形式方面做了大量的實踐工作。3.2生態(tài)護(hù)岸的構(gòu)建按照生態(tài)護(hù)岸的景觀生態(tài)學(xué)內(nèi)涵,在生態(tài)護(hù)岸設(shè)計中景觀與生態(tài)是兩個主題。根據(jù)“以人為本,宜寬則寬,宜彎則彎,人水相親,和諧自然”的理念,在構(gòu)建生態(tài)護(hù)岸時應(yīng)考慮其多重功能:城市堤防的安全性、市民使用上的愉悅性、水域生態(tài)上的合理性、城市歷史文化上的必然性、河道工程上的可行性、河道景觀上的調(diào)和性等。3.2.1河道斷面的選擇護(hù)岸起著防止水土流失、防洪泄洪的作用,其穩(wěn)定性直接關(guān)系到人民生命財產(chǎn)的安全。因此結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全是設(shè)計中要重點考慮的方面。JamesL曾研究指出如果河道的寬度、深度和彎曲形態(tài)與河谷的坡度、河床等不協(xié)調(diào),則不管采用何種護(hù)岸,其岸坡穩(wěn)定性都會明顯降低。因此,在生態(tài)護(hù)岸設(shè)計中,需要對水力參數(shù)和土工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行評估,找出引起不穩(wěn)定的主要因素,然后根據(jù)實際情況選用護(hù)岸形式,確保岸坡的穩(wěn)定性和安全性,力求做到防洪排澇與保護(hù)生態(tài)環(huán)境相結(jié)合。3.2.2生態(tài)優(yōu)先原則在充分考慮護(hù)岸的安全與穩(wěn)定的前提下,應(yīng)盡量減少人為的改造,保持其天然河岸蜿蜒曲折的特點,使護(hù)岸的線條柔和化、生態(tài)化。在不得已的情況下,也應(yīng)采用模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的工程措施,維護(hù)河道的生態(tài)循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展。唐劍、翁亦城等認(rèn)為城市濱水景觀設(shè)計應(yīng)以生態(tài)學(xué)原理為指導(dǎo),強(qiáng)調(diào)生態(tài)優(yōu)先與整體優(yōu)先原則,從生態(tài)要素的保留與保護(hù)兩個方面進(jìn)行設(shè)計,綜合考慮各方面影響要素。要達(dá)到這樣的設(shè)計就必須對所選河段的河岸生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致調(diào)查,對其組成、結(jié)構(gòu)、功能進(jìn)行分析。3.2.3注重生態(tài)護(hù)岸的歷史文脈水環(huán)境景觀是城市、鄉(xiāng)村景觀的重要組成部分。河流水系是一個開放性的廊道空間,蜿蜒于城市之中,是許多城市乃至文明的發(fā)展軸線,例如巴黎的塞納河、倫敦的泰晤士河、美國圣路易斯的密西西比河等。因此生態(tài)護(hù)岸設(shè)計要遵循歷史文脈,考慮到所在河流的特殊的人文景觀效應(yīng);在生態(tài)護(hù)岸的建設(shè)中,河流岸坡的景觀效果應(yīng)按照自然與美學(xué)相結(jié)合的原則,進(jìn)行縱向的形態(tài)規(guī)劃與橫向斷面設(shè)計;城市河道整治要與城鎮(zhèn)美化相結(jié)合,與回歸自然相結(jié)合,提高城鎮(zhèn)品位。生態(tài)護(hù)岸設(shè)計要研究分析大眾行為心理,改變水景只可遠(yuǎn)觀不能親近的狀況,可設(shè)計形式多樣、高低錯落水陸交融的親水平臺,如修建長廊、亭榭等供人休憩娛樂,創(chuàng)造出符合人類行為心理和精神活動的理想親水空間,使城市水體成為人們接近自然、回歸自然的渠道。因此設(shè)計生態(tài)護(hù)岸的最高層次的要求就是要以自然、生活、空間、歷史和文化為線索,對當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境與人文景觀進(jìn)行徹底的了解與認(rèn)識,以使生態(tài)護(hù)岸與當(dāng)?shù)氐木坝^文化融為一體。3.3生態(tài)修復(fù)原則生態(tài)護(hù)岸的構(gòu)建應(yīng)摒棄傳統(tǒng)的河流岸坡整治技術(shù),從岸坡的生態(tài)結(jié)構(gòu)入手,充分應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)、生態(tài)水工學(xué)的基本原理,對原生態(tài)的河道要盡量保護(hù)其原有的動植物物種和原有的生態(tài)系統(tǒng),對受損的河道力求修復(fù)其水域生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)護(hù)岸可以分解成堆岸、鋪設(shè)層、護(hù)岸和緩沖帶等幾個主要部分。3.3.1結(jié)合當(dāng)?shù)刂匾淖匀豢茖W(xué)性,可選用可再生資源材料直接利用堆岸和鋪設(shè)層的設(shè)置主要是為了抵制河道水流作用力的侵蝕。生態(tài)護(hù)岸所選的材料與岸坡的穩(wěn)定性有很大關(guān)系。胡海泓指出生態(tài)護(hù)岸材料的選擇材料應(yīng)遵循“3E”原則,即護(hù)岸型式及材料的有效性、環(huán)境因素、經(jīng)濟(jì)因素。常見的有純天然的柔性材料,如石塊、多孔性預(yù)制磚及木頭等,也有直接利用當(dāng)?shù)匾恍U舊材料的,例如在美國的加利福尼亞州,風(fēng)景園林師們成功地將回收的廢棄輪胎應(yīng)用于護(hù)岸建設(shè)中,形成了一種非常經(jīng)濟(jì)的柔性護(hù)岸。近年來,我國在生態(tài)護(hù)岸的材料研究方面也取得了一定成果,水利部“生態(tài)水工學(xué)關(guān)鍵技術(shù)研究”科技創(chuàng)新項目子課題——生態(tài)型護(hù)岸材料和結(jié)構(gòu)的技術(shù)開發(fā),目前研制成功的有棕纖維生態(tài)墊、柔性護(hù)岸排、凈水箱護(hù)岸砌塊、凈水箱護(hù)岸砌塊等1。這些材料同日本的植被型生態(tài)混凝土、韓國的生態(tài)植草磚系列一樣,都屬于剛性護(hù)岸材料,在城市河道中最為常見,一方面這些材料上可以生長植被,景觀效果強(qiáng),另一方面這些新型配料的高滲透性可使降水滲入地下,經(jīng)過過濾作用再匯入河道,對城市的面源污染控制起到了重要作用。3.3.2棲息地的保護(hù)護(hù)岸的構(gòu)建位于堆岸和鋪設(shè)層的上方,是河流兩棲動物及其他生物的重要棲息地。在護(hù)岸工程回填時,應(yīng)盡量使用當(dāng)?shù)赝?以恢復(fù)河流的自然環(huán)境;并使用透水性能好的材料,上面覆土后,種植草、蘆葦?shù)茸o(hù)坡植被。3.3.3生態(tài)緩沖區(qū)(1)河岸帶寬度分析緩沖帶的寬度對其功能的發(fā)揮十分重要。一般來說,緩沖帶的寬度由緩沖帶所要發(fā)揮的功能決定。國外一些學(xué)者在生態(tài)緩沖帶寬度的選取上取得了一定的研究成果,例如Sparovek等在分析巴西西南部河岸帶森林有效性的基礎(chǔ)上,通過模擬分析,確定了研究區(qū)域適宜的河岸帶森林寬度;Apan等在Forman對河流緩沖區(qū)實驗分析的基礎(chǔ)上,用固定寬度和變化寬度這兩種模式來分析研究區(qū)河岸帶;ChesterRidleyCruet流域管理委員會認(rèn)為河岸帶寬度大于39m時河岸帶最優(yōu),在15～39m之間時較好,不能低于7m。這些研究從不同角度出發(fā),分析了河岸帶緩沖區(qū)寬度描述方法以及緩沖區(qū)的適宜寬度,為相似條件的河岸帶研究提供了一定的借鑒意義。(2)生態(tài)護(hù)岸型生態(tài)護(hù)岸植物群落對整個生態(tài)護(hù)岸起著至關(guān)重要的作用,生態(tài)護(hù)坡的護(hù)坡功能主要是通過邊坡上的植物保護(hù)河岸來實現(xiàn)。作為生產(chǎn)者的綠色植物是生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ),不同地區(qū)具有不同地質(zhì)構(gòu)造、環(huán)境條件和生物種群,因此生態(tài)護(hù)岸的植被選取要遵循自然規(guī)律。植物的配置也應(yīng)以鄉(xiāng)土植物為主,極力回避外來物種。(3)植物的垂直分布從河道斷面方向看,岸坡可從上到下分成坡頂、坡面和坡腳。生長的植物有陸生植物、挺水植物和沉水植物。就陸生植物從垂直方向看,又有草本植物、木本植物。不同的植被類型對生態(tài)護(hù)岸功能有著不同的影響。例如,