河川与自然环境

创建满足工程需要的多自然型河流沈坚1，杜河清2（1.浙江水利水电高等专科学校，浙江杭州310018；2.日本岩手大学工学研究科，日本盛岗市020-8550）摘要：水利工程具有改造自然的性质，本文主要论述如何在不得不改造自然的同时，尽量少破坏原有的自然环境，或者在必须要修建工程措施时，遵循一定的原则，尽可能少破坏原有的生态环境。关注日本近几年河道治理的进程，从中可以获得很多有益的借鉴，包括治理的思路及在治理过程中的基本原则和一些治理方法。文中还列举了几种较为成功的施工方法，可以在满足工程需要的同时保护河流的自然生态环境。关键词：河道治理；生态环境；原则；方法；人类如何改造自然界所赋予的水的条件，以求自身的生存和发展，是水利工作的根本任务。但是水利具有改造自然的性质，任何一项水利工程的修建，要经过大自然的最终检验，如何处理人与自然的关系，是所有水利工作必须面临的问题。现代水利的本质特征是人与自然和谐相处，保持人类的生产活动与自然规律之间的平衡与协调。为了人类的可持续发展，人与自然必须和谐相处。日本是一个洪涝灾害频繁的国家，历来重视河流的治理工作，从昭和39年（1964年）制定以河流治理和利用为中心的《新河川法》以来，多次进行完善修改。近年来，随着社会经济的发展，河流治理所涉及的内容有了很大的变化，对于河流的治理不单纯是利用其水资源，而是要考虑多方面的因素：开阔的河边空间是多种生物生息、繁衍的地方，也是当地风土人情的重要组成部分；创造具有活力，有个性的河流文化成为人们的普遍要求。根据这些变化和要求，平成9年（1997年）对《新河川法》进行了讨论和第五次修改，把河流的自然环境，人与河流的相关的生活环境等河流环境的内容明确地列入法规。我国现在的河道治理主要是为了能使洪水、污水安全大量地下泄，为了达到目的就把弯曲的河道整治成直线，采用混凝土、浆砌石等不透水的材料来砌筑河床和岸坡，河道断面也统一成梯形，河床整治成易于过水的平面。尽管从外观上看河道两岸整齐了，但由于损坏了河流生态系统，加之污水的排入，使水体富营养化加剧，只要有滞水就变得浑浊，甚至发臭，水体失去了自我净化能力。这样整治过的河道不仅使动植物难以生存，对于人类，这样的河流景观也是单调乏味的，没有给人以美的享受。“多自然型河流”一词来源于日本语“多自然型河川”，指回复到原有自然生态环境的河流。水利河道治理工程如何在满足工程要求的基础上，保持河流的原有的自然生态环境是我们现在面临的问题。根据作者近几年对日本河道治理进程的关注，认为可以在满足河道治理工程需要的同时，创建多自然型河流。1．回复河流自然生态环境的重要性1.1自然和人类的共生自然界中，美丽的河流景色是很好的自然风光，有多种动物、植物在河道周围良好地生息繁衍，各种侯鸟定期惬意地栖息，能使人类达到心灵的共鸣，情感的回归。现阶段人类治水应以人与自然和谐相处为基础，首先是回归自然的治水思想，恢复和提高河道的基本功能，尤其是维护水生物的多样性和生物链，以提高水体的自净化能力；其次是以人为本的治水思想，以满足人类活动的需求，在保证良好生态环境的同时，满足泄水的需要。莱茵河由于战后重建的影响，在70年代曾严重污染，城市附近的河水中溶解氧几乎为零，鱼类完全消失。面对严峻形势，1963年，莱茵河沿岸国家共同成立了保护莱茵河国际委员会（ICPR）采取了一系列恢复河流自然生态的措施：拆除不合理的航运、灌溉及防洪工程，拆掉水泥护坡，以草木绿化河岸，对部分改弯取直的人工河段重新恢复其自然河道等。这些措施取得了明显的效果，2002年底的调查显示，莱茵河已经恢复到二战前的生物多样性水平。1.2自然生态的重要性生态系统是指一定空间中的生物群落（动物、植物、微生物）与其环境组成的系统，其中各成员借助能量交换和物质循环形成一个有组织的功能复合体。生态系统由非生物部分与生物部分组成。非生物部分是由无机物质组成的，包含有气象、地貌、地质、水文等条件，它是生物部分的环境，是生命支持系统[1]。生物部分是由有机物质组成的，包括各级各类的动物、植物，是生命的延续，依赖于非生物部分。河流本身是一个生态系统，人类治理河道就应该创建一种适合生物生存的合理的非生物环境。人为地去改变它的生态构成要素，比如修水泥河底和水泥护坡去取代河流泥底和植被护坡，只能导致河流生物部分失去生命支持系统，变成缺少生物的失去自净能力的死河。从物理角度看，河流环境包括：河的形状(长，宽，很广阔的空间和连续性)、水流的状态(水位，流速，流量，水温，水质等)，泥沙的状态(粘土，沙，砾石等)这三个要素。各个要素间，错综复杂而又巧妙的组合起来，形成河流形态的多样性。由于河流形态多样性形成的在流速、流量、水深、水温、水质、河床材料构成等多种生态因子的异质性，形成了丰富的河流生物群落多样性[2]。比如河流形态的蜿蜒性形成了急流与缓流相间，使得鱼类可以洄游；河流的横断面形状多样性，形成了深潭、浅滩交错，为生物提供庇护空间；河床材料的透水性为生物提供了栖息所。河流形态多样性是维持河流生物群落多样性的基础。1.3保证环境用水的必要性河道中的蓄水量不能只考虑水量的安全下泄，还要考虑其基本环境用水量的存蓄。环境用水是指为维持河流自然生态环境而需要的流量，即改善和保证河流环境的用水。各部门用水的性质见下表：表1各种用水的性质农业用水工业用水发电用水生活用水环境用水得以提高的方面农作物的产量（经济）产品的产量（经济）发电量（经济）生活的质量（经济）河流环境（环境）流量方面的特征农田间可以反复利用再利用在进展中取水约等于排水通过上下水管道系统取水河道内利用不能和其他用水相转换主要利用地域中，下游中，下游上游中，下游全流域农业、工业、发电各部门的用水是从经济的角度决定用水量的，生活用水是从人们的生活质量来考虑的。环境用水是受别的机理所支配的，可能不能明显的表现出经济效益，但环境用水量是否充足却直接影响整个流域的生态环境。在现代社会中，河流是人类活动和自然环境相互作用最激烈的地方。拥有不同价值基准的主体，在相互竞争争夺河流流量分配的时候，首先应考虑保证基本环境用水，其次才是满足人类活动的要求。人类要实现可持续发展是不能只根据短期的观点来损害人类长期赖以生存的基础——自然环境。2．建立多自然型河流的基本原则2.1可借鉴的治理思路建设多自然形态的河流，是由德国和瑞士的学者率先提出的——河流的自然回复的治河手法。日本近年也采用了类似的河流治理手段，它的基本思路是：1）以现在治理的河流为基础，努力保护河流已有的生物多样性，和其丰富的自然环境。2）在确保防洪安全的同时，尽量少的改变生物良好生息、生育环境。河流的丰富的自然特性，是处在一个动态平衡状态下。在建设多自然形态河流的时候，为了保护其生态环境的多样性，尽可能的不去改变其现状。需要改变的也是最低限度的改变，必须要考虑自然环境的再生，同时要尽力维护千百年自然形成的河流环境。这样就创造出了我们所谋求的多自然型河流环境。创建好生态环境中的非生物因素，生物的自然程度、多样性、存蓄量都会向好的方向发展。2.2治理过程中的基本原则河流的丰富的自然特性，是处在一个动态平衡状态下，河道整治并非是河岸硬化、河堤固化，关键是要恢复和改善河道应有的自然功能，尽力减少工程带来的负面作用。如何减少工程带来的负面作用，又能恢复河道的自然生态环境，在治理河道的过程中，应该遵循以下几个原则：2.2.1必须保护好河道原有的表层土表层土的重要性是我们必须首先提出来的，表层土不仅是作为动植物生存繁育的基础，而且还是以食物链为联系的生态系统金字塔的最底层。在进行河道工程施工的时候，要先把表层土放置好，保证它原有的湿度、温度环境，完工后再重新铺垫回原河道。2.2.2尽可能使用当地原生的材料为了保全河流原有的生态环境，进行多自然河流治理时，尽量多的采用当地已有的石、木等自然材料。现在有些人认为需要采用一些高科技的手段制造一些新材料来代替原有的材料，那是没有必要的；在原有材料可以使用的情况下，应尽可能采用当地原生的天然材料，尽可能减少材料之间的不良影响。2.2.3保证河流的连续性河流是高山、平原与大海连接的长廊，河流是从高山向大海流动的连续体，为了能发挥这个连续体的机能，从源头到入海口都要保持一定的水量和良好的水质，这样才可以保证无论是鱼类，还是鱼以外的生物可以上、下游地往来，河道周边的生态环境可以延续变化。2.2.4开展保护河流的活动河流是自然生态的重要组成部分，很多河流都被各地誉为“母亲河”。保护河流不仅是要保护水体，更要保护河流周边的生态环境，要保证它在纵断面和横断面上都有连续性。河流纵断面的连续性主要是指沿河流沿线的生态环境是随着水流、河道情况逐渐发生变化的，对现有沿河流的水边的植物及河畔树木的保护必须考虑它的适应性。河流横断面方向的连续性主要是指河流的生态系统，不是河流独自所能完成的，与周边的树林、草皮、田野等自然环境相配合才能营造出一体的生态系统。河流的周边地区的空间的连续性，对于确保生物生息，繁衍，恢复河流的自然生态环境是必不可少的。2.2.5确保水的循环水的循环一般包括降水、径流、蒸发三个阶段。降水包括雨、雪、雾、雹等形式；径流是指沿地面和地下流动着的水流，包括地表径流和地下径流；蒸发包括水面蒸发、植物蒸腾、土壤蒸发等。水是生命之源，其循环的天然动力是太阳提供的能量。水在大气圈（云、雨）——岩石圈（土壤）——生物圈（动物、植物、微生物）——水圈（地表水、地下水）之间循环，达成动态平衡。水只有能充分良好地循环，自然生态环境才能得以可持续的发展河道中的地表水的来源是降水，从地下水渗出进入地表水系的水基本上也来自降水。降水只有在良性的循环条件下才能良性供给河道需要。3．恢复多自然型河流形态的基本方法近年来，日本河流整治的方向，已经从只考虑经济和效率方面，进行统一规划，统一采用人工材料治理的时代，朝着高质量的，充分灵活运用自然环境、自然材料，确保水和绿色的空间等，和人们的生活密切相关的安逸的、富有情趣的河流整治的时代转移。建立多自然型河流，针对不同的河流，各地有不同的方法。在制订河道规划的时候，在确保防洪治理的安全性的同时。尽量不改变或者少改变，已有的良好的生物生息、繁衍环境。如果，良好的河流环境受人为的因素影响，发生了很大的改变．就要尽力使其恢复。以下列举几种较为典型的，已经过实施的较为成功的施工方法，并说明其特点。3.1较缓的边坡，可以利用自然石块固定在网内作为护岸材料这种方法称为石网工法，把自然石头用坚韧，持久的钢丝或尼龙网连接起来的，用这种石网作为砌筑材料对河川、湖泊、池塘进行岸坡施工，然后铺上表层土。自然石料的选择范围广，可以就地取材，也可以根据河流环境取材。自然石料形状不规则，可以使护岸有透水性，保护水边原有的动植物生态系统。钢丝网有一定的柔性，可以使此方法适应于不同的坡降变化。这种方法在确保防洪安全的同时，也是较为经济的保护水边生态系统的自然石料护岸方法。3.2对于只能修建陡边坡的河岸，采用一种栓石工法拴石工法是在天然的石头上打一个小孔，嵌入锚件，锚件和控件部分的嵌板构成一体。背面的部分深埋入河岸,向上垒筑，形成天然石护岸。天然石头之间留有空隙能使水质得以净化，这种空隙还能使鱼类，蟹虾类等可以生息，也能创造出更好的自然景观。因为有锚件嵌板，所以，即使筑石之间有空隙，和过去的砌石护岸相比，也有同等的强度。3.3在自然材料不足的情况下，采用一种石块网工法石块网工法是数块混凝土块和钢筋丝网在工厂中加工成一体制造而成，把表层土盖在上面。从河岸绿化保护生态系统考虑。石块间有很多空隙，表层土盖在上面不容易被水流冲走。可以很快地生出植被，绿化岸坡。同时构造有一定的柔性，可以适应不同的比降和自然弯曲的护岸。由于钢丝网是铝合金的钢丝制成，所以有很好的耐久性，混凝土块可以达到一定的强度要求，可以作为永久建筑物使用。4.结论从日本近几年河道治理的思路和具体施工方法可以给我们整治河道提供很好的借鉴。河道整治必须把人与自然和谐相处放在首位，尊重千百年的自然形成，遵循治理的基本原则，根据不同地区，不同流态河流的具体情况，因地