河流生态修复的工程技术

目前的自然河流，大多都被人为改造过，虽然，河流的生态恢复，最好是把河流还原到河流的原始状态，但要把河流完全恢复到人工干预之前的自然形态，这是非常困难且不现实的事情，毕竟，这些河流是大量物力和财力换来的结果，而且，它们通常都解决了水利方面的某一问题。虽然，人类在解决某一问题的时候，往往又会派生出其他新的问题，但是，现今人类已没有足够的时间和空间，完全消除人的意志让自然去慢慢恢复，人类只有通过适应性技术的突破去解决日益尖锐的人地矛盾。

凯文凯利说，人类的最终结局和命运，是人与技术的共同进化。他说：“我们不妨开发一门关于合成生态的科学，反正我们已经在不经意间创造了合成生态。人类早期打猎、放牧、放火烧荒以及对草药的选择和收集，已在荒野打造出了一种人工生态，确切地说，就是依靠人类的技能大大改变了生态。”

只是人类通过技术在解决某一问题时，不要派生其他更为棘手的问题。生态问题的出现，往往都是人的活动破坏了自然的结构，自然原有的生产，消费和循环的闭环被打破。所以，技术的目的，就是设法还原自然的结构，用内在的复杂性去构建外在的简单形态。

一，河道内栖息地的修复与加强

所谓河道内栖息地的加强结构，主要是利用木材、块石、适宜的植物以及其他生态工程材料相结合在河道内构建的特殊结构。通过调节水流与河床或岸坡的相互作用，在河道内形成多样性地貌和水流条件，例如水的深度、湍流和均匀流、深潭和浅滩等，从而提高鱼类和其他水生生物生境的质量，促使生物多样性的提高。

1，砾石与砾石群

传统水利工程从防洪、航运等目的出发，往往要清除河道内障碍，比如突出的砾石。可是河道障碍物的清除及河床平坦化，会导致栖息地多样性和复杂性的降低甚至丧失。

在河道内设置单块砾石或砾石群有助于创建具有多样性特征的水深、底质和流速条件。砾石是很好的掩蔽物，还有助于形成相对大的水深、气泡、湍流以及流速梯度。这种流速梯度条件对于鲑鱼十分有益，它们能够在不消耗更多的能力下，在激流中保持相对位置。

除了鱼类之外，砾石群形成的生境也为其他生物提供了庇护和繁殖的功能。例如砾石的下游面流速较低，河流中的石娥、飞蝼蛄、石蝇等都喜欢吸附在此处。

砾石一般应用于微观生境的修复和加强，比较适合于顺直、稳定、坡降介于在0.5%～4%的河道，在河床是砾石的宽浅式河道效果最佳。设计中可参考类似河段的资料确定砾石直径、间距、砾石与河岸距离以及砾石的排列模式和方向。

圆木具有多种生境加强的功能，不仅可用于构建护坡、掩蔽体、挑流坝等结构，而且还可以向水中补充有机碎屑。在某些情况下，可采用带树根的圆木控制水流，不仅可保护岸坡抵御水流冲刷，还能为鱼类和其他水生生物营造生境，为水生昆虫提供食物来源。

一般树根盘要求正对上游水流流向，施工方法有两种：一是插入法，把树干端部削尖后插入坡脚土体；另一方法是开挖法，做法如下图。

叠木支撑是由圆木按照纵横交错的方式铰接而形成的层状框架结构，框架内 充填土壤 和块石，并扦插活的植物枝条。这种结构可布置在河岸冲刷侵蚀严重的区域，通过岸坡侵蚀防护及后期发育形成的植被，有助于提高河岸栖息地质量。经过一定时间，圆木结构可能会腐烂，但那时这种结构内活的植物枝条发育形成的根系将继续发挥岸坡的防护功能。

叠木支撑结构可与鱼类掩蔽体结合设置，如下图B-B断面图，叠木支撑结构应设置在枯水位以下区域，形成圆木结构框架空腔，这种空腔可以作为鱼类的掩蔽体。其形状和尺寸可按照目标鱼种的生活习性灵活设计。

与上述掩蔽区结构相似，可以在岸坡防护结构内嵌入木框架和厚木板组成的箱式结构，形成鱼巢，如下图。

堰坝是利用圆木或石块建造的横跨河道的构筑物，其功能是调节水流、阻挡砾石漂移。在上游形成静水区，下游形成深潭，能塑造多样性地貌与水域环境，也是一种主要的栖息地加强结构。

堰坝的主要作用：

1，上游的静水区和下游的深潭周边区域有利于有机质的沉淀，为无脊椎动物提供营养。

2，因水位相应提高，增加了河岸的遮蔽性。

3，跌水深潭有助于鱼类等生物滞留，在 洪涝和枯水期为它们提供了避难所。

4，因河道中心区有强烈的下曳力和上涌力，可产生激流和缓流的过渡区，有助于形成摄食通道，深潭的平流层是适宜的产卵地。

这种微型堰坝，其高度一般不超过30CM，不影响鱼类洄游。根据不同地形和地质条件，堰坝可设置不同类型。上图为W形堆石堰坝的构造示意，顶面使用较大尺寸的块石，满足抗冲稳定要求，下游面较大石块的间距保持在20CM左右，以便形成低流速的鱼道。堰坝的最低部分应设置在河槽的中心，块石要延伸到河槽顶部，保护岸坡。

在沙质河床不宜采用砾石材料，可用大型圆木作堰顶材料，如上图。堰顶高度不超过30CM为宜，以便于鱼类通过。可用木桩或钢桩等材料固定。如果应用圆木堰坝控制河床侵蚀，应在圆木的上游面铺设土工布作为反滤材料。

岸坡是河流廊道的基本组成部分，典型河岸由坡脚区、岸坡、河漫滩、过渡区和高地区组成。

挡土墙的生态做法目前有格宾石笼、石笼垫、块石挡土墙和土工格室挡土墙等。一般适用于岸坡较陡的河段，如下图。

实施的时候，要进行挡土墙及岸坡土体的抗滑稳定、墙体抗倾覆稳定以及加筋土工布或格栅的抗拉拔稳定验算。挡土墙后一般设土工布反滤层，以确保植物发育前墙后土体的稳定性。

植物纤维通常采用椰壳、黄麻、木棉、芦苇、稻草等天然植物纤维制成种植带，也可以用土工格栅进行加筋，可与植物结合应用于河道防护工程，如下图。

这类防护结构下层为混有草种的腐殖土，植物纤维垫用锚固桩固定，并覆盖一层薄的表土，在表土层播撒种子，并穿过纤维垫扦插活枝条。由于植物纤维腐烂后能促进腐殖质的形成，可增加土壤肥力。草籽发芽生长后穿出纤维垫，活枝条也会在合适的时候繁殖生长，最终形成植物覆盖层，不仅能抗击冲刷，还能形成多样性的栖息地环境。

铰接混凝土块护岸是一种连锁型高强度预制混凝土块铺面系统，由一组标准预制混凝土块用镀锌钢缆或聚酯缆绳连接、或通过混凝土块相互咬合连接构成，如下图。

这类结构整体性强、施工效率高和防护效果突出。这种结构不仅使护坡具有多孔性和透水性，而且还允许植物生长发育，改善了岸坡栖息地条件。这种技术适用于流速较高和风浪掏刷侵蚀严重、坡面相对平整的河道岸坡。

利用植物的活枝条或梢料，做成梢料排、梢料层、梢料捆等，可用于河道岸坡作侵蚀防护，如下图。

这是一种古老的岸坡防护生态技术，在我国有悠久历史。在梢料生长发育到一定程度后，这种结构不仅可促使河水泥沙淤积，有效减少河岸侵蚀，为河岸提供了一个直接保护层，而且还能较快形成植物覆盖层，恢复河岸植被和河边生境，形成较为自然的景观。

土工织物扁袋是把天然材料或合成材料织物，在工程现场展平后，上面填土，然后把土工织物向坡内反卷，包裹填土，如下图。

土工织物扁袋在岸坡上呈阶梯状排列，土体包含草种、碎石、腐殖土等材料。在上下层扁袋之间放置活枝条。这种技术适用于岸坡较陡且坡度不均匀区域的侵蚀防护，与常规灌木植被防护技术相比，能抵御相对大的流速。土工扁袋具有较高的韧性，可适应坡面的局部变形。

这种结构主要应用于陡峭岸坡的防护，可减缓水流冲刷，促进泥沙淤积，快速形成植被覆盖层，营造自然型景观，为野生动物提供了栖息地环境。枝条发育后的根系具有土体加固的功能。

随着人口增加和消费增强，问题是当今环境已没有太多的空间预留来尊重自然，因此，在有限的空间如何增强生态效率，如栖息地加强结构的营造，就是当今人类必须要面对的问题。生态修复，除了在更大格局和尺度中保护自然，如在大规模建设时优先划定出不可作为的区域外，还必须依赖于实用技术突破。要模拟和还原自然的结构，构建能让“生产—消费—还原”形成闭环的人工合成生态系统。

以上图文均选自于董哲仁《河流生态修复》