淺析生態(tài)堤防的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

李孟洋 李劍鋒 張吉剛

河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司 河南 鄭州 450016

以前，堤防的設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在河道的加固和彎曲上，主要是為了滿足人們的各種經(jīng)濟(jì)需求，如發(fā)電或航運(yùn)，很少從河流生態(tài)等綜合活動的角度來看，水生動植物的繁殖和文化休閑，擴(kuò)大城市空間或提高城市品位。同時，必須充分認(rèn)識到，最初的大壩設(shè)計(jì)理念已經(jīng)從根本上改變了一些河流的結(jié)構(gòu)和功能。由于社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，河流的未來發(fā)展已經(jīng)引起了國家水資源的普遍關(guān)注，研究各級河流的生態(tài)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)水資源保護(hù)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

1 生態(tài)堤防含義及其現(xiàn)狀

堤防工程長期以來始終是一個重大的水資源工程，對流域生態(tài)系統(tǒng)以及城市經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展都產(chǎn)生著重要影響。它確保了對河川與水道的生態(tài)管理，以最直接、最合理的方法創(chuàng)造了安全的水運(yùn)條件。但是，有效運(yùn)用水資源對防止洪災(zāi)也是很好的保證，所以設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮堤壩工程的影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，堤壩工程不但會減少正常運(yùn)行，而且還會帶來相應(yīng)的損壞和影響。在中國傳統(tǒng)的堤壩工程中，一般堤防都采用破壞岸邊自然環(huán)境資源來提高防洪功能，對自然保護(hù)河流的人為損壞造成自然環(huán)境資源不斷下降，嚴(yán)重?fù)p失。但是，隨著中國經(jīng)濟(jì)社會建設(shè)的變革與發(fā)展，資源的相對減少和自然環(huán)境的過度破壞，可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為人類所關(guān)心的焦點(diǎn)問題。在設(shè)計(jì)堤壩時，不但要考慮堤壩的運(yùn)行，還要考慮其運(yùn)行，更要顧及生態(tài)平衡。因此必須更多關(guān)注它對自然環(huán)境的影響。從環(huán)保角度考慮，結(jié)合實(shí)際，設(shè)計(jì)出有良好生態(tài)效益的堤壩。

1.1 生態(tài)堤防的現(xiàn)狀

生態(tài)堤壩以傳統(tǒng)堤防工程設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用現(xiàn)代水防護(hù)科學(xué)技術(shù)、生態(tài)與環(huán)境保護(hù)科學(xué)、生物與藝術(shù)理論，以在生物和藝術(shù)等領(lǐng)域中值得稱道的學(xué)科成果為指導(dǎo)，按照自然規(guī)律，依據(jù)水的生態(tài)環(huán)境保持生態(tài)平衡，并按照當(dāng)?shù)刈匀坏刭|(zhì)特征與沿岸天然水質(zhì)循環(huán)的規(guī)律設(shè)計(jì)，構(gòu)筑了一個天然而和諧的堤壩。在河堤的設(shè)計(jì)與施工過程中，因?yàn)橛猩鷳B(tài)功能，所以主要采用了沿河綠化和增加水體面積、濱河生態(tài)景觀、島嶼河流生物生長設(shè)施等方式，主要建筑材料均以天然材料構(gòu)成，有孔結(jié)構(gòu)為材料構(gòu)成。修建堤防在一定程度上消耗了大量的人力、物力和經(jīng)濟(jì)資源，但設(shè)計(jì)成本也要高得多。在設(shè)計(jì)過程中，我們不僅要避免對自然環(huán)境造成重大破壞，還應(yīng)特別注意根據(jù)其性質(zhì)充分開發(fā)和加強(qiáng)。即使在一些發(fā)達(dá)國家，大壩建設(shè)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)直接相關(guān)的經(jīng)濟(jì)和社會效益也無法估計(jì)。將環(huán)境理論與實(shí)踐相結(jié)合。

1.2 生態(tài)堤防建設(shè)的必要性

過去，在建設(shè)時，人們常常只重視保證河道通行、防汛等的社會和經(jīng)濟(jì)效益。它們的設(shè)計(jì)和施工中往往只關(guān)注于經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需求，人為地加強(qiáng)了河堤施工，管理和建設(shè)了堤防，而無視河道與岸邊的自然環(huán)境及其河道之間的生態(tài)平衡問題。在堤壩的設(shè)計(jì)和施工過程中，由于大量采用了石材建筑物、鋼筋混凝土以及不是很理想的建筑環(huán)境，包括對岸邊泥沙和土質(zhì)等的環(huán)境影響都十分巨大，大量沿海地區(qū)和植被廣泛修建，岸邊和支流中間的生態(tài)平衡也遭到了人為毀壞，人工建設(shè)已經(jīng)完全毀壞了自然河道的天然形態(tài)，使得其自然活動也無法在自然河道的生態(tài)平衡上起到正常功能，從而嚴(yán)重破壞了生態(tài)系統(tǒng)。事實(shí)上，水源環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)的建立對流域生態(tài)系統(tǒng)有直接關(guān)系，特別是在下列領(lǐng)域:

（1）條例中規(guī)定的海岸斜坡和水壩破壞了河流原有的生態(tài)平衡，并占據(jù)了生物棲息地。設(shè)計(jì)師們把它緊緊地固定在斜坡上，在海岸斜坡的設(shè)計(jì)和施工中，大壩產(chǎn)生了一個均勻、正確的斜坡或垂直面。以前不規(guī)則的自然群落、河底和河流被夷為平地，原木植被遭到嚴(yán)重破壞，河流兩岸的自然景觀消失，圖基棲息地完全消失，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)消失。

（2）河流自然形態(tài)的變化對河流生態(tài)造成了嚴(yán)重破壞。在堤防設(shè)計(jì)中，通常在大壩設(shè)計(jì)中采取矯直措施，同時考慮到洪水流量的降低和施工成本的降低。這樣的大壩設(shè)計(jì)項(xiàng)目降低了建造大壩的成本，但也為生物和河床以水的形式生長創(chuàng)造了條件。

（3）這嚴(yán)重危害了流域自然環(huán)境，并產(chǎn)生了嚴(yán)重破壞。所以，隨著中國人民生命質(zhì)量的逐步提高和國家生態(tài)建設(shè)的逐步提高，將對水利管理和堤防設(shè)計(jì)提出新的質(zhì)量要求和規(guī)范。但是，它也對其經(jīng)濟(jì)效益與社會利益上的規(guī)劃與合理運(yùn)營，有著一定重要性。因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)的路堤設(shè)計(jì)中，我們必須結(jié)合實(shí)際環(huán)境，以促進(jìn)人與自然的和諧相處。

1.3 生態(tài)堤防設(shè)計(jì)的基本原則

（1）安全原則：防洪是生態(tài)壩建設(shè)的基本要求之一。為了確保自身安全，特別是隨著人們開始在水上定居，隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的提高，大壩的建設(shè)水平和標(biāo)準(zhǔn)也會提高。

（2）自然原則：結(jié)合水的自然生態(tài)特性，因地制宜，不破壞或重建自然形成規(guī)律。自然元素可以引導(dǎo)人們在營造河流景觀時了解自然，尊重自然。最大化生態(tài)價值。

（3）環(huán)境保護(hù)原則：堅(jiān)持“環(huán)境友好型水”的新理念，滿足人體的生活需求，適合水生動植物的生長繁殖，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處，為“人與水資源共享”創(chuàng)造良好環(huán)境。

（4）親水性原則：結(jié)合當(dāng)?shù)厝嗣竦奈幕瘋鹘y(tǒng)和需求，建立“人性化”的休閑娛樂場所，改善水和水的獲取。這使人們能夠從視覺、聽覺、觸覺和嗅覺的角度感受水文化作為一種生物審美感知的完整性。

（5）整體性原則：海岸景觀設(shè)計(jì)的基本原則，即總體美、增強(qiáng)美和景觀美的反映，擴(kuò)大生態(tài)系統(tǒng)空間中的水流。

（6）該原則與傳統(tǒng)的水利目標(biāo)相結(jié)合：根據(jù)城市洪水管理規(guī)劃合理確定壩高；為防洪制定適當(dāng)?shù)暮恿饕?guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，并將技術(shù)措施與非技術(shù)措施相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)防洪、環(huán)境保護(hù)、文化景觀建設(shè)等多目標(biāo)。

2 生態(tài)堤防存在的問題

在漫長的歷史時期，人類對大流域的人工林和荒漠化造成了巨大的破壞。洪水對河流和流域的侵蝕和破壞危及人類的生存和安全。人類活動破壞了河流兩岸的生態(tài)平衡，現(xiàn)代社會發(fā)展的利益迫使人們機(jī)械挖沙，嚴(yán)重?cái)_亂了河底，破壞了海灘和河流的穩(wěn)定性，失去了對河道的維護(hù)作用，導(dǎo)致河岸受損，但是隨著自然環(huán)境的破壞，生態(tài)系統(tǒng)的免疫性能也在下降，生態(tài)提防已無力承擔(dān)更多的壓力。

2.1 缺乏建設(shè)理念

生態(tài)堤防是一個正在深入發(fā)展的大壩建設(shè)新概念，但在城市和農(nóng)村地區(qū)都沒有堤防建設(shè)的概念。一個基于傳統(tǒng)建筑思想的鄉(xiāng)村堤壩曾經(jīng)保護(hù)著河流，以保護(hù)居住在河流兩岸的人們的安全生活，現(xiàn)在已經(jīng)完工了。這種理解在生態(tài)堤防中是不夠的。事實(shí)上，近年來堤防建設(shè)中出現(xiàn)了很多問題：

（1）傳統(tǒng)的涂裝方法是用鋼筋混凝土砌成的石材，不能用于任何用途，需要花費(fèi)大量的時間和精力，施工人員不在乎錢，但加快施工速度，必然會導(dǎo)致生產(chǎn)和施工質(zhì)量的惡化。在一些地方，建筑監(jiān)督仍然不足，大壩的施工也沒有受到監(jiān)督。

（2）已完工且無防護(hù)的大壩導(dǎo)致大壩不同部位的廢物排放，成為垃圾處理場，失去了堤防的重要性，垃圾污染了河底，堤防的目的是治理河底。此外，堤防挖掘工拿走了堤防的鋼筋和石塊，嚴(yán)重破壞了堤防的質(zhì)量，使堤防癱瘓。生態(tài)堤防不會讓這種情況發(fā)生。

雖然城市堤防有生態(tài)理念，但長期以來沒有考慮生態(tài)保護(hù)理念的沿海城市沒有被考慮在內(nèi)。目前，城市雖然增加了生態(tài)堤防，但沒有將其作為一個整體考慮，因此，它們不包括在生態(tài)城市建設(shè)計(jì)劃中，生態(tài)堤防是單獨(dú)修建的，因此簡單的建筑和城市垃圾流入河流。毀壞了河床，失去了堤防的作用。

2.2 缺乏統(tǒng)一規(guī)劃

堤防建設(shè)不僅要完成工程，還要充分考慮城鄉(xiāng)人與自然的和諧發(fā)展。洪水表明人與自然的不和諧，導(dǎo)致洪水襲擊堤防，洪水襲擊農(nóng)民，毀壞橋梁。

綜合規(guī)劃要求將生態(tài)銀行融入城鄉(xiāng)規(guī)劃，從規(guī)劃、圖紙、施工安排等方面入手。基于嚴(yán)格的施工程序，確保法律法規(guī)的可持續(xù)性，集中設(shè)計(jì)應(yīng)考慮生態(tài)大壩與人類生產(chǎn)和生活的關(guān)系。此外，景觀設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮環(huán)境因素。所有施工都需要特殊的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)技術(shù)。目前，據(jù)了解，生態(tài)堤防的建設(shè)不具備這樣的建設(shè)條件，所有這些前提都是集中的、規(guī)劃的、技術(shù)的、生態(tài)的和建筑的。景觀不是景觀，它不僅失去了生態(tài)壩的綠化功能，而且不提供防洪，浪費(fèi)了大量的資金和建筑材料。

2.3 思想認(rèn)識不足

生態(tài)堤防涉及整個系統(tǒng)的建設(shè)，修建在由灌木、草坪、花卉和植被組成的綠色走廊上，以及有條件的區(qū)域。在那里，你還可以設(shè)計(jì)河岸上的花園景觀、露臺上的雕塑等。因此，生態(tài)堤防的建設(shè)不僅是堤防的景觀美化，而且應(yīng)該被忽略。認(rèn)為在堤防建設(shè)中，特定地點(diǎn)的建設(shè)不是環(huán)境保護(hù)要求，只能提前使用，浪費(fèi)公共資金，由于缺乏思考和理解，生態(tài)堤防沒有裝飾價值，也可以用于空氣凈化，改善環(huán)境循環(huán)。

2.4 建設(shè)和維護(hù)資金匱乏

生態(tài)堤防的建設(shè)涉及許多項(xiàng)目，每個項(xiàng)目都需要資金，但堤防是一次性投資。其次是發(fā)展可再生生態(tài)保護(hù)，它可以創(chuàng)造生態(tài)價值，如裝飾價值、旅游價值。經(jīng)濟(jì)林等的開發(fā)只是為了建設(shè)和保護(hù)，所創(chuàng)造的價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于某種類型的河岸堤防。植物、幼苗、禾本科植物、花卉、設(shè)計(jì)、栽培等。在生態(tài)堤防中，付出的價錢最好和質(zhì)量好壞時成正比關(guān)系的。如果沒有養(yǎng)護(hù)資金，綠色走廊就無法建設(shè)，因此生態(tài)堤防的建設(shè)毫無意義。

3 生態(tài)堤防設(shè)計(jì)實(shí)例

生態(tài)堤防是現(xiàn)代水利工程與生態(tài)學(xué)、美學(xué)等學(xué)科相結(jié)合的綜合性水利工程建設(shè)。它不僅能促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還能改善環(huán)境。本文結(jié)合“水箱”生態(tài)壩的設(shè)計(jì)模型，對城市生態(tài)堤防進(jìn)行了研究和分析。

3.1 “某水庫工程"概述

“某水庫工程”是指在從西岸溪流到朱庇特河的堤岸兩側(cè)、堤岸兩側(cè)修建生態(tài)壩。防洪屏障是間歇性的，沒有建立更全面的防洪體系。山體、河流和邊坡坡度高，流速快，使用壽命長，局部路堤裸露，加速潰壩，影響其穩(wěn)定性。因此，有必要修建這部分堤防。該項(xiàng)目的實(shí)施將充分利用河道周圍的綠色和自然環(huán)境，引入景觀，將城市向西推進(jìn)約6公里。為社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，為人民生活創(chuàng)造重要條件。同時，河流的源頭生態(tài)環(huán)境良好，這直接影響到數(shù)百萬居民的生活，確保水安全。

3.2 “某水庫工程”的生態(tài)堤防設(shè)計(jì)理念

（1）治理原則。處理項(xiàng)目河床，確保防洪安全，尊重自然，保護(hù)和恢復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)?？傮w而言，技術(shù)措施旨在盡可能保護(hù)和恢復(fù)河流形態(tài)的多樣性，建立河流生物多樣性基礎(chǔ)，因地制宜保護(hù)海岸。

（2）岸線規(guī)劃原則。該項(xiàng)目的河岸線與自然地形一起設(shè)計(jì)，以減少土壤移動并保持蜿蜒河流的水平，以保護(hù)合格形式的多樣性，覆蓋兩個海灘的自然植被等。對現(xiàn)代人類生態(tài)學(xué)的研究也證實(shí)，彎曲水流有助于保護(hù)生物多樣性，形成多個流場，形成深水體，確定河岸地形，有助于減輕災(zāi)害和山區(qū)威脅[1]。

（3）河岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則。目標(biāo)區(qū)河岸帶規(guī)劃體現(xiàn)防洪功能與生態(tài)景觀的結(jié)合，降低建設(shè)成本，確保安全穩(wěn)定；特別注意人類對水的需求；盡量避免硬滅火，掩埋時應(yīng)選擇當(dāng)?shù)刂参?；在可能的情況下，使用天然建筑材料來保護(hù)河岸，并為二氧化碳的生長創(chuàng)造生物間隙[2]。

3.3 “某水庫工程”功能體現(xiàn)

圖1 某水庫工程

（1）洪水管理功能：當(dāng)前城市洪水管理標(biāo)準(zhǔn)較低，當(dāng)項(xiàng)目在50年內(nèi)建成時，防洪能力有限，城市區(qū)域服務(wù)于城市政策、經(jīng)濟(jì)和文化中心。其抗洪能力得到有效保障。

（2）生態(tài)功能：圖一中的水庫可以凈化狹窄的天然氣，凈化水系，利用水、土壤灌溉等生態(tài)調(diào)節(jié)功能，調(diào)節(jié)氣候，修復(fù)土坡，改善環(huán)境，增加河流綠化數(shù)量，形成穩(wěn)定的動植物群落，改善河流景觀和生態(tài)功能[3]。

（3）人文功能：將當(dāng)?shù)匚幕厣谌肷鷳B(tài)大壩設(shè)計(jì)，展示獨(dú)特的文化，增加城市的興趣。

（4）休閑功能：景觀讓人們有機(jī)會親近自然，感受自由的時間和生活，提高生活質(zhì)量。

（5）體育功能：在沿河景觀區(qū)布置自行車和體育設(shè)施，讓不同年齡段的人都提供了運(yùn)動場所。

通過加強(qiáng)河岸建設(shè)，人們逐漸意識到題的嚴(yán)重性，現(xiàn)在鐵混凝土、水泥和石頭建造堤防更快、更容易，這從環(huán)保意識來說這也是保護(hù)河岸的一種方式，但這是對自然資源和地方的攻擊，若因疏忽而中斷施工，導(dǎo)致堤防施工質(zhì)量極差，經(jīng)不起時間考驗(yàn)，造成損壞的。更不用說好處了。大壩已恢復(fù)原狀[4]。

圖2 某河岸河堤

4 結(jié)束語

生態(tài)堤防是一門新興的科學(xué)，是一門將水電與其他涉及水電和生態(tài)學(xué)的學(xué)科相結(jié)合的多學(xué)科。地貌、生態(tài)、建筑和美學(xué)問題。堤防建設(shè)應(yīng)遵循尊重自然生態(tài)的原則，以建設(shè)生態(tài)河流和綜合防洪、水安全和生態(tài)安全為目標(biāo)，探索當(dāng)?shù)匚幕厣?，進(jìn)行周密規(guī)劃，充分考慮防洪和生態(tài)、人文活動、休閑和體育的功能。