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浅谈河流的生态防洪规划
刚刚做完了巴林左旗的沙里河景观设计这个项目,对于我国滨河小城镇的防洪策略略有担忧。
目前我国大部分地区在防洪上还是采用单一的治理方式,而西方国家却早就对这种破坏生态,弊大于利的工程治理提出异议,大力倡导生态防洪。下面我们就借鉴德国的治洪经验来比较一下生态防洪与传统的工程防洪。
德国在历史上多次遭受过较严重的洪水灾害。为了防洪减灾,曾对河道进行了大规模的治理,修建了许多防洪工程,如水库、堤防和涵闸等。在治理思路上,曾经长期沿袭单一目标的治理思路。随着社会和经济的发展,人们物质生活水平的提高,对水环境提出了更高的要求,在治水观念上相应有了很大转变,即由过去单一的修建防洪工程来达到防灾减灾目标,转变为以保护水环境的多目标综合治理,即生态水利的概念。他们认为,单一目标的治理,虽然取得了很大成效,但存在不足,如为了开发利用土地,采取围垦河滩和对河道实施“裁弯取直”等工程措施,改变了河流的自然蓄泄条件,导致洪峰提前和洪峰流量增大,从而增加了洪灾的风险。单一目标治理破坏了自然环境的原貌,往往给生态环境带来长时期的不利影响,从而又严重威胁到人类自身的利益和安全。因此,对江河的治理宜采取综合治理的办法。治理江河修建防洪工程首先应从生态保护和环境治理的全局考虑,把工程措施与水环境、社会环境结合起来。河流生成和运动有其自然摆动的范围,人类在治水中必须给它们保留足够的行洪通道,并保证蓄洪区的蓄洪功能。
近些年来,德国将水利工程规划建设与建造更加优美的环境紧密结合起来,普遍采取了“退田还河”和还河道以原态的措施。如德国科隆市防御标准为100年一遇,但在发生10年一遇、50年一遇或100年一遇洪水时,允许一些地区被淹。保护的主要对象是工业区,尤其是化学工业区。1995年莱茵河大水,科隆市部分被淹,居民生活很正常,甚至形成了独特的“洪水旅游”现象。典型作法如下:
(1)在一些河流上舍直取弯,铲除堤防,恢复洪泛区自然蓄水状态,保持水生动植物适宜的生存条件,以创造良好的自然环境。这是当今欧洲在防洪观念上的重大转变,也是经济发达国家治水基本要求和主要特征之一。
(2)其森林覆盖率很高,既营造了优美的自然环境,也保持了水土,减缓了水流汇集时间,客观上起到了正本清源、减小洪涝灾害的作用。
(3)一些城市根据地区的特点,在防洪规划中规定城市建筑不透水面积最大不超过3.3%,这样可延长降雨汇流时间,减轻城市洪涝灾害。
(4)规定城市防洪设施建设要做到雨污分流,根据地势条件划分区域建设地面和地下蓄洪设施。
(5)在城市较低的地区或河道两岸滩地,开辟成公园、绿地球场、停车场、道路等,平时为娱乐场所,当降雨有洪水时作为调蓄洪水场所。
(6)在日常管理工作中,各部门除了进行必要的工程维护外,还要解决好洪泛区的限制开发管理、退田还河(湖)增加河道的蓄泄能力、提高洪水的预警预报水平和如何增强全社会的风险意识等问题。
范围
河道
河岸
周围环境
传统水利和人为干扰
截弯取直
河道变短
河道光滑
河道於积
河床加深
河道固化
水库、水闸兴建
植被减少
河堤建设
房地产开发
围垦造田
填河填湖
污水、垃圾任意排放
挤占生态用水
河流功能改变
l    导致洪水流速加快,加大下游抗洪压力
l          洪水作为资源而白白流失
l 增大洪水风险,加大洪水治理难度
l    导致洪水流速加快
l    造成地下水位下降
l      阻隔地表水与地下水交换
l      减少栖息地
l      影响河道自净能力
l   影响水体自然通道,致使淤积严重,影响航运功能
l   阻隔生物通道
l   减少水体交换,加大污染风险
l      减少栖息地
l      影响河水净化能力
l      影响气候调节能力
l      水土流失加重
l  将河流与洪泛区隔离,从而限制了洪水的天然游荡范围,加大提防防洪压力
l  增大不透水地表面积,增加地表径流
l          减少生物栖息地
l 水域面积减少,河漫滩地、湿地减少,河网调蓄洪水能力下降
l          减少生物栖息地
l    污染带来水质恶化,影响生物生存
l      河道萎缩
l       影响河道排污净化能力
l       影响生物生存
土地利用改变
湿地减少,农业和城镇用地增加。
水力改变
洪水频繁,洪峰加大;河流干枯,直至断流。
地貌形态改变
河床侵蚀,水土流失,河流自然形态恢复能力丧失。
水生态改变
生境破坏,生物群落和种类锐减,生态系统更加脆弱。
景观改变
景观单一,审美价值降低,亲水性差。
进行防洪安全格局规划的出发点是:目前我国大江南北所采用的河道硬化渠化,通过加高和固化河堤进行防洪的做法是不科学的,洪水不应是灾害而更应是资源。防洪之道在于流域管理和滞洪系统的建立,特别是上游湿地系统的建立。关键的问题是应该有怎样的流域景观格局,特别是滞洪湿地格局来保障安全。
而国外研究表明,由洪泛平原以及沿河的河漫滩、小面积湿地、沼泽地、湿林地等,对洪涝灾害有重要的调节作用,并提供了多样的生境条件,它们本身也是河流系统的组成部分。河流保护范围应该横向扩展,包括水文上有联系的临近区域。因此,洪水安全格局的目标在于建立符合水自然过程的空间格局。沿河的支流水系、湿地、湖泊、水库以及一些低洼地是相互补充的洪水调节涵蓄系统,安全格局就是从整个流域出发,留出可供调洪、滞洪的湿地和河道缓冲区,满足洪水自然宣泄的空间。通过控制一些具有关键意义的区域和空间位置,最大程度地减少洪涝灾害程度,达到安全的目标。湿地的容量和河道缓冲区宽度是两个重要的变量,洪水安全格局关键是建立两者动态消涨、相互补充的关系。
通过GIS技术,利用径流模型和数字高程模型可以进行洪水过程的模拟,并据此判别不同防洪安全水平下的景观安全格局。具体步骤和内容包括:
(一)寻找具有潜在滞洪功能的湿地范围(源)
(1)利用GIS技术,首先对高程数据进行格栅化,然后计算每个像元向它的最陡的下坡方向流向,注入点就是汇流集中的地方,即洼地。
(2)利用现状地形测绘图,确定积水区,包括河流、水库、池塘等。
(3)利用GIS技术,通过径流非强制性溢出分析,模拟自然径流沿地形低处在一定范围内遇到低洼点或积水区作为潜在调洪湿地区域的参考依据。
(一)生态防洪基本原则
防洪与抗旱密不可分
传统治水一直视洪水为猛虎,传统防洪水利工程总以建设快速排洪为目标,而忽略的洪水过后将是干旱。对于严重缺水的巴林左镇来说,洪水实际上是一个补水和蓄水的机遇。
要正确树立“与洪为友”的治水理念,在城市上游规划季节性滞洪区湿地,营造微地形,调整用土结构,充分发挥大地这个天然的蓄水器(水网、植被、土壤、地形)的蓄水功能,尽可能留住洪水。洪水过后,又从大地蓄水器中不断流出水对河流进行补充,使河流细水长流,源源不断。
对特大洪水,采取洪水风险的回避、减轻、分散、转移等手段达到减轻洪水灾害的目的。
(二)            洪水产生条件
洪水及其所产生的洪泛区是自然的结果,它是自然水循环的重要组成部分。洪水的产生同时具备两个条件:第一个条件是有强降水、长时间持续降水或雪融化再加上降水;第二条件是土壤吸水能力处于饱和状态。也就是说引起洪水的高洪峰除了持续和强降水外,还取决于植被、土壤、地形和水网等储蓄器的作用。这四个中每个储蓄器都有能力使雨水在一定时间内予以截留。在水域周围,越强的蓄水能力,就使洪水抬升越慢,洪峰就越小。
1、植被
在雨水到达土壤前,灌木丛和树木等植物首先捕捉到雨水。据国外研究表明,每平方米的绿地蓄水约2升,每平方米的森林蓄水可达到5升。在下雨后,这些植物蒸发掉一半雨水,这样这些植被又重新获得蓄水的能力。
2、土壤
土壤是一个更大的蓄水器,按照不同土壤种类,其蓄水能力是植被蓄水的多倍。土壤就象一个海绵,可以吸收很多雨水,直到其达到饱和为止。一个具有一定深度的、富有腐殖质的土壤并有大范围的凹地空间,其蓄水力是很大的。植被和树木具有固定土壤,防止水土流失的作用。它的根系又对土壤的吸水起促进作用。
3、凹地形(湿地、洼地)
凹地形蓄水能力要比陡峭的山地大得多。雨水在进入河流之前,将被滞留在凹地更长时间。如果其有茂密的植被和好的蓄水能力的土壤,其蓄水能力会大大提高。
4、水网
河流和它的河滩有着巨大的自然蓄水能力。伴随着河流和溪流的水位上升,近距离的河滩将被淹没,它们是洪水的通道。这些水域的蓄水器减缓了洪水的水位和流速,因此水域拥有越多的河滩空间,河水越早淹没河滩,就有越多的洪水被滞留在河网内。
(三)生态防洪措施
一条溪流应该比一个排水管的功能多得多,一条河流不应该只是个下水道。河流和河滩是我们景观的“生态支柱”。生态防洪就是为它们免受损害作出了重要贡献。生态防洪就是使更多的雨水得以在地面滞留,以自然为典范。从源头、沼泽地、湿草地等恢复湿地多样化,这不仅仅只是生态防洪的需要,也是自然保护和维持农业可持续性发展的安全保障。具体措施如下:
1、堤坝往后建设,为河水和河滩赢得更多的空间
生态防洪保障洪水有足够空间,保障它的需求和可能在河滩生存。只要有可能,作为洪泛区的河滩功能必须重新恢复。只要有可能,堤坝必须往后建设,河滩必须听任于自然的水流体系。此外,旧的堤坝可以予以保留,它具有高的生态功能,为洪水提供过道。
2、雨水收集和渗透
生态防洪需要不被封闭固化的地面。居住区和工商业区的雨水可以通过收集回用。对封闭的地面拆除、进行屋顶绿化、雨水利用和雨水渗透等措施,都有益于雨水在河流流域内滞留。
3、保留潜在自然的洪泛区
河流和洪泛区容纳了一个巨大的多样性的动植物群落。河流应该有足够洪泛区空间。防洪和自然保护还对民族经济有保护作用,因此建设和利用洪泛区是不可替代。
4、对受损的河流、支流和溪流恢复生态自然化
首先必须停止有影响河流生命健康的整治和其它建设。通过对河流恢复自然化(例如拆除河堤建设和水坝等设施),以及软化溪流和河流,是对消减洪峰的有效途径。
5、河漫滩的生态利用
对河漫滩的利用必须适合它的自然功能。也就是说,洪泛区应该作为软木(喜湿树木)河滩、硬木(干旱树木)河滩或绿地使用,更确切说让它自然地发展为河滩林。
6、符合生态的土地利用
对一些土地过渡利用,造成雨水无法滞留的和渗透的,必须对其进行恢复。对此有许多可操作性的作法,例如有效控制地面硬化、促进保持土壤耕作和土壤透水性等。防洪的一个巨大贡献就是,一个近自然的森林经济运行操作,即最好保持原始状态、选择本地的树种、不进行剃光式的砍伐。
(四)工程防洪措施
(1)开挖截流沟,合理有效地分流洪水,采取洪水风险的回避、减轻、分散、转移等手段达到消除洪水对市区灾害的目的。
(2)对有险情的水库进行加固除险,对不稳定的大坝、副坝进行加固,对溢洪道、放水管等进行扩建或修复,完善水库参与防洪的联合调度能力,提高水库在防洪除涝中的蓄水功能。
(3)疏浚修复河道,截污清障,防洪堤向后移,扩大行洪断面,河岸拟采用生态护坡为主,大量种植树木,对个别有险情或有可能威胁到的基础设施和建筑物进行硬化加固。
(五)强调亲水性,创建水景观
滨水景观设计强调“人与生俱来的亲水特性”。水的魅力主要通过视觉、听觉、触觉而为人所感受,因此,我们将在规划设计中提供更多位置来直接欣赏水景、接近水面,满足人们对水边散步、游戏等的要求。
河流具有较好的景观,符合人们的审美要求。对于城市河流,美学考虑尤其重要。从河流的视觉景观形象出发,任何河流景观都应考虑其视觉景观上的审美要求,在河流空间中形成有一定观赏价值的景观物。同时整个河流景观空间的构成也要满足人的整体视觉观赏需要,从而形成一个赏心悦目的景观环境。
(六)延续历史文脉,挖掘水文化
城市河流哺育了灿烂的城市文明。城市河流不仅是一种自然景观,更蕴涵着丰富的文化内涵,它是自然要素也是一种文化遗产。城市水体周围的滨水区是城市中的特定地段,有着与城市其它区域迥然相异的空间特征,它往往积淀了丰富的历史遗存。因此,我们将在水系规划中与城市文化、风格、历史、人文相协调,突出亲水文化,让河流文化得以延续,提升城市河流的文化价值,促进水文化的继承和发展。
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