吴 思 张高旗 吕录娜 李亚敏

(1.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003；2.河南省城市水资源环境工程技术研究中心，河南 郑州 450003)

1 概述

针对城市河道存在的防洪排涝能力差、生态环境脆弱和景观设施单一等问题，董哲仁[1]在多学科融合的基础上，突出生态修复技术综合性，提出河道生态修复理论和技术方法。高阳等[2]提出一系列的河道近自然恢复措施。宋欣[3]探索总结一套河道景观近自然化设计程序。社会各界越来越重视寻求兼顾城市河道防洪安全、生态健康和景观优美等问题相结合的修复措施，但到目前为止，多方面融合理念的城市修复治理方法尚处于探索阶段并无定论[4，5]。因此，本文以防洪、生态、景观相融合的理念应用在城市河道修复治理中，以该修复措施的效果为研究对象，通过对许昌清潩河修复后防洪功能、生态功能、景观功能和经济效益进行研究分析，研究多方面融合理念城市河道修复方法的效果，以期对日后的城市河道修复治理提供思路和措施，对促进城市生态绿色和谐发展具有重要的指导意义。

2 工程概况

清潩河是许昌市的四条主要河流之一，发源于辛店西沟草原浅山区，全长149 km，流域面积2 361 km2。流经长葛、许昌、临颍、鄢陵等县(市)，至逍遥入颍河，为颍河的较大支流。本研究河段长20 km，研究区属于北温带大陆性季风气候，降水充沛，光照充足，无霜期长。在市区以北有清潩河的较大支流石梁河汇入，石梁河流域面积391 km2，河道比降1/200～1/1 000，比降较陡，洪水来势迅猛，是清潩河的主要洪水来源，同时山丘源头距许昌近，洪水对市区威胁较大。

3 研究方法

3.1 方案设计

该修复治理设计措施方法如下，平面保持河道的蜿蜒性。纵断面满足规范中防洪标准[6,7]，对于不满足要求的底坡和堤防进行处理。横断面护坡与护脚的高程和坡度满足安全稳定要求，滩地宽度与高度满足行洪和生态要求。护坡材料应满足水流冲刷、自身稳定、就地取材、生态性和美观性，采用雷诺护垫、格宾、生态混凝土和联锁水工砖。滨水景观设置4大主题相应的景观节点，以亲水平台、滨水步道等设计元素对岸线进行整体改造。植物重视本地化植物种植，以主题植物、专类植物、水生植物、疏林草坪、密林为建设骨架。

3.2 试验方法

3.2.1设计洪水位水面线

将研究河段每隔5 m划分一个测量断面，根据当地水文站实测资料运用频率分析法计算出5年一遇、10年一遇、20年一遇和50年一遇每个测量断面设计洪水流量，采用方程式(1)计算断面设计洪水位水面线。

(1)

其中，v为断面流速，m/s；Z为断面水位，m；下标1和下标2分别表示上断面和下断面；a值取决于断面流速分布的不均匀程度，一般情况下a取值为1.05～1.1；g为重力加速度，取9.81 m/s2；hf为沿程水头损失；hi为局部水头损失。

3.2.2佛汝德数和雷诺数

将研究河段每隔5 m划分一个测流断面，每个测量断面横向布置左中右3个测点，使用测速器和测尺对流速和水深进行测量，测量结果取3个测点的平均值，作为该断面的流速值和水深值，由式(2)与式(3)分别计算出该断面的佛汝德数和雷诺数。

(2)

(3)

其中，v为断面平均流速，m/s；g为重力加速度，取9.81 m/s2；h为断面平均水深，m；R为水力半径，m；v为水流运动粘滞系数，m2/s。

3.2.3植物生长情况

随机选取50个垂柳样本，分别对完工后1个月与完工后48个月，使用卡尺和卷尺进行测量每根的直径和株高。

3.2.4统计其他参数

统计城市河道中的水体、水生植物、陆地植物、交通、广场、景观节点、服务站等要素占地面积。统计每年滨河区域的房价。

4 结果与分析

4.1 防洪功能

城市河道首先应满足防洪基本功能，保证河道周边城市的安全。图1为5年一遇、10年一遇、20年一遇和50年一遇对应洪水位水面线治理前和治理后的差值图，从图中可以看出，治理后洪水位水面线明显均比治理前要低0 m～-0.40 m，表明治理后洪水期河道过流水深降低，河道可容纳过洪流量增大，有利于保障沿线地区的防洪安全，提高河道防洪能力。

4.2 生态功能

4.2.1河道水力特性

1)佛汝德数。

城市河道水力特性决定生态环境，水力特性是检验生态环境安全稳定性的重要指标之一[8]。佛汝德数Fr判断水流流态，Fr<1时，河道水流流态为缓流，Fr>1时，河道水流流态为急流，Fr与鱼产卵量有较好的相关性，随着Fr值变小，鱼产卵量也相应减小，Fr值为0.2左右，鱼产卵量可以达到最多[9]。图2为测量点佛汝德数的变化图，从图中可以看出Fr的变化范围为0.20～0.30，说明测量点的河道水流流态为缓流，Fr值范围可以使鱼类产卵量达到较多，促进生物群落的繁衍生息。

2)雷诺数。

雷诺数Re判断水流型态，Re>500时，水流型态为紊流，Re<500时，水流型态为层流。紊流对鱼类生存有重要影响，水流适度紊动，促进鱼类的迁徙，增加鱼类的捕食机会[10]。图3为测试点雷诺数Re的变化图，雷诺数的变化范围在1 633 558～5 277 670之间，说明河道型态为紊流，提高鱼类的游动效率，促进鱼类的迁徙和捕食，为鱼类提供生存条件，促进生物群落的繁衍生息。

4.2.2植物生长情况

植物的成长情况可以反映出周边环境是否适合植物生长的指标。从图4可以看出：经过近48个月的生长，垂柳基径增长率均值为37.5%，株高增长率均值为22.10%。由此可知，河道治理后植物生长较旺盛，滨河环境适合植物的成长。

4.3 多功能化景观设施

城市河道设施是城市建设的基础设施之一，是自然与人文环境的融合，城市河道设施要素由自然景观因素和人工景观因素组成。由图5可以看出：治理后的城市河道景观设施由水体、植被、广场、交通、景观节点和服务站组成。其中绿化率为44%、景观节点占地率为35%、水面占地率为13%、交通占地率为13%、广场占地率为3%、服务站占地为0.2%。由此可以看出河道空间由多功能化的景观设施组成，多功能化景观设施既拥有多元的功能性，又保留景观艺术性，陆地和水体的植物改善周边小气候，降低空气污染，实现生态功能；景观节点丰富视觉效果，提高景观艺术性，实现景观功能；交通系统实现人车分流，步行道的设计可以增加游客游玩道路，增近滨河区亲水的机会，桥的设计可以增加两岸通行便利，实现交通功能；服务站的设计可以提供游客休息、停车、自行车租借等便民服务，实现便民功能。

4.4 经济效益

河道整治修复后除了起到防洪功能、生态功能、景观功能等功能以外，还带动了滨河区域的房价增高。由图6可以看出，滨河区沿岸房价在2017年增加率为20%，之后每年保持近9%的增长，整治后的城市河道提高整体滨河区空间功能性，推动周边房价抬高，充分发挥城市河道的自身功能创造出巨大的经济效益，带动河道周边区域的城市发展。

5 结语

本文通过对多方面融合理念城市河道修复方法效果进行分析得出：

1)治理后城市河道容纳过洪流量增大，提高城市河道防洪能力。

2)为动植物繁衍、成长、栖息提供适宜条件，营造稳定生态环境。

3)多功能化景观设施既拥有多元化的功能性，又丰富空间视觉效果。

4)治理后城市河道带动周边经济发展。多方面融合理念城市河道修复方法值得在今后的工程实践当中进一步推广应用。