從日內(nèi)瓦艾爾河和慕尼黑伊薩爾河案例了解城市河流修復與評估

導 讀

基于動態(tài)演變過程的河流修復方法是通過少量人工干預“促進”河流動態(tài)過程的發(fā)生，借助洪水的沖擊（水流的能量）和河岸植被的生長（太陽輻射的能量）促進其生態(tài)條件的改善。在日內(nèi)瓦艾爾河和慕尼黑伊薩爾河的修復項目均滿足了空間、能源、材料和時間4個過程修復的評價指標，并展示了運用該修復方法實現(xiàn)生態(tài)和社會效益的可能性。

基于動態(tài)演變過程的城市河流修復：

以艾爾河與伊薩爾河為例

Restoring Dynamic Fluvial Processes in Urban Rivers:

Learning from the Aire and Isar Rivers

G·馬蒂亞斯·康道

G. Mathias KONDOLF

加州大學伯克利分校環(huán)境設計學院景觀設計與環(huán)境規(guī)劃學教授

喬治·德貢

Georges DESCOMBES

捷克ADR建筑事務所景觀設計師

奧德·贊格拉夫-哈梅德 

Aude ZINGRAFF-HAMED

德國慕尼黑工業(yè)大學生命科學學院策略性景觀規(guī)劃與管理系副研究員

“擾動”對系統(tǒng)更新與生物多樣性的維持具有重要意義——這一觀念正在取代過去追求“穩(wěn)定”的傳統(tǒng)觀念^[1]。越來越多的修復項目開始重視河流動態(tài)演變過程^[2]。當河流擁有可以自由流動的空間和至少處于半自然狀態(tài)的水流與泥沙時，便可以演變出更為復雜的河床與河岸形態(tài)，從而支持本地物種。另外，修復生態(tài)功能與提升公眾使用體驗常被認為互相矛盾^[3]，事實上二者可以兼顧。

本研究從修復河流動態(tài)演變過程的角度出發(fā)，通過對瑞士艾爾河和德國伊薩爾河兩個城市河流修復項目進行績效評估，探究在何種程度下，河流動態(tài)修復既能適應公眾使用，又能實現(xiàn)城市洪水有效管理的目標。

1 河流修復的發(fā)展與“還水以自由”理念

北美的河流修復實踐開始較早。地貌學家和生態(tài)學家指出，通過強干預的方法將河流禁錮于固化河道中的早期河流修復模式與河流動態(tài)演變過程的自然規(guī)律相悖^[4]。而歐洲的河流修復實踐多始于20世紀90年代，基于動態(tài)演變過程的實踐案例不斷涌現(xiàn)^[5]。

研究人員將這種為河流動態(tài)演變留出的空間稱為“還水以自由（的空間）”^[6]、“可侵蝕廊道”^[7]、“流動領地”^[8]、“河道遷移帶”^[9]等。借助此類空間恢復河流動態(tài)演變過程可以逐步恢復河流的復雜形態(tài)、創(chuàng)造多樣的棲息地。^[10]

2 過程修復的評估指標

判斷項目能否真的可被稱作“過程修復”／“還水以自由”，可以參考達米恩·喬蒂等人提出的4個指標：空間、能源、材料和時間^[10]。

“過程修復”工程的首要標準是：是否運用后退、破口、拆除堤壩和清除水流障礙物等措施來擴大河流動態(tài)演變過程所需的空間，促進河道–河漫灘的形態(tài)生成、增加水系的連通性，進而營造出理想的生態(tài)系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)修復工程相比，過程修復更依賴于自然能源，如洪水期間的水流動力、太陽輻射（通過促進植被生長推動河道形態(tài)的演變），和其他生物提供的能源（稱作“生物形態(tài)的修復力量”）。過程修復項目通過逐步實施低干預措施恢復河道復雜性、促進河岸植被群落的重建，這一過程需要充足的時間^[11]。因此，在過程修復過程中，修復措施與預期的河流動態(tài)演變之間通常會有延遲。

3 過程修復的制約因素

“過程修復”／“還水以自由”的修復方法主要受到兩大因素的限制：1）建筑和基礎設施侵占河岸土地，導致河流缺乏充足的自由流動空間；2）水流動力和輸沙量不足，導致河流從渠化狀態(tài)恢復到自然狀態(tài)的時間過長甚至幾個世紀。下圖展示了這兩大因素對有效實施“還水以自由”修復方法的潛在影響。^[6]

“還水以自由”方法與其他較強干預的河流管理方法的適用性比較：x軸代表城市侵占河岸空間的程度，y軸代表水流動力與輸沙量（來源：參考文獻[8]）  ? G. Mathias Kondolf, American Geophysical Union

城市河流的局限性與可能性在艾爾河和伊薩爾河的修復案例中得到了展示——兩條河流的動態(tài)演變過程空間均得到了有限擴大。兩者都是近10年來的建成項目（目前，艾爾河的四期河段仍處在最終施工階段），地處大型城市，并且兩條河流都擁有足夠的水流動能來修復河道。

4 日內(nèi)瓦艾爾河：一條城市邊緣地帶的河流

4.1 背景

在19世紀末20世紀初，原本長約3km的艾爾河蜿蜒河道被人為拉直渠化。渠化的河段坡度變大，可在洪水來臨時提高河段自身輸水效率，但也加劇了下游的洪水風險。20世紀60年代，由于需要在原河道位置開展建設工業(yè)，位于艾爾河最下游1.5km長的河段被迫下穿至從涵洞流過^[11]。隨著氣候變化的持續(xù)發(fā)生，預計在未來的幾十年中，還將出現(xiàn)更強的降水和隨之而來的更嚴重的洪水。因此，有必要提升艾爾河上游高人口密度的城市區(qū)域內(nèi)河段的蓄洪能力。

4.2 艾爾河修復

基于水文學、景觀學、生態(tài)學和河流管理學的研究^[12]，日內(nèi)瓦州采取了“半保留，半修復”的策略——保留部分渠化河道以供周邊居民活動，同時營建出一條南北向連通農(nóng)業(yè)用地的濱河廊道，為河流恢復復雜形態(tài)提供充足空間^[6][13]。此外，為進一步減少下游的洪災風險，建設兩道橫穿河漫灘的護堤兼阻水設施以蓄積洪水。

艾爾河的修復工作從2002年開始，分為四期進行。本文重點介紹第三期河段運用的修復方法與其最終效果。

日內(nèi)瓦州艾爾河的區(qū)位圖：河段被標記為4段，分別對應項目的4個實施階段（來源：參考文獻[14]）。  ? G. Mathias Kondolf, John Wiley & Sons

在這期河段的修復工作中，原運河的一部分被改建為休閑場所，同時在毗鄰運河的一側(cè)農(nóng)田中開挖了一條平行河道，其地形被塑造為菱形網(wǎng)絡，以加速河流動態(tài)演變過程，并通過帶有視覺沖擊力的外觀彰顯設計理念——讓河流自己規(guī)劃路線^[15]。如今，經(jīng)歷了多場小型洪水沖刷的艾爾河已然演變?yōu)橐粭l形態(tài)復雜、生境多樣的河流。

4.3 過程修復效果評估

（1）空間

艾爾河修復項目拓寬了河流自由流動的空間，將河道寬度從原本的15m向南拓寬為100m。當遭遇大型洪水時，菱形溝渠可有效減緩洪水的沖擊和破壞力，并起到蓄積洪水的作用，減少了下游人口稠密地區(qū)的洪水風險。

左圖拍攝于2014年4月，展現(xiàn)了菱形溝渠剛剛開挖完成時的狀態(tài)；右圖拍攝于一年后，此時的河床已在較低強度（但有效）的水流沖刷下發(fā)生了改變。  ? G. Mathias Kondolf

（2）能源

雖然項目中使用了重型設備，但通過預留菱形島嶼（而非挖出完整的河道），并且運用洪水的動能塑造河道，最大程度上減少了化石能源的使用。即使是一系列重現(xiàn)期小于2年的洪水，也足以侵蝕菱形島嶼，并淤積成礫石灘等自然河流形態(tài)的組成要素，河岸植物群落也在這一過程中逐步形成。

從2014年7月到2016年5月的第三期河段航拍圖，展示了自菱形溝渠開挖完成后的3年中，河道在中等強度（低于2年重現(xiàn)期）的水流沖刷下逐步形成的形態(tài)。  ? Fabio Chironi; Superpositions Group; Atelier Descombes Rampini SA

（3）材料

除了幾個關鍵節(jié)點外，艾爾河的河岸沒有使用任何外源石塊或其他材料進行硬化，而是有意引導侵蝕和淤積作用的發(fā)生。

（4）時間

讓河流自己設計形態(tài)的過程顯然需要時間——可喜的變化已經(jīng)展現(xiàn)出來，河流將會逐漸完成自我塑造。

拍攝于2021年9月的第三期河段，此時，河道已經(jīng)歷7年多的沖刷?？梢钥吹?，在泥沙輸移和淤積的雙重作用下，菱形溝渠中已形成了復雜的河流形態(tài)，并建立了濱水植物群落。  ? Georges Descombes

4.4 局限性

如前所述，這種過程修復的方法并不適合所有場地^[6]，幸運的是迄今為止，項目涉及河段修復成效顯著。然而，由于自發(fā)形成的河段目前已有兩處拓展至預留空間的邊界，項目團隊正在考慮進一步擴建河流廊道。這一舉措將占用更多農(nóng)業(yè)價值較高的用地，這也成為需要解決的挑戰(zhàn)。此外，實證研究發(fā)現(xiàn)，艾爾河擁有足夠的水流動力和輸沙量來重建河道。^[6]

5 慕尼黑伊薩爾河：一條城市河流

5.1 背景

伊薩爾河是多瑙河的主要支流之一^[16]。19世紀初期，水務機構(gòu)開始了伊薩爾河開發(fā)計劃，1950年左右，河道已轉(zhuǎn)變?yōu)橐粭l狹窄的混凝土通道。自20世紀初至此后不足百年的時間內(nèi)，伊薩爾河上共建起了30座水電站，這極大地改變了河道的水文情況。1987年，由慕尼黑市環(huán)保局、水務局、規(guī)劃建設部門、伊薩爾安聯(lián)集團等非政府組織，以及眾多的規(guī)劃、生態(tài)和水文學專家組成的跨學科合作團隊在慕尼黑組織召開會議，共同商議伊薩爾河慕尼黑河段的修復計劃^[17]。

5.2 伊薩爾河修復

合作團隊為伊薩爾河修復項目確立了三個同等重要的目標：1）降低洪水風險；2）進行生態(tài)修復；3）提升休憩功能^[18]。

降低洪水風險的措施為：拓寬河道、增加特定區(qū)域內(nèi)的河道與河漫灘的過洪能力，和退讓并抬高部分防洪堤。

生態(tài)修復與休憩功能提升的措施包括：1）在設定流經(jīng)城市的最低基流值的基礎上允許河流發(fā)生更自然的流量變化，拆除混凝土堤岸，同時添加礫石重塑礫石灘和河流形態(tài)、豐富河床內(nèi)水流的速度變化；2）順應地勢坡度建設多層不規(guī)則石階取代攔截河道的筆直的混凝土堤堰，以恢復魚類的洄游路徑和人類休閑漂流活動。這兩項措施不僅恢復了河流縱向與橫向的連續(xù)性，也重建了動植物生境。此外，礫石灘與拓寬的河流廊道相互結(jié)合，以增加河道內(nèi)的泥沙淤積，同時作為大型的石灘休憩場所供人類和野生動物共同使用。

在繁華的城市中心地區(qū)，修復后的河道中央形成了礫石灘（拍攝于2012年7月）。  ? G. Mathias Kondolf

該項目于2000年動工，2011年完工^[19]。8km長的河段從南到北被分成三期依次進行修復，每期修復工程間留出了時間來讓河流適應修復后增加的水流動力和輸沙量^[18]。2005年，伊薩爾河經(jīng)歷了一場百年一遇的大洪水，極大地改變了河床形態(tài)，但整體仍未超出預設的廊道范圍，并未對城市構(gòu)成威脅。如今，河道中魚類物種數(shù)量正在恢復，修復后的河岸也為公眾提供了大量開放空間。

5.3 過程修復效果評估

（1）空間

為了降低洪水風險而退讓的兩側(cè)河堤增加了河道輸水量，并恢復為具有自然基底的緩坡堤岸。修復前，伊薩爾河河漫灘的防洪堤結(jié)構(gòu)只能容納800m³/s的洪水流量（而百年一遇的洪水流量為1150m³/s^[20]），修復后則可達到1200m³/s。此外，盡管河道由原本的50m整體拓寬至90m，但是在地勢較低的弗勞赫河漫灘，考慮到河床可能會發(fā)生強度更大的動態(tài)演變過程，河道將被進一步拓寬。

（2）能源

在建造過程中，使用重型設備打破防洪堤、設置特定設施，并且建設了礫石灘。2005年的大洪水期間（項目進行期間），已拆除防洪堤的河段借助此次洪水的沖擊力改變了其河道和河漫灘形態(tài)。

（3）材料

項目中，景觀規(guī)劃師特別重視對適用于當?shù)氐乩憝h(huán)境的本土材料，如石材和植物材料的選用^[18]。

（4）時間

伊薩爾河修復工程歷時近10年，期間，河流的輸移作用使泥沙在預留的河道空間內(nèi)逐漸堆積，形成了礫石灘，并且其形態(tài)也因洪水的沖擊而發(fā)生了進一步的調(diào)整和演變，棲息地和物種的多樣性都有所增加。

修復后的伊薩爾河更為寬闊且頗具野趣，并在河道中央形成了礫石灘（拍攝于2012年7月）。  ? G. Mathias Kondolf

5.4 局限性

目前，伊薩爾河仍未完全恢復如初，這需進一步拓寬河床以適應更大的河水流量^[21]。由于希爾文斯坦水庫攔截了河流中所有的天然泥沙和粗質(zhì)礫石，為了部分恢復河段泥沙輸移作用的連續(xù)性，需要將礫石不斷地從水庫中挖出，并由卡車運送至下游，在那里形成礫石淺灘^[22]。與此同時，滿足人類使用需求和改善生態(tài)環(huán)境之間仍然存在矛盾。本項目的成功之處在于試驗性地引入了瀕危的河漫灘植物^[23]。此外，修復工程通過擴大本地一種特殊的魚類——鼻魚的種群適合活動的生境范圍，改善其棲息地條件。但由于棲息適宜度最高的區(qū)域與人類活動相對頻繁的區(qū)域相互重疊，種群繁殖行為會受到影響，尤其在夏季，河畔野餐和游泳最為盛行之時，人類活動可能會侵占鼻魚的生存空間^[24]。

伊薩爾河修復工程的總造價是3500萬歐元（約合2.6億人民幣），相較于河段所取得的效益而言實在是微不足道，尤其是這條河流位于快速發(fā)展的城市中心——修復項目往往受到場地內(nèi)受保護區(qū)域和歷史性建筑，以及穿河而過的地鐵等地下基礎設施的限制^[19]。所以，很大程度上伊薩爾河的實際修復效果應當歸功于干預方式。

6 結(jié)論

隨著人們對河流生態(tài)系統(tǒng)運作規(guī)律的進一步了解，人們已逐漸意識到河流侵蝕、泥沙淤積與河道遷移等自然過程將十分有利于創(chuàng)造高質(zhì)量棲息地。通過預留出河流動態(tài)演變過程所需的空間，讓其實現(xiàn)自我修復是一種行之有效的河流修復方法，可以提高修復成功率，也能幫助實現(xiàn)項目的成本效益最大化。顯然，相較于城市環(huán)境，這樣的方法更容易在鄉(xiāng)野環(huán)境實現(xiàn)。因此，雖然自《歐盟水框架》指令出臺以來歐洲進行了多個河流修復項目^[5]，但位于城市環(huán)境的案例并不常見。而艾爾河和伊薩爾河的修復則在空間、能源、材料和時間4個方面都滿足了過程修復方法的特征，證明了其在城市環(huán)境的適用性及實現(xiàn)生態(tài)和社會效益的可能性——即使是在城市化地區(qū)，也有可能在河道附近找到適合修復的土地（比如農(nóng)田、停車場和廢棄工業(yè)地塊）以及可拆除的固化駁岸。

致謝

作者感謝日內(nèi)瓦州國土部水務局的亞歷山大·維薩德對艾爾河修復項目分析所給予的貢獻與支持；感謝來自捷克ADR建筑事務所日內(nèi)瓦分部Superpostions團隊的法比奧·凱龍和格雷戈·布辛拍攝并制作的2014~2016年之間的河道航拍圖；感謝巴伐利亞州環(huán)境署的沃爾特·賓德為伊薩爾河修復提供的寶貴見解，以及他在促進伊薩爾河生態(tài)修復方面所發(fā)揮的重要作用；感謝歐盟“地平線2020”研究與創(chuàng)新計劃基金項目“以自然為依據(jù)”對動物園藝協(xié)會針對伊薩爾河修復的支持（項目編號：776681）。

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參考引用 / Source:

Kondolf, G., Descombes, G., & Zinggraff-Hamed, A. (2021). Restoring Dynamic Fluvial Processes in Urban Rivers: Learning from the Aire and Isar Rivers. Landscape Architecture Frontiers, 9(4), 10-27. https://doi.org/10.15302/J-LAF-1-020051

翻譯 | 冉玲于 張晨希 申瑞琪 閆露

制作 | 周佳怡

注：本文為刪減版，不可直接引用。原中英文全文刊發(fā)于《景觀設計學》2021年第4期“水生態(tài)修復與績效研究”?？?。獲取全文免費下載鏈接請點擊此處。

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