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(fù)與評(píng)估

導(dǎo) 讀

基于動(dòng)態(tài)演變過(guò)程的河流修復(fù)方法是通過(guò)少量人工干預(yù)“促進(jìn)”河流動(dòng)態(tài)過(guò)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(zhǎng)（太陽(yáng)輻射的能量）促進(jìn)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(fù)項(xiàng)目均滿足了空間、能源、材料和時(shí)間4個(gè)過(guò)程修復(fù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并展示了運(yùn)用該修復(fù)方法實(shí)現(xiàn)生態(tài)和社會(huì)效益的可能性。

基于動(dòng)態(tài)演變過(guò)程的城市河流修復(fù)：

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(xué)伯克利分校環(huán)境設(shè)計(jì)學(xué)院景觀設(shè)計(jì)與環(huán)境規(guī)劃學(xué)教授

喬治·德貢

Georges DESCOMBES

捷克ADR建筑事務(wù)所景觀設(shè)計(jì)師

奧德·贊格拉夫-哈梅德 

Aude ZINGRAFF-HAMED

德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院策略性景觀規(guī)劃與管理系副研究員

“擾動(dòng)”對(duì)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(guò)去追求“穩(wěn)定”的傳統(tǒng)觀念^[1]。越來(lái)越多的修復(fù)項(xiàng)目開(kāi)始重視河流動(dòng)態(tài)演變過(guò)程^[2]。當(dāng)河流擁有可以自由流動(dòng)的空間和至少處于半自然狀態(tài)的水流與泥沙時(shí)，便可以演變出更為復(fù)雜的河床與河岸形態(tài)，從而支持本地物種。另外，修復(fù)生態(tài)功能與提升公眾使用體驗(yàn)常被認(rèn)為互相矛盾^[3]，事實(shí)上二者可以兼顧。

本研究從修復(fù)河流動(dòng)態(tài)演變過(guò)程的角度出發(fā)，通過(guò)對(duì)瑞士艾爾河和德國(guó)伊薩爾河兩個(gè)城市河流修復(fù)項(xiàng)目進(jìn)行績(jī)效評(píng)估，探究在何種程度下，河流動(dòng)態(tài)修復(fù)既能適應(yīng)公眾使用，又能實(shí)現(xiàn)城市洪水有效管理的目標(biāo)。

1 河流修復(fù)的發(fā)展與“還水以自由”理念

北美的河流修復(fù)實(shí)踐開(kāi)始較早。地貌學(xué)家和生態(tài)學(xué)家指出，通過(guò)強(qiáng)干預(yù)的方法將河流禁錮于固化河道中的早期河流修復(fù)模式與河流動(dòng)態(tài)演變過(guò)程的自然規(guī)律相悖^[4]。而歐洲的河流修復(fù)實(shí)踐多始于20世紀(jì)90年代，基于動(dòng)態(tài)演變過(guò)程的實(shí)踐案例不斷涌現(xiàn)^[5]。

研究人員將這種為河流動(dòng)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(dòng)領(lǐng)地”^[8]、“河道遷移帶”^[9]等。借助此類空間恢復(fù)河流動(dòng)態(tài)演變過(guò)程可以逐步恢復(fù)河流的復(fù)雜形態(tài)、創(chuàng)造多樣的棲息地。^[10]

2 過(guò)程修復(fù)的評(píng)估指標(biāo)

判斷項(xiàng)目能否真的可被稱作“過(guò)程修復(fù)”／“還水以自由”，可以參考達(dá)米恩·喬蒂等人提出的4個(gè)指標(biāo)：空間、能源、材料和時(shí)間^[10]。

“過(guò)程修復(fù)”工程的首要標(biāo)準(zhǔn)是：是否運(yùn)用后退、破口、拆除堤壩和清除水流障礙物等措施來(lái)擴(kuò)大河流動(dòng)態(tài)演變過(guò)程所需的空間，促進(jìn)河道–河漫灘的形態(tài)生成、增加水系的連通性，進(jìn)而營(yíng)造出理想的生態(tài)系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)修復(fù)工程相比，過(guò)程修復(fù)更依賴于自然能源，如洪水期間的水流動(dòng)力、太陽(yáng)輻射（通過(guò)促進(jìn)植被生長(zhǎng)推動(dòng)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(fù)力量”）。過(guò)程修復(fù)項(xiàng)目通過(guò)逐步實(shí)施低干預(yù)措施恢復(fù)河道復(fù)雜性、促進(jìn)河岸植被群落的重建，這一過(guò)程需要充足的時(shí)間^[11]。因此，在過(guò)程修復(fù)過(guò)程中，修復(fù)措施與預(yù)期的河流動(dòng)態(tài)演變之間通常會(huì)有延遲。

3 過(guò)程修復(fù)的制約因素

“過(guò)程修復(fù)”／“還水以自由”的修復(fù)方法主要受到兩大因素的限制：1）建筑和基礎(chǔ)設(shè)施侵占河岸土地，導(dǎo)致河流缺乏充足的自由流動(dòng)空間；2）水流動(dòng)力和輸沙量不足，導(dǎo)致河流從渠化狀態(tài)恢復(fù)到自然狀態(tài)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)甚至幾個(gè)世紀(jì)。下圖展示了這兩大因素對(duì)有效實(shí)施“還水以自由”修復(fù)方法的潛在影響。^[6]

“還水以自由”方法與其他較強(qiáng)干預(yù)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(dòng)力與輸沙量（來(lái)源：參考文獻(xiàn)[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(fù)案例中得到了展示——兩條河流的動(dòng)態(tài)演變過(guò)程空間均得到了有限擴(kuò)大。兩者都是近10年來(lái)的建成項(xiàng)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(dòng)能來(lái)修復(fù)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(jì)末20世紀(jì)初，原本長(zhǎng)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(lái)臨時(shí)提高河段自身輸水效率，但也加劇了下游的洪水風(fēng)險(xiǎn)。20世紀(jì)60年代，由于需要在原河道位置開(kāi)展建設(shè)工業(yè)，位于艾爾河最下游1.5km長(zhǎng)的河段被迫下穿至從涵洞流過(guò)^[11]。隨著氣候變化的持續(xù)發(fā)生，預(yù)計(jì)在未來(lái)的幾十年中，還將出現(xiàn)更強(qiáng)的降水和隨之而來(lái)的更嚴(yán)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(fù)

基于水文學(xué)、景觀學(xué)、生態(tài)學(xué)和河流管理學(xué)的研究^[12]，日內(nèi)瓦州采取了“半保留，半修復(fù)”的策略——保留部分渠化河道以供周邊居民活動(dòng)，同時(shí)營(yíng)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(fù)復(fù)雜形態(tài)提供充足空間^[6][13]。此外，為進(jìn)一步減少下游的洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，建設(shè)兩道橫穿河漫灘的護(hù)堤兼阻水設(shè)施以蓄積洪水。

艾爾河的修復(fù)工作從2002年開(kāi)始，分為四期進(jìn)行。本文重點(diǎn)介紹第三期河段運(yùn)用的修復(fù)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(biāo)記為4段，分別對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的4個(gè)實(shí)施階段（來(lái)源：參考文獻(xiàn)[14]）。  ? G. Mathias Kondolf, John Wiley & Sons

在這期河段的修復(fù)工作中，原運(yùn)河的一部分被改建為休閑場(chǎng)所，同時(shí)在毗鄰運(yùn)河的一側(cè)農(nóng)田中開(kāi)挖了一條平行河道，其地形被塑造為菱形網(wǎng)絡(luò)，以加速河流動(dòng)態(tài)演變過(guò)程，并通過(guò)帶有視覺(jué)沖擊力的外觀彰顯設(shè)計(jì)理念——讓河流自己規(guī)劃路線^[15]。如今，經(jīng)歷了多場(chǎng)小型洪水沖刷的艾爾河已然演變?yōu)橐粭l形態(tài)復(fù)雜、生境多樣的河流。

4.3 過(guò)程修復(fù)效果評(píng)估

（1）空間

艾爾河修復(fù)項(xiàng)目拓寬了河流自由流動(dòng)的空間，將河道寬度從原本的15m向南拓寬為100m。當(dāng)遭遇大型洪水時(shí)，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(fēng)險(xiǎn)。

左圖拍攝于2014年4月，展現(xiàn)了菱形溝渠剛剛開(kāi)挖完成時(shí)的狀態(tài)；右圖拍攝于一年后，此時(shí)的河床已在較低強(qiáng)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(xiàng)目中使用了重型設(shè)備，但通過(guò)預(yù)留菱形島嶼（而非挖出完整的河道），并且運(yùn)用洪水的動(dòng)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(guò)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(kāi)挖完成后的3年中，河道在中等強(qiáng)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(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)外，艾爾河的河岸沒(méi)有使用任何外源石塊或其他材料進(jìn)行硬化，而是有意引導(dǎo)侵蝕和淤積作用的發(fā)生。

（4）時(shí)間

讓河流自己設(shè)計(jì)形態(tài)的過(guò)程顯然需要時(shí)間——可喜的變化已經(jīng)展現(xiàn)出來(lái)，河流將會(huì)逐漸完成自我塑造。

拍攝于2021年9月的第三期河段，此時(shí)，河道已經(jīng)歷7年多的沖刷。可以看到，在泥沙輸移和淤積的雙重作用下，菱形溝渠中已形成了復(fù)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(guò)程修復(fù)的方法并不適合所有場(chǎng)地^[6]，幸運(yùn)的是迄今為止，項(xiàng)目涉及河段修復(fù)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(yù)留空間的邊界，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在考慮進(jìn)一步擴(kuò)建河流廊道。這一舉措將占用更多農(nóng)業(yè)價(jià)值較高的用地，這也成為需要解決的挑戰(zhàn)。此外，實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，艾爾河擁有足夠的水流動(dòng)力和輸沙量來(lái)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(jì)初期，水務(wù)機(jī)構(gòu)開(kāi)始了伊薩爾河開(kāi)發(fā)計(jì)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(jì)初至此后不足百年的時(shí)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(wù)局、規(guī)劃建設(shè)部門(mén)、伊薩爾安聯(lián)集團(tuán)等非政府組織，以及眾多的規(guī)劃、生態(tài)和水文學(xué)專家組成的跨學(xué)科合作團(tuán)隊(duì)在慕尼黑組織召開(kāi)會(huì)議，共同商議伊薩爾河慕尼黑河段的修復(fù)計(jì)劃^[17]。

5.2 伊薩爾河修復(fù)

合作團(tuán)隊(duì)為伊薩爾河修復(fù)項(xiàng)目確立了三個(gè)同等重要的目標(biāo)：1）降低洪水風(fēng)險(xiǎn)；2）進(jìn)行生態(tài)修復(fù)；3）提升休憩功能^[18]。

降低洪水風(fēng)險(xiǎn)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(guò)洪能力，和退讓并抬高部分防洪堤。

生態(tài)修復(fù)與休憩功能提升的措施包括：1）在設(shè)定流經(jīng)城市的最低基流值的基礎(chǔ)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(shí)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(yīng)地勢(shì)坡度建設(shè)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(fù)魚(yú)類的洄游路徑和人類休閑漂流活動(dòng)。這兩項(xiàng)措施不僅恢復(fù)了河流縱向與橫向的連續(xù)性，也重建了動(dòng)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(shí)作為大型的石灘休憩場(chǎng)所供人類和野生動(dòng)物共同使用。

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

該項(xiàng)目于2000年動(dòng)工，2011年完工^[19]。8km長(zhǎng)的河段從南到北被分成三期依次進(jìn)行修復(fù)，每期修復(fù)工程間留出了時(shí)間來(lái)讓河流適應(yīng)修復(fù)后增加的水流動(dòng)力和輸沙量^[18]。2005年，伊薩爾河經(jīng)歷了一場(chǎng)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(yù)設(shè)的廊道范圍，并未對(duì)城市構(gòu)成威脅。如今，河道中魚(yú)類物種數(shù)量正在恢復(fù)，修復(fù)后的河岸也為公眾提供了大量開(kāi)放空間。

5.3 過(guò)程修復(fù)效果評(píng)估

（1）空間

為了降低洪水風(fēng)險(xiǎn)而退讓的兩側(cè)河堤增加了河道輸水量，并恢復(fù)為具有自然基底的緩坡堤岸。修復(fù)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(fù)后則可達(dá)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(shì)較低的弗勞赫河漫灘，考慮到河床可能會(huì)發(fā)生強(qiáng)度更大的動(dòng)態(tài)演變過(guò)程，河道將被進(jìn)一步拓寬。

（2）能源

在建造過(guò)程中，使用重型設(shè)備打破防洪堤、設(shè)置特定設(shè)施，并且建設(shè)了礫石灘。2005年的大洪水期間（項(xiàng)目進(jìn)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(xiàng)目中，景觀規(guī)劃師特別重視對(duì)適用于當(dāng)?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(shí)間

伊薩爾河修復(fù)工程歷時(shí)近10年，期間，河流的輸移作用使泥沙在預(yù)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(jìn)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(fù)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(fù)如初，這需進(jìn)一步拓寬河床以適應(yīng)更大的河水流量^[21]。由于希爾文斯坦水庫(kù)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(fù)河段泥沙輸移作用的連續(xù)性，需要將礫石不斷地從水庫(kù)中挖出，并由卡車運(yùn)送至下游，在那里形成礫石淺灘^[22]。與此同時(shí)，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(xiàng)目的成功之處在于試驗(yàn)性地引入了瀕危的河漫灘植物^[23]。此外，修復(fù)工程通過(guò)擴(kuò)大本地一種特殊的魚(yú)類——鼻魚(yú)的種群適合活動(dòng)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(dòng)相對(duì)頻繁的區(qū)域相互重疊，種群繁殖行為會(huì)受到影響，尤其在夏季，河畔野餐和游泳最為盛行之時(shí)，人類活動(dòng)可能會(huì)侵占鼻魚(yú)的生存空間^[24]。

伊薩爾河修復(fù)工程的總造價(jià)是3500萬(wàn)歐元（約合2.6億人民幣），相較于河段所取得的效益而言實(shí)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(fù)項(xiàng)目往往受到場(chǎng)地內(nèi)受保護(hù)區(qū)域和歷史性建筑，以及穿河而過(guò)的地鐵等地下基礎(chǔ)設(shè)施的限制^[19]。所以，很大程度上伊薩爾河的實(shí)際修復(fù)效果應(yīng)當(dāng)歸功于干預(yù)方式。

6 結(jié)論

隨著人們對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)作規(guī)律的進(jìn)一步了解，人們已逐漸意識(shí)到河流侵蝕、泥沙淤積與河道遷移等自然過(guò)程將十分有利于創(chuàng)造高質(zhì)量棲息地。通過(guò)預(yù)留出河流動(dòng)態(tài)演變過(guò)程所需的空間，讓其實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)是一種行之有效的河流修復(fù)方法，可以提高修復(fù)成功率，也能幫助實(shí)現(xiàn)項(xiàng)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(shí)現(xiàn)。因此，雖然自《歐盟水框架》指令出臺(tái)以來(lái)歐洲進(jìn)行了多個(gè)河流修復(fù)項(xiàng)目^[5]，但位于城市環(huán)境的案例并不常見(jiàn)。而艾爾河和伊薩爾河的修復(fù)則在空間、能源、材料和時(shí)間4個(gè)方面都滿足了過(guò)程修復(fù)方法的特征，證明了其在城市環(huán)境的適用性及實(shí)現(xiàn)生態(tài)和社會(huì)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(fù)的土地（比如農(nóng)田、停車場(chǎng)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(guó)土部水務(wù)局的亞歷山大·維薩德對(duì)艾爾河修復(fù)項(xiàng)目分析所給予的貢獻(xiàn)與支持；感謝來(lái)自捷克ADR建筑事務(wù)所日內(nèi)瓦分部Superpostions團(tuán)隊(duì)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(fù)提供的寶貴見(jiàn)解，以及他在促進(jìn)伊薩爾河生態(tài)修復(fù)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(jì)劃基金項(xiàng)目“以自然為依據(jù)”對(duì)動(dòng)物園藝協(xié)會(huì)針對(duì)伊薩爾河修復(fù)的支持（項(xiàng)目編號(hào)：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(shè)計(jì)學(xué)》2021年第4期“水生態(tài)修復(fù)與績(jī)效研究”?？＋@取全文免費(fèi)下載鏈接請(qǐng)點(diǎn)擊此處。

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