生态河道规划设计实例

　　东部的界限是医巫闾山，与绕阳河相邻；西部与滦河支流青龙河相邻；南部的界限是松岭，与六股河与小凌河相邻；北部的界限是努鲁尔虎山，与教来河和老哈河相邻。大凌河的支流基本都在左侧，其中比较大的包括牤牛河、老虎山河、西河、凉水河子河。

　　喀左县全称喀喇沁左翼蒙古族自治县，位于朝阳市西南部。喀左县是东邻朝阳县，西靠凌源市，北连建平县，南接葫芦岛市建昌县，可见其地理位置优越。喀左县南北长105km，东西宽57.5km，总面积2237.86km2。县XX驻地大城子镇，全县有10个镇，11个乡，1个农场，241个行政村，1661个村民组，1204个自然屯。喀左县内交通便利，境内有锦赤线、魏塔线两条铁路穿过，同环渤海经济圈的葫芦岛港和锦州港等比较重要的港口相邻，属于亚沿海地带，连接着内陆和沿海经济水平较高的地区，便利的交通也为县区内丰富的矿产资源提供了好的运输条件。喀左县的矿产资源既有固体可燃矿产，又有种类繁多的金属、非金属及矿泉水等，主要有金、铜、铁、钼、锰等21种矿产。除此之外，境内的“鸽子洞古人类遗址”、“东山嘴红山文化遗址”以及特色陈醋、紫砂、碗坨等产品为喀左县吸引观光客，促进旅游业发展起到了重要的作用。

　　大凌河流域气候属寒温带夏雨炎热型，其特点是冬季气候干燥，气温较低，夏季气候炎热，多雨季，属于干旱地带，可谓是十年九旱。一年四季变化分明。据资料显示，该地平均气温8.8℃左右，7月份是高温天气。极端高温曾经达到42℃，低温天气在2月份，极端最低气温曾经达到30℃。最早和最晚结冰日期分别为10月12日和11月7日，最早和最晚解冻日期为4月3日和4月22日。最大冻土深度接近120公分，地面平均气温为7.5℃左右。

　　大凌河位于辽宁省的西部地区，不管从长度还是流量上看，都位居辽西地区第一。是阜新、锦州、朝阳3个市以及辽河三角洲地区的主要水源。此外，还能调节水量，通过蓄洪和放水，减少下游地区的洪涝灾害，或者减缓上述地区的干旱程度，从而保护群众的生命财产安全，推动辽西地区的经济发展，具有极高的价值和安全意义。但近年来，由于受到自然地理环境、极端灾害性天气、人们环保意识薄弱以及河道过度开发等多种因素的影响，导致大凌河流域生态环境质量下降，出现了河道淤积、地下水位下降、流域内植弱化等的现象。这些变化造成流域内气候条件变差，自然灾害数量频率加大，给辽西地区的社会和经济带来了较大的负面影响。为了改善大凌河流域现状，建设生态人居环境，通过河道综合治理打造喀左大凌河生态文明示范区。大凌河中下游有一座白石水库，中上游有一座阎王鼻子水库，上游（南支）有一座宫山咀水库，三座水库所控制流域面积分别是17649km2、9482km2、656km2；在全流域面积中的比重是76%、41%、2.8%，中下游地区的山地、丘陵占94%。三座水库控制了义县以上的洪水。

　　（1）河道界线不清，泥沙淤积严重

　　河道内水土流失严重，泥沙淤塞河道，加之河道界线不清，河道内滥采滥挖现象比较普遍，村屯段河道两旁垃圾较多，不但影响行洪，还严重破坏生态环境。

　　（2）生态环境脆弱，景观效果不明显

　　工程区存在着诸多的环境问题，主要有水土流失严重，导致土壤出现沙化现象，植被品种减少，功能弱化，林木较为幼小，整体覆盖率很低。整个生态系统处于脆弱的状态，景观效果不明显。

　　（3）湿地群落简单，美化效果不明显

　　虽然在项目区内建有人工湿地，利用了水生植物净化水质、改善小区域生态环境的特性。但是，由于现有湿地景观植物品种单一、群落结构简单、物种间搭配不科学，造成在植物景观营造上效果不凸显，没能在改善水质、提高护岸固坡的基础上达到美化环境的效果。

　　本次工程始点位于吉利玍大桥下游至四家子河附近，工程范围河道长度21km存在部分河道淤积现象，部分段河道位于弯曲段，河道冲刷较严重，需要对河道进行清淤工程及护坡工程的建设；河道河流形态单一化，河道植被较少，景观缺失，生态功能脆弱，需要对该段河道进行清淤工程、护坡工程、景观等工程的建设。

　　方案1为曲线型河道线设计，河道护岸采用直立式挡墙与轻水平台结合的模式。河道整治宽度为80m,河底高程为-2m。河道断面包括两部分：正常水位以下的断面设计为矩形，两边挡墙为浆砌石重力式。同正常水位相比，顶高多出了0.4m。因为朝阳市的河道中的土壤，以淤泥为主，承载力非常薄弱，因此选择了直径20cm的松木桩呈三排平行样式，每排之间的平均距离是0.8m。挡墙外侧设计了亲水平台，宽6m，高程1.5m。并设计了绿化。平台以上通向地面的部分设置成缓坡，选择草皮护坡，如果到了洪水期，会起到排水的作用。

　　方案2的采用曲线性型式结构与方案1的结构类似，正常水位以下为矩形断面，河道护岸采用的是干砌石重力式挡墙模式，河道与亲水平台的宽度分别为80m和5m，二者的高程分别是-2m和2m。

　　方案3河道呈直线型，整治宽度为75m，河底高程为-1.5m。正常水位以下的断面设计为梯形，坡度为1.8，护岸选择的是浆砌石。亲水平台的设置比正常水位高出0.3m，其宽度为4m，高程为2m，并且设计了草坪。平台以上通向地面的部分设置成缓坡，选择草皮、灌木护坡，更为平稳，避免遭遇波浪的冲击。

　　方案4与方案3的型式、结构类似，为干砌石护岸结构，河宽76m，在正常水位以下为梯形断面，河底高程为-1.5m，亲水平台高程为2m，宽度为3m。

　　方案5的河道设计为曲线型，采用自然土坡护岸，在正常水位以下为复式断面，如图4.4。整治宽度为80m，河底高程为-1.8m。护岸即是天然土料。当地植物对河岸和边坡完成了加固。

　　1.对比分析每个方案中的每个指标，明确优劣关系

　　（1）河道线型

　　方案1、方案2和方案5采用曲线性自然河道设计理念，方案3、方案4采用直线型河道设计理念。故优劣关系是，方案1、2和5的耐久性、自然性和稳固性是相同的，并且都优于方案3和4。

　　（2）河道断面

　　方案1，方案2在正常水位以下为矩形断面，方案3，方案4在正常水位以下为梯形断面，方案5在正常水位以下为复式断面。因此各个方案的优劣关系为，方案1、方案2优于方案5。

　　（3）河道护岸

　　所用材料均为浆砌石，方案2和4选择的是干砌石材料，方案5则是天然土料。故优劣关系是，方案1和3的实用性是相同的，并且都优于其他方案，方案2和4的实用性是相同的，并且都优于方案5。

　　（4）生物修复

　　方案1、方案2采用生物修复技术，包括水生植被恢复技术，方案5采用人工浮岛技术，方案3、方案4采用生物填料技术，综合分析各个方案的优劣关系为

　　（5）河道植被

　　方案1、方案2采河岸带生态环境采用河岸带植被有自然群落式种植，从视觉上看，其高低、疏密和遮闭各异，有开阔的树木、花丛、草坪和灌木，植物种类很多，色彩艳丽，这种植物搭配方法，产生了丰富的景观和明显的层次，视觉效果非常自然、亲和。方案3、4和5选择的是人工规则式种植，追求的是形式对称，树木的种植多为对称式和行列式，花卉也多为花柱和花坛，基于不同的主题形成不同的图案，视觉效果非常整齐、庄重和雄伟。因此各个方案的优劣关系为，

　　（6）征地面积

　　表4-1各个方案征地面积表

　　方案1 2 3 4 5

　　面积（亩）53.19 56.26 59.28 60.20 57.36

　　基于征地面积愈少愈好的原则，得到相关优劣关系是，方案2和1相同，然后是3和4，最后是5.。

　　（7）投资费用

　　关于投资费用的设置，需要参考(2014)《辽宁省水利水电建筑工程预算定额》，(2014)《辽宁省水利水电施工机械台班费定额》，(2014)《辽宁省水利水电工程费用定额及概(预)算编制细则》。表4-2中的内容是各个方案的投资费用：

　　表4-2各个方案投资费用表

　　方案1 2 3 4 5

　　投资费用（万元）1653.39 1756.26 1859.28 1660.20 1557.36

　　故相关优劣关系依次是，方案5、1、4、2、3。

　　（8）水土流失

　　直立式护岸能够起到强大的防洪防潮作用，能够对河势进行合理控制，避免河岸遭遇冲击破坏，减少水土流失和河道淤积情况的发生。基于河岸会遭到暴雨的冲击，得到与水土流失有关的优劣关系依次是，方案1、2、3、4、5。

　　2.计算各个准则权重

　　通过和当地的接触以及考察，对于各个准则的排序是，社会影响要比高点，而河道基本功能要比生态景观功能高点，其次是经济，最后是环境影响。在和专家展开深入研讨后，基于层次分析法，形成判断矩阵P，如下所示：

　　P=

　　经过计算得到各个准则权重，并通过一致性检验。如表4-3所示：

　　表4-3各个方案投资费用表

　　准则河道基本功能河道生态景观功能社会影响经济评价环境影响CR

　　权重0.26949 0.173953 0.356199 0.121563 0.078335 0.049<0.1

　　3.对准则河道基本功能分析

　　利用层次分析法构架判断矩阵P，P=，求得河道基本功能指标各个指标如表4-4所示，

　　表4-4河道基本功能河道线型指标权重

　　指标河道线型河道断面河道护岸

　　河道线型=0.16919=0.38737=0.44343

　　通过两两比较构建指标提高河水的河道线型的优先矩阵，并改为模糊一致性矩阵,如下图所示。

　　=，=

　　算得到河道基本功能下各个方案的总体优度值如表4-5所示。

　　表4-5各方案中河道线型单因素优度值

　　方案方案1方案2方案3方案4方案5

　　河道线型

　　单因素优度值0.247852 0.226492 0.247852 0.159787 0.118016

　　同样可以得到剩余两个指标的单因素优度值，并据此求出各个方案的河道基本功能指标子系统下的总体优度值，如表4-6所示。

　　表4-6河道基本功能各个方案的总体优度值

　　指标权重方案1方案2方案3方案4方案5

　　河道线型0.16919 0.247852 0.226492 0.247852 0.159787 0.118016

　　河道断面0.38737 0.27353 0.207857 0.251721 0.149102 0.11779

　　河道护岸0.44343 0.249518 0.206037 0.271136 0.156551 0.116759

　　总体优度值0.258535 0.210201 0.259673 0.154211 0.117369

　　4.对准则河道生态景观功能分析

　　利用层次分析法构建判断矩阵P,P=,求得生态景观功能指标各个指标如表4-7所示，

　　表4-7生态景观功能各个指标权重

　　指标生物修复河道植被

　　生态景观功能0.7 0.3

　　通过两两对比构建指标提升河水的自净能力下的优先矩阵，并改造成模糊一致性矩阵，如下所示。

　　=，=

　　各个方案的单因素优度值为下表所示。

　　表4-8各方案提高河道生物修复能力单因素优度值

　　方案方案1方案2方案3方案4方案5

　　生物修复能力0.27302 0.20663 0.27302 0.132723 0.114603

　　表4-9各方案提高河道植被能力单因素优度值

　　方案方案1方案2方案3方案4方案5

　　河道植被能力0.224205 0.203059 0.266294 0.167649 0.138793

　　表4-10生态景观功能各个方案的总体优度值

　　方案权重方案1方案2方案3方案4方案5

　　生物修复能力0.7 0.27302 0.20663 0.27302 0.132723 0.114603

　　河道植被能力0.3 0.224205 0.203059 0.266294 0.167649 0.138793

　　总体优度值0.258376 0.205559 0.271002 0.143201 0.12186

　　5.对准则社会影响分析

　　基于准则社会的影响，可以得到指标征地面积的权重=1按照征地越少越好的原则，对各个方案展开两两比较，形成优先关系矩阵,并改造成模糊一致性矩阵，如下所示。

　　=，=

　　通过求解得到各个方案在准则社会影响下的总体优度值，如表4-11所示。

　　表4-11社会影响下各个方案的总体优度值

　　方案方案1方案2方案3方案4方案5

　　总体优度值0.225149 0.225149 0.267785 0.165817 0.116099

　　6.对准则经济评价分析

　　经过两两比较构建优先关系矩阵，并且改造成模糊一致性矩阵*，如下所示。

　　=，=

　　最后得到各个方案在准则社会影响下的总体优度值，如表4-12所示。

　　表4-12经济评价下各个方案的总体优度值

　　方案方案1方案2方案3方案4方案5

　　总体优度值0.27353 0.207857 0.251721 0.149102 0.11779

　　7.对准则环境影响评价分析

　　不难看出指标征地面积的权重=1，对水土流失指标展开两两比较，形成优先关系矩阵，并改造成模糊一致性矩阵*，如下所示。

　　=，=

　　最后得到各个方案在准则社会影响下的总体优度值，如表4-13所示。

　　表4-13环境影响评价下各个方案的总体优度值

　　方案方案1方案2方案3方案4方案5

　　总体优度值0.272168 0.228835 0.228835 0.152163 0.11779

　　8.求出各个方案的综合优度值

　　通过公式并且排名，如表4-14所示。

　　表4-14生态景观功能各个方案的总体优度值

　　方案权重方案1方案2方案3方案4方案5

　　河道基本功能0.269949 0.258535 0.210201 0.259673 0.154211 0.117369

　　生态景观功能0.173953 0.258376 0.205559 0.271002 0.143201 0.12186

　　社会影响0.356199 0.225149 0.225149 0.267785 0.165817 0.116099

　　经济评价0.121563 0.27353 0.207857 0.251721 0.149102 0.11779

　　环境影响0.07833 0.272168 0.228835 0.228835 0.152163 0.11779

　　综合优度值

　　排名0.249504 0.277285 0.275269 0.195608 0.090287

　　所以选择方案2作为朝阳市大凌河喀左段的生态河道设计方案。

　　4.3本章小结

　　这一章节结合了朝阳大凌河喀左段河道整治实例，列举出多个河道断面方案，基于河道基本功能、生态景观功能、经济、社会和环境等因素，建立了生态河道评价模型，对各个设计方案进行评价，选出了效果最佳的方案。

　　第五章结论与展望

　　5.1结论

　　河流是洪水的活动场所，也是各物种生存与繁衍的场所。但是随着经济水平的日益提升，河道的硬化、绿色植被的减少导致河道水生态系统功能严重下降。面对这种情况，提出生态河道规划设计，在传统河道功能的基础上增加生态景观功能，强调人与自然和谐相处。本文选取辽西典型河道——大凌河喀左段河道，综合考虑影响生态河道建设的多方面因素，运用多层分析法、模糊决策法，构建规划设计评价体系模型，最终筛选出最优河道治理方案。本文的研究成果主要有以下几点：

　　（1）通过分析、整理和归纳了生态河道规划设计的主要指标。以现代水利工程学、生态工程学、可持续发展理论等学科为基础，依照生态平衡、物种多样性、系统保护与建设等原则为理论依据，对专项规划进行分类，为设计工作提供了理论参考。

　　（2）对影响河道生态环境的因素展开了深入分析，明确了评价指标，创建了包括目标层、准则层、指标层和方案层等在内的综合评价指标体系。

　　（3）基于大凌河喀左段的河道目前存在的主要问题，针对大凌河喀左段河道的生态治理方案进行规划设计，拟定五个设计方案，结合层次分析方法，计算各方案基于不同准则下的总体优度值，本次选出了最佳方案进行优化，此方案通过模糊一致性矩阵和层次分析方法，评价了本次优化方案的合理性。

　　论文写作过程中，笔者收集并整理了丰富的文献资料，但是本次设计研究只是初步的探索。今后对河道生态整治措施的研究还有更多的方向，现做出如下展望：

　　（1）因为多功能河道断面设计与生态、环境、水利、水景和交通等都有着很大的关系，关于生态河道影响因素的选定，在今后的研究中需要进一步细化影响指标。

　　（2）关于评价体系，河道的等级、功能、区域经济水平和对生态景观的关注度都存在着差异，所以指标也会存在差异，在今后的实践工作中，可针对具体情况进行细化具体分析。

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