(四)河床生态化
河床是平水期河流占用的谷底部分,由于水流和泥沙的相互作用,河床处于动态平衡状态。根据天然河床的状况,河床生态修复应做到:重建深潭浅滩序列;保证河床的连续性;恢复河床的透水性。
1.河床深潭浅滩序列的恢复
从总体上看,天然河道纵断面呈现深潭浅滩交替序列。深潭浅滩是河床最常见的地貌形态。随着河流上游水沙的不断变化和迁移,可以形成多种水流条件,创造多种河流生境。具体来说,深潭具有以下特点:深潭占河道长度的50%以上;比相连浅滩窄约25%;除山河外,流速低,水面平静;断面不对称;由松散的混合砾石材料组成,枯水期沉积细粒泥砂,位于弯河凹岸(凹岸顶点附近或正下游),倾向于在洪水落水期和枯水期沉积,在涨水期和高水期侵蚀,为水生生物提供栖息和庇护,增加了河流的娱乐性和审美价值。
浅滩具有以下特点:约占河道长度的30%~40%;浅滩间距一般为河道宽度的5~7倍,很少小于河道宽度的3倍或10倍以上;位于平均河床高度0.3~0.5m或以上;比连通的深槽宽25%;流速快,伴有粗泥沙和浅滩流;断面均匀或稍不对称;常位于弯道凸岸,输沙量大时易淤积,落水段和枯水期易受侵蚀;具有较强的水流复氧能力,为三文鱼提供产卵砾石,为不同无脊椎动物提供栖息地,为大型植物提供生长场所,为河流增添了娱乐和审美价值。
深水航道和浅滩的存在可增加河床比表面积和河道内环境,加速有机质氧化,促进硝化反硝化,提高水体自净能力。同时,有利于在水体中形成不同的流速和生境,大大增加附着在河床上的生物数量,增加水生生物的多样性。
在砂砾石河床及上游粗粒泥沙充足的条件下,根据深潭浅滩的特点,调节水文泥沙过程,自然确立深潭浅滩的层序。然而,许多河道化或退化的河流不再有足够的河能或泥沙供应,无法恢复天然河流的深潭浅滩序列,只能人工恢复。人工确定深潭、浅滩层序时应考虑以下几点。
(1)选择按水流分类的细颗粒以创建浅表面,并将从深池中移除的材料临时存储在浅池中。使用大型材料时应保证稳定性。它既不能产生天然的床底物质条件,也不能提供良好的水下栖息或产卵条件。
(2)在高能环境中建造浅滩可能需要使用拦截器来避免冲刷特征。创建一系列拦截岩坝,其中一些可以自然调整。在下游河段的末端,可以使用一个拦截器坝来防止泥沙流失。
(3)在弯道段,在弯道段和弯道顶部之间挖一个深水池。浅滩应位于弯曲之间,弯曲变形点周围或正下游。
(4)在平直的河道中,深潭被浅滩隔开,在河道的两侧交替挖掘。浅滩间距应为河宽的3—10倍,但应避免规则间距。
(5)深潭的深度至少应为0.3米。深潭应逐渐过渡到下一个浅滩,上游最深点为深潭长度的一半,泥沙应松散。
(6)在季节性河流中,通常很难形成深潭和浅滩,因为河流是多沙河流,或有不稳定的河岸和坡降大。(https://www.daowen.com)
2.河床纵向连续性
河床的纵向连续性对水生动物特别是鱼类的生存和繁殖起着重要的作用。在有大型落差工程或闸坝等水利工程的河段,应设置各类鱼道。
(1)落差工程
当河床坡度较大时,可根据地形手动设置落差,减小河床坡度,降低河流流速。滴水工程主要有两大功能:一是通过阶梯式滴水提高河道复氧能力;二是改变流速,有利于鱼类上游,丰富生物多样性,增强景观,丰富视觉享受。
滴水工程主要通过以下几个方面来实现:一是综合考虑上游鱼类的需要,将滴水分段,每段高度控制在70cm左右,为满足鱼类的生活习惯,在各级落水处设置约80cm的鱼塘,遇洪水时可设置防护棚;第三,在落水处各级平台墙上设置横孔,作为水生动物特别是鱼类的栖息地和庇护所;最后,为了使河流更加生动多样,可以在各级落差下铺设不同大小、形状不均的天然石块,改变排放水的速度和强度,形成景观。
(2)鱼道
城市河流的不合理利用,特别是修建闸坝,破坏了河流的连续性,破坏了水生生物的栖息环境,进一步破坏了生物多样性。因此,在河里修建鱼道可以为鱼类和其他水生生物的生存和繁殖创造良好的条件。
在鱼道设计之前,必须充分了解河流的水文生态和水力特性,同时鱼的习性也影响到鱼道的建设。鱼类洄游周期的洄游方向决定了不同流速下鱼道的实用性与障碍物和鱼道入口的关系;鱼的行走能力决定了鱼道各结点水流的最大流速和池的大小;鱼的最大速度影响鱼道中水流的速度,不能超过鱼的最大速度,或者应该设置鱼池休息。
在河里建鱼道主要有三种方法。一种是池式鱼道,由连接上下游的一系列池组成,每个池之间通过一条短水道相连,使每一条鱼都能通过。这种鱼道的短水道水流速度较大,而池内水流速度较小。因此,池式鱼道可以为鱼类提供休息和体力。二是由矩形斜槽组成的槽,按是否有消能设施分为简单槽和粗槽。其中,在简易水槽鱼道中,只有延长水流路径,增加水槽的天然糙率,才能降低河水流速;而粗化鱼道在水槽壁和水槽底部设置挡板,挡板间距较密。当水流通过挡板时,阻力和阻力增大,方向力增大,流速减小。简易沟槽式鱼道水流摩擦力小,水流相对稳定,但消能效果差;粗化鱼道宽度小,坡度晃动,但水流较大,没有鱼儿休息的地方。三是阶梯式鱼道,由阶梯式底板和水槽组成。其中,水箱是一个隔膜。由于隔膜的作用,每个水箱都是阶梯式的,即使它不是阶梯式的。为了通过鱼,在隔板上开孔,有的在隔板的上侧,有的在隔板的下侧。在瀑布池和鱼道的拐角处,有鱼儿经过洞后休息的地方。鱼道的大小、台阶的数量、水滴的大小、洞的形状和位置应根据流速和洞里鱼的习性来确定。
3.河床透水性
在不同坡度和弯度的河流中,河床的冲淤能力取决于流速、含沙量和河床地质条件等多种因素。除了山体和峡谷强烈冲刷作用形成的河床物质是透水性差的岩石外,天然河流中的河床物质大多是透水的,通常由卵石、砾石、砂石、茹土等物质组成,既适合动植物和微生物的生存,又能连接地表水和地下水,符合自然水循环。然而,大量城市河床坚硬,切断了地表水与地下水的联系,破坏了生境,进而破坏了整个河流生态系统的平衡。为恢复河床的透水性,可适当改变河床底面,开挖防渗混凝土硬底墙,将开挖的土堆放在河床两侧,形成浅滩湿地的一部分,适当改变河形,既增加了河床的透水性,又恢复了河流深潭浅滩的自然动力过程。