城市水系的生态化规划途径
——以洛阳洛宁县中心城区为例
蒋理刘晓
【摘要】城市河流作为城市系统中一种重要的自然地理要素,其生态意义与生态功能越来越受到重视，也逐渐被引入到生态城市的建设当中。探讨如何在实际的规划中，切实考虑水系生态系统功能的发挥对空间提出的要求，对于城市的生态建设具有重要的参考价值与现实意义。基于城市水系生态功能的分析，本文提出顺应地形地貌的水系结构、原生的水系形态和连续的河道空间是影响水系生态功能的三个关键要素，而在规划层面上，可以运用GIS软件的水文分析等相关分析模块，通过径流模拟和雨洪淹没分析确定水系走向和河流廊道的宽度，达到对水系总体结构与河流形态设计的把控。将该方法实际应用于洛宁县中心城区，提出基于水系生态功能保护的水系结构和河流形态建议，以对其后续的城市空间规划和水利工程规划提供引导。
【关键词】水系规划；生态功能；GIS
1.引言
城市水系是城市生态系统的重要组成部分，在现代社会里，承担着保持生态平衡、调节微气候、提供生物栖息地等多项生态功能。城市水系的建设和治理对城市生态建设和生态恢复具有不可替代的作用。然而，由于缺乏对城市水系生态功能的认识，加上一些地方对于短期经济利益的追逐，以及一些相关规范缺乏必要的弹性空间，城市水系生态功能的保护、恢复和利用在落实的过程中受到巨大的阻力。例如目前许多城市规划和专项规划在进行现状水系的梳理过程中，对天然水系中的小河道和支流采取填埋和盖板、对主干河道采取裁弯取直等破坏城市水网结构和水系自然形态的措施；水利工程和防洪规划，也普遍对自然河道进行人工渠化、断面几何规则化、河床材料硬质化、筑堤修坝等破坏原有水系生态功能的处理。要改变现状，除了转变观念，探讨如何在实际的规划中，切实考虑水系生态系统功能的发挥对空间提出的要求，对于城市的生态建设具有重要的参考价值和现实意义。
2.城市水系的生态功能
2.1城市水系的生态功能
城市水系包括城市中自然形成和人工开挖的运河、渠道、河流、湖泊及水库。城市水系生态系统不仅有城市水源、通道功能、调蓄水量、调节气候、自净和屏蔽、城市物种多样性
存在基地等基本生态功能。[1]
2.1.1调蓄水量
河流、湖泊、沼泽等水系对河川径流起到重要的调节作用，可以削减洪峰、滞后洪水过程，从而减少洪水造成的经济损失。[2]城市河流系统由于两岸植被及土壤的调蓄作用，当降雨发生时可以吸纳一定数量的雨水（洪水），然后再逐渐释放出来，流入河流或渗入地下含水层，对缓解城市旱涝灾害具有一定的积极作用。[3]
2.1.2调节气候
城市河流水的高热容性、流动性以及河道风的流畅性，对减弱城市热岛应具有明显的促进作用。[1]此外。水体中的绿色植物和藻类通过光合作用固定大气中的CO2，将生成的有机物质贮存在自身组织中的过程；同时，泥炭沼泽累积并贮存大量的碳作为土壤有机质，一定程度上起到了固定并持有碳的作用，因此水生态系统对全球CO2浓度的升高具有巨大的缓冲作用。[4]
2.1.3维持生物多样性
河流生态系统中的洪泛区、湿地、沼泽和河道等多种多样的生境为各类生物物种提供了繁衍生息的场所，为生物进化及生物多样性的产生提供了条件，为天然优良物种的种质保护及改良提供了基因库。
2.1.4自净和屏蔽
城市河道中流动的水体具有较好的自净能力，而河道中的水生植物可以吸收、分解和利用水域中的氮、磷等营养物质以及细菌、病毒，并可富集金属及有毒物质，对排入河流的污染物质起到过滤和屏障的作用。
2.2影响水系生态功能的关键要素
通过对水系生态功能的分析可知，自然赋予的城市水系的生命特征对城市水系生态功能的发挥起到了不同的支撑与保障作用。这些生命特征包括：顺应地形地貌的水系结构、原生的水系形态、连续的河道空间等。
2.2.1顺应地形地貌的水系结构
中国复杂多样的地形、地貌以及气候、植被、土壤等条件孕育了多样的水系类型和结构。天然水系按照干支流平面组成的平面差异可将水系分为树枝状水系、格状水系、平行状水系、扇状水系、羽状水系等。[5]（见图1）
图1 水系类型
图片来源：马秀梅.平原河网地区的水系规划研究[D].河海大学工学硕士学位论文,2005(6)
无论何种类型的水系结构，它们都是因自然做工形成的，由源头、干支流、湿地、连通湖泊、河口尾间等组成的完整的生命形态。城市化过程往往破坏了这种水系结构的完整性：大量支流小河道因城市用地的扩张而被侵占或以涵管的形式埋入地下；数量巨大的洼地坑塘等小水面、湖泊被填埋作他用。由此带来的城市水面率和水网连通度的降低，极大影响了水系调蓄水量、调节气候、自净等生态作用的发挥。尤其在区域泄洪排涝方面，支流的大量减少不仅加快了地表径流速度、缩短了汇流时间，导致暴雨后出现干流河道水量快速增加和地表积水现象，而且在行洪时，缩短了洪峰到来的时间。
一方面城市原有的自然水系结构遭到破坏，另一方面，在进行老城改造和新区建设时，规划师经常忽视规划区内的地形条件和现状水系，多从空间结构或经济用地的角度去布置水网，创造了很多不符合自然规律的人工河道和大水面，这些人工水系的营造和维持不仅要耗费大量的成本，而且还会破坏原有的生态系统，如改变场地本来的汇水路径，增加市政管网的排水负担，干扰生境等。因此在进行水系规划时，首先应从整体层面把握水网的空间布局，尽量保留原有的水面，必要时根据场地的水文条件增加顺应地形地貌的新水面，用最经济的方式、在干扰最小的情况下让水循环流动起来，发挥其最大的生态效益。
2.2.2原生的水系形态
天然河流具有多样的地貌类型以及曲折蜿蜒的形态。在自然流水过程长期的作用下河流产生了各种地貌类型，如曲流、深潭、浅滩、河漫滩、积水沼地等，对减弱下游河段的洪水压力、减小下游洪峰流量贡献巨大。深潭与沙洲相间，急流与缓流交错的多样格局，也可以支持多样化的生物群落。（见图2）
图2 自然河道平面构成
图片来源：陈林. 城市水系生态功能保护与恢复的空间对策[D].西南交通大学硕士学位论文,2008
蜿蜒曲折的形态也是自然赋予河流的特征。弯曲的河流可以降低流速，不仅有利于稳定河势，对河流生态也十分有利。通过对河流生物群落的研究发现，大多数水生动植物都生活在低流速的水域中。所以在城市河流建设中保留一定的自然地域、保持河流的蜿蜒曲折性以及河流断面形态的多样性是非常必要的。
传统的水系规划比较片面地强调防洪、排涝、灌溉、航运功能，而忽略了河道的其他功能。为了保证河道过水流畅，河道弯曲的部分也被裁弯取直，使河道失去了本身蜿蜒的形态。裁弯取直集中了水流能量，引起河道冲刷和河岸侵蚀，导致河道不稳，破坏了河流本身的自然生态。而现代水利河道治理的原则，除满足行洪的要求外，从生态而言，还要尽量保持河道的自然特点及水流的多样性。
2.2.3连续的河道空间
水体的连续性对水系的生态功能非常重要。作为能量、物质的流动载体以及水生物的栖息场所，水系连续性的破坏不可避免地导致相应生物链接关系的中断。连续性包括河道沿纵向（上、下游）、横向（横断面）及垂向（水深）3个方向的连续。河道纵向的连续性主要受到水利工程的影响。如为了防洪和景观蓄水而修建的拦河大坝，截留了大量的沉积物和营养物，导致大坝以下的湿地、沼泽、洪泛区丧失，而且还会阻隔洄游类生物的洄游，以及使水生生物的生境趋向简单化。
