从日内瓦艾尔河和慕尼黑伊萨尔河案例了解城市河流修复与评估
导 读
基于动态演变过程的河流修复方法是通过少量人工干预“促进”河流动态过程的发生，借助洪水的冲击（水流的能量）和河岸植被的生长（太阳辐射的能量）促进其生态条件的改善。在日内瓦艾尔河和慕尼黑伊萨尔河的修复项目均满足了空间、能源、材料和时间4个过程修复的评价指标，并展示了运用该修复方法实现生态和社会效益的可能性。
基于动态演变过程的城市河流修复：
以艾尔河与伊萨尔河为例
Restoring Dynamic Fluvial Processes in Urban Rivers:
Learning from the Aire and Isar Rivers
G·马蒂亚斯·康道
G. Mathias KONDOLF
加州大学伯克利分校环境设计学院景观设计与环境规划学教授
乔治·德贡
Georges DESCOMBES
捷克ADR建筑事务所景观设计师
奥德·赞格拉夫-哈梅德
Aude ZINGRAFF-HAMED
德国慕尼黑工业大学生命科学学院策略性景观规划与管理系副研究员
“扰动”对系统更新与生物多样性的维持具有重要意义——这一观念正在取代过去追求“稳定”的传统观念[1]。越来越多的修复项目开始重视河流动态演变过程[2]。当河流拥有可以自由流动的空间和至少处于半自然状态的水流与泥沙时，便可以演变出更为复杂的河床与河岸形态，从而支持本地物种。另外，修复生态功能与提升公众使用体验常被认为互相矛盾[3]，事实上二者可以兼顾。
本研究从修复河流动态演变过程的角度出发，通过对瑞士艾尔河和德国伊萨尔河两个城市河流修复项目进行绩效评估，探究在何种程度下，河流动态修复既能适应公众使用，又能实现城市洪水有效管理的目标。
1 河流修复的发展与“还水以自由”理念
北美的河流修复实践开始较早。地貌学家和生态学家指出，通过强干预的方法将河流禁锢于固化河道中的早期河流修复模式与河流动态演变过程的自然规律相悖[4]。而欧洲的河流修复实践多始于20世纪90年代，基于动态演变过程的实践案例不断涌现[5]。
研究人员将这种为河流动态演变留出的空间称为“还水以自由（的空间）”[6]、“可侵蚀廊道”[7]、“流动领地”[8]、“河道迁移带”[9]等。借助此类空间恢复河流动态演变过程可以逐步恢复河流的复杂形态、创造多样的栖息地。[10]
2 过程修复的评估指标
判断项目能否真的可被称作“过程修复”／“还水以自由”，可以参考达米恩·乔蒂等人提出的4个指标：空间、能源、材料和时间[10]。
“过程修复”工程的首要标准是：是否运用后退、破口、拆除堤坝和清除水流障碍物等措施来扩大河流动态演变过程所需的空间，促进河道–河漫滩的形态生成、增加水系的连通性，进而营造出理想的生态系统。
与传统修复工程相比，过程修复更依赖于自然能源，如洪水期间的水流动力、太阳辐射（通过促进植被生长推动河道形态的演变），和其他生物提供的能源（称作“生物形态的修复力量”）。过程修复项目通过逐步实施低干预措施恢复河道复杂性、促进河岸植被群落的重建，这一过程需要充足的时间[11]。因此，在过程修复过程中，修复措施与预期的河流动态演变之间通常会有延迟。
3 过程修复的制约因素
“过程修复”／“还水以自由”的修复方法主要受到两大因素的限制：1）建筑和基础设施侵占河岸土地，导致河流缺乏充足的自由流动空间；2）水流动力和输沙量不足，导致河流从渠化状态恢复到自然状态的时间过长甚至几个世纪。下图展示了这两大因素对有效实施“还水以自由”修复方法的潜在影响。[6]
“还水以自由”方法与其他较强干预的河流管理方法的适用性比较：x轴代表城市侵占河岸空间的程度，y轴代表水流动力与输沙量（来源：参考文献[8]） © G. Mathias Kondolf, American Geophysical Union
城市河流的局限性与可能性在艾尔河和伊萨尔河的修复案例中得到了展示——两条河流的动态演变过程空间均得到了有限扩大。两者都是近10年来的建成项目（目前，艾尔河的四期河段仍处在最终施工阶段），地处大型城市，并且两条河流都拥有足够的水流动能来修复河道。
4 日内瓦艾尔河：一条城市边缘地带的河流
4.1 背景
在19世纪末20世纪初，原本长约3km的艾尔河蜿蜒河道被人为拉直渠化。渠化的河段坡度变大，可在洪水来临时提高河段自身输水效率，但也加剧了下游的洪水风险。20世纪60年代，由于需要在原河道位置开展建设工业，位于艾尔河最下游1.5km长的河段被迫下穿至从涵洞流过[11]。随着气候变化的持续发生，预计在未来的几十年中，还将出现更强的降水和随之而来的更严重的洪水。因此，有必要提升艾尔河上游高人口密度的城市区域内河段的蓄洪能力。
4.2 艾尔河修复
基于水文学、景观学、生态学和河流管理学的研究[12]，日内瓦州采取了“半保留，半修复”的策略——保留部分渠化河道以供周边居民活动，同时营建出一条南北向连通农业用地的滨河廊道，为河流恢复复杂形态提供充足空间[6][13]。此外，为进一步减少下游的洪灾风险，建设两道横穿河漫滩的护堤兼阻水设施以蓄积洪水。
艾尔河的修复工作从2002年开始，分为四期进行。本文重点介绍第三期河段运用的修复方法与其最终效果。
日内瓦州艾尔河的区位图：河段被标记为4段，分别对应项目的4个实施阶段（来源：参考文献[14]）。 © G. Mathias Kondolf, John Wiley & Sons
在这期河段的修复工作中，原运河的一部分被改建为休闲场所，同时在毗邻运河的一侧农田中开挖了一条平行河道，其地形被塑造为菱形网络，以加速河流动态演变过程，并通过带有视觉冲击力的外观彰显设计理念——让河流自己规划路线[15]。如今，经历了多场小型洪水冲刷的艾尔河已然演变为一条形态复杂、生境多样的河流。
4.3 过程修复效果评估
（1）空间
艾尔河修复项目拓宽了河流自由流动的空间，将河道宽度从原本的15m向南拓宽为100m。当遭遇大型洪水时，菱形沟渠可有效减缓洪水的冲击和破坏力，并起到蓄积洪水的作用，减少了下游人口稠密地区的洪水风险。
左图拍摄于2014年4月，展现了菱形沟渠刚刚开挖完成时的状态；右图拍摄于一年后，此时的河床已在较低强度（但有效）的水流冲刷下发生了改变。 © G. Mathias Kondolf
（2）能源
虽然项目中使用了重型设备，但通过预留菱形岛屿（而非挖出完整的河道），并且运用洪水的动能塑造河道，最大程度上减少了化石能源的使用。即使是一系列重现期小于2年的洪水，也足以侵蚀菱形岛屿，并淤积成砾石滩等自然河流形态的组成要素，河岸植物群落也在这一过程中逐步形成。
从2014年7月到2016年5月的第三期河段航拍图，展示了自菱形沟渠开挖完成后的3年中，河道在中等强度（低于2年重现期）的水流冲刷下逐步形成的形态。 © Fabio Chironi; Superpositions Group; Atelier Descombes Rampini SA
（3）材料
除了几个关键节点外，艾尔河的河岸没有使用任何外源石块或其他材料进行硬化，而是有意引导侵蚀和淤积作用的发生。
（4）时间
让河流自己设计形态的过程显然需要时间——可喜的变化已经展现出来，河流将会逐渐完成自我塑造。
拍摄于2021年9月的第三期河段，此时，河道已经历7年多的冲刷。可以看到，在泥沙输移和淤积的双重作用下，菱形沟渠中已形成了复杂的河流形态，并建立了滨水植物群落。 © Georges Descombes
4.4 局限性
如前所述，这种过程修复的方法并不适合所有场地[6]，幸运的是迄今为止，项目涉及河段修复成效显著。然而，由于自发形成的河段目前已有两处拓展至预留空间的边界，项目团队正在考虑进一步扩建河流廊道。这一举措将占用更多农业价值较高的用地，这也成为需要解决的挑战。此外，实证研究发现，艾尔河拥有足够的水流动力和输沙量来重建河道。[6]
5 慕尼黑伊萨尔河：一条城市河流
5.1 背景
伊萨尔河是多瑙河的主要支流之一[16]。19世纪初期，水务机构开始了伊萨尔河开发计划，1950年左右，河道已转变为一条狭窄的混凝土通道。自20世纪初至此后不足百年的时间内，伊萨尔河上共建起了30座水电站，这极大地改变了河道的水文情况。1987年，由慕尼黑市环保局、水务局、规划建设部门、伊萨尔安联集团等非政府组织，以及众多的规划、生态和水文学专家组成的跨学科合作团队在慕尼黑组织召开会议，共同商议伊萨尔河慕尼黑河段的修复计划[17]。
5.2 伊萨尔河修复
合作团队为伊萨尔河修复项目确立了三个同等重要的目标：1）降低洪水风险；2）进行生态修复；3）提升休憩功能[18]。
降低洪水风险的措施为：拓宽河道、增加特定区域内的河道与河漫滩的过洪能力，和退让并抬高部分防洪堤。
生态修复与休憩功能提升的措施包括：1）在设定流经城市的最低基流值的基础上允许河流发生更自然的流量变化，拆除混凝土堤岸，同时添加砾石重塑砾石滩和河流形态、丰富河床内水流的速度变化；2）顺应地势坡度建设多层不规则石阶取代拦截河道的笔直的混凝土堤堰，以恢复鱼类的洄游路径和人类休闲漂流活动。这两项措施不仅恢复了河流纵向与横向的连续性，也重建了动植物生境。此外，砾石滩与拓宽的河流廊道相互结合，以增加河道内的泥沙淤积，同时作为大型的石滩休憩场所供人类和野生动物共同使用。
在繁华的城市中心地区，修复后的河道中央形成了砾石滩（拍摄于2012年7月）。 © G. Mathias Kondolf
该项目于2000年动工，2011年完工[19]。8km长的河段从南到北被分成三期依次进行修复，每期修复工程间留出了时间来让河流适应修复后增加的水流动力和输沙量[18]。2005年，伊萨尔河经历了一场百年一遇的大洪水，极大地改变了河床形态，但整体仍未超出预设的廊道范围，并未对城市构成威胁。如今，河道中鱼类物种数量正在恢复，修复后的河岸也为公众提供了大量开放空间。
5.3 过程修复效果评估
（1）空间
为了降低洪水风险而退让的两侧河堤增加了河道输水量，并恢复为具有自然基底的缓坡堤岸。修复前，伊萨尔河河漫滩的防洪堤结构只能容纳800m3/s的洪水流量（而百年一遇的洪水流量为1150m3/s[20]），修复后则可达到1200m3/s。此外，尽管河道由原本的50m整体拓宽至90m，但是在地势较低的弗劳赫河漫滩，考虑到河床可能会发生强度更大的动态演变过程，河道将被进一步拓宽。
（2）能源
在建造过程中，使用重型设备打破防洪堤、设置特定设施，并且建设了砾石滩。2005年的大洪水期间（项目进行期间），已拆除防洪堤的河段借助此次洪水的冲击力改变了其河道和河漫滩形态。
（3）材料
项目中，景观规划师特别重视对适用于当地地理环境的本土材料，如石材和植物材料的选用[18]。
（4）时间
伊萨尔河修复工程历时近10年，期间，河流的输移作用使泥沙在预留的河道空间内逐渐堆积，形成了砾石滩，并且其形态也因洪水的冲击而发生了进一步的调整和演变，栖息地和物种的多样性都有所增加。
修复后的伊萨尔河更为宽阔且颇具野趣，并在河道中央形成了砾石滩（拍摄于2012年7月）。 © G. Mathias Kondolf
5.4 局限性
目前，伊萨尔河仍未完全恢复如初，这需进一步拓宽河床以适应更大的河水流量[21]。由于希尔文斯坦水库拦截了河流中所有的天然泥沙和粗质砾石，为了部分恢复河段泥沙输移作用的连续性，需要将砾石不断地从水库中挖出，并由卡车运送至下游，在那里形成砾石浅滩[22]。与此同时，满足人类使用需求和改善生态环境之间仍然存在矛盾。本项目的成功之处在于试验性地引入了濒危的河漫滩植物[23]。此外，修复工程通过扩大本地一种特殊的鱼类——鼻鱼的种群适合活动的生境范围，改善其栖息地条件。但由于栖息适宜度最高的区域与人类活动相对频繁的区域相互重叠，种群繁殖行为会受到影响，尤其在夏季，河畔野餐和游泳最为盛行之时，人类活动可能会侵占鼻鱼的生存空间[24]。
伊萨尔河修复工程的总造价是3500万欧元（约合2.6亿人民币），相较于河段所取得的效益而言实在是微不足道，尤其是这条河流位于快速发展的城市中心——修复项目往往受到场地内受保护区域和历史性建筑，以及穿河而过的地铁等地下基础设施的限制[19]。所以，很大程度上伊萨尔河的实际修复效果应当归功于干预方式。
6 结论
随着人们对河流生态系统运作规律的进一步了解，人们已逐渐意识到河流侵蚀、泥沙淤积与河道迁移等自然过程将十分有利于创造高质量栖息地。通过预留出河流动态演变过程所需的空间，让其实现自我修复是一种行之有效的河流修复方法，可以提高修复成功率，也能帮助实现项目的成本效益最大化。显然，相较于城市环境，这样的方法更容易在乡野环境实现。因此，虽然自《欧盟水框架》指令出台以来欧洲进行了多个河流修复项目[5]，但位于城市环境的案例并不常见。而艾尔河和伊萨尔河的修复则在空间、能源、材料和时间4个方面都满足了过程修复方法的特征，证明了其在城市环境的适用性及实现生态和社会效益的可能性——即使是在城市化地区，也有可能在河道附近找到适合修复的土地（比如农田、停车场和废弃工业地块）以及可拆除的固化驳岸。
致谢
作者感谢日内瓦州国土部水务局的亚历山大·维萨德对艾尔河修复项目分析所给予的贡献与支持；感谢来自捷克ADR建筑事务所日内瓦分部Superpostions团队的法比奥·凯龙和格雷戈·布辛拍摄并制作的2014~2016年之间的河道航拍图；感谢巴伐利亚州环境署的沃尔特·宾德为伊萨尔河修复提供的宝贵见解，以及他在促进伊萨尔河生态修复方面所发挥的重要作用；感谢欧盟“地平线2020”研究与创新计划基金项目“以自然为依据”对动物园艺协会针对伊萨尔河修复的支持（项目编号：776681）。
部分参考文献
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参考引用 / 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
翻译 | 冉玲于 张晨希 申瑞琪 闫露
制作 | 周佳怡
注：本文为删减版，不可直接引用。原中英文全文刊发于《景观设计学》2021年第4期“水生态修复与绩效研究”专刊。获取全文免费下载链接请点击此处。
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