金 磊,郝藝璐,孫星燦,鄭 銳,宋培媛
(西南交通大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院,四川成都610000)
研究表明,城市化已成為影響河網(wǎng)水系變化的主要因素,全球60%的河道受城市化地影響而產(chǎn)生了不同程度的變化。而城市水系作為人類活動(dòng)與自然演化交互影響最為強(qiáng)烈的區(qū)域之一,產(chǎn)生了諸多需要應(yīng)對(duì)的問(wèn)題。
建國(guó)后成都河道向固定化方向發(fā)展,截彎取直、人工水壩、硬化河床、部分河流改為地下河等工程非常普遍。此類河網(wǎng)變遷極大損害了原有水系的泄洪功能,也使得城市水文格局破壞、濱水區(qū)域生態(tài)失衡。因此有必要對(duì)成都水網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)性調(diào)查研究,為之后的水網(wǎng)優(yōu)化提供可持續(xù)的參考。
成都市位于成都平原內(nèi),市內(nèi)的河流水系作為重要的自然要素貫穿于悠久的城市歷史中。得益于都江堰工程,成都市擁有發(fā)達(dá)的水網(wǎng)體系,且城市內(nèi)水系分布較為均勻,這種優(yōu)良的水系條件更易于研究其發(fā)展變化。成都市三環(huán)內(nèi)水網(wǎng)河道豐富,等級(jí)分明,且城市化進(jìn)程中建設(shè)活動(dòng)較為頻繁,易歸納總結(jié)出水網(wǎng)變遷的不同形式和特征,具有代表性。
2.2.1 河網(wǎng)水系的等級(jí)差異分布
根據(jù)《中華人民共和國(guó)河道管理?xiàng)l例》第三條規(guī)定:河道等級(jí)劃分綜合考慮河道的自然規(guī)模及其對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境影響的重要程度等因素,劃分為一級(jí)河道、二級(jí)河道、三級(jí)河道、四級(jí)河道、五級(jí)河道共5個(gè)級(jí)別。
本次主要的研究對(duì)象為一級(jí)河道、二級(jí)河道和三級(jí)河道。其中一級(jí)河道為府南河、沙河、清水河;二級(jí)河道為摸底河、肖家河、西郊河、東風(fēng)渠、大沙河、小沙河等(大多為一級(jí)河道支流);三級(jí)河道多為二級(jí)河道支流以及一些斷流河道。
2.2.2 區(qū)域河網(wǎng)的主干河流分布
目前,流經(jīng)成都三環(huán)內(nèi)中心城區(qū)的主要河道有三條:府河、南河、沙河,共有河渠70余條,整體分布均勻,城區(qū)北向、西向?yàn)樯嫌?,南向、東向?yàn)橄掠巍?0世紀(jì)中葉的大躍進(jìn)時(shí)期,結(jié)合成都市整體布局,將沙河作為工業(yè)集中點(diǎn),隨之建立起的東產(chǎn)西居的城市布局的一直延續(xù)至今。
1978年以后成都城市化進(jìn)程逐漸步入正軌;1990年,成都市城市化率達(dá)到38.78%;2000年,成都市城市化率已達(dá)到53.48%;2007年,成都市城市化率達(dá)到62.58%;2014年,成都市城市化率達(dá)到70.4%,由加速期進(jìn)入成熟期;據(jù)《成都市新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2015-2020年)》顯示,2020年,成都市城市化率將達(dá)到77%。
在地圖上對(duì)同一河網(wǎng)區(qū)域進(jìn)行不同年份,相同季節(jié)的疊加對(duì)比,調(diào)查整理河道消失,截彎取直,河流分岔,地上河變地下河,河流寬度減小等信息作為本文的數(shù)據(jù)支撐。
3.2.1 文獻(xiàn)研究
通過(guò)閱讀城市化進(jìn)程、河網(wǎng)變遷等相關(guān)文獻(xiàn)、研究動(dòng)態(tài)和理論,了解河網(wǎng)變遷與城市化進(jìn)程關(guān)系的相關(guān)案例,作為本文研究的導(dǎo)向和依據(jù)。
3.2.2 地圖疊加
3.2.2.1 地圖疊加年份選擇說(shuō)明
2000年,成都市城市化率達(dá)到53.48% ;2007年,成都市城市化率達(dá)到62.58%;2014年,成都城市化率達(dá)到70.3%,進(jìn)入城市化的后期階段。2001年開啟沙河綜合整治工程并于2004年全面竣工。2007至2009年,在全市范圍內(nèi)部署開展小流域綜合治理,共治理河道62條。2014年,成都市水生態(tài)文明城市建設(shè)正式啟動(dòng)。2015年,成都市首次提出規(guī)劃建設(shè)“海綿城市”。2017年,重視水體治理工作,全市江河湖庫(kù)實(shí)現(xiàn)河長(zhǎng)制管理工作全覆蓋。通過(guò)篩選成都市城市化進(jìn)程和重大水事時(shí)間節(jié)點(diǎn),同時(shí)具備一定的時(shí)間跨度,選擇2001年、2007年以及2017年作為地圖疊加的時(shí)間節(jié)點(diǎn),由于某些區(qū)域以上年份地圖清晰度不高,相應(yīng)增加2005、2012、2013、2014、2015 年數(shù)據(jù)作為補(bǔ)充。
3.2.2.2 地圖疊加河流選擇說(shuō)明
本次研究共選擇府南河、沙河、清水河、東風(fēng)渠、摸底河、西郊河、高攀河、安寧河、跳蹬河以及浣花溪十條河流作為研究對(duì)象,包含不同等級(jí)河流,一環(huán)到三環(huán)不同層級(jí)區(qū)域,覆蓋成都東西南北四個(gè)方向(表1)。
表1 成都市河網(wǎng)變遷研究對(duì)象
3.2.2.3 總結(jié)
通過(guò)疊加成都市三環(huán)內(nèi)地圖與Google earth中近20年中同一季節(jié)內(nèi)不同等級(jí)的河流,對(duì)比發(fā)現(xiàn)府南河、摸底河、西郊河、沙河、跳蹬河、錦江、清水河、高攀河8條河流有17個(gè)區(qū)域存在較明顯的水網(wǎng)變化。具體方式為:首先在成都市三環(huán)內(nèi)地圖中定位研究河流的具體位置,然后在Google earth中沿河流走向?qū)Ρ炔煌攴莸淖兓闆r,通過(guò)截圖觀察河道細(xì)部變遷。
3.2.3 實(shí)地調(diào)研
結(jié)合前期地圖及文獻(xiàn)資料分析,選取有代表性的區(qū)域,實(shí)地觀察勘探了沙河公園北邊一帶、西郊河西邊一帶、浣花溪公園西邊一帶、火車西站清水河一帶以及大沙河南側(cè)一帶水域,并記錄河網(wǎng)周邊環(huán)境以及河網(wǎng)現(xiàn)狀,為本文提供現(xiàn)狀支撐和實(shí)踐證明。
城市化對(duì)河流的影響有利有弊,其影響與河道等級(jí),城市不同區(qū)域的發(fā)展進(jìn)程有關(guān)。在17處變化區(qū)域中,截彎取直最為普遍,共存在6處;部分加蓋存在4處,以架橋?yàn)橹?;人造湖?處;硬化河床1處;填埋覆蓋1處;人工水壩2處;人工水渠1處。
在17處變化區(qū)域中,府河(成都青少年活動(dòng)中心附近),東風(fēng)渠,清水河(清水公園段),跳蹬河(多寶寺段),浣花溪(浣花溪公園段),錦江沙河交匯處,均采取了對(duì)河網(wǎng)結(jié)構(gòu)有利的處理方式,增加了城市的透水面積。
沙河(杉板橋立交大蓉和附近),府河(九里堤段),摸底河(黃忠公園段),西郊河支流,安寧河,府河(北段),跳蹬河(東郊記憶段),府河支流,高攀河均不同程度地破壞了河流的整體水環(huán)境,簡(jiǎn)化了總體的河網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
較為特殊的有摸底河(金沙遺址段),其在2006年開鑿了支流水渠,增加了河網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,卻又在2007年填埋了新增的渠道,恢復(fù)了原來(lái)的河流形狀(表2)。
表2 河流變遷方式
4.1.1 截彎取直
截彎取直是指通過(guò)人為的手段,將河流部分彎曲的流域河道改道為直向的河道,以增加水流的流暢性,減少水流對(duì)彎曲河道堤岸的沖刷所造成的凹岸受到侵蝕和凸岸發(fā)生堆積的河道處理方式(圖1)。
圖1 河道截彎取直
截彎取直縮短了河流長(zhǎng)度,減少了河流流域?qū)﹃懙氐妮椛浞秶?,加快了河流流速也不易形成濕地,同時(shí)會(huì)降低河流的生態(tài)凈化能力。截彎取直可以分為截彎取直并保留原有彎道流域,以及截彎取直去除彎道流域兩類。
保留彎道流域的優(yōu)勢(shì)在于在改變河道的同時(shí),能增加河流的水面覆蓋率。在利用直道流動(dòng)性的同時(shí),彎道流域常形成牛軛湖——在平原地區(qū)流淌的河流,河曲發(fā)育,隨著流水對(duì)河面的沖刷與侵蝕,河流愈來(lái)愈曲,最后導(dǎo)致河流自然截彎取直,河水由取直部位徑直流去,原來(lái)彎曲的河道被廢棄,形成湖泊。此類河流處理方法包括府河(成都青少年活動(dòng)中心附近),清水河(清水公園段)。
城市的快速發(fā)展需要占用大面積土地,而濱臨河道區(qū)域有益于發(fā)展許多行業(yè),從而占據(jù)河流彎道區(qū)域成為城市規(guī)劃建設(shè)的一種普遍方法。此類河流處理方法包括沙河(杉板橋立交大蓉和附近),府河(九里堤段),摸底河(黃忠公園段)。
東風(fēng)渠的處理方式不同于以上兩種,是通過(guò)改直入曲減緩流速,增加河流輻射范圍。
以府河(成都青少年活動(dòng)中心附近)為例:
府河為成都三環(huán)范圍內(nèi)的一級(jí)河道,該段通過(guò)截彎取直相當(dāng)于疏通了河道,減少了大河的防汛壓力。同時(shí)對(duì)截后的彎區(qū)段河流也采取了較好的處理方式,保持了河網(wǎng)水系的輻射范圍(圖2)。
圖2 府河(成都青少年活動(dòng)中心附近)的截彎取直
4.1.2 部分河流加蓋
河道加蓋是指通過(guò)在河道上加蓋水泥板,掩蓋受污染河道的惡臭或提供更多的陸上交通空間的處理方式。河流加蓋分為加蓋橋梁,加蓋立交以及加蓋路面三種(圖3)。
根據(jù)城市化發(fā)展的不同需求,在城市的不同區(qū)域?qū)拥啦扇×瞬煌奶幚硎侄?。其中加蓋橋梁是最常見也是對(duì)河流體系影響最小的手段,此類手段在保留河流的透水面積同時(shí),達(dá)到車流人流通行的目的。西郊河支流某區(qū)域采用了此類處理方式。
加蓋立交也是市政道路的需求所致。立交懸于河面之上,雖加蓋但是依舊保留了河面與空氣的接觸面積,對(duì)河流水環(huán)境的影響較小。府河(北段)采用了此方式。
加蓋路面是一種比較粗暴的處理手段,此種方法將河流流域改為地下,變?yōu)椤暗叵潞印?。河流常年得不到處理和保護(hù),水環(huán)境變得惡劣,甚至影響到其未加蓋區(qū)域的水質(zhì)和流動(dòng)性。西郊河支流,安寧河,跳蹬河(東郊記憶段)采用了此類方式。
以安寧河為例:
安寧河是成都東部大沙河的一條支流,屬于三級(jí)河道。在城市化的發(fā)展過(guò)程中,因?yàn)榈缆返男枰?,該段部分被加蓋變成路面,僅剩小部分露天,水質(zhì)惡化嚴(yán)重(圖4)。
4.1.3 人造湖泊
人造湖泊是指通過(guò)人為有計(jì)劃、有目的地挖掘,在非自然環(huán)境下產(chǎn)生的湖泊。
人造湖泊通過(guò)人為手段拓寬了水域面積,沿岸景觀面積也隨之增大,植物景觀較之前更為豐富。人造湖泊與周圍綠地相結(jié)合,形成城市公園,有效激發(fā)了空間活力,吸引附近居民,改善了周邊的生態(tài)環(huán)境。
以浣花溪(浣花溪公園段)為例:
浣花溪是成都市內(nèi)一處三級(jí)河道。其原本河道較小,經(jīng)過(guò)市政的改造(將此處建成了浣花溪公園)后,河流支流增多,局部河網(wǎng)復(fù)雜化,同時(shí)形成了人造湖泊,對(duì)水質(zhì),氣候都有極好的調(diào)節(jié)作用(圖5)。
4.1.4 硬化河床,人工填埋覆蓋
填埋覆蓋是指人為得將河道進(jìn)行粗暴的填埋;硬化河床是指將自然河道的土質(zhì)河床,用混凝土板或者塊石鋪砌,成為人工硬質(zhì)河床。
圖3 河道加蓋
圖4 安寧河部分河道加蓋成路面
在府河支流成都博物院段,對(duì)河道進(jìn)行整治時(shí),采取了將河流、河道進(jìn)行水泥硬化處理的方式。這種做法在20世紀(jì)80年代就已被發(fā)達(dá)國(guó)家所廢棄,從保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境的角度看,建設(shè)生態(tài)河道為目前國(guó)際主流。
硬化河道隔絕了土壤與水體之間的物質(zhì)交換,減少了水在土壤中的滲透作用,所以在冬季仍能保持一定的水量。然而,這種做法同時(shí)破壞了沿岸和河床上的原有生物鏈,使得河道的觀賞價(jià)值、生態(tài)價(jià)值降低。
填埋河道破壞了原有的濱河生態(tài)環(huán)境,使得河道景觀被破壞甚至消失。同時(shí),在填埋的端頭,由于水體不流動(dòng),通常水質(zhì)較差,生態(tài)不斷惡化。
以府河支流為例:
府河的支流隸屬三級(jí)河道,原河道兩岸是自然綠化,但是城市化使其兩岸成為了道路。為了防止河流的沖刷造成堤岸土壤的流失,從而采取了硬化河床的處理方式,限制了河道寬度,惡化了水環(huán)境,弱化了河流的凈化作用,對(duì)河網(wǎng)結(jié)構(gòu)有不利影響(圖6)。
圖5 浣花溪(浣花溪公園段)的人造湖泊
4.2.1 河網(wǎng)水系的水面率變化
近20年來(lái),成都市三環(huán)內(nèi)不同等級(jí)河流發(fā)生不同程度的變化,河流數(shù)目,河流長(zhǎng)度,河流面積相較20年前都有較為明顯的改變,同時(shí)河網(wǎng)支流的發(fā)展受到抑制,河網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)被簡(jiǎn)化,是近20年來(lái)河網(wǎng)水系水面覆蓋率[1]發(fā)生變化的主要特征。一級(jí)河道如府南河主要變化體現(xiàn)在水域變窄,河床升高,以及部分河道的改道;二級(jí)河道如摸底河主要變化體現(xiàn)在截彎取直,水系加蓋;三級(jí)河道變化差異巨大,如西郊高攀河,體現(xiàn)在部分支流的消失,以及河流長(zhǎng)度的減少。
不同等級(jí)河道的變化差異表明低等級(jí)河道河流的發(fā)展受到抑制,支撐主干河流的支流水系被弱化,河網(wǎng)的結(jié)構(gòu)層次和形態(tài)相比于20年前更趨向于簡(jiǎn)單化。部分河流的發(fā)展受到人為的影響,導(dǎo)致河道剖面變窄,部分河流被人工填埋或侵占,造成三環(huán)以內(nèi)的水系水面覆蓋率下降。
圖6 府河支流的硬化河床
4.2.2 河網(wǎng)水系的流動(dòng)性變化
河網(wǎng)連通性變差,城市不透水面積增多。
河網(wǎng)水系的流動(dòng)性影響因素眾多,其中河網(wǎng)水系的連通性起著至關(guān)重要的作用。近20年來(lái),成都三環(huán)內(nèi)因?yàn)榻?jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展,從而簡(jiǎn)化河網(wǎng)形態(tài)和結(jié)構(gòu)大幅影響了各個(gè)水系的連通性。城市空間的進(jìn)一步擴(kuò)大,造成城市的不透水面積上升,而河網(wǎng)水系的減少和弱化更加難以保證各水系的流動(dòng)性。成都市過(guò)去的河網(wǎng)格局呈現(xiàn)出各主干河流交匯,支流交錯(cuò)的布局。而如今來(lái)看,主干河流大致格局沒有發(fā)生改變,但是各個(gè)支流被加蓋,被截?cái)?,被填埋造成了河網(wǎng)的整體連通性下降。
對(duì)于水源而言,想要確保水體的流動(dòng)性,必須要充足的降水作為支持。由于城市的發(fā)展,成都市的空氣質(zhì)量和降水量相較過(guò)去也有所降低,并且降水呈現(xiàn)季節(jié)性差異,各個(gè)時(shí)期內(nèi)水位,水質(zhì)差異較大。
總體來(lái)看,各處低等級(jí)河流的減短或消失,造成三環(huán)內(nèi)水系的連通性變差,同時(shí)降水的減少造成河網(wǎng)水系的流動(dòng)性降低,是近20年來(lái)河網(wǎng)水系流動(dòng)性變化的主要特征。
4.2.3 河網(wǎng)水系的水質(zhì)變化
(1)硬化河床取代自然河床,城市污染帶來(lái)水系水質(zhì)變差
為了減少河流的沖擊對(duì)河道兩岸土質(zhì)造成水土流失,成都部分區(qū)域采用了混凝土或者塊石鋪砌河床,來(lái)取代自然河床,硬化的河床沒有泥層,水生生物喪失了優(yōu)良的生存環(huán)境,水質(zhì)因此越來(lái)越差。同樣硬化的河道水下滲能力弱化,水流速度變快,可能會(huì)造成洪水泛濫等問(wèn)題。
(2)因發(fā)展工業(yè)造成水質(zhì)變差
成都城市化的過(guò)程中水網(wǎng)與工業(yè)發(fā)展密不可分,尤其以城東區(qū)域?yàn)榈湫?。改革開放后,成都市工業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)從一環(huán)為主,到二環(huán)為主,乃至現(xiàn)在的遷出三環(huán),在一系列的變革中,水網(wǎng)扮演了至關(guān)重要的角色,如提供工業(yè)用水,水上貨運(yùn)。在這個(gè)過(guò)程中,工業(yè)對(duì)水質(zhì)造成了嚴(yán)重污染,雖然如今工業(yè)外遷,但仍有少數(shù)企業(yè)向河道中直接排放未經(jīng)處理的污水。
(3)生活污水及生活廢水造成水質(zhì)變差
隨著成都市常住人口的增長(zhǎng),生活污水及廢水相應(yīng)增長(zhǎng),城市化的發(fā)展使污廢水得到了一定程度的回收凈化,但仍然對(duì)水質(zhì)造成了不可低估的影響。近年來(lái)環(huán)保措施不斷加強(qiáng),但實(shí)地調(diào)研顯示成都市內(nèi)城中村中依然存在生活污廢水亂排亂放現(xiàn)象。
整體來(lái)看,成都市三環(huán)以內(nèi)的河網(wǎng)呈現(xiàn)出一種西部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜而東部河網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的狀態(tài)。主要的一級(jí)河道錦江,沙河,清水河以及其各個(gè)支流流經(jīng)成都南部,西部和北部大部分區(qū)域,形成比較強(qiáng)的河網(wǎng)體系,水系的輻射范圍較大。東部地區(qū),主要水系只有沙河的部分支流以及東風(fēng)渠,水系的輻射范圍較小。
例如西郊高攀河,城市化進(jìn)程中,使它的河流長(zhǎng)度,河床縱截面減小,導(dǎo)致水系輻射范圍隨著城市化逐漸減小。相似的水系依舊存在類似的問(wèn)題,水網(wǎng)的空間層次整體變?nèi)?,河網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐漸變得不完整,河網(wǎng)的分支能力減弱,大部分低等級(jí)支流瀕臨消失。
成都地區(qū)城市化進(jìn)程中的河流水系結(jié)構(gòu)破壞及河道功能退化狀況比較突出。論文以成都市三環(huán)內(nèi)為研究區(qū)域,從多時(shí)相和多尺度角度研究了區(qū)域近20年的河網(wǎng)水系時(shí)空變化特征,并結(jié)合區(qū)域城市化發(fā)展特征,對(duì)城市化進(jìn)程下的河網(wǎng)水系變化特征進(jìn)行類型劃分,可為未來(lái)區(qū)域城市化過(guò)程中河網(wǎng)水系管理與保護(hù)提供相關(guān)參考依據(jù)。
5.1.1 成都市三環(huán)內(nèi)近20年河網(wǎng)變遷特征
一方面,成都市近20年來(lái)河網(wǎng)變遷在空間上以二環(huán)至三環(huán)區(qū)域?yàn)橹?,在時(shí)間上變遷速度相比過(guò)去有所提高,相應(yīng)地與城市建設(shè)產(chǎn)生了諸多關(guān)聯(lián)和沖突。
另一方面,2015年,成都市首次提出規(guī)劃建設(shè)“海綿城市”,讓城市的水自然循環(huán),更有“彈性”地適應(yīng)環(huán)境變化和自然災(zāi)害。近20年來(lái)成都市河網(wǎng)從局部性保護(hù)向整體性保護(hù)轉(zhuǎn)變,水系的地位不斷提高。
5.1.2 成都市三環(huán)內(nèi)城市化對(duì)河網(wǎng)變遷的影響
研究顯示近20年內(nèi)河網(wǎng)變遷主要發(fā)生在二環(huán)至三環(huán)區(qū)域,地圖比對(duì)顯示的17處較大變化區(qū)域中有15處均位于此區(qū)域。其中最為突出的原因?yàn)槌鞘薪煌肪W(wǎng)的建設(shè)與原有河網(wǎng)發(fā)生沖突,在2015年以前基本采取的方式基本為以交通路網(wǎng)為優(yōu)先級(jí),而粗暴得對(duì)原有河道進(jìn)行硬化河床,加蓋甚至填埋。這樣的方式不僅僅發(fā)生在二環(huán)至三環(huán)區(qū)域,在此之前在二環(huán)內(nèi)基本已進(jìn)行完全。此外城市化還造成了水面率降低、水質(zhì)污染、水系流動(dòng)性變差等問(wèn)題。如今三環(huán)內(nèi)交通路網(wǎng)規(guī)劃已基本完全,工業(yè)區(qū)基本已經(jīng)遷出,城市化率顯著提高,但在城市化的過(guò)程中,如若不對(duì)河網(wǎng)進(jìn)行長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃和保護(hù),那么問(wèn)題還將以類似的形式在另一個(gè)區(qū)域出現(xiàn)。
本次研究以成都市三環(huán)內(nèi)十條河流為研究對(duì)象,未包含所有河流,因此除本文歸納的變遷方式外,在其他區(qū)域可能還存在其他變遷方式。同時(shí)由于數(shù)據(jù)來(lái)源的局限性,可能存在一定誤差。雖然數(shù)據(jù)之間并不存在邏輯沖突,能夠從宏觀上反映城市水系變遷以及與城市化進(jìn)程的關(guān)系,因此僅可提供定性分析,不能提供定量分析,有待進(jìn)一步研究。