日本信玄堤周邊水制的造床功能及設(shè)置方法

許天航 石井信行

(1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程學(xué)院， 陜西 咸陽(yáng) 712000；2.山梨大學(xué)工學(xué)部，日本 甲府 400-0856)

河流地貌系統(tǒng)的各類自然組成要素，是形成水文生態(tài)功能的基礎(chǔ)，隨著河流治理過(guò)程中加固堤岸、裁彎取直、修筑水壩等的實(shí)施，自然要素連續(xù)性的日漸破損和丟失，導(dǎo)致周圍生態(tài)環(huán)境發(fā)生巨大的改變[1]，從水工學(xué)、生態(tài)學(xué)、景觀工程、環(huán)境保護(hù)等多學(xué)科的角度，系統(tǒng)地研究和整治河流，已經(jīng)成為當(dāng)前必須面對(duì)的重要課題。

在自然型河流營(yíng)造工藝中，水制作為河岸的穩(wěn)固，生態(tài)系自然環(huán)境的形成及人間活動(dòng)不可或缺的組成要素，其多方面的功能得到廣泛認(rèn)可[2- 3]。但是，水制的設(shè)置方法、水制周圍的河床變化、親水活動(dòng)和水制的關(guān)系等問題仍未研究透徹。本文以日本山梨縣富士川水系的釜無(wú)河信玄堤一帶為研究對(duì)象，兼顧水制的景觀潛質(zhì)和水邊的人間活動(dòng)兩方面要素，考察了水制的功能，提出了河流治理過(guò)程中水制的配置方法[4]。

1 水制的概念及其研究簡(jiǎn)況

水制是日語(yǔ)詞匯(すいせい，spur dike)，是水工設(shè)施中的整治類建筑物[5]，涵蓋了丁壩、順壩、導(dǎo)流堤、護(hù)底等水工設(shè)施[6]。水制從材料、構(gòu)造、類型、功能及應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，范圍更寬泛，內(nèi)容更細(xì)致，不僅在水工學(xué)、土木工程、環(huán)境工程的領(lǐng)域廣泛使用，而且，在景觀工程、人因工程學(xué)等領(lǐng)域也廣為利用[7- 8]。因此，本文仍使用水制的概念作為文中的中心術(shù)語(yǔ)。

在河流的治水和利水方面，日本著名景觀學(xué)者篠原修，對(duì)河流治理中一邊倒的功能主義占主導(dǎo)地位的觀念提出了批評(píng)[[3]，篠原修認(rèn)為“從功能主義思維方式出發(fā)，在河流設(shè)置了大量的水利工事，使河流擁有的自然性大量喪失”，他提倡治水中應(yīng)保留河流原本具有的豐富多樣的功能。向井章恵研究了農(nóng)業(yè)排水路利用水制來(lái)創(chuàng)造沙洲的形成和控制技術(shù)，提倡在農(nóng)業(yè)通水的同時(shí)，為生物的產(chǎn)卵及植被的生長(zhǎng)生存營(yíng)造應(yīng)有的環(huán)境[9]。楊佳寧利用水制的景觀潛質(zhì)，從水工學(xué)、生態(tài)學(xué)、景觀學(xué)的多學(xué)科綜合視角，提出了水邊空間的設(shè)計(jì)方法[10- 12]。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)水制進(jìn)行了研究，韓玉芳運(yùn)用動(dòng)床水槽試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法對(duì)丁壩的造床作用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究[13]。趙渭軍從動(dòng)床模型試驗(yàn)研究護(hù)塘丁壩群促淤護(hù)塘效果[14]。王平義研究丁壩附近的壓力的分布規(guī)律[15]。湯伊瓊研究了親水堤岸景觀生態(tài)設(shè)計(jì)的理念與原則[16]。

以上研究指明了利水和冶水應(yīng)兼顧防災(zāi)，交通，休閑，景觀，生態(tài)，文化價(jià)值等“多功能”，河流本身的魅力之一是盡可能接近水邊空間的活動(dòng)。

2 河川調(diào)查的實(shí)施

實(shí)地調(diào)查對(duì)象是日本一級(jí)河流富士川水系的釜無(wú)河，對(duì)象區(qū)間是信玄堤左岸15km的范圍(如圖1所示)。筆者曾在山梨大學(xué)讀碩士，研究?jī)?nèi)容是作者碩士論文的一部分。

圖1 河川調(diào)查區(qū)間

河川調(diào)查主要包括河道、水制、洪水及人間活動(dòng)等四大部分。

河道基本特性的調(diào)查包括:河流的平均規(guī)模，河寬，水深、梯度，河床材料，沙土的形態(tài)和其顆粒度， 河道沙洲分布情況等。

洪水的調(diào)查包括：近5年洪水的發(fā)生次數(shù)、規(guī)模、水位變化，防洪工事物的設(shè)置等。

水制的調(diào)查包括：水制設(shè)置的地點(diǎn)、類型、數(shù)量、材料、水制周圍的水流、泥沙堆積、洪湖水前后的形態(tài)、水制周圍的人間活動(dòng)等。

人間活動(dòng)的調(diào)查包括:居民的水活動(dòng)(戲水，接水)，接水路徑，沿交通軸線的移動(dòng)(散步等)，匯聚點(diǎn)及停留地)，娛樂休閑等。

3 河川調(diào)查結(jié)果

3.1 河道概況及水制設(shè)置

釜無(wú)河位于富士川的上游，全長(zhǎng)68km。在山岳區(qū)間，呈現(xiàn)出自然豐富的溪流景觀，信玄堤周圍河床平均梯度，I= 1/200，平均河面寬b= 400m；河道中軸線與上流部有15°左右的彎曲。河岸斜坡采用綠草護(hù)岸，河堤局部采用積石護(hù)岸。

信玄堤附近設(shè)置有18座水制，其中有14座圣牛水制(如圖2所示)，有4座砌石水制(如圖3所示)。平水時(shí)期間(平常不發(fā)洪水，不干涸的時(shí)期)河水流速緩慢，洪水時(shí)期河水流速快。信玄堤與周邊環(huán)境自然融為一體，形成了自然的生態(tài)公園。

圖2 圣牛水制外形

圖3 砌石水制外形

3.2 沙洲的調(diào)查

信玄堤附近沙洲的形成，有兩個(gè)因素。一是由河流自身?xiàng)l件形成的沙洲，另一個(gè)圣牛水制的設(shè)置形成的沙洲(如圖4所示)。釜無(wú)河具有大比值的河面寬與水深比，在這樣的河道上，橫跨方向設(shè)置了2～5座的復(fù)列圣牛水制，水制的設(shè)置給其周圍沙洲的形成創(chuàng)造了條件。

圖4 圣牛水制周圍的沙洲

圖5 砌石水制周圍的石灘

3.3 洪水引起的水制周圍面積的變化

經(jīng)過(guò)沙土移動(dòng)性能指標(biāo)的計(jì)算[4]，依照沙土移動(dòng)量的多少對(duì)洪水規(guī)模進(jìn)行分級(jí)。當(dāng)深度h>2m稱為中等規(guī)模洪水，深度h>1.5m的稱為小規(guī)模洪水。在釜無(wú)河調(diào)查的8個(gè)月里，中等規(guī)模的洪水發(fā)生了2次， 小規(guī)模的洪水發(fā)生3次(1.5m以上的期間表現(xiàn))，洪水引發(fā)的水制周圍的面積變化如圖6所示。

圖6 水制周圍沙洲面積的變化

3.4 人間活動(dòng)的調(diào)查結(jié)果

信玄堤周圍的人類活動(dòng)的類型有：戲水活動(dòng)(具體形式為淺水處的游泳，水里行走，接水)，停留點(diǎn)活動(dòng):(具體形式為讀書，交談，思考，休息，垂釣，小組聚集，集團(tuán)集會(huì))，移動(dòng)(具體形式為:沿著河岸散步，穿行在岸邊,繞著岸邊跑步)，眺望:(具體形式為眺望對(duì)岸，眺望河流上游，眺望河流下游。)

水制周圍人間活動(dòng)的類型:圍繞疏籠水制的戲水，圣牛水制周圍的接水活動(dòng)， 小圣牛水制周圍的小組活動(dòng)和接水活動(dòng)，低水位時(shí)圣牛水制周圍的沙灘漫步[4]。如圖7所示。

圖7 信玄堤一帶的人間活動(dòng)掠影

4 水制的設(shè)置提案

通過(guò)河川實(shí)地調(diào)查可知，水制配置得當(dāng)有利于沙洲形態(tài)的調(diào)控及足場(chǎng)的形成。另外，信玄堤附近的親水活動(dòng)占人間活動(dòng)26.6%，人間活動(dòng)的足場(chǎng)范圍有待于進(jìn)一步擴(kuò)大。根據(jù)信玄堤一帶已有水制之間間距，參考河道彎曲度，河床材料及護(hù)岸護(hù)及水流實(shí)態(tài)，為了擴(kuò)展親水活動(dòng)空間的足場(chǎng)范圍，本文提出新的增設(shè)水制的方案。

如圖8所示，在圣牛的上流區(qū)間配置向上淹沒型水制3枚， 水制的高度不妨礙視線，形成線性的排列，在下游有顯著的沉積形態(tài)；第12圣牛水制附近設(shè)置了石砌水制1枚，水制外凸形狀，能確保水制的足場(chǎng)功能。信玄橋下面的河床為沙粒卵石結(jié)構(gòu)，不能承受過(guò)度的打壓，橋墩水里部若配置水制，水制端部位置可能引起河床洗掘，也會(huì)造成橋下流水不暢，而且，信玄橋附近水制水制與周圍自然景觀的貼合性不佳，因此，信玄橋下保持原有狀態(tài)。

圖8 水制設(shè)置提案

5 結(jié)語(yǔ)

研究了以水制為中心的河流整治物的設(shè)置及利用情況，從水理學(xué)和河川工學(xué)融合的角度，對(duì)水制與河道形狀、水制引起的微地形的變化等進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，把握了水邊人間活動(dòng)與水制的關(guān)系。期待在今后的河流治理中克服一邊倒的功能主義占主導(dǎo)地位的觀念，還原河流防災(zāi)，交通，旅游，休閑，景觀，生態(tài)，文化價(jià)值等“多功能”原貌，促進(jìn)河道的水文、生態(tài)良性循環(huán)，為人類活動(dòng)營(yíng)造更多的舒適空間。