基于自然解决方案的流域水文规划丨03 以流域为单位进行水文规划
本文根据张莉老师所作的题为《基于自然解决方案的流域水文规划》演讲整理而成。本次演讲将切分为多个主题章节分期推出，本期主题为以流域为单位进行水文规划。
Nature basis Solution
基于自然解决方案的流域水文规划
以流域为单位进行水文规划
01
以流域为单位进行水文规划的优势
流域是河流汇水的陆地区域，它是由相互影响的独特生境组合组成。这些生境包括高山地区、森林、湿地、田野和草地、河流和湖泊、村庄和城镇。河流在流域内经过森林、坡地、池塘、湖泊流入海洋。
降雨是一个循环的系统，雨水降到高地流下来，很多雨水渗到了土里，还有一部分通过植物的蒸腾作用回到空气中。所以我们希望加大在流域内的水文循环，这样流域内的水就不至于全部流到海里。
流域示意图 ©https://cowichanwatershedboard.ca/content/introduction-to-watersheds/
02
如何以流域为单位进行水文规划
确定流域范围 ©https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1936-704X.2015.03185.x
河流地貌
一般会将河流地貌分为以下三个区域，第一区是水源地（headwaters），源头的溪水沿着陡峭的山坡急速流下，切割成V型山谷，因此在水源地常常有瀑布和急流；第二区是转换区（transfer zone）；第三区是沉积区（depositional zone），这里的地势是比较平坦的，河流的蜿蜒度相对较高，人类比较喜欢住在这种平坦的地区。
河流地貌 ©Trista L. Thornberry-Ehrlich, Colorado State University.
上游及中游水位落差大，常被用来修建水电站，这样会改变下游的水文条件，所以要降低水电站及施工对生态的干扰，为洄游鱼类保留回上游产卵的通道。下游是蜿蜒的，由于有人类居住，建成区的排水量比自然状态下增加了很多，但往往我们在下游通常为河流只保留了很窄的空间，那如何让人们在这里住的舒服，同时又不受洪涝的灾害的影响？
我们应用基于自然的解决办法保留洪泛区及河岸带、在河道上游及两侧做蓄洪湿地等综合措施，尤其是旁路湿地。文献研究表明在河道上游做湿地的生态价值更高，会起到消减洪峰的作用，有效减小洪水位上涨的速度与幅度，强力缓解下游地区防洪压力。最终这些水资源也可以渗入土壤，起到补充地下水的作用。
河流廊道示意图，三个区域及其上下游关系 © ICIMOD
洪泛区
洪泛区是指在地势平坦或低洼的临近河流或海岸的土地，是由降雨、潮汐时河流自然流下时蜿蜒形成的。在这个过程中它会留下淤泥和其他沉积物，逐渐形成了平原地面，成为了肥沃的栖息地和主要的农业用地。
洪泛区 ©https://www.washingtonnature.org/
在做洪泛区的规划时，我们建议将满足100年一遇洪水（或更高）的河道宽度包含到洪泛区里面，要接受洪泛区里面可以有农业用地也可以种植乔木。洪泛区内的种植的植物需要是耐1-2天的水淹。如果农田或牧场被水淹后，需要允许一些水留在土地里，这样可以增加生态价值并回灌地下水。在美国伯克利大学的实验将洪水引入果园进行消减洪峰，然后慢慢让水流回灌到地下水中，经过24小时或更长的时间让水慢慢回灌。所以，我们希望今后的河流规划中能够将百年一遇的洪泛区做为自然的河流廊道。
这就需要水利专业的同事和规划专业的同事们相互协调，希望水利专业的同事能够有勇气将蓝绿空间结合，在蓝绿空间内做到满足百年一遇或更高防洪标准的河道宽度，而不仅是在蓝线内工作。水利同事更大胆地对河道周边的土地进行规划，蓝绿空间从功能上都应是属于水利河道修复的工作范围。未来水利专业的同事可以针对河流的淹没区域进行更多实践，这是做河流廊道真正的意义。
河流缓冲带
河流缓冲带（Riparian corridor）是陆地生态系统与水生生态系统的过渡带，是河道周边生态系统中各陆生物种的重要栖息地，这个区域对于水土保持非常重要，也是河道中物质和能量的重要来源。
河流缓冲带 ©Riparian Corridor | Monterey Peninsula Water Management District (mpwmd.net)
河流缓冲带的主要作用包括控制水土流失，防止河床冲刷，减少泥沙进入河道；利用缓冲带植物的吸附和分解作用，减少来农业区的氮磷等营养物质进入河道，形成控制面源污染的最后一道防线；在溪流沿岸构成了一定自然风景线，美化了河流生态景观；为鸟类等野生动物提供了栖息场所；促进生态农业、观光农业、休闲农业的协调发展，增加群众收入，实现经济效益和生态效益双赢。
河流缓冲带 ©Federal Stream Corridor Restoration Handbook - Chapter 2, Page 2 | NRCS (usda.gov)
以面源污染去除为目的的河流缓冲带通常分为三个不同的区域，每个区域都有其特定的目的，用于过滤径流并与相邻的水生系统相互作用。因此缓冲区的设计是缓冲区有效性的关键要素。
潜流带
上一节我们讲过了潜流带（hyporheic zone）的概念，是指地下水层和水之间的过渡带。这个区域对河流有机物的分解和水质净化等生态过程中发挥着重要的作用。
潜流带普遍是由砾石构成，它的宽度从几公分到几十米都有。它为各种微生物和无脊椎动物提供了理想的栖息地，在这里生物多样性得到了极大的提高。因此水体实际上不仅是在地表流动，同样也在潜流带这一独立的砾石层中流动。
潜流带为生物提供了栖息地 ©Gravel-bed river floodplains are the ecological nexus of glaciated mountain landscapes
但是如果我们做了灰色的基础设施，比如图中的这个案例中做的铁路它就拦住了水流，这对潜流带周围乃至更大范围内的生态环境都造成了很大的影响。当然具体应该怎么做才能避开这些宝贵的潜流带同时满足生产生活的要求，这是我们作为规划师应该思考的问题。
灰色基础设施阻碍了潜流带的水流 ©Gravel-bed river floodplains are the ecological nexus of glaciated mountain landscapes
生态清洁小流域
我国在推面积大约200平方公里清洁小流域治理。如果我们能在每个清洁小流域都使用基于自然解决方案的做流域水文规划，不做硬质主河槽，不是仅仅蓝线内做传统的堤防，而是采用NbS方法，多方位提升河流及流域的防洪、生态、水质、休闲及经济效益。我们就能帮助更多的河流最大化复合的价值。
我国生态清洁小流域规划的意义是对流域范围下水土资源的积极保护，对水土资源进行合理的配置与利用，使流域范围中的沟道保持自然生态状态，实现行洪安全，使人类活动控制在生态系统承载能力之中，保证生态系统的良性循环，保证人与自然和谐，实现人口、资源、环境协调同步发展的小流域。
美国地质勘探局（USGS）设计并绘制了国家的水文系统一共包含六级流域系统，其中流域（watershed）在第五个级别，是指100-200平方公里的区域，这跟我们的清洁小流域200平方公里范围内的流域面积比较类似，面积大一点的次盆地（subbasin）就类似于我们县级的流域范围2000平方公里左右。
流域面积 ©Nonindigenous Aquatic Species (usgs.gov)
在做项目的时候我们最重要的工作之一是对降雨事件、水文及城市排水系统进行科学的分析，我们将会在下一期结合案例为大家介绍这些数据的分析方法。
参考文献：
[1] Watershed Approach Handbook：https://www.eli.org/sites/default/files/eli-pubs/watershed-approach-handbook-improving-outcomes-and-increasing-benefits-associated-wetland-and-stream_0.pdf
[2]https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1936-704X.2015.03185.x
[3]Gravel-bed river floodplains are the ecological nexus of glaciated mountain landscapes
[4]Nonindigenous Aquatic Species (usgs.gov)
[5]Literature review of critical climate-stress moments in the Hindu Kush Himalaya: A resource kit
[6]Quantifying the Sensitivity of Riparian Ecosystem Management Model (REMM) to Changes in Climate and Buffer Characteristics Common to Conservation Practices
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