【摘要】芝加哥河在自然化和生态恢复过程中，重视本地植物的运用，采用创新的技术方法恢复和加强河岸的自然特性，通过改善河道的生态环境，来恢复芝加哥河的生物多样性。本文介绍有关芝加哥河河岸自然生态处理的理念和设计方法。希望通过了解、学习、借鉴这些理念和方法，能够将其功能化、本土化，使之有效的运用于我国的城市河流自然化和生态恢复设计中。
    【关键词】城市河流；芝加哥河；自然化；生态恢复；设计

    【Abstract】The Chicago River has been undergoing a movement of naturalization and ecosystem restoration. Many innovational techniques and methods which emphasize use of native vegetations were created to restore and enforce the natural characteristics of river banks. Those techniques and methods can improve the niches or habitats quantity and quality，which results in increasing the wildlife communities and biodiversity in the Chicago River. By learning and understanding the concepts and practices which are successful in Chicago, Some techniques and methods are expected to be re-innovated according to our local situation and adopted for our urban streams naturalization and ecological function restoration.   
    【Key words】 Urban Stream；Chicago River；Naturalize；Restore ecological function；Design

    城市的河流是城市宝贵的自然资源，过去由于认识的谬误，许多城市在开发利用这一珍贵资源时，往往忽视保护其自然属性，随意的操纵和过度的开发导致了河流的河道破坏、水质恶化和生态功能退化等恶果。而这些恶果无一例外都为城市所负担。痛定思痛后，人们开始尊重并保护河流的自然风貌和生态功能，通过采用一些新的技术和方法恢复已经人工化、城市化河流的自然特征和生物多样性。其中，芝加哥市在恢复芝加哥河的自然生态性的过程中积累了丰富的经验。芝加哥河在芝加哥市一个多世纪的发展过程中，由两岸草木丰茂、水中鱼虾繁衍的天然河流转变为两岸混凝土林立、河中垃圾、污水横流的城市航道。上世纪末，芝加哥市开始致力于改善芝加哥河的水质和生态环境，尝试恢复芝加哥河的自然性。
    1．背景介绍
    1.1 芝加哥河概况
    芝加哥河是芝加哥最宝贵的自然资产之一。她从城市的北郊而来，蜿蜒穿过整个芝加哥市，途经城市中许多文化各异的社区。沿河可以看到城市公园、农村小屋、河畔小径、自然景区、历史景点、形式不一的桥梁、工业厂房、游艇码头，甚至还有大学校园。在她流经的芝加哥市中心区，沿河两侧密布着各式各样，声名显赫的高档办公和商业大楼。
 
    过去150年中，芝加哥河为芝加哥市的工业与经济发展付出了高额的代价。当人们发现河流对于商业、制造业具有巨大的利用价值后，城市居民和工业企业便忽视对芝加哥河自然资源的保护，而对其进行开挖、污染，甚至颠倒河流的流向。沿河两岸，数英里的混凝土或钢质的板桩和石块被埋入岸坡下，用于支撑河岸并提供游艇码头（图2）。
 
    一百多年后的今天，沿河两岸的防波堤正在老化碎裂。在城市范围内，以恢复芝加哥河的美学、休闲功能和经济价值的复兴运动正蓬勃开展，复兴运动鼓励许多工业企业、土地所有者们将河岸建设成更美观更自然的区域（图3）。
 
    1.2芝加哥河复兴规划
    1998年，芝加哥市规划与发展局（the City of Chicago Department of Planning and Development）发布了芝加哥河走廊的发展规划（Chicago River Corridor Development Plan），以及相应的规划设计导则和建设标准。该规划的主要目的是复兴和改善芝加哥河及滨水地区。规划的主要目标有：
    •创造一个继承了城市文化传统和创新发展的复兴的芝加哥河。
    •为公众提供广泛的休闲娱乐性出入口。
    •提高河岸稳定性，美化河岸景观，改善生物栖息地质量和水体质量。
    •支持对河流友好和相容性的商业及工业开发。
    •通过改善芝加哥河滨水地区的环境提高芝加哥市市民的生活质量。
    芝加哥市议会在1998年补充了城市区划法规，补充后的法规使芝加哥河的规划目标进一步具体化。补充后的法规要求距芝加哥河30米内的新开发项目必须退后河岸10米，以保留河岸特性并为以后可能建设的滨河绿带预留足够的空间。
    1.3 存在的问题与对策
    芝加哥河复兴运动的利益带动了大量的滨河建设项目，其中包括：恢复自然风貌的滨河游览路径；以沿城市中心区的芝加哥河滨水走廊兴建餐厅、滨水步行道和城市公园；通过区域性规划，希望能将芝加哥河变成深受划艇及其它游艇爱好者喜爱的州级水道等。然而，随着河水水质日益改善，河水变清，在城市化的河道范围内，可供鱼类及水生动物生存的小生境或栖息地依然很少。沿河缺乏捕食、产卵、栖息的场所使得芝加哥河内的鱼类多样性及水生生物的种群数量在整个芝加哥河的生态系统中一直处于底线。
    因此，为了提高生物栖息地的质量和数量来接解决上述问题。芝加哥规划与发展局鼓励与其合作的滨水地区开发者们采用更加自然、生态、柔性的河岸设计。这些自然生态的河岸设计具有美观、生态效益显著、成本低廉、可持续性好、自然河道稳定性强优点，使河岸自然化的处理方法成为美化芝加哥河并强调其特征行之有效的手段。因而在区划法规要求后退河道的区域内，自然化的河岸稳定和恢复技术获得了广泛的应用。
    2. 城市河流自然化和生态恢复的方法
    2．1城市化河流自然化的设计方法
    城市河流的一个主要特征是河道的人工化、硬质化，河道原有的自然的土质岸坡被钢筋混凝土或其它硬质材料所替代。在过去的数十年中，板桩护岸是芝加哥河河岸处理的常用方法。通过安装板桩，可以最大限度的利用滨河区域的土地，同时船舶与陆地间的货运设施可以尽可能的建设在靠近水边的区域，但这种做法牺牲了河岸的后退保护区域及河岸的自然性。板桩的功能在于维持河岸结构上的整体性，同时吸收水波能量。沿着芝加哥河的商业区和工业区，有数英里的材料不一、状况各异的板桩墙式护岸。随着板桩的老化，它们开始生锈、腐蚀、碎裂，最后需要被更换。作为一种可替代的选择，自然化河岸处理是生态友好性的解决之道，它能够柔化和美化工业性滨水区。一般来说，板桩支撑强度最高的时候是在它刚被建设好的时候，并且从建设好的那一刻起，它的强度便开始退化。相比之下，如果护岸被处理成自然化，它的强度将随着植被的生长成熟变得更强。
   （1）矮墙式河岸处理方法
    矮墙式河岸处理方法是将原有的板桩墙截断或者用更短的板桩来代替它，这种矮墙的设计方法非常适用于缺乏后退距离的滨水地区。采用短墙后，原有的河岸坡度需要重新调整使之变得平缓，或者需要回填部分土壤创造一个平缓、自然的岸坡。也可以在板桩墙外建造一个悬臂架子，将河岸延伸至桩墙以外，并且在悬臂架子中种植水生植物，形成一个小型的人工湿地生境。
    另有一种不采用悬臂架来重建岸坡和恢复植被的方法，它将一种渗透性网格结构的构件安装在改造后的岸坡上，用于锚固重新种植的植被。栽植的蔓藤类植物生长后悬挂于缩短的板桩岸堤的顶端，宛如幕帘一般，可以起到柔化堤岸的视觉效果。
    在一些河岸高度侵蚀的地区，采用石灰岩块锚固重建的岸坡的做法可以起到美观的效果。同样，板桩护堤被缩短后，用石灰岩块沿着新造的坡岸成阶梯状排列，在石灰岩块之间种植本地的草本植物或休眠的树木枝条，而在坡顶种植灌木和乔木。这种技术的优点在于具有自然特征的石灰岩块能够固定岸坡，维持岸坡的整体性，同时，生长在岩石块之间的植物的根系能够使岩石块稳固。
   （2）板桩护岸的植物强化处理方法
    板桩护岸的植物强化处理方法通过在一些关键部位种植树木枝条和灌木，来改善现有的板桩墙式护岸。种植在褶皱形板桩墙式驳岸的凹槽内的亲水植物，会逐渐会生长出驳岸外。这些植物不仅可以软化和美化硬直的河岸，同时也能起到强化板桩护岸的作用。合理选择植物种类，通过精心的设计能够形成小型的滨水生境，改善河流的生态环境。
    矮桩墙的运用和板桩墙式驳岸自然强化方法都是很好的河岸处理方法，它们向我们展示了在不改变桩墙护岸的结构功能的情况下，也可以很容易的对现有桩墙护岸进行自然化改造。
    2.2用于河岸恢复的生物工程技术
   （1）植物扦插技术
    许多被证实可行的生物工程技术已经被开发用于河岸稳定，它们都非常依靠本土植物的作用。其中活的植物枝条扦插是最简单的方法之一，该方法主要将活的植物枝条插入现有河岸土壤中，由于这些本土植物的活枝既无需要太多的维护，也不需要对根系进行特殊的处理，它们能够在恶劣的滨河环境中迅速生长。另有一种改进了的活枝扦插技术，它用一簇活枝做成柴笼，将活枝簇扦插入河岸的土壤中。这种方法的优点在于柴笼要比单根枝条更容易存活生长，能够更快速在在河岸上形成植被。这些方法的一个重要特点是能够稳定河岸坡脚，能够减少河岸的泥泞及进一步被侵蚀。
 
   （2）植物纤维卷技术
    另有一种类似的技术可以增强河岸对侵蚀的免疫力，它采用一种纤维卷作为扦插枝条的容器，这种纤维卷通常用椰子的纤维包裹成卷状，它具有的海棉特性及稳固性能够为植被的生长提供媒介和基底。同时，它还能起到缓冲媒介的作用，防止退化的岸坡受到水波和激浪的冲击。
   （3）植被垫层技术
    植被垫层技术是恢复河岸植被实用方法中最好的方法之一，它运用了本地植物和树木的活枝作垫层进行河岸的稳固。这种技术能够较好的运用于侵蚀程度严重的河岸护坡。植物垫层利用生长在河岸护坡不同层面上的根系稳固下层土壤，来达到稳定护坡的目的，同时还可以为鱼类等水生生物提供良好的生境。坡脚亦可采用悬架、石块和坡脚抛石的方法进一步稳固。此外，本地植物可以种植在坡顶上和垫层中以强化河岸的自然特征和生态功能。
    2.3挑空式亲水平台
    亲水平台是一个重要的景观处理的手法，它能够将人们带到离水边很近的地方。它能够作为教育宣传点、观景点、野生动物观赏点、垂钓区、社区入口、林荫道的连接点和非正式的集会场所。当亲水平台作为滨水区的通道时，它也可以为公共开敞空间和滨水林荫道提供连续性。当然，亲水平台还有另外一个重要作用，即它能够为鱼类等水生生物提供遮护和阴蔽。
    一个自然景观亲水平台的例子：天然河道的河岸蜿蜒曲折，大块的漂石（冰河时期遗留下的，美国中西部非常普遍）被运用于沿河岸的植被护坡坡底的设计中，这些漂石具有诸多功能。首先，合理排放的石块能够消解由游艇激起的水波能量。其次，安放在坡脚的石块能够像锚碇一样牢牢锁住土质岸坡起到稳定河岸的作用。第三，这些石块粗糙的表面以及摆放的随意性能为水生有机物提供了各种各样的栖息场所。而这些有机生物成为了候鸟和芝加哥河内鱼类的食物。这种亲水平台另外一个重要特点是它的挑空式的构造能够在平台下面形成阴蔽区域，这种荫蔽区域容易吸引鱼、青蛙、乌龟等生物。
    2.4创造和恢复野生生物环境的技术
    有许多技术方法被用于芝加哥河的河岸恢复中来增加和促改善野生动物的生存环境。这些设计方法常被运用于芝加哥河较自然的河段的处理上。其中方法之一是紧贴水面以下构造一个梯台，梯台或者平台的功能是形成一个狭窄的滨水湿地，并维持湿地中自然生长的滨水植物。这个新的湿地生境会吸引野生动物，包括昆虫、小龙虾、蜗牛、水鸟、鱼等前来栖息。利用石块锚固，重建后的岸坡，其水面线以上的区域可以用本地植物恢复植被，并逐渐的融入到公共林荫道中。垂在岸边的植物同样也能够为滨水的野生动物提供庇护。
    此外，为了增强和提高鱼类的栖息环境质量，可在河岸水线及水线以下的区内构建一个用石块填充的洞穴以形成浅滩，这些小的生境为鱼类提供了产卵的场所，同时也吸引那些生长在卵石河床的昆虫前来，例如石蛾、蜉蝣，它们都是鱼类很好的食物。同样的，湿地的植物和灌木能够为被石块洞穴吸引而来的鱼类提供重要的庇护。这种设计方法的优点是能够在河岸的恢复过程中为野生动物提供生存环境。
    采用这上述河岸恢复方法的项目能够成为优秀的公众教育和宣传点，向公众展示、讲解河流的自然生态和历史文化特征。
    2.5浮岛技术
    对于芝加哥来讲，浮岛技术是一项相对较新的概念，在世界的其他地区，人们采用这项技术在荒凉、恶劣的生态环境下为创造野生动物的栖息地。这项技术非常适用于河岸陡峭，岸坡不稳定，土壤受侵蚀速度快的自然河流。这类河流虽然自身未经人工化改造，但其汇水区受城市化影响而导致河流的健康恶化。经过锚固后，近岸的一系列浮岛可以保护河岸不受水波和激浪的侵袭。这些浮岛由塑料管道连接而成，在支撑管道之间安置可渗透的植草纤维格。这样，这些飘浮的平台就成为了植物生长的基础媒介。一段时间过后，浮岛上的植被会逐渐与河岸上的植被生长在一起，形成一个庞大且复杂的湿地生物栖息环境。图15展示了浮岛是怎样成为水生生物觅食、筑巢的场所，它会吸引浮岛下面鱼类上来。当浮岛发展形成湿地以后，河岸的植被通常会因为生态的延续性而自我重建。
    3．芝加哥河自然生态处理方法的启示
    芝加哥河自然化和生态恢复方法的理念和实践提供了几点重要的启示，它们有助于我们了解城市生态系统的特点，及探索城市生态修复的实践方法。
   （1）生物多样性的重要性
    生物多样性是指某个特定生态系统内的有机生命体形式、种类变化多样的程度。生态系统内的生物数量越多，物种越丰富则生态系统越稳定，抵抗外界干扰和压力的能力越强。因而，生物多样性常被作为评价生态系统健康程度的指标。芝加哥市努力恢复芝加哥河自然生态的原因，并非只为美化河岸，改善景观。正是因为他们认识到，先前的芝加哥河复兴规划产生的大量项目并未能改善芝加哥河的生态环境，提高生物的多样性，因此提出恢复和提高城市河流自然生境的设计概念。希望通过改善生境质量来提高生物多样性，进而提高整个生态系统的稳定性。芝加哥市的经验为生态河道建设或其他生态恢复项目指明了实践的目标，即提高生态系统的生物多样性。同样，对生物多样性的评判也将成为检验生态改善效果的重要手段。
    掌握生态系统的生物多样性的重要途径是建立生态区域内动植物目录，通过建立目录，可以清楚地了解掌握特定区域内的生物种类、种群数量、分布状况等。目录的建立不仅能够监控地区的生态系统变化情况，同时也能够为区域生态规划提供重要的依据。
   （2）功能整合的作用
    芝加哥河自然生态设计概念中，除希望恢复芝加哥河的生态功能外，还将芝加哥河的环境美学、休闲娱乐、人文教育等功能引入河岸的自然化设计中，将城市河流的生态功能与其它诸多城市功能进行整合，如前面介绍的滨河挑空平台的设计方法，既可改善河流的水生生境，又可满足沿河居民多层次的需求，实现了功能的多样性，充分发挥建设项目的效益。这种多功能整合的设计方法能够有效的吸引公众的参与，从而获得广泛的支持，是项目获得成功的重要保障。
    芝加哥市的经验告诉我们，实施城市生态恢复和改善时，片面或单纯强调生态功能有时难以推动目标的实现，尝试将生态环境的改善与人们的教育、工作、娱乐、生活等各方面的发展紧密联系起来，相互促进，不啻为有效的途径。
   （3）本地种属植物和动物的价值
    在芝加哥河的自然生态设计方法中，大量了运用了本地种属的植物，这是基于对本地种属植物特性的认识。本地的河岸植物有很多优点：①适应能力强，对本地的气候、土壤环境、水位的变化有较强的适应性；②多年生长，不需要每年种植，易于获得，因此在工程运用中能够降低成本，具有较好的经济效益；③许多本土植物不仅仅是杂草，它们具有丰富的颜色和形状，通过精心搭配能提供美好的景观效果；④本地河岸植物能够有效的去除有机污染物，并能为野生动物提供生存环境，能为越冬迁徙的鸟类提供种子作为食物，具有良好的环境和生态效益。
    因此，在实施河流的自然生态恢复时，应避免单纯为达到美学景观功能的需求而盲目引进外来植物，了解并掌握本地植物的习性和功能，合理运用，往往可以达到事半功倍的效果。
    4．结语
    成功运用于芝加哥河自然化和生态恢复的技术，其意义不在于技术本身，而是她为我们提供了一条改善城市生态的有效途径，即以提高生物多样性为目的，以本地种属的生物为技术手段，将改善生态功能整合于其他城市功能的实践策略。总之，我们不应拘泥于这些技术，而应当结合本地区的实际情况，因地制宜，发展创造出适合当地的技术方法，走出自己的自然生态之路。

   【参考文献】
    [1] Michael Hough, Cites and Natural Process- A Basis for Sustainability, 1995
    [2] Chicago’s Water Agenda, A Guide to Stormwater Best management practices, 2003
    [3] Chicago Wilderness, From Stockyard to Spawning Bed- A handbook of Bank Restoration Designs for the Chicago River and other Urban Streams, 2001.

    作者简介：万帆/1978年生/男/武汉市城市规划设计研究东湖分院工程师（武汉 430014）
                     熊花/1980年生/女/武汉市城市规划设计研究规划师（武汉 430014）