河流生態(tài)設(shè)計(jì)思考
——以新加坡·南京生態(tài)科技島為例

李曉東

（遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧沈陽(yáng)110166）

河流生態(tài)設(shè)計(jì)思考
——以新加坡·南京生態(tài)科技島為例

李曉東

（遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧沈陽(yáng)110166）

本文以新加坡·南京生態(tài)科技島的水系生態(tài)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，結(jié)合國(guó)際化生態(tài)示范區(qū)的遠(yuǎn)景目標(biāo)，在對(duì)水質(zhì)現(xiàn)狀、威脅和原因進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，制定了水質(zhì)治理目標(biāo)，并參考國(guó)內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)與做法，提出了首先控制污染源、其次進(jìn)行生態(tài)河道建設(shè)、最后采用綜合生物生態(tài)修復(fù)的技術(shù)路線。

原位治理；控源；生態(tài)河道；生物修復(fù)

引言

新加坡·南京生態(tài)科技島（Si ng a po r e-N a nj i ng E c oH i-T e c h I s l a nd）位于南京市建鄴區(qū)江心洲，為長(zhǎng)江中的一個(gè)洲島，全島面積15.21km2，呈南北走向的長(zhǎng)條形，狀若青梅，故又稱梅子洲。2009年，由新加坡仁恒置地集團(tuán)、江蘇省南京市有關(guān)方面合作，共同開發(fā)建設(shè)新加坡·南京生態(tài)科技島項(xiàng)目。項(xiàng)目瞄準(zhǔn)國(guó)際一流水準(zhǔn)，營(yíng)造優(yōu)美的自然生態(tài)最佳人居環(huán)境，定位于國(guó)際化示范社區(qū)、國(guó)際化產(chǎn)業(yè)園區(qū)、現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)示范區(qū)，預(yù)計(jì)2020年建成。

項(xiàng)目充分借鑒新加坡、歐美等先進(jìn)國(guó)家生態(tài)城市的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合江心洲的實(shí)際情況，進(jìn)行了全面而系統(tǒng)的生態(tài)專項(xiàng)規(guī)劃，并制定了包括環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和行政管理等各個(gè)方面的生態(tài)指標(biāo)體系，水系統(tǒng)為其中的指標(biāo)之一。

1 現(xiàn)狀、威脅及分析

江心洲為長(zhǎng)江沖淤積洲島，區(qū)內(nèi)有池塘星羅棋布，河道水系眾多，水系總長(zhǎng)度約40km左右，為洲內(nèi)農(nóng)作灌溉的主要水源。

整體現(xiàn)狀是，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和居住人口不斷增長(zhǎng)，城市化的快速發(fā)展，由于污水處理設(shè)施的不足，大量的生活污水、垃圾和農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖廢水直接排入河道，河道普遍淤積，河道排水不暢，河道內(nèi)來(lái)水不足，水流流速緩慢，水體自凈能力低，污染物不能及時(shí)排出，造成內(nèi)河水體污染嚴(yán)重，藍(lán)藻水華爆發(fā)等富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題出現(xiàn)，部分河道出現(xiàn)季節(jié)性黑臭。

根據(jù)有關(guān)部門的測(cè)定，江心洲支流水質(zhì)為輕度污染，干流的水質(zhì)基本保持穩(wěn)定，支流中少數(shù)河道污染情況比較嚴(yán)峻，主要污染物為總磷、氨氮。

洲內(nèi)城鎮(zhèn)河流主要存在兩方面問(wèn)題：一是河流河道遭到破壞，小河流遭到生活垃圾及廢棄物填埋；上游建設(shè)了控制閘壩，河水基本不流動(dòng)；河流岸坡許多被混凝土或者漿砌石等覆蓋。二是河流水環(huán)境污染嚴(yán)重，生活污水點(diǎn)源排放、農(nóng)業(yè)面源污染控制較差，河道成為生活污水、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖等廢水的受納體，水體中氮磷污染嚴(yán)重。

經(jīng)規(guī)劃SWO T分析，全島水系的劣勢(shì)概況為：

（1）污染日趨嚴(yán)重，河流逐漸喪失自凈能力；

（2）河道水體嚴(yán)重污染，環(huán)境衛(wèi)生安全堪憂；

（3）水體惡臭及富營(yíng)養(yǎng)化引起的藍(lán)藻水華泛濫，給城市水體景觀和居民身體健康帶來(lái)嚴(yán)重威脅。

具體的污染表現(xiàn)對(duì)應(yīng)為：

（1）河道垃圾堆積，河道生態(tài)功能喪失，水生生物基本消亡；

（2）有機(jī)污染物嚴(yán)重超標(biāo)，溶氧不足，厭氧分解產(chǎn)生的臭氣和黑液造成水體發(fā)黑、發(fā)臭；

（3）水體中氮、磷含量增加，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，藻類大量繁殖形成水華爆發(fā)。

結(jié)合對(duì)島內(nèi)產(chǎn)業(yè)的調(diào)研，污染原因分析如下：

全洲以農(nóng)業(yè)、旅游服務(wù)業(yè)為主，沒(méi)有工廠，故工業(yè)污染源基本沒(méi)有；是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，農(nóng)業(yè)面源污染是造成少數(shù)支流污染的關(guān)鍵污染源；近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，人口增多，但是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，由于缺乏相應(yīng)的管理處置，居民生活垃圾及生活廢水處理方式粗放，很多直排河流，因此，居民生活污染源也成為河流污染的又一關(guān)鍵點(diǎn)。

2 目標(biāo)、經(jīng)驗(yàn)和治理思路

2.1 治理目標(biāo)

為實(shí)現(xiàn)2020年遠(yuǎn)景的生態(tài)水洲目標(biāo)，制定了如下水污染治理技術(shù)目標(biāo)：

（1）削減有機(jī)污染物當(dāng)量、消除黑臭現(xiàn)象；

（2）提高溶氧、水體透明度，消減污泥量，提升水體自凈能力，重建水體生態(tài)；

（3）河道流域生態(tài)綜合治理，將景觀學(xué)、生物科學(xué)、美學(xué)等相關(guān)學(xué)科結(jié)合，實(shí)現(xiàn)河道親水、安全的特性，營(yíng)造人與河流和諧相處的環(huán)境。

其中，第一步計(jì)劃是用三年年左右時(shí)間，消除黑臭水體，實(shí)現(xiàn)“水清、無(wú)味”。如何消除河道黑臭的問(wèn)題，提高和維護(hù)景觀水體的質(zhì)量，以滿足廣大市民的需要，其中水生態(tài)修復(fù)已經(jīng)成為水環(huán)境治理的重點(diǎn)。

2.2 治理經(jīng)驗(yàn)

最近幾年，很多城市都加大了對(duì)內(nèi)河水質(zhì)進(jìn)行治理的投入，采取引清潔水進(jìn)入城市內(nèi)河，沖走排入內(nèi)河的城市生活污水，這種治理措施起到了一定的積極效果，在很大程度上改善了內(nèi)河水質(zhì)，提高了市民的生存環(huán)境。但是，這種治理方法是不值得提倡的，因?yàn)闆](méi)有治本，只能臨時(shí)改善內(nèi)河的水質(zhì)狀況，水質(zhì)很快繼續(xù)變壞，而且將污染物沖入下游地區(qū)，是一種不負(fù)責(zé)任的做法。應(yīng)該提倡污廢水的生態(tài)治理措施，水資源達(dá)到循環(huán)利用。

目前，國(guó)內(nèi)外解決河道、河流污染問(wèn)題的主要做法和成功的經(jīng)驗(yàn)有：

2.2.1 減少外污染源，消除黑臭是修復(fù)水生態(tài)的前提條件

（1）沿河用串連的形式在河道邊截污，攔截污染物并進(jìn)行預(yù)處理；

（2）農(nóng)村養(yǎng)殖及生活污染沒(méi)有污水收集處理的地方，建設(shè)三級(jí)化糞池臨時(shí)措施減輕河道污染負(fù)荷；

（3）采取多種方法溝通水體，調(diào)活水體。

2.2.2 原位治理與生態(tài)治理的手段，標(biāo)本兼治，從根本上解決污染問(wèn)題

利用生物生態(tài)治理的手段，通過(guò)消化內(nèi)污染源，以達(dá)到消除黑臭并進(jìn)一步提高水質(zhì)的目的，在一些相對(duì)封閉的水體中取得了比較明顯的效果。

（1）利用生態(tài)浮床技術(shù)治理污染河道；

（2）利用生態(tài)綜合技術(shù)治理污染河道；

（3）利用微生物技術(shù)治理污染河道；

（4）利用曝氣充氧技術(shù)治理污染河道。

2.2.3 通過(guò)生物鏈作用，增強(qiáng)水體自凈能力

在河道整治中創(chuàng)造條件，實(shí)現(xiàn)水邊、水中、水底的生物多樣性，逐步修復(fù)水生態(tài)，通過(guò)生物鏈的作用，消化和吸收內(nèi)外污染源，增強(qiáng)水體的自凈能力。

利用微生物技術(shù)治理污染河道：微生物技術(shù)是在水體中投放經(jīng)過(guò)定向培養(yǎng)和篩選的好氧、兼氧和厭氧微生物工程菌群，通過(guò)微生物的呼吸發(fā)酵，將有機(jī)物等容易發(fā)生水體黑臭的物質(zhì)迅速分解成C O2、H2O或轉(zhuǎn)化成無(wú)害物質(zhì)，使污染的水體得以凈化。

（1）建設(shè)和恢復(fù)自然型岸邊，創(chuàng)造水邊生物多樣性的實(shí)踐；

（2）水中生物多樣性實(shí)踐：水中種植水生植物和放養(yǎng)各種水生動(dòng)物，修補(bǔ)水中的生物鏈，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的；

（3）營(yíng)造水下森林的實(shí)踐：構(gòu)建水生植被黑藻、伊樂(lè)藻、金魚藻、苦草等沉水植物和浮葉植物睡蓮等，以吸收和轉(zhuǎn)化水中和底泥內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物，輔之于構(gòu)建水生動(dòng)物種群，維護(hù)生態(tài)平衡，達(dá)到凈化水體的目的。

2.3 治理主要思路

（1）標(biāo)本兼治，采用自然、生物生態(tài)修復(fù)的治理方式與生態(tài)環(huán)境維護(hù)技術(shù)，恢復(fù)河道自然生態(tài)系統(tǒng)，完善生態(tài)景觀；

（2）常維護(hù)河道生態(tài)，治理與維護(hù)并舉，把長(zhǎng)期維護(hù)提升到重要地位；

（3）遵循河流自然演變規(guī)律，恢復(fù)河道自然形態(tài)，采用三級(jí)技術(shù)措施，突出重點(diǎn)，層級(jí)互補(bǔ)，逐級(jí)推進(jìn)，以生態(tài)修復(fù)為長(zhǎng)效目標(biāo)；

（4）注重與流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)，提升河道的生態(tài)服務(wù)功能，為市民提供適宜的人居環(huán)境；

（5）由人為保障向技術(shù)保障過(guò)渡，建立應(yīng)急突發(fā)事件技術(shù)保障。

3 治理技術(shù)工藝路線

采取控源—建設(shè)生態(tài)河道—河道水質(zhì)提升的工藝路線，分述如下：

3.1 控源

3.1.1 農(nóng)業(yè)污染源控制

（1）加強(qiáng)有條件鄉(xiāng)鎮(zhèn)與村級(jí)居住集中區(qū)管網(wǎng)建設(shè)，逐步完善生活污水處理設(shè)施；

（2）在流域周邊有條件的地區(qū)，對(duì)農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖污染源控制與集中收集，建立區(qū)域污水處理系統(tǒng)集中處理；

（3）針對(duì)分散式的農(nóng)村生活、養(yǎng)殖污染，建立污染源單元控制系統(tǒng)。

3.1.2 生活污染源控制

（1）開展河道周邊、流域匯水區(qū)域環(huán)境綜合整治，嚴(yán)格控制直接入河垃圾與其他污染物；

（2）建立鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村落固廢收集集中處置系統(tǒng)，完善日常環(huán)衛(wèi)管護(hù)機(jī)制。

通過(guò)控制主要污染源，可有效削減進(jìn)入河道與流域的污染物當(dāng)量，增加流域環(huán)境容量，為生態(tài)恢復(fù)創(chuàng)造條件；通過(guò)建立城鄉(xiāng)綜合整治體系，可有效改善居住環(huán)境，提高居民生活環(huán)境質(zhì)量。

3.1.3 風(fēng)險(xiǎn)分析

（1）在洪水季節(jié)，以及其他突發(fā)性環(huán)境事件影響下，仍存在大量污染物短期集中進(jìn)入河道的風(fēng)險(xiǎn)；

（2）現(xiàn)有污水處理設(shè)施故障或其他原因排放不達(dá)標(biāo)，仍存在污染物過(guò)量入河的風(fēng)險(xiǎn)；

（3）對(duì)主要污染源進(jìn)行控制后，仍有一定分散污染源不斷進(jìn)入河道。

為防控上述污染風(fēng)險(xiǎn)，需在此基礎(chǔ)上引入二級(jí)治理控制措施。

3.2 建設(shè)生態(tài)河道

在控源措施基礎(chǔ)上，在河道周邊實(shí)施生態(tài)攔截與控制，建設(shè)生態(tài)河道。

3.2.1 生態(tài)攔截帶與生態(tài)河堤建設(shè)

生態(tài)攔截控制帶是在遵循自然生態(tài)規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過(guò)適宜的工程措施與恢復(fù)技術(shù)，因地制宜將退化的生態(tài)系統(tǒng)完善為健康生態(tài)結(jié)構(gòu)，恢復(fù)其應(yīng)有功能。采用種植植被保護(hù)河岸、保持自然堤岸特性。并利用植物根系穩(wěn)固河堤，增強(qiáng)抵抗洪水、保護(hù)河堤的能力。

3.2.2 建設(shè)梯級(jí)圍堰與鏈?zhǔn)胶?/p>

引入鏈?zhǔn)胶蠢砟?，在有條件的支渠、支流河段建立梯級(jí)圍堰，或通過(guò)翻板壩、漿砌石壩、混凝土壩、橡膠壩、生態(tài)型閘壩、跌水壩、汀步等設(shè)施，將河道分解為鏈狀連接的湖泊。梯級(jí)圍堰與其他相應(yīng)設(shè)施可起到復(fù)氧作用，鏈?zhǔn)胶纯蔀楹拥乐卫砼c維護(hù)創(chuàng)造便利條件。

3.2.3 河道蜿蜒化

在部分有條件的區(qū)域，在不影響河道行洪功能的前提下，改平直河道為自然生態(tài)河道，增加水生動(dòng)植物生長(zhǎng)空間，完善河道生態(tài)系統(tǒng)。

生態(tài)河堤的建設(shè)，將有效消減進(jìn)入河道的分散式非主要污染源，恢復(fù)河道周邊生態(tài)，并提升景觀效果；通過(guò)臨時(shí)加高圍堰，可有效阻隔或延緩區(qū)域突發(fā)事故污染物擴(kuò)散，為處理事故贏得時(shí)間，降低事故污染風(fēng)險(xiǎn)；建設(shè)梯級(jí)圍堰與鏈?zhǔn)胶矗捎行Ы档秃罄m(xù)治理與維護(hù)技術(shù)實(shí)施難度，減少工程量，提升治理有效性。

在建設(shè)生態(tài)河道消減入河污染源，采取第三級(jí)措施即生物生態(tài)與原位治理的創(chuàng)新治污技術(shù)，對(duì)河道水體水質(zhì)進(jìn)行提升，并逐步進(jìn)行河道生態(tài)修復(fù)，建立日常維護(hù)機(jī)制。

3.3 河道水質(zhì)提升

3.3.1 生物修復(fù)技術(shù)

河道水質(zhì)提升主要是：生物操縱為主的核心技術(shù)及綜合生態(tài)修復(fù)技術(shù)，目的都是保持生態(tài)生物多樣性。

常用生物修復(fù)技術(shù)有三種：植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)、微生物修復(fù)。生物修復(fù)技術(shù)具有眾多優(yōu)點(diǎn)：污染物在原地被降解；修復(fù)時(shí)間較短；就地處理操作簡(jiǎn)便，對(duì)周圍環(huán)境干擾少；較少的修復(fù)經(jīng)費(fèi)，僅為傳統(tǒng)化學(xué)、物理修復(fù)經(jīng)費(fèi)的30～50%；人類直接暴露在這些污染物下的機(jī)會(huì)減少；不產(chǎn)生二次污染，遺留問(wèn)題少。

3.3.2 綜合生態(tài)修復(fù)技術(shù)

綜合生態(tài)修復(fù)技術(shù)有：河流水體曝氣復(fù)氧技術(shù)、多功能河道生態(tài)工程修復(fù)技術(shù)、微生物應(yīng)用技術(shù)、生物操縱技術(shù)、生態(tài)基技術(shù)、淺流—潛流人工濕地技術(shù)等，或分為陸地生態(tài)修復(fù)、水生生態(tài)修復(fù)、濕地生態(tài)修復(fù)，或分為底泥生物氧化、水體生物修復(fù)、河道生態(tài)恢復(fù)。基本都是從生態(tài)修復(fù)入手，從生物鏈底層微生物開始豐富和完善食物鏈、生態(tài)鏈，強(qiáng)化生物多樣性，對(duì)污染黑臭污染河道進(jìn)行生物生態(tài)修復(fù)，水體中生物多樣性增加，促進(jìn)水體中有機(jī)物的降解，并有助于水體增氧，可有效地消除水體黑臭，恢復(fù)并持續(xù)提升水體的自凈力，建立起良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)。

根據(jù)目標(biāo)水體馴化和擴(kuò)繁一些工程菌菌種，實(shí)施路線：進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)→底泥預(yù)埋或底表投放工程菌固化顆粒→定期投放工程菌→投放濾食性魚類、配置水生植物→修復(fù)生態(tài)、重建生物鏈，提高水體自凈力，提升水質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)治理目標(biāo)。

湖泊水生植被的恢復(fù)是湖泊環(huán)境綜合治理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。對(duì)于淺水湖泊而言，重建水生植被是富營(yíng)養(yǎng)化治理和湖泊生態(tài)恢復(fù)的重要措施。我國(guó)許多城市湖泊、游覽型湖泊和水源型湖泊已經(jīng)過(guò)治理，但尚沒(méi)有湖泊脫離富營(yíng)養(yǎng)水平，關(guān)鍵在于缺乏水生植被的恢復(fù)環(huán)節(jié)。水生植物可以顯著提高富營(yíng)養(yǎng)水體的水質(zhì)，對(duì)有毒的有機(jī)污染也有明顯的凈化作用。恢復(fù)以沉水植物為主的水生植被是合理有效的水質(zhì)凈化和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的重要措施。選擇時(shí)要綜合把握好適應(yīng)性原則、本土性原則、強(qiáng)凈化能力原則和可操作性等原則。主要技術(shù)措施有安置生態(tài)基、投放工程菌、投放濾食性魚類、安置生態(tài)浮島、挺水沉水植物種植等。

4 結(jié)語(yǔ)

以上三級(jí)治理與控制措施，共同組成了河流的生物生態(tài)污染綜合治理技術(shù)體系，該技術(shù)體系以生物生態(tài)污染綜合治理技術(shù)為核心，綜合集成其他技術(shù)，形成完善的河流技術(shù)體系。該技術(shù)體系以將治理水污染、水質(zhì)提升為首要目標(biāo)，將生態(tài)恢復(fù)作為長(zhǎng)期目標(biāo)，將水體維護(hù)提升到重要地位，具有可持續(xù)發(fā)展意義。同時(shí)，該技術(shù)體系可實(shí)現(xiàn)對(duì)河道、河流污染的原位治理，具有工程量小、投資少的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)踐中已有若干應(yīng)用，值得借鑒和推廣。

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1672-2469（2015）06-0048-03

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李曉東：（1987年—），男，助理工程師。