基于生態(tài)修復技術(shù)的河流治理研究

雷書姍

(昌圖縣水利事務服務中心，遼寧 昌圖 112599)

0 引 言

河流屬于旅游、休閑、景觀、生態(tài)的重要場所，也是引水抗旱、防洪排澇的主要通道，它是包含生物、水體、護坡、河床、河底等結(jié)構(gòu)的復雜性系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展及人口數(shù)量的增多，河流生態(tài)環(huán)境逐漸變差，并給沿河居民身體健康和自然景觀帶來不利影響，逐漸成為制約社會發(fā)展的關(guān)鍵因素[1-2]。河床硬化、漿砌石、塊石護坡等為以往河道整治方法，在維護岸坡穩(wěn)定性和有利于河道清淤的同時，這種硬質(zhì)式護岸也給生態(tài)環(huán)境、水系統(tǒng)循環(huán)帶來負面的影響。據(jù)統(tǒng)計，無法滿足功能區(qū)水質(zhì)要求的已整治河道約占58%，并且地下水補給被硬化覆蓋的河床阻斷。隨著人們對河道景觀、自然環(huán)境、水體文化等要求的提升，河流生態(tài)修復越來越引起工程界的關(guān)注[3-4]。生態(tài)修復因存在成本低、能耗少、投資好、生態(tài)效果好等特點，逐漸成為未來河道整治的發(fā)展方向。

1 河道生態(tài)修復

河道生態(tài)修復是利用物質(zhì)循環(huán)、生態(tài)平衡、工程學的原理方法或技術(shù)手段，改善或恢復受脅迫、破壞及污染環(huán)境下的生物生存與發(fā)展狀態(tài)。通過創(chuàng)設各類水生物種適宜的生境條件，形成系統(tǒng)穩(wěn)定、功能強大、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、群落配比合理的生態(tài)系統(tǒng)，從功能與結(jié)構(gòu)的角度對受損河道生態(tài)系統(tǒng)重建。

1.1 必要性分析

河流對促進經(jīng)濟發(fā)展、農(nóng)業(yè)灌溉、調(diào)蓄洪水等方面具有重要作用，但河道被違建侵占、垃圾堆積和沿河雜草叢生等現(xiàn)象普遍存在，越來越多的河道普遍存在功能退化、水體黑臭、魚蝦不生等問題，給水環(huán)境和生態(tài)文明建設帶來不利影響，最大程度的重建或恢復水環(huán)境及水生態(tài)功能已迫在眉睫。

1)洪澇風險增大。裁彎取直使得河流束窄加深，不透水范圍受硬化覆蓋擴大，從而減弱了河流泄洪能力，致使洪澇風險增加并帶來防洪隱患。

2)可持續(xù)性受阻。合理開發(fā)與利用河流生態(tài)功能，必須保證人水關(guān)系協(xié)調(diào)，充分考慮河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性，因此河道生態(tài)修復已成為河流整治的良好模式，并在一定程度上補救傳統(tǒng)的整治措施。

3)自凈能力降低。天然河流的自凈功能具有重要作用，而土壤與水體間的關(guān)系因水泥護砌和襯底被割裂，從而導致環(huán)境與生物、土地與水體相隔離，水陸系統(tǒng)間的能量、物質(zhì)交換的阻斷，孤立于土壤之外的河流系統(tǒng)無法支撐復雜的水生生物群落。因此，為保證河流生態(tài)功能必須確保河道強大的自凈能力。

4)生物多樣性減少。水體流動的多樣性受河道整治發(fā)生明顯改變，水流速度因裁彎取直措施明顯增大，使得對河岸與河床底部的沖刷作用大大增強，加之河床異質(zhì)性的減少致使無法組合形成多樣性生物群落，生物棲息環(huán)境及生長條件破壞乃至消失。隨著人們對河道景觀、自然環(huán)境要求的提升，增大水生物種多樣性逐漸成為河道整治的重點。

1.2 生態(tài)修復目標

依據(jù)相關(guān)資料，概括總結(jié)的生態(tài)修復目標為：在遵循自然規(guī)律和生態(tài)健康基本標準的情況下，最大程度的降低生態(tài)環(huán)境受傳統(tǒng)河道整治的負面影響，重建退化或受損水系統(tǒng)，恢復泄洪、排沙等自然功能以及水生命健康，以實現(xiàn)人水和諧相處、河流系統(tǒng)良性循環(huán)和系統(tǒng)穩(wěn)定。

1.3 生態(tài)修復原則

1)生態(tài)功能。為促進河流生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展盡量保留其原有生物群落，通過實施有效的整治措施滿足各類水生物種生長需求，維護水系統(tǒng)良性循環(huán)以及提升河道的自凈能力。工程中比較常見的生態(tài)措施有穩(wěn)定塘、人工濕地、生物浮島、生物柵等，河岸植被和生態(tài)走廊的建設有利于遏制堤岸的土壤侵蝕，同時發(fā)展水生動物、栽植喜水和耐水植物可以提升河流凈化功能。這些措施可以充分發(fā)揮水景觀效應、保護生物多樣性以及改善局部氣候，對解決污染物控制成本高、污水處理工程難的問題具有積極作用。

2)因地制宜。實際上，人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的干擾破壞難以完全恢復，應結(jié)合河道的具體特點實施有效的生態(tài)修復措施，通過對河道結(jié)構(gòu)的調(diào)整，營造適宜的生物棲息環(huán)境及符合當?shù)貙嶋H的河流自然環(huán)境，最大程度的促進水系統(tǒng)良性循環(huán)。

3)景觀美學。將景觀美學原則納入水生態(tài)修復工程，強調(diào)景觀設計和合理規(guī)劃方案，有機統(tǒng)一景觀美學與河流生態(tài)修復，有機地融合周圍環(huán)境和河道景觀，統(tǒng)籌河道左右岸、上下游，從三維空間的角度把河流各要素恢復與經(jīng)濟模式相結(jié)合，考慮水土保持、水資源開發(fā)和土地利用等要求形成整體景觀。

4)自修復性。水體的自凈能力在一定程度上取決于河道內(nèi)水量的多少，而河流與水環(huán)境承載力的最基本條件是水體容量和水面率。為保證能量交換、水分和空氣流通必須有足夠的水面率，實現(xiàn)水體交換、循環(huán)與流動的必要條件是擁有足夠的水體容量，這也是河道航運、排澇和行洪的基本要求。因此，為營造豐富多樣的生境要盡可能不修建硬質(zhì)護岸，盡量選擇近自然生態(tài)護岸；為促進地下水與河流的自然交換應盡量保留和擴大水免濾，發(fā)揮保護生態(tài)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)小氣候、改善水循環(huán)、凈化大氣和調(diào)蓄洪澇等功能[5]。

2 河道生態(tài)修復技術(shù)

根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)受以往治河方法的作用程度、內(nèi)容的差異，考慮不同河流的實際情況選擇適宜的修復技術(shù)，從而實現(xiàn)水質(zhì)達標、生態(tài)功能逐步修復等目標。關(guān)于水生態(tài)修復技術(shù)的研究我國尚處于起始階段，生態(tài)修復措施的大規(guī)模應用還不成熟，但未來必將掀起推廣應用和研究生態(tài)修復技術(shù)的熱潮。目前，先期處理、人工濕地、生態(tài)護坡、河床河堤、河道形態(tài)等為國內(nèi)外主要的河道修復技術(shù)。

1)先期處理技術(shù)。先期處理為實施生態(tài)修復的基本條件，若未實施治污和污染控制則難以開展以生態(tài)修復為基礎的技術(shù)，其中外源和內(nèi)源性控制為先期處理的兩大類型。①外源控制：實踐表明，減輕河道污染及發(fā)揮河流生態(tài)功能的根本措施為控制污廢水直接排入河道。外界輸入的營養(yǎng)物質(zhì)的富集為引起水質(zhì)惡化的關(guān)鍵因素，水生態(tài)修復的重要前提為外源性輸入的有效控制[6]。因此，有必要加強引排污染源、截污工程建設力度，從而控制外源性污染的輸入。②內(nèi)源控制：針對河流內(nèi)源性營養(yǎng)物水生植物通常具有一定的吸收作用，而對底泥中營養(yǎng)物質(zhì)的釋放某些植物的根莖還發(fā)揮著抑制功能，在生長后期這些水生植物的去除還比較簡便，并在一定程度上帶走過多的營養(yǎng)物質(zhì)。另外，對形成水華的微囊藻及其它藻類的生長一些植物也具有抑制功能，所以對內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)污染的控制可以通過種植水生植物來實現(xiàn)。

2)人工濕地技術(shù)。人工濕地生態(tài)系統(tǒng)因植物根系的傳遞特性以及輸氧作用而呈現(xiàn)出厭氧、缺氧、耗氧狀態(tài)，其利用反硝化和硝化作用可以脫除超過60%的總氮。人工濕地主要利用微生物的反硝化、硝化、氨化作用實現(xiàn)氮的去除，其中濕地植物能吸收總氮的8%-16%用于植物蛋白等有機氮的合成，并以植物收割的方式去除。

人工濕地可以充分利用生物代謝或微生物與生物的吸收、吸附，以及沙土、沙石、礫石降解污染物，由此發(fā)揮凈化水體的功能。另外，水面、灘涂濕地、沙卵石能為水陸生物棲息和植物生長提供良好的生存環(huán)境，創(chuàng)造休閑景觀區(qū)和美麗的城市環(huán)境。在滿足河道防洪要求的情況下，可用人工挖填、推土修建人工濕地或自然濕地以增加水陸過渡帶，修建適宜的濕地景觀平臺發(fā)揮保護多樣性生物、調(diào)節(jié)氣候、凈化水體、濕地調(diào)蓄洪水等環(huán)境、生態(tài)和景觀功能。

3)生態(tài)護坡技術(shù)。預制混凝土塊、混凝土、干砌石或漿砌石等傳統(tǒng)護岸形式，對保證防洪安全、防治土壤侵蝕和增強岸坡穩(wěn)定性等發(fā)揮著巨大作用，同時也對河流生態(tài)和景觀環(huán)境造成負面影響，加劇了生態(tài)系統(tǒng)破壞、陸地和水體環(huán)境的惡化，降低了水體自凈能力。

將生態(tài)植物材料與工程措施相結(jié)合或者利用生態(tài)型的植物，以保證河流沖刷時岸坡穩(wěn)定性及完整性，這也是實施生態(tài)護坡的關(guān)鍵。生態(tài)學、水力學、水土保持學、水文地質(zhì)等為生態(tài)護坡技術(shù)的理論依據(jù)，通過實施植物與工程措施形成良性循環(huán)、綠色生態(tài)的護坡系統(tǒng)，最大限度的發(fā)揮生態(tài)工程自我修復、自我組織和自支撐功能，以達到邊坡生態(tài)修復、抗滑動、抗沖蝕目的，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境、人類社會、河道治理與水資源的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，減少洪澇災害與坡面水土流失，改善自然環(huán)境與小流域氣候的目標。因此，生態(tài)護坡屬于一個涉及動植物與微生物的綜合性技術(shù)[7]。

4)河床河堤技術(shù)。將河床上鋪設的硬質(zhì)材料拆除，恢復適宜各類水生動植物生長的生態(tài)化、多孔質(zhì)化河床。為符合人與自然和諧相處的科學發(fā)展觀以及改善河床生態(tài)環(huán)境、生物防護穩(wěn)定河床的方法，提高河道行洪能力、增強水生態(tài)自修復功能及改善水體環(huán)境，創(chuàng)建岸綠、景美、水清、休閑的親水環(huán)境。

河堤發(fā)揮著植被護岸、緩沖帶、廊道的功能，在提供一道人水相親風景線的同時為防洪安全提供保障。所以，要注重堤防加固和生態(tài)修復工程，以生態(tài)與防洪功能兼具為要求把河堤建成堅固綠色長廊。通過河堤及其沿線景觀治理，實現(xiàn)防洪安全、自然與人文景觀協(xié)調(diào)的目標。河堤生態(tài)修復就是以生物與水體、水體與土體相互涵養(yǎng)，創(chuàng)建適宜的生境河堤替代過去人工混凝土建筑，提高河流滯洪枯補、調(diào)節(jié)水量、水體自凈等功能，為水生動植物生長繁衍創(chuàng)建適宜的環(huán)境空間[8]。

5)河道形態(tài)技術(shù)。天然河流大多呈蜿蜒曲折走向，為達到現(xiàn)代航運要求或便于規(guī)劃建設，在傳統(tǒng)河道整治中天然河流走勢大多被裁彎取值。通過兩岸植物的儲水和水體滲透自然蜿蜒河道能夠發(fā)揮調(diào)蓄洪水的輔助功能，并在一定程度上降低水流速度，而河岸被鋼筋混凝土和水泥加固后阻斷了水體的交流、增大了洪澇風險。另外，直線化河流形態(tài)改變了河道原有流態(tài)，并改變水生動物原有的棲息環(huán)境，不利于生態(tài)保護。因此，在達到行洪標準的基礎上轉(zhuǎn)變以往的整治理念，依據(jù)“遇彎則彎，易寬則寬”的原則隨地形和層次變化，修復正向和橫向連通性；在條件允許時可建設“帶囊狀”結(jié)構(gòu)的蓄水湖，這有利用生態(tài)保護和自然景觀的恢復。

3 結(jié) 論

生態(tài)修復技術(shù)能夠恢復遭受破壞的河道原有生態(tài)系統(tǒng)功能，對促進區(qū)域發(fā)展和水生態(tài)文明建設具有重要作用，其應用和研究前景非常廣泛。河流生態(tài)修復將景觀美學納入設計理念，強調(diào)河岸帶寬度和景觀設計的合理規(guī)劃，生態(tài)修復、環(huán)境景觀美化、防洪治理、水質(zhì)凈化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，營造河道景觀與周邊環(huán)境的有機相融、人水和諧相處的生態(tài)空間，以達到河岸休閑娛樂與居民親水的要求。因此，生態(tài)修復工程要融合美學、經(jīng)濟學、生態(tài)學、規(guī)劃學、環(huán)境科學、水力學等多門學科，在遵循生態(tài)健康基本標準和自然規(guī)律的情況下，恢復河流活力、生機及其生態(tài)功能，實現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)生物多樣、水質(zhì)良好、水量充足的良性循環(huán)。