盤錦市河道生態(tài)修復(fù)理念及其治理技術(shù)研究

孫 英

(盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124010)

1 基于生態(tài)視角的河道治理現(xiàn)狀

1.1 盤錦市河道基本情況

盤錦市地處遼寧省西南部，東北與鞍山相鄰、西北與錦州接壤、南與渤海遼東灣相接、東南與營口隔大遼河相望，地理位置介于E121°25'-122°31'，N40°39'-41°27'之間，下轄大洼縣、盤山縣、興隆臺區(qū)、上臺子區(qū)等，占地面積4071km2。該區(qū)域為大陸性季風(fēng)氣候，氣候特點春秋季短、冬長夏暖、平原風(fēng)大、寒冷期長、雨量集中、雨熱同期、四季分明、光照豐富，年均降水量564.5mm，日照時數(shù)2780.5h，年蒸發(fā)量大于降水量。境內(nèi)主要有大小河流共21條，其中大型河流有大凌河、大遼河、遼河、饒陽河，中小河流有小柳河、沙子河、大洋河、鴨子河、外遼河等17條。大多數(shù)河流呈現(xiàn)出比降陡、流程短、面積小等山區(qū)型河流特征。

雨源性河流為盤錦市河道基本類型，汛期城市防洪排泄壓力較大，且在時空分布上雨水極不均衡。20世紀(jì)90年代，確保河道達到一定的防洪標(biāo)準(zhǔn)為盤錦市河流治理的根本目標(biāo)，通過岸坡和河底硬化、混凝土或漿砌石護坡、裁彎取直等工程措施保障了防洪排澇安全，但河道渠化破壞了其生態(tài)功能和物種多樣性。在推動城市發(fā)展進程中河流作為環(huán)境載體和基礎(chǔ)資源，其生態(tài)環(huán)境、水文特性、物理結(jié)構(gòu)受人類活動的影響較為顯著。經(jīng)濟的發(fā)展和人口規(guī)模的增大，使得各行業(yè)用水量和污廢水排放量急劇增加，受污染水體直接排入河道和底泥內(nèi)源、面源污染問題突出，盤錦市70%以上的河流水環(huán)境均受到不同程度的污染，城區(qū)段河道普遍存在富營養(yǎng)化和黑臭的現(xiàn)象。

1.2 河道生態(tài)系統(tǒng)

水生態(tài)系統(tǒng)主要由水資源環(huán)境和生物群落共同構(gòu)成，其中生境因子有氣象、水流態(tài)、水量、水質(zhì)、河道形態(tài)和結(jié)構(gòu)等，而水環(huán)境的質(zhì)量狀況直接決定的生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展。生物群落的構(gòu)成要素有動植物和微生物，自然河道生態(tài)系統(tǒng)是各類組成要素與生境因子之間復(fù)雜的影響作用，能量物質(zhì)交換的內(nèi)在驅(qū)動力為太陽能。通過食物鏈的相互作用維持生態(tài)系統(tǒng)中水生物種的動態(tài)平衡和繁衍發(fā)展，提高河流的自凈能力。河流水系統(tǒng)中的生物量、反應(yīng)條件、溶解氧與碳循環(huán)的發(fā)展變化密切相關(guān)，而大型水生動植物的收獲或捕獲方式?jīng)Q定了物質(zhì)循環(huán)中氮、磷等營養(yǎng)鹽的循環(huán)特征，多余的氮、磷等在收獲或捕獲作用下溢出系統(tǒng)。

1.3 河道污染現(xiàn)狀

盤錦市河流污染程度主要受人類活動的影響作用，其中點源、面源和內(nèi)源污染為河流水環(huán)境質(zhì)量下降的主要因素[1]。由于盤錦市渠系化河道治理使得天然河流的形態(tài)已發(fā)生顯著的改變，對高等生物生存、微型動物棲息反之和微生物附著產(chǎn)生不利影響，同時破壞了植被的生存環(huán)境；裁彎取直治理措施明顯增大了水流運動速度，對生物棲息環(huán)境和生存條件產(chǎn)生極其不利的影響；而水陸之間的營養(yǎng)交換被岸坡和河底硬化處理切斷，復(fù)雜多樣的水生生物群落無法僅僅依賴脫離陸地的河水系統(tǒng)生存[2]。在特殊時期形成的傳統(tǒng)護坡形式與河流護岸，可為沿河發(fā)展和城市建設(shè)提供相對安全的發(fā)展空間與生活環(huán)境，在一定程度上降低土壤侵蝕和有效防洪。然而，此類護岸形式不利于維持人水和諧發(fā)展和保護水自然清潔，對生態(tài)環(huán)境的修復(fù)產(chǎn)生不利影響并嚴(yán)重威脅著的水生物種的生長環(huán)境，特別是在枯水期往往存在河水惡臭刺鼻的現(xiàn)象。當(dāng)排入河道中的N、P等有機污染物超過水體的自凈能力時，河流生態(tài)系統(tǒng)鏈將發(fā)生斷裂，打破系統(tǒng)原有的生態(tài)平衡。

1.4 河道治理情況

為提高沿河防洪標(biāo)準(zhǔn)和改善沿城市生態(tài)環(huán)境，治理工程應(yīng)注重對河道的生態(tài)保護與治理，逐步實現(xiàn)人類活動、經(jīng)濟社會、自然生態(tài)、水資源與河道的和諧發(fā)展，將土地保護、景觀設(shè)計、城市發(fā)展、生態(tài)建設(shè)與河道治理有機結(jié)合，減少河流洪患，有效開發(fā)水資源，改善小流域氣候和生態(tài)環(huán)境，從而達到河道生態(tài)治理的目標(biāo)[3]。目前，生物飄帶、自然循環(huán)水處理、投放微生物和曝氣增氧等為盤錦市河道治理水質(zhì)改善工程的常用技術(shù)措施。經(jīng)過多年的努力和強化治理，盤錦市基本打通了河道生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)通道和完成河流的有機污染控制，但內(nèi)源污染和面源控制等問題仍然存在，N、P等有機污染仍為盤錦市面臨的主要問題。以恢復(fù)河流生態(tài)環(huán)境作為城市河道治理工程的核心，通過改造河道結(jié)構(gòu)形式、調(diào)節(jié)河道水量和水流態(tài)轉(zhuǎn)變以往的污染控制、水質(zhì)凈化控制理念，提高水體自凈能力，創(chuàng)建河道潔凈好氧、生態(tài)多樣的良性循環(huán)系統(tǒng)。

2 河道生態(tài)修復(fù)理念及其目標(biāo)

2.1 河道生態(tài)修復(fù)理念

城市發(fā)展初期的城市河流具有景觀和生態(tài)功能，由自然演變而來的河道形態(tài)結(jié)構(gòu)具有純天然河流的屬性。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展和人口規(guī)模的擴大，池塘、湖泊、濕地等具有儲存和滯洪作用逐漸消失，河道被大量占用并加速了雨水的匯流；區(qū)域降水頻率和強度在環(huán)境破壞、熱島效應(yīng)等因素作用下不斷增強，而完善的排水設(shè)施和地表大面積硬化進一步加快了雨洪的匯流速度，大大提高河道的不可控制性和水流流量，河水侵蝕、沖刷河床和河岸的程度增大，城市洪澇災(zāi)害發(fā)生日趨頻繁。

經(jīng)濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進，使得人們對河道景觀、生活品質(zhì)、文化及生態(tài)自然的要求不斷提升，以水環(huán)境保護和生態(tài)修復(fù)為核心的河道治理逐漸引起許多發(fā)達國家的重視。河流生態(tài)修復(fù)的實質(zhì)是創(chuàng)建一個符合自然演替規(guī)律、適合各類生物生存、修復(fù)受損河道生態(tài)功能與結(jié)構(gòu)、功能強大、系統(tǒng)穩(wěn)定、群落搭配合理的水生態(tài)良性體系[4]。

經(jīng)過長期的河道治理，當(dāng)前盤錦市河流整治進入攻堅階段，河道現(xiàn)狀以生態(tài)失衡和水污染為主，生態(tài)修復(fù)該地區(qū)河道為大勢所趨。

2.2 生物修復(fù)和生態(tài)修復(fù)

19世紀(jì)80年代提出了一種效應(yīng)高、成本低的生物修復(fù)技術(shù)，其本質(zhì)是在特定情況下利用有效生物措施減少水體污染程度，從而實現(xiàn)生物治理污染環(huán)境的目標(biāo)。而生態(tài)修復(fù)是對河道的流態(tài)、水量、水體污染等依據(jù)生態(tài)工程技術(shù)和原理進行調(diào)節(jié)控制，通過生態(tài)改造岸坡和河底形態(tài)結(jié)構(gòu)重建生態(tài)系統(tǒng)功能，恢復(fù)河流生物多樣性并達到系統(tǒng)的自然、動態(tài)平衡[5]。在長期的河流治理實踐中形成的生物和生態(tài)修復(fù)措施，其適用范圍、技術(shù)方法、物種類型、實現(xiàn)原理、整治目標(biāo)等均存在顯著的差異，具體如下：

從實現(xiàn)目標(biāo)的角度，生物修復(fù)是以延續(xù)城市污水處理系統(tǒng)和改善河道水質(zhì)為目標(biāo)；而生態(tài)修復(fù)的基本條件為改善水質(zhì)狀況，對受損河道生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)為其主要目標(biāo)。從作用原理的角度，生物修復(fù)是利用植物、微生物等對污染物進行降解、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移，由此達到凈化水體的目的；生態(tài)修復(fù)則利用生態(tài)工程技術(shù)創(chuàng)建多樣化河道生境，從而建立良性的演化系統(tǒng)。從手段方法的角度，生物修復(fù)以底泥疏浚、調(diào)水稀釋、機械除藻、單獨曝氣、接觸氧化等環(huán)境工程手段為主，通過改善底泥環(huán)境和河流水文條件達到治理水環(huán)境的目標(biāo)；生態(tài)修復(fù)具有美化河道景觀和穩(wěn)定凈化水質(zhì)的功能，以調(diào)節(jié)水流、改變河道形式為主。從適用范圍的角度分析，生物修復(fù)作是截污補充措施的有效方法，一般適用于受污染較為嚴(yán)重的河流，尤其是發(fā)黑發(fā)臭的河流，有利于消除河道黑臭現(xiàn)象降低河水污染程度；生態(tài)修復(fù)適用于N、P等富營養(yǎng)的微污染河道?？傮w而言，不同區(qū)域的河流受污染特征、類型不同，相應(yīng)的污染源也存在一定差異，由此導(dǎo)致僅僅依賴于生物、物理或生態(tài)修復(fù)措施往往不能達到徹底恢復(fù)水體環(huán)境的目標(biāo)[6]。

2.3 生態(tài)修復(fù)目標(biāo)

依據(jù)自然界自身的規(guī)律恢復(fù)河流的原本形態(tài)為河道生態(tài)治理的主要原則，其目的是重建與恢復(fù)河流的生態(tài)功能，在確保水安全的條件下采取生態(tài)工程技術(shù)改造岸坡、河道的結(jié)構(gòu)形態(tài)，優(yōu)化河流生物群落和城市水資源配置，提高河流的自凈能力和生物多樣性，科學(xué)配置河道景觀和自然生態(tài)，促進人類活動與水系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展[7]。

1) 水污染控制目標(biāo)。河道生態(tài)修復(fù)的重要前提是對水體污染的有效控制，而河流的自凈化能力在一定程度上又受到河道生態(tài)修復(fù)的影響，水質(zhì)潔凈為完善河道生態(tài)系統(tǒng)的必然結(jié)果。

2) 河道水安全目標(biāo)。城市河道的沿線經(jīng)濟較為發(fā)達、人口相對密集，較自然河流存在較大差異，若發(fā)生洪澇災(zāi)害勢必會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失，因此確保其防洪排澇能力為河道生態(tài)建設(shè)的基本條件。生態(tài)改造河道形式能夠在一定程度上滯洪補枯、調(diào)控洪水、降低水流能量，但在河道生態(tài)修復(fù)中同樣提高了河流糙率、降低洪水流速，為保證行洪排澇安全必須將河道拓寬。

3) 河流形態(tài)和結(jié)構(gòu)的多樣異質(zhì)性。河道形態(tài)多樣性、結(jié)構(gòu)空間異質(zhì)性與河流生物多樣性密切相關(guān)，通過生態(tài)改造河道形態(tài)結(jié)構(gòu)形成蜿蜒自然的河流形態(tài)，緩急相間、深淺交錯的布局，提高生物群落多樣性和河道生境異質(zhì)性，再現(xiàn)河水滋養(yǎng)兩岸植被并恢復(fù)水生態(tài)功能結(jié)構(gòu)。

4) 生物多樣性目標(biāo)。自然的濱水帶和河道必然存在能夠為各種生物創(chuàng)造適宜生境的綠洲、深潭、凸凹岸、淺灘，這也是恢復(fù)生物多樣性的必要條件；另外，判別河道恢復(fù)程度的重要依據(jù)為生物群落多樣性，它也是實現(xiàn)富集、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移和釋放代謝污染物的重要前提。

5) 河道生態(tài)功能與結(jié)構(gòu)恢復(fù)目標(biāo)。河道生態(tài)功能和機構(gòu)的恢復(fù)要從生態(tài)系統(tǒng)的整體性出發(fā)，各類生物在完善的生態(tài)系統(tǒng)中相生相克，物種豐富且數(shù)量穩(wěn)定的河流生態(tài)系統(tǒng)，其物質(zhì)循環(huán)較為完善且水體自凈和抗干擾能力較強。河流的水、氣、陸三相與水生物種共同形成開放的生態(tài)系統(tǒng)，必須具有自我調(diào)節(jié)、連續(xù)性和完整性功能。

6) 水資源可再生利用目標(biāo)。在生態(tài)河道建設(shè)中必須統(tǒng)籌考慮地下水、天然降水、市政供水、污水處理、中水回用以及河道水系統(tǒng)，按照自然循環(huán)規(guī)律促進水系統(tǒng)之間的交換，連接成網(wǎng)充分利用雨水資源，合理調(diào)節(jié)水位。整體考慮城市水資源綜合利用、水質(zhì)改善、水生態(tài)修復(fù)和水環(huán)境建設(shè)等內(nèi)容，確保河水資源的多功能開發(fā)和可持續(xù)利用。

7) 生態(tài)景觀、人水和諧目標(biāo)。生態(tài)河道整治的關(guān)鍵是對景觀工程的設(shè)計與實施，根據(jù)建設(shè)內(nèi)容和施工要求可分為水域覆蓋區(qū)域內(nèi)和水域沿岸的景觀設(shè)計。在橫縱、水平方向上對河道治理，將景觀設(shè)計與提高防洪標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合為景觀建設(shè)的主要目標(biāo)，環(huán)境保護與河道清淤相結(jié)合改善當(dāng)?shù)厝司迎h(huán)境，從而創(chuàng)造景美、灘綠、流暢、水清的水環(huán)境，實現(xiàn)生機映然的多樣性生態(tài)景觀逐漸替代單純的物理景觀的轉(zhuǎn)變。通過河道生態(tài)治理建立人水和諧管理，提高社會經(jīng)濟效益和沿河土地利用價值。

3 河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)

1) 水污染控制。河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系是一種以技術(shù)集成、統(tǒng)籌管理、綜合治理、長效運行為基本原則，通過內(nèi)源控制、人工凈化、外源截留以及自凈強化等一系列治理措施實現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)的自然修復(fù)，對于開放的城市河道系統(tǒng)，通過市政工程手段通常難以有效控制河道大多數(shù)內(nèi)源和面源污染問題，必須采取生物修復(fù)治理技術(shù)。目前，投放生物酶及酶制劑、植物浮島、接觸氧化、軟性填料、曝氣增氧等為生態(tài)修復(fù)較為常用的治理技術(shù)。而生物修復(fù)作為城市污水處理系統(tǒng)的有利補充可在一定程度上控制N、P等營養(yǎng)鹽污染，有效遏制水質(zhì)的進一步惡化，提高透明度和水體凈化[8]。

2) 水流態(tài)和水量調(diào)節(jié)。河道具有的流動性能夠通過改變水動力因子修復(fù)河道生態(tài)系統(tǒng)，可通過改變水體的物理性質(zhì)和化學(xué)成分對水系統(tǒng)產(chǎn)生影響。為滿足河流生態(tài)功能要求可調(diào)整河道水流態(tài)、水量等水利特性，這也是恢復(fù)水系統(tǒng)環(huán)境的重要方法。

為實現(xiàn)生態(tài)補水的目的采取水源開拓治理措施，滿足水生物種棲息、景觀觀賞和凈化稀釋等用水需求；為促進水流置換、增強河流流動性，采取綜合調(diào)水和機械推流措施，沿河興建噴泉、跌水等工程設(shè)施提高水體含氧量和水體交換流動；通過對水動力學(xué)特征的調(diào)整，提高水體自凈和納污能力，促進水生物種多樣性和河岸干濕交替[9]。

3) 生態(tài)緩沖帶的構(gòu)建。在河道生態(tài)治理中河岸植被恢復(fù)技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，介于河岸與河道之間的生態(tài)緩沖帶具有涵養(yǎng)水源、降解環(huán)境污染、防止土壤侵蝕、調(diào)節(jié)氣候、阻滯地表徑流營養(yǎng)鹽、滯洪補枯、保持地下水資源平衡、維持生態(tài)和生物多樣性、控制面源污染以及調(diào)節(jié)區(qū)域C、N等功能。為建立功能完善、喬灌草層級結(jié)構(gòu)合理搭配的天然植被帶，應(yīng)盡可能的選用本土樹種和多孔滲水路面，充分發(fā)揮河岸植被的生態(tài)功能。

4) 生態(tài)護岸。河道生態(tài)系統(tǒng)中河岸護坡對河流的河流行洪能力、河道穩(wěn)定性等產(chǎn)生顯著影響，預(yù)制混凝土塊體、混凝土、干砌石或漿砌石等為傳統(tǒng)的河岸護坡工程的常用結(jié)構(gòu)形式，在增強河道防洪排澇、保護岸坡穩(wěn)定等方面以上護岸形式發(fā)揮著積極作用，但工程實際中同樣對對水系統(tǒng)環(huán)境和陸地生態(tài)產(chǎn)生破壞作用，降低河流的自凈能力并使得水體污染更加嚴(yán)重。

生態(tài)需求與防洪安全為河道治理工程存在的主要矛盾，而生態(tài)護岸模式在創(chuàng)造良好生境條件和滿足自然生態(tài)需求的同時，還可在一定程度上提高岸坡的防沖抗洪能力。因此，在解決河道問題時生態(tài)護坡為目前最為有效的方法。生態(tài)護坡技術(shù)是一種涉及生物科學(xué)、水力學(xué)、生態(tài)學(xué)及水土保持學(xué)等多門學(xué)科，通過將土地保護、景觀設(shè)計、城鎮(zhèn)發(fā)展、生態(tài)建設(shè)與河道治理有機結(jié)合，發(fā)揮植物、植物與工程相結(jié)合的自我修復(fù)功能，從而提升河道邊坡的抗滑穩(wěn)定、抗沖刷以及自修復(fù)能力，逐步實現(xiàn)人類活動、經(jīng)濟社會、自然生態(tài)、水資源與河道的和諧發(fā)展，減少河流洪患，有效開發(fā)水資源，改善小流域氣候和生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)。因此，生態(tài)護坡工程屬于一個涉及微生物、動物與植物的完整體系。在工程實踐中建設(shè)覆蓋動植物、微生物功能的系統(tǒng)性工程，依據(jù)先進的護坡技術(shù)完善生態(tài)治理設(shè)計為今后研究的重點。

5) 生態(tài)改造河道與河床形態(tài)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的河道治理工程以防洪排澇安全為主要目的，從而導(dǎo)致水生植物生長基質(zhì)缺乏、河道結(jié)構(gòu)均質(zhì)化、河道形態(tài)裁彎取直、岸坡和河床硬化以及生物多樣性的消失，河流生態(tài)趨于崩潰。實踐表明，隨著生境空間異質(zhì)性的增加河道水體中的物種類型逐漸增多，即能夠共存的物種數(shù)量隨著生境異質(zhì)性的增強而增大，物種多樣性也就越豐富。

為改變盤錦市“三面光”的河道現(xiàn)狀，必須生態(tài)改造河道結(jié)構(gòu)形態(tài)，必須以保護生態(tài)和提供良好的動植物生存環(huán)境為基本條件，在滿足堤防耐久性、安全性和強度要求的基礎(chǔ)上，改造成生物與水體、土體與水體相互涵養(yǎng)的結(jié)構(gòu)形式，依據(jù)生態(tài)效果創(chuàng)建適合生長的防自然環(huán)境；采取復(fù)式斷面形式拓寬河道，使淺灘和深灘相間并恢復(fù)河幔地、河灘面積，構(gòu)建低水位蜿蜒曲折的河槽，營造不同流速帶的水流和近自然的流速；依據(jù)河床走勢設(shè)計多樣性的河岸線，挖河增水創(chuàng)建多樣性生境；人為營造水文脈沖和河道縱向梯階-深灘結(jié)構(gòu)，保持河流的緩急相間，為生物營造環(huán)境適宜的濕地和沼澤；針對必須渠化的河段應(yīng)按照生態(tài)平衡的原則，保留相應(yīng)的槽蓄功能，改善河流土壤、水體與周邊大氣的質(zhì)量狀況。

6) 植物群落恢復(fù)與演替。水生植物恢復(fù)具有重要的地位，而評判恢復(fù)生態(tài)健康的關(guān)鍵參數(shù)為沉水植被的恢復(fù)。根據(jù)本土化要求合理選定水生植物，要滿足生長速度快和較強環(huán)境適應(yīng)性的植被；植物群落既的生長既不會對其他物種產(chǎn)生過分的影響，也不會受原有物種影響無法正常生長，因此要具有較強的親和能力，從而有助于不同物種間的相互促進；另外，引進的植物還要滿足景觀和水質(zhì)凈化功能[10]。

7) 生態(tài)系統(tǒng)的管理與監(jiān)控。城市河道管理中應(yīng)注重對生態(tài)環(huán)境的監(jiān)督與管理，對河道生態(tài)系統(tǒng)依據(jù)系統(tǒng)、完善的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系監(jiān)控，針對存在的問題要及時發(fā)現(xiàn)處理；在河道管理規(guī)范中納入動物捕獲、河道割草等作用，將生態(tài)系統(tǒng)中多余有機物和營養(yǎng)鹽及時排除，合理控制河道生物量維持其群眾適度水平。

4 結(jié) 論

通過采取河堤清淤、兩岸綠化、岸坡防護等生態(tài)治理措施，有利于實現(xiàn)河道行洪、水源、生態(tài)安全和水情岸綠的景觀目標(biāo)。城市河道治理生態(tài)涉及到水環(huán)境、人文景觀和生態(tài)護坡等工程，應(yīng)綜合考慮不同地區(qū)的具體情況，統(tǒng)籌規(guī)劃選取合適的生態(tài)治理方案，充分發(fā)揮水利工程的防洪、供水及灌溉基本功能，發(fā)揮河流的生態(tài)服務(wù)和綜合功能，形成一條景美、灘綠、流暢、水清的綠色生態(tài)長廊。