小清河（豐臺(tái)段）近自然河道生態(tài)修復(fù)實(shí)踐探討

趙方瑩　鮑永剛　劉驥良　李璐　季世琛　王雪瑞　韋依伶

摘要：針對(duì)小清河（豐臺(tái)段）存在的生態(tài)環(huán)境問題，運(yùn)用近自然河道生態(tài)修復(fù)的理念，進(jìn)行截污清淤，在保證河道安全行洪的基礎(chǔ)上，采用河道基底自然形態(tài)重塑、岸坡修復(fù)、水動(dòng)力條件恢復(fù)、微生物系統(tǒng)和小型潛流濕地構(gòu)建等措施，重建非生物環(huán)境與生物之間的功能體系，從而恢復(fù)河道生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)。以生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部自我調(diào)節(jié)功能及群落演替過程逐漸代替人工管理維護(hù)，達(dá)到河道水生態(tài)環(huán)境修復(fù)目的。此次運(yùn)用近自然河道生態(tài)修復(fù)的方法治理小清河的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可為北京市同類型城郊河道的治理修復(fù)工作提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：小清河;近自然;生態(tài)修復(fù);河道治理

中圖分類號(hào)：X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）06-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.112

Practice and discussion on near natural ecological restoration of ?Xiaoqing River （Fengtai District）

Zhao Fangying1，Bao Yonggang2，Liu Jiliang1，Li Lu1，Ji Shichen1，Wang Xuerui1，Wei Yiling1

（1.Beijing Sainteco Technology co.，Ltd，Beijing 100083，China;2.Water-affair Authority of Beijing City，Beijing 100071，China）

Abstract：In view of the ecological environment problems existing in Xiaoqing River in Fengtai District，the concept of near natural ecological restoration of rivers is applied.First，the sewage is intercepted and the silt is removed.Then，on the basis of ensuring the safe flood discharge of the river course，the measures such as the reconstruction of natural form of the river base，the restoration of bank slope，the restoration of hydrodynamic conditions，the construction of micro biological system and small-scale subsurface flow wetland are adopted to reconstruct the functional architecture between environment and living organisms，so as to restore the structure and function of the river ecosystem.The self-regulation function and community succession process of ecosystem gradually replace the artificial management and maintenance，and finally achieve the goal of river water ecological environment restoration.The practical experience of using the near natural ecological restoration method to control Xiaoqing River can provide some reference for the treatment and restoration of similar suburban rivers in Beijing.

Key words：Xiaoqing River;Near nature;Ecological restoration;River treatment

社會(huì)的發(fā)展伴隨著對(duì)自然環(huán)境的改造，日常生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)常會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一系列難以估量的損害，諸如資源短缺、水土流失、環(huán)境污染、自然災(zāi)害頻發(fā)、生境片斷化或退化、物種多樣性喪失等問題層出不窮。以工程建設(shè)為主的傳統(tǒng)環(huán)境治理方法往往忽視了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，運(yùn)用生態(tài)學(xué)的理論與方法進(jìn)行生態(tài)修復(fù)是當(dāng)前環(huán)境治理工作的主要方向。城市化建設(shè)過程中多會(huì)采用河道渠化、底質(zhì)硬化、石砌護(hù)坡、截彎取直等工程措施改造自然河道，以滿足水資源調(diào)配、水土保持、蓄水行洪、景觀建設(shè)等社會(huì)需求，但改造后城市河道的生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱，水質(zhì)惡化、生物多樣性喪失、景觀退化等問題較為普遍，需耗費(fèi)大量人力、物力進(jìn)行長(zhǎng)期管理維護(hù)[1-2]。近自然河道生態(tài)修復(fù)是在尊重生態(tài)環(huán)境多樣性、保障河道行洪安全的基礎(chǔ)上，放棄以鋼筋、混凝土結(jié)構(gòu)為主的傳統(tǒng)工程措施，利用現(xiàn)存條件建立可永續(xù)利用的自然河道生態(tài)系統(tǒng)，在滿足社會(huì)發(fā)展需求的同時(shí)兼顧河道生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)，保持水環(huán)境健康穩(wěn)定。有關(guān)近自然河道生態(tài)修復(fù)的相關(guān)概念及應(yīng)用的發(fā)展歷程已有許多文獻(xiàn)進(jìn)行過詳細(xì)論述[3-7]，本文不再贅述。本研究以小清河（豐臺(tái)段）為對(duì)象，根據(jù)問題診斷分析結(jié)果設(shè)計(jì)并實(shí)施了具有針對(duì)性的近自然河道生態(tài)修復(fù)措施，探討對(duì)于北京及周邊地區(qū)同類型河道的最佳治理方法。

1 研究對(duì)象

小清河發(fā)源于北京市豐臺(tái)區(qū)長(zhǎng)辛店鎮(zhèn)，是大清河水系拒馬河的一條支流，自北向南流經(jīng)豐臺(tái)區(qū)及房山區(qū)后在河北省涿州市境內(nèi)匯入北拒馬河，主要支流有九子河、蟒牛河、佃起河、牤牛河（房山區(qū)內(nèi)稱為啞叭河）與刺猬河（圖1）。小清河年平均降水量約628.9mm，多集中于夏季，冬季降水量最少，河流有斷流現(xiàn)象。研究區(qū)域全長(zhǎng)約3.8km，下游起點(diǎn)為稻田路（K0+000），上游終點(diǎn)為周口店路（K3+845），其中K0+000-K1+256段為梯形斷面，兩岸均為植被護(hù)坡，坡腳為鉛絲石籠擋墻;K1+256-K3+197段為梯形斷面，左右兩岸均有民房，斷面全部為漿砌石護(hù)砌;K3+197-K3+845段為梯形斷面，20年一遇洪水位以下為漿砌石護(hù)坡，20年洪水位以上為植被護(hù)坡。

2 問題診斷分析

2.1 岸坡水土流失

K0+000-K1+256段岸坡為土質(zhì)護(hù)坡，自然植被覆蓋率低，水土流失現(xiàn)象明顯;K1+256-K3+845段中20年一遇洪水位下均為漿砌石護(hù)坡，無法有效過濾地表徑流。長(zhǎng)期的水土流失致使小清河（豐臺(tái)段）岸坡及周邊的泥沙隨地表徑流進(jìn)入河道并在底部淤積，降低了河道的行洪能力，易在汛期引發(fā)洪澇災(zāi)害，而非汛期河床裸露影響河道景觀[8]。

2.2 水環(huán)境污染

河道K0+865處周邊居民區(qū)有少量生活污水直排進(jìn)入河道，同一區(qū)域有污水處理廠排出的中水直接進(jìn)入河道，排放量約20000m3/d，中水出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，此處中水出水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上游來水量，造成上游K0+865-K3+845段內(nèi)水體有一定程度的滯留，水流不暢使上游污染物不能及時(shí)轉(zhuǎn)移，同時(shí)也加重了上游河道淤積程度，淤積的底泥會(huì)釋放高濃度污染物，對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響[9]，在高溫季節(jié)易引發(fā)水體黑臭、水華并滋生蚊蟲病菌，影響周邊居民生活質(zhì)量與健康狀況。2016年對(duì)小清河（豐臺(tái)段）下游水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果顯示，全年除汛期外，水體中COD濃度為25-71mg/L，氨氮濃度為4.26-8.04mg/L，總磷濃度為0.74-1.35mg/L，水環(huán)境污染嚴(yán)重。

2.3 河道生態(tài)功能弱化

河道形態(tài)結(jié)構(gòu)單一，生境多樣性差，淤積的泥沙會(huì)直接減少水域面積，限制了水生生物的生存空間。堤岸作為水域與陸地生態(tài)系統(tǒng)的過渡地帶，是生物遷移的廊道，承載著水、陸生態(tài)系統(tǒng)之間的交互過程，也是陸地污染物進(jìn)入河道前的有效緩沖帶，但研究段內(nèi)堤岸多為植被稀疏的土質(zhì)邊坡或漿砌石擋墻，很大程度上阻礙了兩種生態(tài)系統(tǒng)之間的交互過程，致使河道生境多樣性維持、水土保持、維持區(qū)域生態(tài)平衡、調(diào)節(jié)局部小氣候等方面的功能弱化甚至喪失[10-11]。

河道內(nèi)無沉水植物及浮水植物，僅在沿岸部分區(qū)域分布有一定數(shù)量的蘆葦，水體自凈能力有限，無法及時(shí)、有效凈化河道內(nèi)的污染物。雖然蘆葦具備一定的種群規(guī)模，但研究范圍內(nèi)水生植物多樣低性，水生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾的能力弱，遭到破壞后恢復(fù)能力同樣較差。此外上游來水量少且在部分河段有水體滯留現(xiàn)象，污染物無法及時(shí)轉(zhuǎn)移并逐漸積累，進(jìn)一步降低了河道水環(huán)境容量。

3 修復(fù)措施

3.1 截污清淤

污染源阻斷與河道清理是環(huán)境治理工作的前提，對(duì)K0+865周邊幾處直排生活污水管道進(jìn)行封堵，清除嚴(yán)重阻塞河段淤積的泥沙，清理河道內(nèi)散落的生活及建筑垃圾，對(duì)于周邊有居民生活的河段需加強(qiáng)河道管理維護(hù)強(qiáng)度，杜絕污水和垃圾進(jìn)入河道。

3.2 河道基底自然形態(tài)重塑

根據(jù)K0+000-K3+103段內(nèi)泥沙大量淤積的特點(diǎn)，在保障行洪安全的前提下，充分發(fā)揮淤積泥沙的生態(tài)價(jià)值，對(duì)現(xiàn)有淤積地貌進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)多樣化水文路徑，在有限的空間內(nèi)充分營造河曲和水面，增大濱岸帶內(nèi)水陸接觸面積，恢復(fù)河道蜿蜒曲折的自然形態(tài)及水體連續(xù)性。河道中多樣的局部形態(tài)在汛期起到降低水體流速、蓄水調(diào)洪的作用，而水流具有深、淺、緩、急等不同水勢(shì)對(duì)于河道生態(tài)功能的恢復(fù)具有重要作用[12-13]。

對(duì)K0+000-K3+103段實(shí)施近自然土方工程施工法重塑河床基底，營造多處坑塘與生境島相結(jié)合的微地形，恢復(fù)生境多樣性，重塑過程及一年后效果如圖2所示。不同區(qū)域坑塘深度在1.0～1.5m之間，為防止水流沖刷破作用壞坑塘與子槽相接處的結(jié)構(gòu)，需在兩側(cè)岸坡及底部鋪設(shè)厚度為0.3m鉛絲石籠，坑塘內(nèi)栽植千屈菜、蘆葦、菖蒲、荷花等挺水植物。坑塘之間通過子槽相連，子槽可充分提高河道內(nèi)部的彎曲程度、增加局部地形地貌的多樣性，子槽寬度3～5m，深度為0.6m。另外在不影響河道水文形態(tài)連貫性的前提下，在子槽內(nèi)設(shè)置生態(tài)跌水，生態(tài)跌水高0.6m，長(zhǎng)3m，頂寬1.0m，底寬1.5m，采用200～500mm厚景石分層砌筑，形成水面高度約0.5m。子槽內(nèi)生態(tài)跌水除營造不同水勢(shì)外，可適當(dāng)延長(zhǎng)水體駐停時(shí)間，提高污染物凈化效率。將營造坑塘與子槽所產(chǎn)生的泥土堆積成多個(gè)生境島，生境島高出現(xiàn)狀水面1～2m，并在迎水面坡腳采用鉛絲石籠進(jìn)行岸坡防護(hù)以減緩水流沖刷力度，生境島邊緣結(jié)合局部水面，栽植菖蒲、蘆葦、鳶尾，在坡面栽植黃刺玫、連翹，草籽撒播二月蘭、波斯菊，生境島構(gòu)建過程及一年后效果如圖3所示。

3.3 岸坡修復(fù)

當(dāng)岸坡植被覆蓋率大于80%以上時(shí)才能夠抵御暴雨的沖刷，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?，在岸坡?gòu)建喬灌草植被過濾帶，創(chuàng)造植物層次豐富、季相明顯的植物空間環(huán)境，提高岸坡植被覆蓋率，為濱岸帶生物創(chuàng)造良好的生存環(huán)境。對(duì)河道下游K0+000-K1+256段裸露邊坡進(jìn)行植被恢復(fù)，植物的選擇偏向于生長(zhǎng)速度快、適應(yīng)能力強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、景觀性好的種類[14]，栽植喬木種類有欒樹、白蠟、臭椿，灌木種類有連翹、黃刺玫，草本種類有二月蘭和紫花地丁。具有發(fā)達(dá)根系的植物在水土保持方面有良好的效果，不僅能緩解水流對(duì)岸坡的沖刷，同時(shí)能夠提高河道對(duì)地表徑流的過濾能力，阻斷污染物進(jìn)入河道的途徑，另外可在滿足生態(tài)治理的前提下進(jìn)行綠化造景[15]，提升河道景觀質(zhì)量。除人工栽植外，種類豐富、適應(yīng)性強(qiáng)、抗旱耐貧瘠的禾本科、藜科、莧科、菊科等種類的野草對(duì)植物群落的恢復(fù)具有促進(jìn)作用[16]。岸坡修復(fù)前與修復(fù)一年后的對(duì)比情況見圖4。

3.4 水動(dòng)力條件恢復(fù)

現(xiàn)狀河道上游水體受下游中水阻斷有一定程度滯留，且上游水流量較小，水位的高低取決于降雨量，斷流現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，過低的水位也不利于生物群落的生存繁衍。根據(jù)河道周邊現(xiàn)存管網(wǎng)改造K0+865處中水出水口，將部分中水引入上游，補(bǔ)充上游水量并充分稀釋積累的污染物，改造完成后上游中水出水量約為3 000m3/d，能夠長(zhǎng)久保持水體連貫性。

3.5 微生物系統(tǒng)構(gòu)建

微生物在污染物凈化方面具有良好效果，微生物系統(tǒng)包括復(fù)合微生物制劑、微生物酶、水生植物根系、多種粒徑填料及人工水草帶等。填料包括天然礦物、工業(yè)副產(chǎn)物與人造填料，一般選擇孔隙率和滲透系數(shù)好、性質(zhì)穩(wěn)定、去污能力強(qiáng)的種類[17]。填料及水生植物根系表面也能夠?yàn)槲⑸锾峁┻m宜的附著環(huán)境，其中豐富的孔隙也可為微型水生動(dòng)物提供繁衍場(chǎng)所[18]。人工水草由碳素纖維制成，具有強(qiáng)度高、孔隙率大、不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，不受氣候變化影響，是微生物高效富集的理想附著基質(zhì)。人工水草帶寬度為3～5m，其上每隔25cm安裝一株人工水草，并每隔1m通過固定錨固定在水底。微生物系統(tǒng)提升水體自凈能力主要通過多種微生物在介質(zhì)上共同附著生長(zhǎng)形成的膜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，為促進(jìn)微生物膜的形成，在上述所有措施布設(shè)完成后，每天從上游投放濃度為0.5mg/L的復(fù)合微生物制劑（包括枯草芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌等）與0.1mg/L的生物酶制劑（包括蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等），連續(xù)投放25d，促進(jìn)微生物快速形成。

3.6 小型潛流濕地構(gòu)建

在河曲控制部位營造小型潛流濕地以進(jìn)一步增強(qiáng)河道自凈能力。河曲的底層鋪設(shè)天然砂石過濾體，在調(diào)整后的河道水岸線邊緣栽植千屈菜、水蔥、黃菖蒲、香蒲、荷花。小型潛流濕地中的填料與水生植物根系可有效攔截、過濾水體中的污染物，其中所形成的蓄水空間和微小生境能夠增加微生物附著表面積，延長(zhǎng)和擴(kuò)增水質(zhì)凈化的時(shí)間和空間，強(qiáng)化微生物凈化效果。潛流濕地可在有限的空間內(nèi)提升水質(zhì)凈化效率與河道景觀質(zhì)量，因其凈化過程是在地表以下，可有效避免外界干擾。

4 存在的問題及建議

（1）相比于傳統(tǒng)的三面混凝土式河道修復(fù)方式，近自然河道生態(tài)修復(fù)法不含或只含少量的鋼筋、混凝土構(gòu)件，在結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量及有效性的評(píng)定方面尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而河道生態(tài)恢復(fù)的過程中必然伴隨著水文特征的發(fā)展變化，因此工程完工后需對(duì)行洪安全及生態(tài)恢復(fù)效果進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。（2）此次河道修復(fù)措施中并未涉及對(duì)水生動(dòng)物的恢復(fù)，原因是修復(fù)工程完工后，各項(xiàng)修復(fù)措施尚未穩(wěn)定運(yùn)行，貿(mào)然放養(yǎng)水生動(dòng)物可能會(huì)對(duì)水生植物的生長(zhǎng)或微生物膜的形成造成影響，即便在生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定后放養(yǎng)水生動(dòng)物，也要充分考慮種類、數(shù)量、食性、棲息環(huán)境、繁殖條件等要素，以便與水生態(tài)系統(tǒng)其他要素相契合。

5 結(jié)語

小清河（豐臺(tái)段）近自然河道生態(tài)修復(fù)是在保障安全性的前提下，通過河道形態(tài)結(jié)構(gòu)重塑、生物多樣性恢復(fù)及水體自凈能力提升等3個(gè)過程逐漸恢復(fù)環(huán)境與生物之間的生態(tài)聯(lián)系，利用恢復(fù)后的河道生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)功能及群落演替過程逐漸代替以往以人工干預(yù)為主的維護(hù)形式，以此實(shí)現(xiàn)可永續(xù)利用的自然河道生態(tài)系統(tǒng)。研究中的設(shè)計(jì)思路可為北京同類型河道的治理、修復(fù)工作提供借鑒。

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收稿日期：2020-04-02

作者簡(jiǎn)介：趙方瑩（1974-），男，博士后，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樗帘３稚鷳B(tài)修復(fù)。