城鎮(zhèn)河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究及應(yīng)用

王廣召　李彬輝　李珊珊　陳小剛　劉賢輝　黃朗妃

摘 要：河流生態(tài)修復(fù)是一種快速恢復(fù)河流生態(tài)環(huán)境的技術(shù)措施。目前河流生態(tài)修復(fù)多以水質(zhì)改善為主，技術(shù)尚不完善，缺乏立體化、多指標(biāo)的技術(shù)體系與可推廣、可復(fù)制的生態(tài)修復(fù)模式。研究一種集“外源污染防控—內(nèi)源污染抑制—水生態(tài)調(diào)控—強(qiáng)化水體凈化”為一體的河流水生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系，并通過(guò)對(duì)馬田排洪渠生態(tài)修復(fù)前后河流生態(tài)環(huán)境狀況的對(duì)比分析，分析該技術(shù)應(yīng)用效果，可為城市河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究與應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：城市河流;生態(tài)修復(fù)技術(shù);健康評(píng)價(jià);應(yīng)用效果

中圖分類號(hào)：TG333 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）3-0120-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.03.028

Research and Application of the Method of Ecological Restoration on Urban River

WANG Guangzhao LI Binhui LI Shanshan CHEN Xiaogang LIU Xianhui HUANG Langfei

（1. Shenzhen Yuanqing Environmental Technology Service Company Limited， Shenzhen 518000，China;

2. PKU-HKUST Shenzhen-Hongkong Institution， Shenzhen 518000，China）

Abstract： River ecological restoration is a technical measure for rapidly rebuilding river ecological environment. Socially， river ecological restoration research mainly focuses on water quality improvement， and the ecological restoration technology is not perfect. A kind of three-dimensional， multi-index and can be extended technology system is very needed.? A kind of river ecological restoration technology system， which includes external pollution reducing and internal polluton controlling， water ecological regulaiton， water purificaiton strenthen was studied. The application effcet of this multi-technology method on Matian flood river was stduied by comparing the health assessment results of river ecosystem before and after the river ecological restoration construciton was done. The result is helpful to realize and applicae the river ecological restoration on the urban river .

Keywords： urban river; eco-restoration mode; river ecosystem helath assessment; application effect

0 引言

作為城市的生態(tài)載體，河流在社會(huì)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)等方面價(jià)值極高，對(duì)保障城市水源安全、維護(hù)生物多樣性、緩解熱島效應(yīng)等均具有重大意義。河流生態(tài)修復(fù)是在不打破原有的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，立足江河生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀，遵循自然規(guī)律，運(yùn)用現(xiàn)有的修復(fù)理念和先進(jìn)技術(shù)，達(dá)到對(duì)河流生態(tài)近自然狀態(tài)的修復(fù)目標(biāo)，恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康良性循環(huán)[1]。我國(guó)對(duì)河流的生態(tài)修復(fù)起步于20世紀(jì)90年代，逐漸向以流域尺度出發(fā)的整體生態(tài)修復(fù)過(guò)渡，但仍以水質(zhì)恢復(fù)為主，河流生態(tài)修復(fù)研究也多集中于針對(duì)某一具體河流或河段的修復(fù)工程[2，3]。從單一方面進(jìn)行河流生態(tài)治理達(dá)不到最佳修復(fù)效果，缺乏對(duì)河流生態(tài)修復(fù)理念、目標(biāo)和方法的系統(tǒng)歸納與梳理，尚未建立多層次、多角度、多指標(biāo)的河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系，更無(wú)可供復(fù)制與推廣的生態(tài)修復(fù)模式。

近年來(lái)，通過(guò)采取生態(tài)護(hù)坡、構(gòu)建濱岸緩沖帶、水生植物生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建等措施，部分河流生態(tài)修復(fù)工程也取得了不錯(cuò)的生態(tài)改善效果。但由于許多城市河道均采用漿砌石或混凝土護(hù)岸，仍呈現(xiàn)出“岸帶景觀綠油油、水體生態(tài)光禿禿”“水質(zhì)良好、水生態(tài)不健康”等問(wèn)題。同時(shí)，當(dāng)前多數(shù)河流生態(tài)修復(fù)仍集中在某項(xiàng)指標(biāo)的改善，河道生態(tài)的系統(tǒng)修復(fù)研究涉及較少。本研究構(gòu)建了一種集“外源污染防控—內(nèi)源污染抑制—水生態(tài)調(diào)控—強(qiáng)化水體凈化”為一體的河流水生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系，通過(guò)重構(gòu)適合于各類生物生存的生境條件，恢復(fù)配比合理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、功能強(qiáng)大、系統(tǒng)穩(wěn)定的城市河道良性水生態(tài)系統(tǒng)，重建受損河道生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。

1 研究區(qū)域概況

茅洲河是深圳市第一大河，發(fā)源于深圳市境內(nèi)的羊臺(tái)山北麓，地跨深圳、東莞兩市，河長(zhǎng)為41.61 km，一級(jí)支流有23條，二、三級(jí)支流有17條，總流域面積為388.23 km（包含石巖水庫(kù)以上流域面積），其中，深圳市境內(nèi)流域面積為310.85 km，東莞境內(nèi)流域面積為77.38 km。馬田排洪渠是茅洲河的一級(jí)支流，全長(zhǎng)為2.36 km，為城區(qū)泄洪渠，周邊環(huán)境以工業(yè)園區(qū)為主，另有少量居民住宅區(qū)和生態(tài)景觀公園。近年來(lái)，相繼開(kāi)展了防洪工程、河道整治及堤岸建設(shè)、截污工程及生態(tài)補(bǔ)水等環(huán)節(jié)綜合整治工程。生態(tài)補(bǔ)水水源以上游水質(zhì)凈化廠尾水與雨季降水為主，水質(zhì)凈化廠尾水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)限值（總氮除外）。目前，馬田排洪渠已基本消除黑臭，河流水質(zhì)得到明顯提升，但仍面臨河道旱季徑流小，水質(zhì)較差，河道狹窄，水生生物物種單一等問(wèn)題，具有典型的南方城市河涌特點(diǎn)。

2 河流水生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計(jì)

馬田排洪渠生態(tài)修復(fù)示范段河長(zhǎng)為380 m，上游段長(zhǎng)為150 m，平均寬度約為3 m;下游段長(zhǎng)為230 m，平均寬度約為6 m。主要采用生物修復(fù)和工程修復(fù)相結(jié)合的綜合技術(shù)，并充分考慮生態(tài)修復(fù)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性，采用河床基底改造技術(shù)、岸帶生態(tài)修復(fù)技術(shù)、水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)、水生物種調(diào)控技術(shù)等四大技術(shù)形成的綜合技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)河流岸帶景觀提升、面源污染攔截能力提升、浮游動(dòng)植物生境恢復(fù)和水體自凈能力提升等目的，最終實(shí)現(xiàn)河道健康狀態(tài)的提升。

2.1 環(huán)境友好型底質(zhì)改造

馬田排洪渠為底質(zhì)硬質(zhì)化河道，河道自然凈化能力基本喪失。為避免河道綜合整治后，河道內(nèi)淤泥再次淤積，根據(jù)示范河段底泥底質(zhì)現(xiàn)狀，實(shí)施河床基底形態(tài)多樣化改造，為水生態(tài)修復(fù)營(yíng)造適宜生境條件。河道底部鋪設(shè)表層包裹摻銀二氧化鈦的碎石材料（Ag-TiO2碎石）的環(huán)境友好催化劑。環(huán)境友好型基底改造填料采用人工配合機(jī)械的方式進(jìn)行均勻攤鋪，以保證水質(zhì)凈化效果。鋪設(shè)厚度為5～10 cm，共投加160 m3;投加底質(zhì)凈化劑，投加密度為0.30～0.45 kg/m，共投加850 kg。

底質(zhì)改造后，可激活河道底泥中原本存在的利于水體自凈的微生物，形成生物量大、食物鏈長(zhǎng)的生態(tài)系統(tǒng)，降解水體中的有機(jī)污染，并在一定程度上對(duì)河道有機(jī)底泥進(jìn)行消化作用，減少底泥淤積量，實(shí)現(xiàn)泥水同治，使水生態(tài)系統(tǒng)得到修復(fù)。底質(zhì)改良材料鋪設(shè)的大樣見(jiàn)圖1。

2.2 河岸帶生態(tài)修復(fù)

河岸植被緩沖帶作為河岸生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是控制水土流失和面源污染、改善水環(huán)境的關(guān)鍵措施，對(duì)河岸生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)及水文過(guò)程具有重要的影響。河岸植被緩沖帶可增加生物多樣性，促進(jìn)相鄰地區(qū)之間物質(zhì)和能量的交換;為陸地動(dòng)植物提供棲息地及遷徙通道，為水生生物提供能量及食物，改善生存環(huán)境;同時(shí)過(guò)濾地表徑流，吸收養(yǎng)分，改善河流水質(zhì)，調(diào)節(jié)河流小氣候;通過(guò)植被緩沖帶的攔截、凈化、吸收等作用，可將大部分泥沙，部分可溶性氮磷養(yǎng)分、有機(jī)成分等截留在生態(tài)緩沖帶內(nèi)，緩沖帶種植的植物可吸收徑流中的氮磷養(yǎng)分，減少地表徑流攜帶的氮磷等向水體遷移。結(jié)合低沖擊影響開(kāi)發(fā)等技術(shù)，開(kāi)展河岸帶面源污染攔截凈化及河岸帶生態(tài)修復(fù)，有效解決城市降雨徑流污染，提升河道景觀。

2.2.1 生態(tài)植草溝設(shè)計(jì)。生態(tài)植草溝結(jié)構(gòu)包括種植層、濾料層及滲排水系統(tǒng)，其中種植層為種植土和植被，其植被為馬尼拉草，種植土厚度為20 cm;濾料層為礫石和卵石;生態(tài)植草溝為狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸為230 m×0.4 m×0.3 m（長(zhǎng)×寬×深），具體見(jiàn)圖2。

2.2.2 植物緩沖帶設(shè)計(jì)。植被緩沖帶圍堰采用實(shí)心紅磚砌筑，內(nèi)部填充礫石及種植土，通過(guò)表層植被的過(guò)濾、截流、吸收等作用可以阻止大顆粒懸浮物、有機(jī)成分及氮磷等流入河流，同時(shí)內(nèi)部的礫石填料可供微生物著床，可以起到削減有機(jī)污染物的作用。圍堰設(shè)計(jì)墻體寬度為15 cm，高度為30 cm。緩沖帶泄水孔布置采樣DN100-PVU管材，泄水孔沿緩沖帶長(zhǎng)度方向均勻布設(shè)，間距為2～3 m。植被緩沖帶主要選擇植被為馬尼拉草皮，并在草皮之上栽植爬山虎、百香果等景觀綠化植被，增加植物多樣性，構(gòu)建穩(wěn)定、景觀層次鮮明與優(yōu)美的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。

2.3 水生植物修復(fù)方案設(shè)計(jì)

開(kāi)展挺水植物精選及配置，恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng);通過(guò)水生植物根莖對(duì)水中污染物的富集、吸附、吸收、降解、凈化等作用，提高河道自凈能力，改善水體水質(zhì)狀況。采用水生植物模塊化培育裝置，快速形成良好的生態(tài)系統(tǒng)，提高水體的自凈能力，有效提升水體景觀。模塊化種植裝置尺寸為620 mm×420 mm×170 mm，采用尼龍?jiān)鷰噙B，使其形成一個(gè)整體，提高種植裝置的穩(wěn)定性。同時(shí)，每個(gè)種植裝置采用4根直徑為10 cm的錨桿固定在河底，以防止受洪水沖擊而損毀。共配置塊化種植裝置2 400個(gè)。種植風(fēng)車草，株高50～80 cm，40 000株;再力花，株高30～50 cm，1 000株;美人蕉，株高30～50 cm。1 000株裝置具體大樣見(jiàn)圖3。

2.4 水生物種調(diào)控方案設(shè)計(jì)

在底質(zhì)改造、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的前提下，開(kāi)展水生物種調(diào)控，構(gòu)建豐富多樣的水生生物群落結(jié)構(gòu)，完善水生態(tài)系統(tǒng)，提高水體自凈能力和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。首先利用微生物將C、N、P轉(zhuǎn)化成個(gè)級(jí)生態(tài)鏈能利用的營(yíng)養(yǎng)成分，然后結(jié)合挺水植物的根系能提供優(yōu)勢(shì)微生物大量繁殖及附著生存環(huán)境，從而利用微生物的作用使水中的污染物在各個(gè)工藝段轉(zhuǎn)化或利用，從而實(shí)現(xiàn)污染物從水體及底泥中分離出來(lái)，溶解在水中的氮、磷則被植物所利用，進(jìn)而使水體得到凈化。

3 實(shí)施效果調(diào)查與評(píng)估

3.1 實(shí)施效果調(diào)查

3.1.1 生境調(diào)查。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查開(kāi)展示范河段生境調(diào)查，主要調(diào)查內(nèi)容包括以下五點(diǎn)。①河床底質(zhì)調(diào)查須目測(cè)河底材料，如卵石河床、沙質(zhì)河床等，判定河床底質(zhì)為人工化、半人工化或保持自然狀態(tài)。自然狀態(tài)保持度越高則水文形態(tài)越好。②河流連續(xù)性包括河流的橫向連續(xù)性和縱向連續(xù)性，主要調(diào)查影響徑流、泥沙和生物連續(xù)性的工程或行為，用尺測(cè)量攔擋建筑物的高度。河流連續(xù)性保持度越高則水文形態(tài)越好。③河岸改造須確定河岸的改造狀況，分為保持自然、受寬型護(hù)體工程的束窄和受窄型護(hù)體工程的束窄3種形式。河岸改造程度越低則水文形態(tài)越好。④外界脅迫因子包括取水、傾倒垃圾、排放污水、采沙等行為。外界脅迫因子干擾越少則水文形態(tài)越好。⑤水文基本信息包括示范河段的水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、水質(zhì)、地下水位等。

3.1.2 水質(zhì)調(diào)查。根據(jù)示范河段情況及《水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）相關(guān)要求，設(shè)定3個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，按照評(píng)估體系要求，水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括溶解氧、pH、總磷、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮、全鹽量、氟化物、懸浮物、葉綠素a等九項(xiàng)指標(biāo)。

3.1.3 水生生物調(diào)查。主要調(diào)查內(nèi)容包括兩種。①浮游生物：參照《河流水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)指南（試行）》《湖泊水生態(tài)監(jiān)測(cè)規(guī)范》（DB32/T 3202—2017）、《淡水浮游生物調(diào)查技術(shù)規(guī)范》（SC/T 9402—2010）、《全國(guó)淡水生物物種資源調(diào)查技術(shù)規(guī)定（試行）》等規(guī)范要求，布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)位布設(shè)位置與水樣采樣點(diǎn)位相同。②魚類：按照《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL 219—2013）、《淡水生物資源調(diào)查技術(shù)規(guī)范》（DB43/T 432—2009）、《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊(cè)》的調(diào)查方法對(duì)魚類樣品進(jìn)行采集，魚類樣品全部鑒定到種。

3.2 水生態(tài)健康評(píng)估

馬田排洪渠生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)完成6個(gè)月后，參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)河湖健康評(píng)價(jià)規(guī)范，從生境狀況、生物狀況、水質(zhì)狀況等三個(gè)方面，對(duì)河流水生態(tài)健康狀況進(jìn)行評(píng)估[4-6]。

河床基底改造工程實(shí)施后，示范河段水質(zhì)清澈見(jiàn)底，示范河段水體的DO、pH、TP、CODMn等指標(biāo)有不同程度變好，水環(huán)境狀況良好，污泥沉積速度明顯減緩。水生植物栽植后，有效改善了示范河段原來(lái)水體“三面光”的現(xiàn)狀，河道內(nèi)共種植風(fēng)車草、美人蕉、再力花等水生植物695 m，植被存活存活率94.9%，示范河段內(nèi)水面面積為2 472 m，植被覆蓋率達(dá)26.7%，大幅度提高了河道生物多樣性，極大提升了河道的景觀效果。水生物種調(diào)控工程實(shí)施后，河道底質(zhì)污染物濃度明顯下降，表明菌劑的投加對(duì)于底泥污染物有一定的降解效果，同時(shí)可有效抑制底泥污染物的釋放，有效保證了河道水體質(zhì)量。此外，示范河段出現(xiàn)一個(gè)新物種——攀鱸（Anabas Testudineus），在同一監(jiān)測(cè)斷面，漁獲物的數(shù)量和重量均有所增加，表明經(jīng)過(guò)生態(tài)修復(fù)后，水體質(zhì)量和生境狀況得到了一定的恢復(fù)，有利于魚類生長(zhǎng)繁殖，魚類物種得到了恢復(fù)。

由于河床基底改造、岸坡攔截改造等施工，底質(zhì)、棲境復(fù)雜、V/D結(jié)合特征等3個(gè)生境狀況指標(biāo)有了明顯改善，示范段河流生境指標(biāo)從“亞健康”提升到“健康”。修復(fù)后水質(zhì)狀況健康狀態(tài)穩(wěn)定為“健康”，變化不明顯。此外，由于水生植物修復(fù)工程的實(shí)施，河道生境和植被覆蓋率得到明顯提升，進(jìn)而對(duì)魚類、浮游動(dòng)物的生長(zhǎng)繁殖產(chǎn)生了促進(jìn)作用，修復(fù)后魚類增加一個(gè)新物種，河流生態(tài)狀況從“不健康”提升到“亞健康”，等級(jí)得到明顯提升。

綜上分析，經(jīng)過(guò)生態(tài)修復(fù)工程的實(shí)施改造，營(yíng)造了更好的水生態(tài)環(huán)境，生境狀況和生態(tài)狀況有了明顯改善，河流水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)得到明顯提升。但由于修復(fù)后時(shí)間較短，水生生物的種類及多樣性指數(shù)依然較低，當(dāng)前生物狀況仍然屬于“亞健康”狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究雖構(gòu)建了一種集“外源污染防控—內(nèi)源污染抑制—水生態(tài)調(diào)控—強(qiáng)化水體凈化”為一體的河流水生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系，可快速改善城市河流水生態(tài)環(huán)境狀況，但由于河流生態(tài)修復(fù)過(guò)程是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，河流生態(tài)健康可能需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能明顯改善。

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