河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究概述

李 晉

(西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127)

河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究概述

李 晉

(西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127)

河流在人類社會發(fā)展中扮演著重要的角色，但由于人類的過度使用以及隨意將污染物排放入河流中，造成河流的生態(tài)破壞、水體污染。對于河流的治理，國外已從傳統(tǒng)的“污水處理、達標排放”治理目標轉(zhuǎn)變?yōu)橐运|(zhì)再生為核心的“水的循環(huán)再利用”，由單純的“污染控制”技術(shù)發(fā)展為“水生態(tài)的修復(fù)與恢復(fù)”。本文介紹了河流生態(tài)修復(fù)的理念及其修復(fù)技術(shù)。

河流;生態(tài)修復(fù);河流污染

河流是水循環(huán)中重要的一環(huán)，河流系統(tǒng)是自然界最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一。人類不僅依傍河流而生，而且利用和開發(fā)河流，謀求社會經(jīng)濟的發(fā)展。水體污染、斷流與生態(tài)破壞是我國河流面臨的主要環(huán)境問題。隨著經(jīng)濟快速發(fā)展、城市擴張和人民生活水平的提高，水資源的需求量也越來越大，對河流的水質(zhì)要求也越來越高，因此河流污染治理和生態(tài)恢復(fù)迫在眉睫。

發(fā)達國家在河流污染治理和生態(tài)修復(fù)中，發(fā)展了多種值得借鑒的技術(shù)，并積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。在水環(huán)境污染治理技術(shù)方面，國外已將傳統(tǒng)的“污水處理、達標排放”治理目標轉(zhuǎn)變?yōu)橐运|(zhì)再生為核心的“水的循環(huán)再利用”，由單純的“污染控制”技術(shù)發(fā)展為“水生態(tài)的修復(fù)與恢復(fù)”［1］。

1 河流的現(xiàn)狀

1.1 自然河流的渠道化

人們出于行洪安全的考慮，對河道進行裁彎取直，并對河床加以混凝土襯砌，改變了原來河道的天然形狀和走向，致使原本屬于河流的“曲折蜿蜒”的形狀和“深潭”、“淺灘”等許多生物賴以維持生存的自然特征消失。堤防與邊坡護岸材料的硬質(zhì)化的護坡結(jié)構(gòu)隔斷了地表水和地下水的聯(lián)系通道，使大量水陸交錯帶的植物失去生存條件，同時影響岸坡內(nèi)土壤內(nèi)大量微生物生存［2］。另外，人工護坡的光滑表面也改變了原來天然多孔岸坡的特性，破壞了魚類原有的產(chǎn)卵場所。

1.2 河流水環(huán)境質(zhì)量惡劣

隨著城市的發(fā)展，城市生活用水量日益增加，擠占了城市河流自身的生態(tài)需水，嚴重影響河流生態(tài)系統(tǒng)中水生生物、岸邊植被生長，降低河流自凈功能，造成河流兩岸植被衰退、河床淤積、生物多樣性銳減，河流生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重破壞。另外，部分城市生活污水、初步處理后的工業(yè)廢水和農(nóng)灌污水，直接排入城市河流，導(dǎo)致河流水水質(zhì)下降。

1.3 河流生態(tài)系統(tǒng)損壞嚴重

構(gòu)筑水壩引起順水流方向的河流非連續(xù)化。大壩的構(gòu)建將河流變成了相對靜止的人工湖，庫區(qū)和大壩下游河段的流速、水深、水溫及水流邊界條件都發(fā)生了變化，破壞了河流原有的水文連續(xù)性、營養(yǎng)物質(zhì)輸移連續(xù)性、生物群落連續(xù)性和信息流連續(xù)性，導(dǎo)致陸生生物生存環(huán)境發(fā)生巨大變化，引起生態(tài)退化、物種消失。因此，健康河流以物理、化學(xué)、生物等形式參與生態(tài)系統(tǒng)運動的功能喪失，致使河流所在區(qū)域的局部生態(tài)系統(tǒng)癱瘓。

1.4 河道景觀缺乏

多數(shù)城市河流出于防洪安全的需要，兩岸的堤防都修建得筆直高大，且水面單調(diào)劃一、水流速度慢、水環(huán)境質(zhì)量惡劣等造成了河道景觀的嚴重不足。

2 河流生態(tài)修復(fù)理論

河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)的主要理論基礎(chǔ)是20世紀50年代德國創(chuàng)立的“近自然河道治理工程學(xué)”，工程設(shè)計理念中吸收生態(tài)學(xué)的原理和知識，改變傳統(tǒng)的工程設(shè)計理念和技術(shù)方法，使河流的整治要符合植物化和生命化的原理［3］。在修復(fù)目標上，強調(diào)河流自然的健康狀態(tài);在修復(fù)方法上，強調(diào)人為控制和河流的自我設(shè)計相結(jié)合。

河流生態(tài)恢復(fù)應(yīng)遵循的原則:

2.1 以生態(tài)學(xué)原理為指導(dǎo)

按照河流自身結(jié)構(gòu)特點及健康運轉(zhuǎn)需求，對河流生態(tài)系統(tǒng)的原有結(jié)構(gòu)和功能進行恢復(fù)和保護，創(chuàng)造自然、協(xié)調(diào)的人類生存環(huán)境。

2.2 因地制宜

河流的地理位置、水文氣候自然條件有較大差異，河流的污染原因和人類活動的影響也不盡相同，不同地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展水平差別也有較大。因此，河流生態(tài)修復(fù)必須堅持因地制宜的原則，根據(jù)本地區(qū)和本流域的具體情況和特點，制定合乎流域自然地理條件、適應(yīng)流域經(jīng)濟發(fā)展需要、符合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟承受能力的修復(fù)方案和措施［4］。

2.3 景觀異質(zhì)性原則

選擇合適的尺度，合理配置景觀格局，提高景觀空間異質(zhì)性，有利于增強生物多樣性，有利于生態(tài)修復(fù)。

2.4 親水性原則

按照景觀生態(tài)學(xué)原理，增加景觀異質(zhì)性，保留原河道的自然線形，運用植物以及其他自然材料構(gòu)造河流景觀，增強河流親水性，為人類提供生息休養(yǎng)的空間，帶給人們美好的享受。

2.5 工程措施和非工程措施并舉

河流生態(tài)修復(fù)在注重工程措施的同時，如果能加強管理，充分利用宣傳教育、法律法規(guī)、經(jīng)濟杠桿等非工程措施的積極作用，往往達到事半功倍，標本兼治的效果。

2.6 系統(tǒng)規(guī)劃和綜合治理

河流生態(tài)修復(fù)是一個復(fù)雜的工程，周期長、風(fēng)險大、投資高，要從流域系統(tǒng)出發(fā)進行整體分析，兼顧自然環(huán)境和社會發(fā)展等各個方面，將河流修復(fù)與防洪、城市用水等結(jié)合起來，優(yōu)化整治，突出整體利益。

3 河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)

河流生態(tài)修復(fù)是在遵循自然規(guī)律的前提下，控制待修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的演替方向和演替過程，把退化的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)或重建到既可以最大限度地為人類所利用，又保持了系統(tǒng)的必要功能，并使系統(tǒng)達到自維持的狀態(tài)。

河流污染治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)種類繁多，但從技術(shù)原理上看，可分為物理、化學(xué)和生物/生態(tài)技術(shù)三大類。各種技術(shù)具有不同的經(jīng)濟特點和使用條件。因此，客觀、系統(tǒng)地分析各種技術(shù)的適用條件和經(jīng)濟性，具有重要意義。

3.1 物理技術(shù)

3.1.1 調(diào)水

通過改進水庫調(diào)度，可以避免和挽回大壩對自然環(huán)境的潛在危害，恢復(fù)河流已喪失的生態(tài)功能或保持自然徑流模式。但改進后的調(diào)度不宜顯著改變傳統(tǒng)水利工程的功能，即減小原有的灌溉、發(fā)電和防洪效益［5］。另外，通過水利設(shè)施(如閘門、泵站)的調(diào)控引入上游或附近的清潔水源還可改善下游污染河道水質(zhì)，其實質(zhì)是由于清潔水的大幅增加使污染水質(zhì)得到改善，未減少河道的污染物通量(總量)。對于上游或附近具有充足清潔水源、水利設(shè)施較完善的河網(wǎng)地區(qū)，該技術(shù)不失為一種投資少、成本低、見效快的治理方法。

3.1.2 河道曝氣技術(shù)

河道曝氣技術(shù)是根據(jù)河流污染缺氧的特點，人工向水體中連續(xù)或間歇式充入空氣(或純氧)，加速水體復(fù)氧過程，提高水體的溶氧水平，恢復(fù)水體中好氧生物的活力，使水體自凈能力增強，從而改善河流的水質(zhì)狀況［6］。應(yīng)用形式主要有固定式充氧站和移動式充氧平臺兩種。主要應(yīng)用于過渡性措施使用和對付突發(fā)性河道污染使用。該技術(shù)由于設(shè)備簡單、易于操作而被許多國家優(yōu)先選用凈化中小型河流。

3.1.3 底泥疏浚

底泥疏浚是解決河流內(nèi)源污染的重要措施，其主要是通過底泥的疏挖去除底泥中所含的污染物，清除污染水體的內(nèi)源，減少底泥污染物向水體的釋放，主要適用于富營養(yǎng)化河流的治理。應(yīng)用形式有放水作業(yè)和帶水作業(yè)兩種。

3.1.4 河道規(guī)劃

在進行河道規(guī)劃時，要以全局的眼光對整個流域進行整體規(guī)劃。根據(jù)河段的功能需求不同，有針對性地采取治理措施，全方位綜合整治，恢復(fù)和提高河道的綜合功能。由于城市河流完全被人工化，人工與自然比例失調(diào)，破壞了原有的生態(tài)平衡。因此，在保證防洪和排澇安全的前下，河道整治工作還要使河流恢復(fù)其天然形狀。

3.2 化學(xué)技術(shù)

3.2.1 CEPT 技術(shù)

化學(xué)絮凝處理技術(shù)(CEPT)是一種通過投加化學(xué)藥劑(一般為混凝劑)去除水體污染物，改善水質(zhì)的處理技術(shù)，較適用于污染嚴重、較為封閉的地表水體。且由于其除磷效果良好，也適用于富營養(yǎng)化河流［7］。一般通過直接將藥劑投加到水體中或者是將河水用泵提升至建于岸邊的永久(或臨時)構(gòu)筑物中，再投加藥劑進行河水的化學(xué)一級強化處理。

3.2.2 化學(xué)除磷

化學(xué)除磷技術(shù)的主要優(yōu)點是除磷效率高，去除率可達85%以上，并能去除一般方法很難處理的溶解性與膠體性磷鹽，對控制水體富營養(yǎng)化具有積極意義，適用于膠體狀和溶解性無機磷含量較高的封閉或緩流水體。但該法成本較高，同時有二次污染的可能，因此，在飲用水源地應(yīng)禁止使用。

3.3 生物/生態(tài)技術(shù)

3.3.1 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)可分為:1.生物強化技術(shù)，通過向污染水體中接種外源的污染降解菌，利用其喚醒或激活水體中原本存在的、但被抑制而不能發(fā)揮其功效的微生物，并通過它們的迅速增殖，強有力地鉗制有害微生物的生長和活動，從而消除水體有機污染及富營養(yǎng)化，消除水體的黑臭以及硝化底泥［7］。2.生物促進技術(shù)，通過向污染河流投放解毒劑、降解污染物的多種酶、有機酸、微量元素、常量元素、微生素等營養(yǎng)物質(zhì)、電子受體等，減輕環(huán)境中的毒性，對自然界中污染物降解土著微生物起到促生作用，為之創(chuàng)造一個能順利完成其自然降解功能的環(huán)境，強化污染環(huán)境的自凈能力，加速對有機污染物的分解。

3.3.2 人工浮島技術(shù)

人工浮島技術(shù)是利用生態(tài)工學(xué)原理，在受污染河道，用木頭、泡沫等輕質(zhì)材料搭建浮島，以浮島作為載體，在水面上種植高等水生植物，通過植物根部的吸收、吸附作用和物種競爭相克機制，削減富集水體中的氮、磷及有機質(zhì)，從而凈化水質(zhì)，并可創(chuàng)造適宜多種生物生息繁衍的棲息地環(huán)境。該技術(shù)主要適用于富營養(yǎng)化及有機污染的河流，工程量小，維護簡單，處理效果好，避免重復(fù)污染，可實現(xiàn)資源持續(xù)利用。

3.3.3 生物膜技術(shù)

生物膜法是根據(jù)天然河床上附著的生物膜的凈化及過濾作用，人工填充填料或載體，供細菌絮凝生長，形成生物膜。利用濾料和載體比表面積大，附著微生物種類多、數(shù)量大的特點，從而使河流的自凈能力成倍增長。它具有較高的處理效率，對受有機物及氨氮輕度污染水體有明顯的效果，適合于城市中小河流的直接凈化。

3.3.4 生態(tài)混凝土技術(shù)

生態(tài)混凝土技術(shù)是利用1989年日本研制出一種生態(tài)混凝土材料對水體進行凈化。這種材料是一類特種混凝土，其內(nèi)部具有大量的連通孔，依靠大孔混凝土的物理、化學(xué)及生物化學(xué)作用，達到凈水作用［1］。使用這種混凝土建造凈水渠，污水在其中停留一定時間即可去除水中40%～50%的BOD5，長時間停留可去除80% ～90%。

3.3.5 人工濕地技術(shù)

人工濕地一般由人工基質(zhì)和生長在其上的水生植物(如蘆葦、香蒲等)組成，形成基質(zhì) －植物 －微生物生態(tài)系統(tǒng)，利用濕地中填料、水生植物和微生物之間的相互作用，通過一系列物理、化學(xué)及生物過程實現(xiàn)對污水的凈化。

3.3.6 河內(nèi)水生植物栽培技術(shù)

水生植被有利于固持底泥，吸收凈化底泥中的營養(yǎng)物質(zhì)，同時對面源污染物的去除和沉降及抑制藍藻生長也有一定的作用。通?？筛鶕?jù)不同生態(tài)類型水生植物的凈化能力及微生物特點，設(shè)計建造由不同類型微生物組成的人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。

3.3.7 土地處理技術(shù)

土地處理技術(shù)是指利用土壤－微生物－植物系統(tǒng)的陸地生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)控機制和對污染物的綜合凈化功能來凈化被污染的河水，使河水水質(zhì)得到不同程度的改善，同時通過營養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán)，促進綠色植物生長并使其增產(chǎn)實現(xiàn)污染河水的資源化和無害化。

3.3.8 生態(tài)護岸的建設(shè)

生態(tài)護岸是指恢復(fù)自然河岸或具有自然河岸"可滲透性"的人工護岸。生態(tài)護岸在治理水土污染、控制水土流失、加固堤岸、增加動植物種類、提高生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、調(diào)節(jié)微氣候和美化環(huán)境方面都有著巨大作用。其特點是進一步加固堤防，滯洪補枯;修復(fù)水域生態(tài)系統(tǒng);為城市景觀添光增色。生態(tài)護岸可分為3種:①自然原型護岸，只采用種植植被保護河岸、保持自然河岸特性的護岸，但此護岸抵抗洪水的能力較差。②自然型護岸，不但只種植植被，還采用石材、木材等天然材料，增強了護岸抗洪能力。③多自然型護岸，在自然型護岸的基礎(chǔ)上再用混凝土、鋼筋混凝土等材料，確保了護岸抗洪能力。

4 總結(jié)

河流的不合理利用、隨意排放污染物，使河流的生態(tài)功能遭到破壞，水體受到污染。隨著對河流的認識加深，人們已認識到河流的重要性。國外對于河流的生態(tài)修復(fù)早在50年代就開始了，而我國的生態(tài)修復(fù)還處在起步階段。對于我國目前的河流污染嚴重的問題，要結(jié)合我國的實際情況，借鑒國外的技術(shù)，進行對我國河流的治理。

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Overview of Technoloy Study on River Ecosystem Restoration

LI Jin
(Urban and Environmental College，Northwest University，Xi’an 710127，Shannxi)

The river plays a important role for development of the human society，but because of the over－used or free of pollutants discharged into the rivers，which caused to its ecological damage，water pollution. For river management，the traditional sewage treatment，discharged standard and control goal are changed to the water recycling as the core of the“water recycling”. A sample“pollution control”technology develops as“the water ecological restoration and recovery”.The article analyzes and summarizes the concept of river ecological restoration and repair technology.

river;ecological restoration;river Polluted

P641.69

A

1004－1184(2011)06－0060－03

2011－06－21

李晉(1987－)，男，山西太原人，在讀碩士研究生，主攻方向:環(huán)境科學(xué)。