河流生態(tài)修復(fù)淺議

劉尚儉，邱建，安雅敏，蔣佳凌，徐瑞，彭圖恒

(1.重慶工商大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院， 重慶　400067； 2.重慶工商大學(xué)環(huán)境保護(hù)研究所， 重慶　400067)

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河流生態(tài)修復(fù)淺議

劉尚儉1，邱建2，安雅敏1，蔣佳凌1，徐瑞1，彭圖恒1

(1.重慶工商大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院， 重慶400067； 2.重慶工商大學(xué)環(huán)境保護(hù)研究所， 重慶400067)

摘要：隨著我國(guó)城市化和工業(yè)化的不斷發(fā)展，水體的功能和作用也逐漸發(fā)生著變化，其中河流污染變得日益嚴(yán)重，對(duì)河流旁的居民健康及生活帶來(lái)了危害，也對(duì)我國(guó)的社會(huì)發(fā)展起到了制約作用。如何治理河流污染、修復(fù)退化的水生生態(tài)系統(tǒng)、改善水體環(huán)境，變得日益重要。針對(duì)這些現(xiàn)象，本文主要介紹河流生態(tài)修復(fù)的定義及原則，以及國(guó)內(nèi)河流的污染現(xiàn)狀。從當(dāng)今國(guó)內(nèi)外對(duì)河流生態(tài)修復(fù)研究現(xiàn)狀出發(fā)，介紹主要的河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)以及對(duì)將來(lái)河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)的展望。

關(guān)鍵詞：河流生態(tài)修復(fù)；修復(fù)技術(shù)；修復(fù)原則

隨著我國(guó)城市化和工業(yè)化的不斷發(fā)展，我國(guó)河流水體的功能和作用也在不斷發(fā)生著變化。目前，我國(guó)大部分城市和地區(qū)的淡水資源已經(jīng)受到了污染物的污染，水質(zhì)不斷惡化，這不但對(duì)淡水資源的供給產(chǎn)生了很深的直接影響，而且對(duì)于農(nóng)業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)及河流旁居民的健康狀況帶來(lái)了危害，也嚴(yán)重地制約著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展[1-2]。如何有效治理日趨惡化的水環(huán)境，修復(fù)退化或受損的水生生態(tài)系統(tǒng)，是改善水體環(huán)境、提高區(qū)域生產(chǎn)力、實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[3]。

1河流生態(tài)修復(fù)的定義與原則

1.1　河流生態(tài)修復(fù)的定義

河流生態(tài)修復(fù)是指利用生態(tài)系統(tǒng)原理，采取各種方法修復(fù)受損的水體系統(tǒng)的生物群體及結(jié)構(gòu)，重建健康的水生生態(tài)系統(tǒng)，修復(fù)和強(qiáng)化水體生態(tài)系統(tǒng)的主要功能，并能使生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體協(xié)調(diào)、自我維持、自我演替的良性循環(huán)[4]。美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)將河流生態(tài)修復(fù)定義為一種促使河流系統(tǒng)恢復(fù)到具有可持續(xù)特征的較為自然狀態(tài)，并可提高生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值和生物多樣性的環(huán)境保護(hù)行動(dòng)[5]。

20世紀(jì)80年代，德國(guó)、瑞士等國(guó)家提出了“重新自然化”概念，將河流修復(fù)到接近自然的程度，而英國(guó)在修復(fù)河流時(shí)強(qiáng)調(diào)“近自然化”時(shí)，同時(shí)優(yōu)先考慮河流的生態(tài)功能[6]。

1.2　河流生態(tài)修復(fù)的基本原則

河流生態(tài)修復(fù)的基本原則一般包括自然原則、社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)原則、美學(xué)原則3個(gè)主要方面。自然原則是生態(tài)恢復(fù)與重建的基本原則，只有遵循自然規(guī)律的恢復(fù)和重建才是真正的恢復(fù)與重建，否則只會(huì)事倍功半；社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)原則是生態(tài)恢復(fù)與重建的后盾和支柱，在一定程度上制約著生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建的可能性，水平與深度；美學(xué)原則是指退化的生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建應(yīng)給人以美的享受。此外還包括以下指導(dǎo)性原則：(1)地域性原則；(2)生態(tài)學(xué)與系統(tǒng)性原則；(3)最小風(fēng)險(xiǎn)原則和效益最大原則[7]。

2我國(guó)河流污染現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)水環(huán)境污染十分嚴(yán)重，尤其對(duì)于江河湖泊普遍遭到污染，而且呈現(xiàn)出更加嚴(yán)重的趨勢(shì)。水利部對(duì)全國(guó)700余條河流約10萬(wàn)km河展開(kāi)的水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果表明：其中受污染的水質(zhì)不能用于灌溉(即劣于Ⅴ類(lèi))的河段約占10.6%，已經(jīng)喪失了使用價(jià)值；受到污染(相當(dāng)于Ⅳ，Ⅴ類(lèi))的河段約占46.5%[8]。

城市河流污染形勢(shì)也較嚴(yán)重：如開(kāi)封市由于工業(yè)廢水處理率低，工廠排放的廢水達(dá)標(biāo)率也低，僅占總量的12.6%，絕大部分廢水未經(jīng)處理直接排放到附近的河道中。開(kāi)封市西北工業(yè)區(qū)及隴海以北的工業(yè)廢水，大部分排入黃汴河；西工業(yè)區(qū)的廢水排入東護(hù)城河，造成了河流水的嚴(yán)重污染[9]。鄧春光等[10]表明，三峽庫(kù)區(qū)每條次級(jí)河流回水區(qū)每年都會(huì)發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，并且隨著靠近壩首，富營(yíng)養(yǎng)化有加重趨勢(shì)。劉光德等[11]研究發(fā)現(xiàn)，三峽庫(kù)區(qū)土壤重金屬Cd、As 含量增加明顯，同時(shí)，楊官仁[12]的研究表明，Hg、Cr、Cu、Pb 等在三峽庫(kù)區(qū)將累積增加。

從上述分析可以看出，河流的治理是刻不容緩的。

3河流生態(tài)修復(fù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

3.1　國(guó)外研究進(jìn)展

歐洲、美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，自20世紀(jì)60年代就已認(rèn)識(shí)到河流生態(tài)環(huán)境面臨的諸多問(wèn)題，積極開(kāi)展生態(tài)修復(fù)的相關(guān)研究與實(shí)際活動(dòng)。至今，經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，河流生態(tài)修復(fù)現(xiàn)狀調(diào)查、科研、實(shí)踐活動(dòng)開(kāi)展的較多，研究比較深入[13]。河流生態(tài)修復(fù)是一項(xiàng)清潔環(huán)境的低投資高效益便于運(yùn)行發(fā)展?jié)摿^大的技術(shù)，日本、美國(guó)等國(guó)家已廣泛用于工程實(shí)踐[1，14-15]。美國(guó)開(kāi)展了對(duì)Kissimmee河、Mississipp河以及Missouri河均進(jìn)行了生態(tài)修復(fù)工程；歐洲的“萊茵河行動(dòng)計(jì)劃”，并在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)了“萊茵河2020計(jì)劃”。

Pabst強(qiáng)調(diào)溪流的自然特性要依靠自然力去恢復(fù)。KernK等[16]研究了河道生態(tài)修復(fù)途徑,建議改變傳統(tǒng)水利工程的結(jié)構(gòu)形式，減緩人類(lèi)活動(dòng)對(duì)天然生態(tài)系統(tǒng)的影響。Bemhardt 等[17]從修復(fù)的范圍上解釋了河流生態(tài)修復(fù)不光包括河道本身，還應(yīng)擴(kuò)展到河漫灘乃至流域。Miseki和Takazawa[18]借鑒景觀生態(tài)學(xué)的等級(jí)思想，分別以河岸帶與流域2個(gè)尺度開(kāi)展研究，并提出了與各自尺度相對(duì)應(yīng)的群落組織和景觀組織水平的修復(fù)措施。Ludwing和Bezirksamt[19]針對(duì)Hamburg河直線化嚴(yán)重、生物多樣性消失的現(xiàn)狀，采用非政府組織、公眾參與的方式，對(duì)該河中鮭魚(yú)的生活習(xí)性進(jìn)行了研究，以期通過(guò)改善其生活條件來(lái)到達(dá)修復(fù)河流生態(tài)的目的。Chick等[20]對(duì)密西西比河上游魚(yú)類(lèi)的時(shí)空分布進(jìn)行了研究，得出了魚(yú)類(lèi)空間分布與河流的透明度、水溫、流速和植物繁茂度有關(guān)。

3.2　國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)在河流生態(tài)修復(fù)方面的研究起步較晚，早期的研究中主要注意到了河流生態(tài)系統(tǒng)某個(gè)方面和基于水污染治理的角度。近年來(lái)，河流生態(tài)修復(fù)的研究和應(yīng)用推廣十分火熱。鄭天柱等[21]應(yīng)用生態(tài)工程學(xué)理論，探討河道生態(tài)恢復(fù)機(jī)理,指出滿(mǎn)足河流生態(tài)需水量是缺水地區(qū)恢復(fù)河流生態(tài)的關(guān)鍵。楊海軍等[22]也提出退化水岸帶生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的主要內(nèi)容應(yīng)包括適于生物生存的生境綴塊構(gòu)建研究、適于生物生存的生態(tài)修復(fù)材料研究以及水岸生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程中組織機(jī)理研究。針對(duì)各國(guó)學(xué)者對(duì)河流生態(tài)恢復(fù)目標(biāo)有不同的見(jiàn)解和定義，根據(jù)我國(guó)的國(guó)情，董哲仁[23]提出在研究和實(shí)施河流生態(tài)恢復(fù)時(shí)，要立足河流生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀,積極創(chuàng)造條件，發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)功能，使河流廊道生態(tài)系統(tǒng)逐步得到恢復(fù)。陳慶偉等[24]分析了筑壩對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響及水庫(kù)生態(tài)調(diào)度。

從國(guó)內(nèi)外河流生態(tài)修復(fù)的研究看，對(duì)河流的生態(tài)修復(fù)已經(jīng)得到了認(rèn)同。對(duì)于河流生態(tài)修復(fù)是對(duì)于水體本身和河岸帶生態(tài)恢復(fù)綜合作用的結(jié)果。對(duì)于我國(guó)河流生態(tài)修復(fù)的首要任務(wù)還是要遏制河流流域生態(tài)系統(tǒng)退化的水污染[25]。

4河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)

4.1　調(diào)水

通過(guò)改進(jìn)水庫(kù)調(diào)度，來(lái)改變水體水質(zhì)，恢復(fù)河流喪失的生態(tài)功能和保持自然徑流模式。另外，也可以通過(guò)水利設(shè)施的調(diào)控引入上游的清潔水改善下游污染河道的水質(zhì)，減少河道的污染總量。該技術(shù)也是一種投資少、成本低、見(jiàn)效快的治理方法，如已開(kāi)展的引江濟(jì)太、引江濟(jì)巢、引黃濟(jì)津濟(jì)淀等一系列生態(tài)調(diào)水工程。但是，調(diào)水不能從根本上削減污染物總量，長(zhǎng)期調(diào)水還可能會(huì)導(dǎo)致其他流域水資源緊缺。

4.2　河道曝氣

當(dāng)河流水體受到有機(jī)物污染時(shí)，就會(huì)消耗水體中的溶解氧，有機(jī)物的分解就會(huì)從有氧分解轉(zhuǎn)換到無(wú)氧分解，生成H2S、NH3和FeS等致黑致臭物質(zhì)，從而引起自然水體發(fā)生黑臭現(xiàn)象[26]?；谶@種情況，可以人工向水體中連續(xù)或間歇式充入空氣(或純氧)，加速水體復(fù)氧過(guò)程，提高水體的溶解氧，使得恢復(fù)水體中好氧生物的活力，改善水體的自?xún)裟芰ΑＴ摷夹g(shù)主要應(yīng)用于過(guò)渡性措施使用和對(duì)付突發(fā)性河道污染使用。

4.3　水生植物修復(fù)技術(shù)

水生植物對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)具有吸收分解作用，對(duì)于重金屬等污染物質(zhì)具有一定的吸附凈化作用，同時(shí)水生植物的光合作用能夠增加水體中的溶解氧。水生植物具有經(jīng)濟(jì)性好、能源消耗小、管理費(fèi)用低、可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)，在很多受污染河道治理中已有較多的應(yīng)用。

4.4　底泥疏浚

氮和磷是水生生物系統(tǒng)中重要的營(yíng)養(yǎng)限制因子，來(lái)自?xún)?nèi)源釋放的氮和磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)上覆水營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的貢獻(xiàn)率可以達(dá)到甚至超過(guò)外源污染的貢獻(xiàn)率[27]。底泥疏?？梢詫⒏缓瑺I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的底泥從水體中永久去除，能夠控制內(nèi)源污染物的釋放或減少污染物生物有效性，因而被認(rèn)為是河流湖泊治理中的重要工程措施而被廣泛應(yīng)用[28]。如在我國(guó)太湖，西湖以及廣州等地均有實(shí)際應(yīng)用，并且取得了很多寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

4.5　生態(tài)護(hù)岸技術(shù)

生態(tài)護(hù)岸是結(jié)合治水工程與生態(tài)環(huán)境保護(hù)而興起的一種新型護(hù)岸技術(shù)，在治理水土流失、水土污染、加固堤岸、增加動(dòng)植物種類(lèi)、調(diào)節(jié)微氣候和美化環(huán)境方面都有著巨大作用[29]。主要包括植被護(hù)岸、木材護(hù)岸和石材護(hù)岸三種類(lèi)型?；谶@些理論研究，開(kāi)展了生態(tài)修復(fù)示范工程建設(shè)，包括浙江省海寧市辛江塘河道整治工程、深圳市田下河和觀瀾河生態(tài)修復(fù)工程、重慶市苦溪河生態(tài)修復(fù)工程，通過(guò)這些工程示范發(fā)展和完善了河流生態(tài)修復(fù)的理論和技術(shù)方法，同時(shí)也取得了可觀的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

4.6　人工濕地技術(shù)

人工濕地是生態(tài)修復(fù)污水的重要技術(shù)之一，其基本原理是利用濕地水體中的微生物和濕地植物降解、吸收和截流污水中的污染物，從而達(dá)到修復(fù)污水的目的[30]。人工濕地技術(shù)的不足在于當(dāng)進(jìn)水懸浮性污染物及有機(jī)物濃度過(guò)高時(shí)容易產(chǎn)生堵塞和嚴(yán)重厭氧化而造成植物根系腐爛最終死亡。

5結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，河流生態(tài)修復(fù)作為我國(guó)一種新技術(shù)，仍處在起步和技術(shù)研究階段。在整治工作中對(duì)于景觀建設(shè)，生態(tài)系統(tǒng)棲息和傳統(tǒng)水利結(jié)合還不完善。在今后的研究中，需要將河流生態(tài)修復(fù)工作與水利工程規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行過(guò)程和生態(tài)學(xué)相關(guān)學(xué)科相結(jié)合，通過(guò)大量資料和長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，掌握相關(guān)的生態(tài)因子變換規(guī)律；通過(guò)不斷的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，可以了解生態(tài)修復(fù)后的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，吸取經(jīng)驗(yàn)，為以后的河流生態(tài)修復(fù)進(jìn)行指導(dǎo)，形成生態(tài)修復(fù)的完整指標(biāo)體系，以便準(zhǔn)確把握河流生態(tài)修復(fù)問(wèn)題。

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Ecological Restroration of Rivers

LIU Shang-jian1, QIU Jian2, AN Ya-min1, JIANG Jia-ling1, XU Rui, PENG Tu-heng1

(1.School of Environmental and Biological Engineering of Chongqing T&B university, Chongqing 400067, China;

2.Environmental Protection of the Institute of Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400067, China)

Abstract:With the continuous development of urbanization and industrialization in our country, the function and role of water is gradually changing.The river pollution has become increasingly serious,which brings harm to residents' health and life bdside the river,also play a restricted role to our country’s social development.How to control river pollution, repair the degeneration of aquatic ecosystem,improve water environment, are becoming increasingly important.In view of these phenomena. This paper mainly introduces the definition and principles of river ecological restoration, and the domestic current situation of the pollution of rivers. From today on river ecological restoration research current situation at home and abroad, this paper introduces the main technology of river ecological restoration and river ecological restoration technology outlook about the future.

Key words:river ceological restoration; restoration techniques; restoration principle

作者簡(jiǎn)介：劉尚儉(1988—)，男，甘肅人，碩士研究生，主要從事水污染控制規(guī)劃與技術(shù)、河流生態(tài)修復(fù)等方面的研究，E-mail： 15123338181@qq.com

收稿日期：2014-04-28

中圖分類(lèi)號(hào)：X52

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6444(2015)01-0082-04

DOI:10.14068/j.ceia.2015.01.021