城市河道生態(tài)整治技術(shù)研究進(jìn)展

田 軍，張春敏，金竹靜，楊逢樂

(云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650034)

城市河道生態(tài)整治技術(shù)研究進(jìn)展

田 軍，張春敏，金竹靜，楊逢樂

(云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650034)

河流是城市建設(shè)發(fā)展的重要因素，由于城市的過快發(fā)展，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)受損。介紹了河道的水環(huán)境修復(fù)技術(shù)和河道生態(tài)整治工程，可根據(jù)城市河道的特點(diǎn)，因地制宜地選擇各項(xiàng)技術(shù)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行修復(fù)。

城市河道；水環(huán)境修復(fù)；生態(tài)工程

城市河道是城市生存與發(fā)展必不可少的要素，在城市及周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)中有著十分重要的地位[1]。由于當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)及城市建設(shè)的迅速發(fā)展，城市河道被過度開發(fā)利用，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)了不同程度的衰弱和退化。河岸出現(xiàn)了渠化、硬化的現(xiàn)象，河流水體出現(xiàn)水質(zhì)惡化、河濱帶消失、生物多樣性減少、棲息地萎縮等問題[2]。怎樣修復(fù)受損的河流生態(tài)系統(tǒng)，重現(xiàn)河流的健康狀態(tài)，并能夠滿足城市區(qū)域的景觀需求，是目前城市河流治理中急需解決的問題。

由于我國(guó)城市河道多數(shù)位于已建成的城區(qū)內(nèi)，這些區(qū)域空間擁擠、人口居住密度較高，河道進(jìn)行工程化整治的難度較大。本文根據(jù)對(duì)河道結(jié)構(gòu)整改力度的不同，介紹城市河道水環(huán)境修復(fù)技術(shù)和城市河道生態(tài)整治工程。水環(huán)境修復(fù)技術(shù)是在不改變河道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用一系列的修復(fù)方法來改善河水水質(zhì)，該方法適用于無法進(jìn)行工程化整治的城市河道。生態(tài)整治工程是對(duì)三面光、硬質(zhì)化的河道進(jìn)行生態(tài)化改造，使得河流生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)健康。

1 城市河道水環(huán)境修復(fù)技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于城市河道的水環(huán)境修復(fù)技術(shù)，主要可以分為三大類，包括：物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)。

物理修復(fù)技術(shù)在河道治理中使用較多的是機(jī)械除藻、底泥疏浚、調(diào)水稀釋等技術(shù)。機(jī)械除藻是人工操作機(jī)械設(shè)備將河道中出現(xiàn)的大量藻類打撈，通過藻類的清除修復(fù)水體環(huán)境的技術(shù)方法。此后，在機(jī)械除藻技術(shù)的基礎(chǔ)上又發(fā)展出臭氧/超聲波除藻技術(shù)，可以更高效地清除水體中的藻類。屠清瑛等[3]在北京什剎海后海運(yùn)用臭氧/超聲波技術(shù)進(jìn)行實(shí)地研究，結(jié)果顯示該技術(shù)對(duì)藻類的去除率高達(dá)80%，并且處理過程中總磷也有很好的凈化效果。底泥疏浚法[4]能快速清除河道中的內(nèi)源污染物，并且由于該方法易于操作，通常在受污染較為嚴(yán)重的河流修復(fù)中運(yùn)用較多。底泥疏浚技術(shù)是目前我國(guó)中小河道內(nèi)源負(fù)荷削減最常用的治理措施之一，南明河、蘇州河的治理均用到此技術(shù)，也取得了較好的治理效果。此外，城市河道還可以采用一定規(guī)模的環(huán)境調(diào)水進(jìn)行水體污染治理。該方法一般是在特定區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行，從流域外引入清潔水源，通過增加河道流量的方式?jīng)_走河道淤積的底泥，并將河水中污染物的濃度稀釋，從而達(dá)到降低污染物濃度、改善河流生態(tài)環(huán)境、修復(fù)河道的目的[5]。韓國(guó)清溪川生態(tài)修復(fù)工程[6]就是通過外流域大規(guī)模調(diào)水，來實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)修復(fù)的一個(gè)成功案例。

物理修復(fù)方法的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、見效顯著，但是往往使用過程中投資大、工程量大，并且在治理過程中，河流中的污染物僅僅是發(fā)生轉(zhuǎn)移，而未從根本上減少。所以該方法治標(biāo)不治本，不是最理想的修復(fù)方法。

化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要包括：復(fù)氧曝氣、化學(xué)絮凝等。河道復(fù)氧曝氣技術(shù)是采用人工方式將空氣或純氧氣充入河水中，通過增加水體中溶解氧的含量來恢復(fù)和增強(qiáng)好氧微生物的活力，強(qiáng)化后的微生物可以凈化水體中的污染物質(zhì)，從而改善河流的水質(zhì)環(huán)境[7]。河道復(fù)氧曝氣一般采用兩種方式，固定式充氧站和移動(dòng)式充氧平臺(tái)[8]。采用純氧曝氣技術(shù)對(duì)污染嚴(yán)重的蘇州河支流新涇港下游進(jìn)行治理，結(jié)果顯示黑臭水體中的COD濃度有明顯降低[9]?；瘜W(xué)絮凝技術(shù)是投入化學(xué)藥劑(一般為混凝劑)來去除水體中污染物，常用的試劑有：硫酸亞鐵、硫酸鋁、氯化亞鐵、堿式氯化鋁、明礬、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺等。絮凝沉淀常用于對(duì)受污染河流的內(nèi)源負(fù)荷進(jìn)行控制，特別是河流底泥的磷釋放凈化效果較為顯著[10]。許春華等[11]在淄博市豬龍河和白家河進(jìn)行水環(huán)境治理過程中采用APAM、CPAM絮凝劑，結(jié)果顯示總磷的去除率達(dá)80%以上，水體凈化效果顯著。

化學(xué)修復(fù)技術(shù)雖然比物理修復(fù)技術(shù)更快速，操作更簡(jiǎn)便，效果更好，但是大量投入藥劑會(huì)對(duì)河流中的其它生物構(gòu)成危害，造成二次污染。因此該方法常用于處理突發(fā)性水污染，僅僅只能作為一種輔助的河流治理手段。

生物修復(fù)技術(shù)是利用各種生物的生長(zhǎng)特性，對(duì)河流中有毒有害物質(zhì)進(jìn)行吸收、降解、轉(zhuǎn)化的治理方法。按照生物修復(fù)技術(shù)在河流治理中主要采用的生物種類，可分為微生物修復(fù)和水生植物修復(fù)。微生物主要通過氧化還原作用、硝化反硝化作用等對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行分解。微生物在生態(tài)系統(tǒng)中作用是分解者，不僅可以對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)化，還可以降低某些重金屬污染的毒性，該作用也是河流生物修復(fù)技術(shù)的核心所在。目前，常用的生物修復(fù)措施包括：菌種和營(yíng)養(yǎng)物投放、污染物的可利用性提高、生物操縱等[12]。菌種投放可以是外環(huán)境的高效菌種，也可以是從本水體環(huán)境中富集的土著微生物，一般來說外源菌具有強(qiáng)大的降解功能，可以增強(qiáng)水體自凈能力[13]。曾宇等[14]在滇池草海、魚塘和大觀河進(jìn)行光合細(xì)菌水體凈化效果試驗(yàn)，結(jié)果顯示該菌種對(duì)大觀河的治理效果明顯。投加微生物生長(zhǎng)缺乏的營(yíng)養(yǎng)物，也可以使其大量繁殖，增強(qiáng)水體的凈化效果。唐玉斌等[15]采用美國(guó)EIT公司生產(chǎn)的生物促生劑，在上海植物園的景觀水體進(jìn)行了修復(fù)試驗(yàn)研究，水體凈化效果顯著。水生植物修復(fù)技術(shù)[16]是利用高等水生植物及其根際微生物的共同作用凈化水體中的污染物。研究表明水生植物能夠削減水體中的重金屬和氮磷等污染物，水麻、一年蓬能高效吸收重金屬鎘；水芹菜、馬尾草能吸收水體中N、P；金魚藻、眼子菜可向水體中釋放化感物質(zhì)抑制藻類的大量繁殖[17]。

生物修復(fù)技術(shù)利用微生物和水生植物對(duì)水中污染物進(jìn)行處理，使得河流水環(huán)境得到改善。該方法具有治理效果好、工程造價(jià)相對(duì)較低、不需要過多能耗、運(yùn)行成本較低、不產(chǎn)生二次污染、并且還可以與城市景觀相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，是目前城市河道治理中廣泛應(yīng)用的修復(fù)技術(shù)。

河道水環(huán)境修復(fù)技術(shù)對(duì)于已建成的城市河道來說，是河流水環(huán)境改善的主要方法。城市河道空間有限，難以對(duì)其重新進(jìn)行生態(tài)化建設(shè)，因此在不破壞河道原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用一系列的生態(tài)修復(fù)技術(shù)可以使得受損的河流水體生態(tài)系統(tǒng)得到恢復(fù)。

2 城市河道生態(tài)整治工程

對(duì)于有條件進(jìn)行工程化改造的城市河道，可以采用生態(tài)工程技術(shù)，改善原有只注重河道防洪安全的建設(shè)思路，摒棄裁彎取直、直立漿砌石河岸的工程理念，以河道生態(tài)構(gòu)建為主，兼顧河岸景觀功能開展河道生態(tài)整治工程。

河岸帶是陸地和水體兩大類生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系紐帶，是河流健康生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要部分。在對(duì)城市河道進(jìn)行生態(tài)整治時(shí)，首先需要確保河道防洪功能和行洪安全，在此基礎(chǔ)上采用生態(tài)護(hù)岸工程來修復(fù)河流的健康生態(tài)系統(tǒng)。目前對(duì)河岸帶的定義尚未有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同學(xué)科的界定范圍不同。廣義河岸帶是指靠近河邊植物群落包括其組成、植物種類多度及土壤濕度等高低植被明顯不同的地帶；狹義河岸帶是指河水—陸地交界處的區(qū)域，直至河水影響消失為止的地帶[18]。本文中的城市河岸帶是根據(jù)狹義定義，指城市河道受河水影響的區(qū)域及其近岸綠化空間，其主要功能有廊道、緩沖帶和護(hù)岸三大類[19]。城市化區(qū)域的河道中河岸帶護(hù)岸工程由人工建設(shè)，處于水陸交界的第一線，對(duì)河流生態(tài)功能的修復(fù)起著重要作用[20]。因此，城市河道的生態(tài)整治工程中，為了恢復(fù)城市河道的生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)，對(duì)河岸進(jìn)行生態(tài)整治具有重要的意義。

建設(shè)生態(tài)岸帶一般可分為自然原型岸帶、半自然岸帶和人工自然型岸帶。自然原型岸帶一般是用植被來護(hù)岸，利用植物的發(fā)達(dá)根系來穩(wěn)固堤岸，既可保持堤岸的自然特性，又能抗洪、保護(hù)河堤。自然原型岸帶一般多出現(xiàn)在鄉(xiāng)村河流，城市河道空間有限，很少采用這種方式[21]。半自然岸帶在植被種植的基礎(chǔ)上，還采用了石材、木材等天然材料，以增強(qiáng)堤岸穩(wěn)固和抗洪能力[22]。人工自然型岸帶使用了鋼筋混凝土等強(qiáng)度較大的工程材料，使得岸帶具有較大的抗洪能力。此外，河岸的水生植物能夠在縫隙中正常生長(zhǎng)。城市河道岸帶的空間較小進(jìn)行生態(tài)整治，最適宜采用人工自然型岸帶形式。在城市河岸生態(tài)整治工程中常用的幾種技術(shù)是：植草護(hù)岸技術(shù)、網(wǎng)墊護(hù)岸技術(shù)、生態(tài)混凝土護(hù)岸技術(shù)。

植草護(hù)岸技術(shù)，是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)方法，該方法施工簡(jiǎn)單、使用成本低廉。選用根系發(fā)達(dá)的植物在河道岸帶進(jìn)行種植，既可以穩(wěn)固堤岸防止水土流失，又可以滿足生態(tài)環(huán)境的需要，還能夠兼顧城市景觀。在吉林省用當(dāng)?shù)氐呐Ｃ?、翦股穎等8 種草本植物作為護(hù)坡植物，河柳等作為迎水面坡腳防浪林的護(hù)坡植物，采用此植物搭配對(duì)河道岸坡進(jìn)行生態(tài)修復(fù)有良好的效果[23-24]。

網(wǎng)墊護(hù)岸技術(shù)，是通過人工添加的方式在河岸設(shè)置網(wǎng)格，并在網(wǎng)格內(nèi)種植適宜生長(zhǎng)的植物，以此方式進(jìn)行河道岸帶的生態(tài)改造。這種護(hù)岸技術(shù)是通過植物的搭配在河岸帶構(gòu)建一個(gè)復(fù)雜的活性防護(hù)體系，通過多層次植物生長(zhǎng)對(duì)河岸帶進(jìn)行加固的一種生態(tài)修復(fù)技術(shù)。本技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：適應(yīng)性較好，特別是在汛期，不會(huì)因河水水位的上漲而遭到破壞；實(shí)用性強(qiáng)，可應(yīng)用于多種結(jié)構(gòu)形式的堤岸[25]。在河岸中使用網(wǎng)墊護(hù)岸技術(shù)，岸帶的穩(wěn)固程度會(huì)隨著植被覆蓋率和長(zhǎng)勢(shì)的提高隨之提高。有研究顯示，河岸植物生長(zhǎng)旺盛時(shí)，能抵抗沖刷的徑流流速達(dá)6m/s，是普通草皮的2倍多；河岸植被覆蓋率30%以上，只可以承受小雨的沖刷；當(dāng)覆蓋率達(dá)80%以上，能夠承受暴雨的沖刷[26]。

生態(tài)混凝土護(hù)岸技術(shù)，是采用特殊工藝生產(chǎn)的具有連續(xù)孔隙的混凝土進(jìn)行河岸建設(shè)。該護(hù)岸具有一定的強(qiáng)度又有透水性和透氣性，可以抵抗較大的沖刷，能滿足河岸植物生長(zhǎng)和水中生物棲息的需要，其優(yōu)點(diǎn)是可以凈化水質(zhì)環(huán)境、改善河道景觀并且修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)混凝土主要分為環(huán)境友好型和生物相容型兩類。環(huán)境友好型是指在生產(chǎn)、使用、直至解體全過程中，可以降低環(huán)境負(fù)荷的混凝土。生物相容型指能與動(dòng)物、植物共存，對(duì)生態(tài)平衡協(xié)調(diào)、河道景觀美化、實(shí)現(xiàn)人類與自然協(xié)調(diào)具有積極作用的混凝土。環(huán)境友好型生態(tài)混凝土通常應(yīng)用于改善河道綠化環(huán)境，如植生型生態(tài)混凝土；生物相容型混凝土的應(yīng)用，則更加注重于水質(zhì)的改善。生態(tài)混凝土是因其空隙多，內(nèi)部和外部生長(zhǎng)的微生物、小動(dòng)物和藻類可以有效地促進(jìn)水質(zhì)的自然凈化[27]。將生態(tài)混凝土應(yīng)用于城市河道的岸帶建設(shè)中，既可以滿足河岸的安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，又有利于河道生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。研究和實(shí)地應(yīng)用結(jié)果顯示，紫羊毛、無芒雀麥不僅能夠很好地生長(zhǎng)在生態(tài)混凝土上，還表現(xiàn)出了較好的耐堿性和耐旱性[28]。

3 結(jié)論與展望

城市河道整治初期太過于注重水利安全，為了滿足泄洪、排澇等要求，曾過多地使用混凝土等硬質(zhì)材料導(dǎo)致水陸空間阻斷。隨著人們的生態(tài)環(huán)保意識(shí)不斷提高，對(duì)城市河道水環(huán)境的要求也越來越高，不僅僅是景觀美化，還需要有親水空間和健康的河流生態(tài)環(huán)境。因此，今后對(duì)城市河道的治理或開發(fā)過程中，不能在破壞河流生態(tài)環(huán)境的前提下進(jìn)行，要避免先破壞后修復(fù)的整治模式。為了對(duì)已經(jīng)受損的河流生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)，可因地制宜地選用河流水環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)和河道生態(tài)整治工程。

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Advance of Urban River Ecological Remediation Technology

TIAN Jun, ZHANG Chun-min, JIN Zhu-jing, YANG Feng-le

(Yunnan Institute of Environmental Science, Kunming Yunnan 650034, China)

Rivers play an important role in the city’s development. However, the river ecosystem was damaged due to the rapid development of city. In this paper, river aquatic environment restoration technology and river ecological engineering were introduced. According to the environmental characteristics of urban rivers, the suitable and effective technology to repair river ecosystem health could be selected.

urban river; aquatic environment restoration; ecological engineering

2016-12-22

國(guó)家“十二五”重大水專項(xiàng)課題(2012ZX07102002)。

X171

A

1673-9655(2017)03-0038-04