上海市中小河道生態(tài)治理集成技術(shù)應(yīng)用研究

徐后濤++趙風(fēng)斌++鄭小燕++王麗卿++孔皓

摘要：指出了河道生態(tài)治理集成技術(shù)包括污染源控制技術(shù)、生境條件改造技術(shù)、生物強(qiáng)化技術(shù)等。根據(jù)上海市河道的特點(diǎn)，提出了不同類型河道生態(tài)治理的重點(diǎn)：中心城區(qū)和郊區(qū)城鎮(zhèn)區(qū)河道形態(tài)宜遵循河道現(xiàn)有形態(tài)布局，生態(tài)治理重點(diǎn)放在河道內(nèi)部的微地形構(gòu)建、護(hù)岸改造、水質(zhì)凈化及生態(tài)綠化；新城新鎮(zhèn)和大型居住區(qū)河道治理重點(diǎn)宜放在河道生境多樣性的營造、水質(zhì)凈化、水生動植物的恢復(fù)及生態(tài)景觀營造；農(nóng)村河道生態(tài)治理重點(diǎn)宜放在生境多樣性的保護(hù)及營造、水生動植物的恢復(fù)及生態(tài)綠化。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合上海市河道生態(tài)治理的效果，總結(jié)了適合上海市不同類型河道生態(tài)治理的組合技術(shù)。

關(guān)鍵詞：中小河道； 生態(tài)治理；生境；上海

中圖分類號：X826

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）16002204

1引言

上?？焖俚某鞘谢M(jìn)程對河網(wǎng)的影響較大，區(qū)域水系的破壞程度較為嚴(yán)重，城市河流的自然生態(tài)環(huán)境功能部分喪失。在這一背景下，上海市政府大力推進(jìn)河道綜合整治項(xiàng)目。河道水環(huán)境綜合治理包括了清淤、護(hù)岸、截污、景觀建設(shè)等內(nèi)容，對河道的護(hù)岸形式如何滿足生態(tài)要求也有了一定研究?；谀壳俺鞘泻拥乐卫砑夹g(shù)眾多但缺乏體系的實(shí)際狀況，特別是隨著中國建設(shè)海綿城市及消除黑臭河道工程的不斷推進(jìn)，迫切需要梳理在河道生態(tài)治理中成熟的技術(shù)，形成共性技術(shù)體系。研究在對上海市及周邊省市河道治理和效果調(diào)查的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)梳理上海市及周邊省市河道生態(tài)治理的技術(shù)應(yīng)用情況，并在查閱大量國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建適合上海市河道生態(tài)治理的集成技術(shù)體系，以期為以后上海市河道生態(tài)治理過程中關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提供服務(wù)和參考。

2上海市中小河道的特征

（1）水動力條件差，往復(fù)流。上海屬于地勢低的感潮型平原河網(wǎng)地區(qū)，水流緩慢，流向不定，水體自凈能力弱，河道水體循環(huán)受水閘、水道等人工控制，具有很大程度的人為性[1]。

（2）易受臺風(fēng)影響。上海夏秋季易受臺風(fēng)、熱帶風(fēng)暴等襲擊，并常常伴有暴雨及風(fēng)浪，形成澇災(zāi)，給人民生命財產(chǎn)造成損失[2，3]。

（3）城市化特征明顯。上海是高度城市化的特大型城市，“雨島效應(yīng)”明顯[4]，城市下墊面多以硬化為主，植被截留、滲水區(qū)域較少。

（4）人為污染較為嚴(yán)重。上海污水排放量為21.17×108 m3/年，其中工業(yè)占49.4%，居民生活及企事業(yè)占49.7%。進(jìn)污水廠處理僅占9.7%，59.3%的污水未經(jīng)處理，直接排入河道，是河道污染的主要原因[5]。

（5）水系存在萎縮現(xiàn)象。由于歷史原因，與水爭地，盲目填河，原有的自然水系遭到破壞， 加之水體遭到污染，越填越差，形成惡性循環(huán)。

3河道生態(tài)治理的概念

河道生態(tài)治理是在傳統(tǒng)河道整治過程中加入生態(tài)學(xué)原理，在遵循自然規(guī)律的前提下，利用生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)能力，通過減輕或消除人為干擾壓力，輔以適當(dāng)?shù)娜斯ひ龑?dǎo)措施，協(xié)助退化的、受損的、被破壞的生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)到接近于它受干擾前的自然狀況，或使生態(tài)系統(tǒng)向良性循環(huán)方向發(fā)展的操作及管理過程[6， 7]。

4河道生態(tài)治理技術(shù)思路

河道生態(tài)治理首先開展資料收集、現(xiàn)狀調(diào)查，分析相關(guān)規(guī)劃對工程河道建設(shè)的要求，對河道的水文情勢、水工構(gòu)筑物及引排水、防洪調(diào)度、污染源、水質(zhì)、水生態(tài)、底質(zhì)及陸域植物群落等現(xiàn)狀及歷史資料進(jìn)行調(diào)查，診斷河道存在的問題。綜合工程河道的特點(diǎn)、現(xiàn)狀調(diào)查分析成果及相關(guān)規(guī)劃等，確定河道生態(tài)治理的具體目標(biāo)，并明確工程的建設(shè)任務(wù)。根據(jù)工程河道不同河段的特點(diǎn)及問題，進(jìn)行分段治理，確定不同河段的建設(shè)內(nèi)容和重點(diǎn)。根據(jù)河道現(xiàn)狀形態(tài)及相關(guān)規(guī)劃，確定河道平面布置。根據(jù)水系規(guī)劃或防洪規(guī)劃等對河道斷面的基本要求，結(jié)合河道生態(tài)治理的需要，在確保河道防洪、排澇及引調(diào)水等基本功能的條件下，優(yōu)化河道斷面形式，合理選擇適宜的護(hù)岸材料。根據(jù)確定的河道平面布置及斷面形式，設(shè)計適合生物多樣性需要的河道微地形改造形式。根據(jù)不同河段的建設(shè)內(nèi)容及重點(diǎn)，確定河道動植物恢復(fù)重點(diǎn)，提出陸生植物群落恢復(fù)、水生植物配置及水生動物放養(yǎng)方案。根據(jù)擬定的河道生態(tài)治理方案，復(fù)核河道引排能力，驗(yàn)證岸（坡）強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，確保河道規(guī)劃功能和結(jié)構(gòu)安全可靠。

5河道生態(tài)治理技術(shù)措施

上海市各類型河道主要建設(shè)內(nèi)容包括生態(tài)護(hù)岸、水生植物種植、生態(tài)浮床等，各河道生態(tài)治理措施詳見表1。

5.1污染控制技術(shù)

5.1.1外源污染控制技術(shù)

河道周邊有市政污水管網(wǎng)時，對入河點(diǎn)源主要采取截污措施；河道遠(yuǎn)離市政污水管網(wǎng)時，對入河點(diǎn)源主要采取現(xiàn)地處理措施，如地埋式微動力膜、MBR一體化處理或A/O一體化處理裝置、沼氣池、三格化糞池或人工濕地等處理方式[8， 9]。

5.1.2內(nèi)源污染控制技術(shù)

徐后濤，等：上海市中小河道生態(tài)治理集成技術(shù)應(yīng)用研究

環(huán)境與安全

底泥中的營養(yǎng)物質(zhì)隨著環(huán)境的變化會不斷地釋放到水體中對河道水體產(chǎn)生一定的污染，使得水體處于污染狀態(tài)。研究表明，在河道外源污染得到控制后，底泥成為主要污染源。河道污染底泥的處理主要有原位處理和異位處理兩種方式[10，11]。異位處理主要是將底泥挖掘出來后運(yùn)輸?shù)狡渌胤教幚?；原位處理主要有生態(tài)疏浚及生物修復(fù)技術(shù)。

生態(tài)疏浚技術(shù)：根據(jù)河道功能需求和底泥淤積情況，在河道規(guī)劃斷面確定的清淤深度基礎(chǔ)上，結(jié)合底泥柱狀樣監(jiān)測結(jié)果分析的受污染底泥的厚度及位置，將工程清淤與生態(tài)清淤相結(jié)合。清淤方式主要可分為：排水干挖、水力沖挖、絞吸式挖泥船3種。

底泥生物修復(fù)技術(shù)：利用生物的生命代謝對底泥污染物進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化或降解，降低底泥環(huán)境中氮磷營養(yǎng)鹽、重金屬或有毒有害物質(zhì)含量。常用的包括微生物修復(fù)技術(shù)、高效復(fù)合菌及植被恢復(fù)技術(shù)。

5.2河道生境改造技術(shù)endprint

生境即棲息地，指生物體的生存環(huán)境，是河道生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為河道生物的生存提供相關(guān)的綜合條件[12，13]。目前，我國河道生境條件受損嚴(yán)重，人類對河道的改造活動，如裁彎取直、渠道道、護(hù)岸硬質(zhì)化，改變了河道的基本形態(tài)，使得生境異質(zhì)性降低，從而導(dǎo)致生物群落多樣性降低，最終引起河道生態(tài)系統(tǒng)退化，河道功能簡單化或完全喪失[14～16]。河道生境條件改造包括河道平面形態(tài)改造、河道斷面改造[17，18]、河底微地形改造、生態(tài)護(hù)岸等[19～22]。

5.3河道生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)

5.3.1人工浮床技術(shù)

人工浮床是經(jīng)過人工設(shè)計，以高分子材料為載體和基質(zhì)，將水生植物種植在浮于水體的床體上，利用水生植物的吸收、吸附、截留及植物根系附著微生物對污染物的降解作用，起到凈化水體、增加水體透明度的生態(tài)修復(fù)技術(shù)[23，24]。人工浮床一般運(yùn)用于水深較深、透明度較低，水生植物種植及存活較困難的河道；在水質(zhì)較差的河道中可以作為先鋒技術(shù)逐步改善水體的水質(zhì)。人工浮床應(yīng)用時需注意：浮體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及耐久性；浮床植物的配置合理性；浮床的固定，需考慮風(fēng)浪及河道流速的影響；浮床的管理維護(hù)，特別是冬季浮床的管理等。

5.3.2人工增氧技術(shù)

適用于河道相對較窄（寬30 m以內(nèi)），通過人工向水體中充入空氣，增加水體中溶解氧含量，改善水體缺氧狀態(tài)，通過恢復(fù)和增強(qiáng)水體中微生物的作用，去除水體中的污染物[25，26]。人工曝氣措施包括：①葉輪增氧機(jī)、微泡增氧機(jī)等設(shè)置在河道內(nèi)的原位增氧；②利用水泵以噴泉形式或跌水壩溢流增氧；③岸邊設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)，將空氣通過管道輸送至河道進(jìn)行微孔增氧；④太陽能循環(huán)復(fù)氧等。

人工增氧曝氣是一項(xiàng)借助人工手段向河流中充入空氣或氧氣技術(shù)，具有效果好、投資和運(yùn)行成本低，對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)勢，但實(shí)際應(yīng)用過程中還具有一定的局限性，在低水位（低于30 cm）、通航的河道中不宜使用（圖1）。

5.3.3生物膜技術(shù)（人工介質(zhì)）

生物膜是指微生物（包括細(xì)菌、放線菌、真菌及微型藻類和微型動物）附著在固定表面生長后形成的黏薄膜。生物膜在自然界廣泛存在，如河流中水生植物的莖葉及根系、砂石和沉積物表面都生長著大量生物膜。生物膜通過吸附、過濾和微生物生長代謝對水體中污染物具有很強(qiáng)的凈化作用[27，28]。

近年來，在水體污染凈化和生態(tài)修復(fù)中有“人工水草”，是通過人工制造，外形類似水草的生物膜載體。生物膜技術(shù)一般應(yīng)用于水質(zhì)較差的河道水質(zhì)凈化，其使用方式有：①與浮床結(jié)合使用，懸掛在浮床下方；②與魚巢結(jié)合使用，直接把含填料的框架放置在河底，起到既凈化水質(zhì)，又發(fā)揮類似人工魚巢的作用。該方式應(yīng)防止框架及填料被水流沖倒或沖走；③將尼龍繩或者纖維繩等跨河面分別固定在兩岸，繩上按一定距離垂掛填料。生物膜適用于不通保潔船的狹窄河道。

5.3.4陸域植物群落恢復(fù)技術(shù)

陸域植物群落具有緩沖帶、水土保持、生物棲息地、小氣候改善等生態(tài)服務(wù)功能。植物群落修復(fù)是在遵循土著物種優(yōu)先、提高生物多樣性等基本原則的基礎(chǔ)上，注重植物的生態(tài)習(xí)性、空間配置和時間配置，提高陸域植物群落植物的攔截凈化功能，改善河道生態(tài)景觀效果。

5.3.5水生植物構(gòu)建技術(shù)

水生植物按生態(tài)習(xí)性分為四大生態(tài)類群：挺水植物、浮葉植物、漂浮植物和沉水植物。河道內(nèi)水生植物類群配置原則一般是從河道沿岸向水體深處依次為挺水植物、浮葉植物和沉水植物，漂浮植物的配置不受水體深度的影響。

5.3.6水生動物構(gòu)建技術(shù)

水生動物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，可以攝取水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，有效降解水體中的污染物，明顯改善河道水質(zhì)。水生動物構(gòu)建技術(shù)分為經(jīng)典生物操縱技術(shù)和非經(jīng)典生物操縱技術(shù)[29～32]。

5.3.7其他輔助技術(shù)

根據(jù)工程特點(diǎn)及治理目標(biāo)，針對現(xiàn)場實(shí)際情況，可利用生態(tài)懸床技術(shù)、微生物技術(shù)、生物控制技術(shù)等其他的輔助技術(shù)，加速恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)及改善水質(zhì)。

2017年8月綠色科技第16期

6結(jié)論

上海市生態(tài)治理對改善河道水質(zhì)狀況和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有積極的作用。相對而言，新城新鎮(zhèn)和大型居住區(qū)及農(nóng)村地區(qū)河道生態(tài)治理效果最為明顯，中心城區(qū)及郊區(qū)城鎮(zhèn)區(qū)河道生態(tài)治理效果一般，主要是因?yàn)橹行某菂^(qū)周邊條件已經(jīng)較為成熟，截污難度大，由于截污不徹底影響了河道生態(tài)評價的整體，因此在河道生態(tài)治理過程中截污是前提。

綜合河道生態(tài)治理評價結(jié)果，上海市不同類型河道生態(tài)治理重點(diǎn)亦應(yīng)該有所不同。

6.1中心城區(qū)和郊區(qū)城鎮(zhèn)區(qū)河道

中心城區(qū)和郊區(qū)城鎮(zhèn)區(qū)河道形態(tài)宜遵循河道現(xiàn)有形態(tài)布局，生態(tài)治理重點(diǎn)放在河道內(nèi)部的微地形構(gòu)建、護(hù)岸改造、水質(zhì)凈化及生態(tài)綠化。

6.2新城新鎮(zhèn)和大型居住區(qū)河道

新城新鎮(zhèn)和大型居住區(qū)河道治理重點(diǎn)宜放在河道生境多樣性的營造、水質(zhì)凈化、水生動植物的恢復(fù)及生態(tài)景觀營造。河道生境多樣性宜充分考慮河道形態(tài)、地貌及河道內(nèi)微地形等因素，營造多樣的河道生境系統(tǒng)；適當(dāng)增加河道的蜿蜒性，斷面形式宜多采用復(fù)式斷面；水生動植物的恢復(fù)宜通過適度的人工干預(yù)手段，加速恢復(fù)進(jìn)程。

6.3農(nóng)村地區(qū)河道

農(nóng)村河道生態(tài)治理重點(diǎn)為生境多樣性的保護(hù)及營造、水生動植物的恢復(fù)及生態(tài)綠化。河道生境多樣性的營造宜充分考慮河道形態(tài)、地貌及河道內(nèi)微地形等因素，適當(dāng)增加河道的蜿蜒性，斷面形式宜采用斜坡或復(fù)式，并因地制宜構(gòu)造河塘濕地、人工島等；河道護(hù)岸宜以天然土質(zhì)護(hù)坡為主，需結(jié)構(gòu)護(hù)岸的河道，護(hù)岸材料優(yōu)先采用天然材料，減少人工材料的使用。水生動植物的恢復(fù)宜通過適度人工干預(yù)手段，加速恢復(fù)進(jìn)程。

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