太子河流域山區(qū)段河流生態(tài)修復(fù)與功能提升關(guān)鍵技術(shù)與工程示范課題

遵循“山水林田湖草”生命共同體綜合治理理念，本課題以營造太子河的“八百里地佳山水”為目標(biāo)，開展以北方山區(qū)型河流生態(tài)修復(fù)與功能提升為重點(diǎn)的成套技術(shù)研發(fā)：

（一）突破集成“匯水區(qū)—河岸帶—河道”三位一體修復(fù)技術(shù)體系，維持水生態(tài)功能連續(xù)，改善山區(qū)型河流上游生境質(zhì)量和生物多樣性狀況

太子河流域山區(qū)段上游為季節(jié)性河流，河道底質(zhì)以卵石為主，河岸帶坡面侵蝕嚴(yán)重，匯水區(qū)以石灰?guī)r基質(zhì)土壤為主，植物群落單一，沿河農(nóng)田開發(fā)、放牧等人為干擾較為嚴(yán)重。針對(duì)上述問題，通過開展脆弱生境的診斷與評(píng)估，應(yīng)用群落生態(tài)學(xué)原理，按“匯水區(qū)—河岸帶—河道”三位一體集成修復(fù)、協(xié)同治理原則，突破了上游生境維系與生物多樣性保護(hù)技術(shù)體系：1.山溪型河流交錯(cuò)底質(zhì)生境優(yōu)化技術(shù)，研發(fā)了可調(diào)節(jié)河流水動(dòng)力的微型“階梯—深潭”組合構(gòu)建技術(shù)，輔以沉床微生態(tài)復(fù)合袋形成交錯(cuò)底質(zhì)，優(yōu)化藻類、底棲動(dòng)物和魚類的河底生境；2.河岸帶基質(zhì)改善與植被恢復(fù)技術(shù)，研發(fā)了由功能菌、秸稈與有機(jī)肥配制形成的基質(zhì)改良劑，形成了以多孔磚覆無紡布袋結(jié)合植被群落搭配的恢復(fù)河岸帶植被的技術(shù)方法，為初期先鋒植被的撫育提供生產(chǎn)基質(zhì)，促進(jìn)河岸帶自然生境快速恢復(fù)；3.匯水區(qū)植物群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，通過研發(fā)的緩釋土壤改良劑調(diào)整pH、養(yǎng)分，將石灰?guī)r基質(zhì)河灘玉米地轉(zhuǎn)為種植多年生藥材，通過基于生態(tài)位分異的受挾群落撫育、基于林窗更新的灌叢層恢復(fù)，提高了匯水區(qū)的生物多樣性和水土保持能力。該技術(shù)體系促進(jìn)了林、農(nóng)與水生態(tài)修復(fù)行業(yè)間技術(shù)融合，提出生態(tài)經(jīng)濟(jì)適度經(jīng)營的理念，增加了水生態(tài)保護(hù)的主觀能動(dòng)性。

（二）協(xié)同融合河流生境改善與水質(zhì)提升技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)“河岸—消落區(qū)—河道”廊道連通，助推山區(qū)型河流中游城區(qū)段水質(zhì)持續(xù)升級(jí)和河流生態(tài)建設(shè)

太子河城區(qū)段周邊人口密集，工業(yè)發(fā)達(dá)，28千米河段水質(zhì)從Ⅱ類變?yōu)棰纛?，變?dòng)幅度較大。針對(duì)該區(qū)域河道平緩、生境退化、河流生態(tài)系統(tǒng)人工化突出、考核斷面枯水期NH3-N稍高等問題，通過河流生態(tài)環(huán)境調(diào)查及河道水生生物鏈穩(wěn)定性評(píng)估，遵從生態(tài)演替原理，按照ESB（生態(tài)演替式）水體修復(fù)技術(shù)思路，實(shí)現(xiàn)“河岸—消落區(qū)—河道”廊道連通，突破了中游城區(qū)段河流生境改善與水質(zhì)提升技術(shù)體系。在利用技術(shù)、管理優(yōu)化將城市工業(yè)廢水和生活污水出水指標(biāo)繼續(xù)提高的基礎(chǔ)上，通過景觀—生態(tài)—安全效應(yīng)兼顧的硬質(zhì)河岸生態(tài)改造，利用現(xiàn)有水利工程產(chǎn)生的河流階梯以人工的方式在河道修整深潭淺灘，通過耐淹植物選育和基質(zhì)優(yōu)化在消落區(qū)修繕河流帶狀濕地，營造深潭淺灘、帶狀濕地交錯(cuò)鑲嵌的仿自然生境，產(chǎn)生豐水期淹沒、平水期水流暢通、枯水期河流擾動(dòng)增加的效果，對(duì)融雪期、暴雨期城市面源污染也有一定的削減作用，并為水生動(dòng)物棲息和越冬等提供了生境。該技術(shù)體系不僅改善了城市河流生境狀況，還提升了水體的自凈能力，并營造了城市景觀效果，保證了河流水質(zhì)的持續(xù)提升。

（三）創(chuàng)新實(shí)踐礦區(qū)原位生態(tài)修復(fù)和廢棄物資源化利用技術(shù)體系，統(tǒng)籌“陸域—水域”生態(tài)系統(tǒng)，提升山區(qū)型河流礦區(qū)污染阻控與生態(tài)修復(fù)效率

針對(duì)太子河流域礦產(chǎn)資源長期粗放開發(fā)導(dǎo)致的礦山生態(tài)退化，融雪期、暴雨期水土流失風(fēng)險(xiǎn)較大，礦區(qū)河段水體總氮偏高等問題，以典型礦區(qū)水陸交錯(cuò)帶為研究對(duì)象，通過分析礦山開采對(duì)周邊水生態(tài)功能的影響因素及礦區(qū)水陸耦合關(guān)系，應(yīng)用恢復(fù)生態(tài)學(xué)原理，統(tǒng)籌陸域和水域生態(tài)系統(tǒng)，突破了河流中游礦區(qū)污染阻控與生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系：1.礦山生態(tài)退化區(qū)生境改善技術(shù)，基于礦區(qū)采場(chǎng)空間生態(tài)位高效互補(bǔ)原則，以采場(chǎng)土為主要原料進(jìn)行基質(zhì)改良，以火炬樹與豆科刺槐作為先鋒植物分層立體種植，實(shí)現(xiàn)生態(tài)景觀兼顧的植物群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化；2.礦區(qū)水陸過渡帶污染阻控技術(shù)，利用山皮土摻秸稈作為物理改良措施，以刺槐、紫穗槐為主要植被，構(gòu)建等高固氮植物籬，同時(shí)輔以功能微生物強(qiáng)化植物籬養(yǎng)分自給能力；3.礦山坡面匯流區(qū)地表徑流調(diào)控技術(shù)，以尾礦砂、山皮土、秸稈為主要基質(zhì)原料，以沙棘、紫穗槐為先鋒物種，構(gòu)建灌草復(fù)合群落體系進(jìn)行生物阻控，同時(shí)輔以交叉人字溝截流匯流物理技術(shù)，顯著提升礦山面源污染阻控效果。該技術(shù)體系突破傳統(tǒng)模式，提出礦區(qū)原位生態(tài)修復(fù)的理念，無需外運(yùn)客土，減少工程費(fèi)用的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)廢棄物的資源化利用。

（四）構(gòu)建運(yùn)行基于“氣候變化—生態(tài)修復(fù)—生態(tài)效益—水質(zhì)響應(yīng)”流域生態(tài)建設(shè)與管理平臺(tái)，推進(jìn)太子河流域山區(qū)段生態(tài)修復(fù)與功能提升管理決策

針對(duì)本溪市“十三五”水質(zhì)改善和水生態(tài)提升需求，研究太子河流域山區(qū)段河流生態(tài)安全評(píng)估和汛期水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)，綜合診斷氣候變化情景下太子河流域生態(tài)安全和水質(zhì)響應(yīng)，在此基礎(chǔ)上，突破了基于“氣候變化—生態(tài)修復(fù)—生態(tài)效益—水質(zhì)響應(yīng)”的水生態(tài)管理平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)體系：1.整合流域管理相關(guān)部門數(shù)據(jù)資源，基于GIS模型顯示技術(shù)、SOA的平臺(tái)構(gòu)建及系統(tǒng)集成技術(shù)，構(gòu)建了基于業(yè)務(wù)、模型、空間三位一體的水生態(tài)數(shù)據(jù)庫；2.搭建了包括污染源管理系統(tǒng)、水環(huán)境質(zhì)量系統(tǒng)、山區(qū)生態(tài)信息系統(tǒng)、水環(huán)境應(yīng)急動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)、示范工程管理系統(tǒng)和綜合服務(wù)系統(tǒng)6個(gè)核心系統(tǒng)的水生態(tài)綜合管理平臺(tái)；3.利用MATLAB優(yōu)化工具箱的多目標(biāo)遺傳算法函數(shù)，通過全局搜索計(jì)算，優(yōu)化太子河流域山區(qū)段河流生態(tài)修復(fù)策略方案，并對(duì)其修復(fù)效果進(jìn)行量化評(píng)估。該技術(shù)體系可前瞻性地制定應(yīng)對(duì)極端氣候所導(dǎo)致的北方山區(qū)段河流水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等適應(yīng)性管理對(duì)策，整體提升相關(guān)業(yè)務(wù)部門對(duì)流域生態(tài)建設(shè)和水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等方面的管理決策水平。