朝陽市河道生態(tài)修復理念及其治理技術分析

張 盼

(渤海工程項目管理有限公司，遼寧 朝陽 122000)

1 朝陽市河道情況

朝陽市地處遼西低山丘陵區(qū)，境內(nèi)峽谷相間，川地、平地、山地、丘陵等交錯分布，只有小塊沿河沖積平原和山間平地，地形結(jié)構有“七山一水二分田”之稱，總面積19736km2。研究區(qū)屬北溫帶大陸性季風氣候，全年降水量450-580mm，降雨時空分布不均主要集中于5-8月，全市四大水系包括大凌河、小凌河、老哈河、青龍河等，其中流域面積超過100km2的有69條。境內(nèi)河流大多具有流程短、面積小、比降陡等山區(qū)河流特征；城區(qū)內(nèi)河道上游、中游、下游體現(xiàn)為山區(qū)型、平原城市河網(wǎng)型和潮汐型河道特征，大部分呈西南流向。

朝陽市河道大部分都是雨源性河流，旱季河流幾乎沒水而汛期洪水暴漲暴落，雨水時空分布不均極大的增加了城市泄洪排澇壓力。1990年開始，以水安全為核心朝陽市積極開展了河道治理，通過混凝土或漿砌石護坡、裁彎取直、岸坡與河堤硬化等工程技術使得朝陽市的防洪標準得到普遍的提升，但河道的生態(tài)功能與生物多樣性受渠化影響遭受破壞。隨著城鎮(zhèn)化進程加快、人口不斷增長和區(qū)域經(jīng)濟快速發(fā)展，未經(jīng)有效處理的工業(yè)廢水、生活污水等被大量的排入河流，加之底泥內(nèi)源污染和面源污染其河道水質(zhì)嚴重惡化。據(jù)調(diào)查，全市約80%的河流都收到一定的污染，特別是富營養(yǎng)化、水體黑臭等現(xiàn)象在城區(qū)河道中較為普遍。

2 從生態(tài)視角看河道治理現(xiàn)狀

2.1 河道生態(tài)系統(tǒng)

生物群落及其相應的環(huán)境條件構成了城市河道水生態(tài)系統(tǒng)，生境因子有氣象條件、水質(zhì)水量、形態(tài)結(jié)構、水體流態(tài)等，其中最重要的生境因子為河道生態(tài)系統(tǒng)中的水環(huán)境。微生物、植物、動物是群落結(jié)構的基本構成要素，以太陽能為驅(qū)動的自然河道生態(tài)系統(tǒng)，它是一個以各種生境因子和群落構成要素相互作用的物質(zhì)循環(huán)、能量流動的體系，通過食物鏈(網(wǎng))保持群落的生存繁衍平衡，以保證河道的自凈功能。該循環(huán)過程中，碳循環(huán)規(guī)模與反應條件、分解者生物量以及水體中的溶解氧相關；而大型水生動植物的捕獲或收獲主要與氮、磷等營養(yǎng)鹽循環(huán)有關，從系統(tǒng)中將多余的氮、磷以捕獲或收獲的方式移出[1-3]。

2.2 朝陽市河道污染現(xiàn)狀

受人類活動影響朝陽市河道污染問題日趨突出，從污染源的角度上，朝陽市河道污染有內(nèi)源、面源和點源污染；從污染成分的角度上，主要有氮、磷營養(yǎng)鹽和有機物污染。

目前，朝陽市河道水質(zhì)惡化逐漸轉(zhuǎn)變成一個水生態(tài)失衡、水環(huán)境污染的多因素復雜問題。天然河流的地形地貌受河道渠化整治發(fā)生明顯的改變，水生動植物賴以生存的環(huán)境條件不斷遭受破壞，也不利于高等動物生存、微型動物棲息繁衍和微生物附著；均質(zhì)性的河道結(jié)構、形態(tài)降低了水流多樣性，而水土營養(yǎng)交換也被河底和岸坡硬化所阻斷，使孤立于土壤之外的河水系統(tǒng)無法獨立支撐復雜的水生生物群落。這些因素均可使得生物多樣性消失、生境惡化、生態(tài)鏈斷裂、生態(tài)網(wǎng)絡結(jié)構破壞等問題，降低生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與能量流動規(guī)模，當排入的有機污染物、氮磷營養(yǎng)鹽等達到河流自凈功能界限時，就會出現(xiàn)生態(tài)失衡的現(xiàn)象[4]。

2.3 朝陽市河道治理現(xiàn)狀

堅持自然生態(tài)規(guī)律的原則實施河道治理，在自然條件所允許范圍以內(nèi)的河道物質(zhì)循環(huán)與能量流動規(guī)模決定了河道生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而河道治理的根本著力點是從系統(tǒng)中移出過量的營養(yǎng)鹽和有機物。目前，對于水質(zhì)改善與河道治理朝陽市采用了生物飄帶、微生物投放、曝氣增氧、自然水循環(huán)等技術[5]。通過近期的強化治理，朝陽市河道有機污染基本得到了有效控制，碳循環(huán)通道也被完全打通，但仍無法從根本上解決內(nèi)源和面源污染問題，現(xiàn)階段河道以內(nèi)源、面源污染為主，氮、磷等營養(yǎng)鹽污染逐漸替代以往的有機污染成為河道的主要污染物，河道治理應以水生態(tài)修復為核心逐漸轉(zhuǎn)變以往的污染控制、水質(zhì)凈化為主的整治思路，通過恢復潔凈耗氧的生態(tài)系統(tǒng)、優(yōu)化河道形態(tài)結(jié)構、豐富水流形態(tài)和調(diào)節(jié)水量等，增強水體自凈功能和水生物種多樣性。

3 河道生態(tài)修復理念與目標

3.1 生態(tài)修復理念

城市發(fā)展初期的城市河道形態(tài)結(jié)構是自然演變的結(jié)果，這種河流是具有生態(tài)、景觀功能的純自然型天然河道。隨著人口增加、城市規(guī)模擴大和工業(yè)化的快速發(fā)展，河道被不斷侵占，原有儲存、蓄洪、滯洪、消洪雨水的支流、池塘、濕地、護坡等消失，雨水匯流速度不斷的加快；城市降水的頻率度和強度受熱島效應、生態(tài)惡化等作用持續(xù)加強，而城市完善的排水設施及大范圍的地表硬化加快了雨洪匯流速度，水流的不可控制性和儲蓄的能量增加，河床及河道兩岸受侵蝕、沖刷嚴重，進一步提高了水澇災害發(fā)生頻率。

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展及環(huán)保意識的增強，恢復河道生態(tài)系統(tǒng)對城市經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展、生活品質(zhì)、人文景觀和生態(tài)環(huán)境改善的重要性逐漸引起人們的重視，對水環(huán)境發(fā)達國家不斷加大整治力度，將河道治理的關鍵轉(zhuǎn)向生態(tài)系統(tǒng)的修復[6]。實質(zhì)上，河道生態(tài)修復就是要創(chuàng)造適宜生存、群落配比合理，系統(tǒng)穩(wěn)定、結(jié)構優(yōu)化、生境改善、功能強大的良性水生態(tài)系統(tǒng)，重建受損河道生物、化學、物理特征以及生態(tài)系統(tǒng)功能結(jié)構。

經(jīng)數(shù)十年的整治，現(xiàn)階段朝陽市河道治理正處于攻堅期，河道現(xiàn)狀是生態(tài)失衡、水污染的多因素復雜問題，亟需生態(tài)修復朝陽市河道。

3.2 生態(tài)與生物修復技術

1980s，學術界研究提出一種效益高、成本低的生物修復技術，即在一定的條件下利用生物(以微生物為主，有外源或土著兩類)對環(huán)境污染物的富集或消除作用，從而實現(xiàn)生物治理環(huán)境污染的過程。生態(tài)修復是以工程技術、生態(tài)學原理為基礎，通過調(diào)節(jié)水量、水流態(tài)及污染物控制，對河底、岸坡結(jié)構形態(tài)實行改造以重建生態(tài)系統(tǒng)功能，不斷恢復物種多樣性，維持河道系統(tǒng)的自然平衡?？傮w而言，生態(tài)與生物修復技術是城市河道治理的不同層次、不同階段，兩者適用范圍、應用生物種類、技術手段、基本原理和實現(xiàn)目標等都存在一定差異。

從技術目標的層面上，生物修復就是以水質(zhì)改善為目標的城市污水處理系統(tǒng)的延續(xù)，而生態(tài)修復則是以受損河道生態(tài)恢復為主要目標，生態(tài)修復以水質(zhì)改善作為基本條件；從技術原理的層面上，生物修復利用培育的微生物、植物等生物，運用環(huán)境生物學原理和微生物的生命活動，降解、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移水中的污染物，從而實現(xiàn)凈化水體的目標；生態(tài)修復主要利用生態(tài)學原理合理配置和引進水生生物群落，通過創(chuàng)造多樣化而良好的生境促進河道生態(tài)系統(tǒng)良心演替；從技術手段的層面上，生物修復以微生物合酶制劑投放、河道曝氣、接觸氧化、生態(tài)濾床、氧化池、曝氣濾池等技術為主，而生態(tài)修復則以水量控制、形態(tài)改造、流態(tài)調(diào)節(jié)為主；從適用范圍的層面上，生物修復比較適于有機污染、重污染的黑臭河道治理，生物修復作為補充措施能夠消除河道黑臭現(xiàn)象，在一定程度上減輕水體污染，生態(tài)修復適于以氮、磷等營養(yǎng)鹽污染和微污染的河道。河道生物修復能夠明顯改善河流水質(zhì)，為生態(tài)修復提供有利的條件，而河道治理的最終目標是實現(xiàn)生態(tài)修復，這也是實現(xiàn)人居環(huán)境與自然環(huán)境和諧統(tǒng)一的關鍵技術。

3.3 生態(tài)修復目標

遵循師法自然的原則，通過生態(tài)修復工程恢復城市河道的原本面目。其目標是利用生態(tài)工程學方法，在保證水安全的情況下重建和恢復生態(tài)系統(tǒng)的功能結(jié)構，通過改造河道及岸坡結(jié)構、形態(tài)，切實增加物種數(shù)量與多樣性，提高城市水循環(huán)利用率和河道自我調(diào)節(jié)、自凈功能，配合城市景觀和生態(tài)建設實現(xiàn)城市經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、人水和諧的目標[7]。

3.3.1 水污染控制

生態(tài)修復的基本條件是保證水污染的有效控制，而河道自凈功能又隨著生態(tài)修復的實施不斷提升，實質(zhì)上健全的生態(tài)系統(tǒng)必然會具有潔凈的水質(zhì)。

3.3.2 水安全目標

確保河流的防洪排澇功能是建設生態(tài)河道最根本的要求，與自然河流不同城市河道沿線經(jīng)濟發(fā)達、人口密集，一旦發(fā)生洪澇災害勢必造成不可估量的經(jīng)濟損失。雖然生態(tài)改造河道的形態(tài)結(jié)構，有利于滯洪補枯、消減能量和調(diào)蓄洪水，但生態(tài)修復在一定程度上增加了糙率、降低了洪水流速，為了防止水災的形成有必要拓寬河道。

3.3.3 河道形態(tài)、結(jié)構空間異質(zhì)性

空間結(jié)構、形態(tài)異質(zhì)性與河道水生物種多樣性密切相關，改造河道形態(tài)可以構造淺灘、彎道、緩流、急流相間的格局，形成自然河流蜿蜒的形態(tài)和淺深灘交錯的局面，河水滲透河岸、滋養(yǎng)沿岸植被，通過構建多樣性的生物群落和異質(zhì)性的河道生境，逐漸恢復水生態(tài)系統(tǒng)功能結(jié)構。

3.3.4 生物多樣性

一條自然的濱水帶和河道必然有沙洲、深淺灘和凸凹岸，這為各種生物的生存以及生物多樣性的恢復創(chuàng)造了良好的生境條件；此外，衡量河道恢復程度的主要標準是河道生物群落的多樣性。生物多樣性是順利實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)代謝釋放、富集、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化污染物的物質(zhì)條件，生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性越豐富則食物鏈就越復雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自我修復、調(diào)節(jié)功能就越強。

3.3.5 生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構與功能

從整體性出發(fā)恢復河道生態(tài)系統(tǒng)功能結(jié)構，一個健全的生態(tài)系統(tǒng)具有較復雜的事物鏈(網(wǎng))結(jié)構，其物種數(shù)量越均衡、類型越豐富則抗外界干擾能力及自凈功能越強，物種流動、物質(zhì)循環(huán)、能量流動等下生態(tài)系統(tǒng)中更趨于健康與完善。

河道生物群落與河流水-陸-氣三相共同構成開放的生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)應滿足自我調(diào)節(jié)功能和連續(xù)性、完整性要求。

3.3.6 水資源可再生利用

生態(tài)河道建設必須統(tǒng)籌考慮中水回用、污水處理、地下水、天然降水排水、河道水體等系統(tǒng)，遵循自然水循環(huán)促進地下水與地表水的交換，連接成網(wǎng)合理調(diào)節(jié)水位，科學利用雨水資源。將水質(zhì)改善、水環(huán)境建設、水資源綜合利用和水生態(tài)修復整體考慮，確保河水資源的多功能開發(fā)與可持續(xù)利用。

3.3.7 人水和諧目標

河道人與自然交流的場所以及城市重要的景觀界面，應利用生態(tài)景觀學原理對河道空間結(jié)構合理規(guī)劃，統(tǒng)籌各類生態(tài)景觀要素，如濱河帶、河岸帶、河水等形成有機的整體，既要符合美學價值要求和生態(tài)學原理，又要適宜人類居住，以生機映然的多樣性生態(tài)景觀替代以往單純的河道物理景觀。通過增加沿河土地利用價值創(chuàng)造較高的經(jīng)濟效益，為建立人水和諧、消除人與自然對立及實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展指明方向。

4 河道生態(tài)修復技術

地下水、污水處理與河流湖泊等系統(tǒng)密切相關，河道生態(tài)修復應全面考慮水循環(huán)、污水治理及河流特征等因素。其中，水文條件恢復是較為常用的生態(tài)技術，通過調(diào)水補水來恢復適宜的水深、水流態(tài)、水量和水質(zhì)等水文要素；采取有效的保護和人工干預措施恢復生物棲息地，構建河流生境多樣性。一般地，主要有水生生物群落修復、植被優(yōu)化與恢復、河道結(jié)構形態(tài)改造、河岸緩沖區(qū)修復和河道生態(tài)補水等技術。

4.1 水污染控制技術

將城市地表水系統(tǒng)與污水處理系統(tǒng)視為整體，采取清淤疏浚、截污等措施控制河道內(nèi)源和點源污染。然而，針對開放的城市河道系統(tǒng)，一般很難利用市政手段有效控制河道內(nèi)源和面源污染，比較常用的治理措施是生物修復技術。其中，生物促生、微生物投放、生物酶制劑投放、軟性填料、接觸氧化、氧化塘技術、植物浮島、河道曝氣增氧、曝氣生物濾床、復合生態(tài)濾床等是河道治理應用較廣泛的生物修復技術，生物修復作為城市污水處理和水污染控制的補充，能夠有效減少氮磷等營養(yǎng)鹽污染和城市河道有機污染負荷。

4.2 水量與水流態(tài)調(diào)節(jié)

河道生態(tài)系統(tǒng)具有流動的特性，其不僅受水體物理性質(zhì)和化學成分變化的影響，而且與水力坡度、水位、流量等水動力特性密切相關，緩緩流動的水體和河道生態(tài)系統(tǒng)的改變都是組成河道景觀的主要部分。為了滿足河流生態(tài)要求可以調(diào)整水流態(tài)、水量等水力特性，這是修復生態(tài)系統(tǒng)的有效手段。

通過采取開拓水源措施確保環(huán)境需水要求，維持生物棲息、景觀娛樂、水質(zhì)凈化所需要的水量；采取綜合調(diào)水、噴泉或跌水興建、機械推流等措施，促進水體有序流動及混流增氧，通過對水動力學特征的調(diào)節(jié)實現(xiàn)水位有漲有落、水流有急有緩，增強河道自凈功能與納污能力，促進水生物種多樣性和河灘干濕交替。

4.3 河岸生態(tài)緩沖帶

河道生態(tài)修復離不開河岸帶植被恢復，河岸生態(tài)緩沖帶具有調(diào)節(jié)C、N等元素循環(huán)、保持水系統(tǒng)平衡、維持生態(tài)平衡與生物多樣性、阻滯地表徑流營養(yǎng)鹽與面源污染、生態(tài)廊道、降解環(huán)境污染、防止水土流失、滯洪補枯、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候等功能，一般位于河岸與河道間的過渡帶。實際工程中，要盡量選用多孔滲水路面建設河岸生態(tài)緩沖帶，用本土樹種建立草、灌、喬層級的植物結(jié)構，保證河道天然植被的功能完善及生態(tài)效益的發(fā)揮。

4.4 生態(tài)護岸技術

河流的行洪能力、穩(wěn)定性受河岸護坡的影響顯著，河道生態(tài)建設還要考慮護岸護坡類型。傳統(tǒng)的河岸防護工程一般選用預制混凝土塊、混凝土、干砌或漿砌塊石等結(jié)構形式，在保證防洪安全、防止土壤侵蝕、維持岸坡穩(wěn)定性等方面發(fā)揮著重要作用，但對河流生態(tài)和景觀環(huán)境也帶來了不利影響，使得陸地與水體生態(tài)破壞、環(huán)境惡化，造成河流自凈能力的下降及水污染程度的加劇。

一般地，構建生態(tài)護岸的做法是將原混凝土、塊石結(jié)構拆除，并改造成適于水生動植物生長的近自然生態(tài)護坡，護坡材料要符合抗沖性、抗侵蝕性、耐久性、親水性和滲透性要求，最好是卵石、木樁等天然材料，工程中“生態(tài)磚”的應用也較為常見。為了防止土壤侵蝕及維護河岸穩(wěn)定，可將濕生或水生植物種植于護岸上，植物根系在土壤介質(zhì)中交錯分布有利于提高河岸的表層強度及其穩(wěn)定性，有利于降低岸坡的重力侵蝕；水生植物種植于河岸與護岸交錯的生態(tài)活躍區(qū)，能夠減緩水流速度，為生物棲息創(chuàng)造適宜空間；水陸過渡帶的水生、濕生植物，通過沉淀、絮凝、還原、氧化、支流、吸附、吸收、滲透等生物和物理化學作用，增強了河流的凈化功能。此外，生態(tài)護岸還具有涵養(yǎng)水分、滯洪補枯、減緩流速和消減洪水能量等作用。將自凈、景觀、生態(tài)、防洪等功能集于一體，并營造柔美生態(tài)岸線的生態(tài)護岸已成為未來的發(fā)展方向。

4.5 河床與河道形態(tài)改造

朝陽市河道治理工程以防洪排澇為主要目標，使河道結(jié)構上均質(zhì)化、形態(tài)上裁彎取直，硬化的岸坡與河床致使水生植物失去其原有的生長基質(zhì)，河道生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性減少，平衡穩(wěn)定性變差。研究表明，生境的空間異質(zhì)性與生物群落多樣性存在正相關性，區(qū)域生境空間異質(zhì)性越高則越有利于生物群落的多樣性，其創(chuàng)造的多樣性小生境可為更多的物種共存提供了有力條件。

為解決朝陽市河道“三面光”的問題，必須拆除原有硬質(zhì)河床，恢復底泥原來的自然狀態(tài)及河道生態(tài)結(jié)構；采取復式斷面、拓寬河道等措施，對特定范圍內(nèi)的河幔地、河灘實行修復，構建深淺灘相間、低水位蜿蜒曲折的河槽，設置多流速帶的水流營造近自然流路；采用多孔材質(zhì)建設生態(tài)岸坡，為水生動植物棲息及水生、濕生植物生長提供適宜的空間；應考慮河床特點設計多樣化河岸線、河底線，通過挖河增水確保沿河串接濕地、池塘得以恢復，增加生境復雜多樣性；采取翻板閘建設、人為營造水文脈沖等措施，形成河流時緩時急、河道深灘-階梯、河水經(jīng)常漫過河岸的結(jié)構形式，恢復濕地與沼澤創(chuàng)造適于各生物生存的環(huán)境；針對必須渠化的河道要符合生態(tài)平衡的原則，保留一定的槽蓄功能以及維持水文連通性。

4.6 生物群落恢復與演替控制

河道生態(tài)修復的重要包容還包括恢復水生植物，而反映生態(tài)系統(tǒng)健康恢復的重要參數(shù)是沉水植被的恢復。按照本土化原則引入水生植物，同時要符合生長速度快、高度適應河道環(huán)境的要求；較強的植物群落親和力不會受到原有群落植物明顯的抑制，同時也不會過快的生長對其他物種生存造成影響，有利于形成相互制約、相互促進的物種生長機制；此外，引入植物還具有良好的景觀效果和水質(zhì)凈化功能，引進外來物種時要給予高度的重視，以防形成外來物種入侵，從而導致生態(tài)災難的發(fā)生。

4.7 生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)控與管理

城市河道管理的重要基礎是生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理，對此應以完善的生態(tài)環(huán)境標準體系實時監(jiān)控河道生態(tài)，及時解決發(fā)現(xiàn)的問題；在河道管理規(guī)范中納入動物捕獲、河岸河槽等作業(yè)，為了維持種群的適度水平要對河道生物量進行合理控制，并從河道生態(tài)系統(tǒng)中把多余的有機物和營養(yǎng)鹽及時的移出。

5 結(jié) 語

朝陽市河道生態(tài)修復涉及生態(tài)護坡、水環(huán)境治理、人文景觀等工程，生態(tài)修復方案設計應統(tǒng)籌規(guī)劃、全面考慮各地區(qū)的實際情況，以保證河道灌溉、城市供水、防洪排澇等功能為基本原則，合理運用生物與生態(tài)修復技術，將城市河道建設成一條灘率、水清、河暢、景美的綠色廊道。