國(guó)內(nèi)外河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)相關(guān)研究進(jìn)展

劉福全，杜 崇，韓 旭，李 瑞

（黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150080）

0 前言

河流對(duì)于維持地球水循環(huán)、氣候變化等方面有著十分重要的作用,同時(shí)也是人類最重要的生存資源,在人類生產(chǎn)、生活中發(fā)揮著不可替代的作用。然而,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人類生產(chǎn)生活需水量的增加,以及氣候變化等方面的影響,致使河流水生態(tài)環(huán)境面臨著嚴(yán)重的威脅[1]。無(wú)論從恢復(fù)時(shí)間還是從恢復(fù)程度上來(lái)講,河流通過(guò)自身凈化系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)的能力是十分有限的,這就需要靠人為的力量推動(dòng)河流更好地完成自身系統(tǒng)性的修復(fù)。本文在歸納總結(jié)國(guó)內(nèi)外河流生態(tài)修復(fù)的理論和技術(shù)成果以及結(jié)合當(dāng)前的研究現(xiàn)狀后,提出了三點(diǎn)展望,以期為今后河流生態(tài)修復(fù)工作提供參考。

1 河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)與任務(wù)

1.1 河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)

河流生態(tài)修復(fù)不是打破原有的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能而創(chuàng)造新的生態(tài)系統(tǒng),而是要立足于我國(guó)目前江河生態(tài)現(xiàn)狀,以遵循自然規(guī)律為前提,在掌握各大河流生態(tài)受損程度的基礎(chǔ)上,運(yùn)用現(xiàn)有的修復(fù)理念和先進(jìn)技術(shù),達(dá)到對(duì)河流生態(tài)近自然狀態(tài)的修復(fù)目標(biāo),以維持河流生態(tài)系統(tǒng)的健康良性循環(huán)。

1.2 河流生態(tài)修復(fù)的任務(wù)

由于受到人類活動(dòng)、城市化、工業(yè)化、水利水電工程等多方面因素的影響,河流的形態(tài)、生物多樣性、河流水質(zhì)及水文條件均遭到不同程度的損害?；诤恿魃鷳B(tài)系統(tǒng)的受損機(jī)制以及河流生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性、多變性和非線性的特點(diǎn),總體上說(shuō),河流水環(huán)境生態(tài)修復(fù)任務(wù)主要從以下三個(gè)方面來(lái)建設(shè)：一是要建設(shè)河流形態(tài)多樣性；二是在保證河流多樣性的同時(shí),也要對(duì)河流生物多樣性進(jìn)行修復(fù)；三是從河流水質(zhì)、水文條件等方面進(jìn)行修復(fù)。河流形態(tài)多樣性的修復(fù)包括：一是要保持河流的蜿蜒性以恢復(fù)河流縱向上的連續(xù)性；二是要利用生態(tài)護(hù)坡、生態(tài)河底等生態(tài)工程替代傳統(tǒng)的硬質(zhì)化工程,從而恢復(fù)河流橫向和垂向上的連通性。同時(shí)還要從整體角度考慮一條河流不同河段的生態(tài)特點(diǎn),從點(diǎn)到線再到面,進(jìn)行多層次分段化修復(fù)。

河流生物多樣性修復(fù)包括：沿河流廊道和水陸交錯(cuò)帶水生、陸生動(dòng)植物群落的保護(hù),為魚(yú)類、鳥(niǎo)類以及兩棲動(dòng)物提供適宜的生存環(huán)境,以維護(hù)河流生態(tài)食物鏈的多樣性和穩(wěn)定性。河流水質(zhì)、水文條件的修復(fù)包括：通過(guò)控制污水排放、增建污水處理廠、生物膜法、人工濕地處理污水等技術(shù)達(dá)到對(duì)河流水質(zhì)的修復(fù)。在綜合考慮各生態(tài)因子的前提下改變水庫(kù)的調(diào)度方式,合理分配水資源以實(shí)現(xiàn)河流的生態(tài)調(diào)度和生態(tài)補(bǔ)水,從而維持河流河道最小生態(tài)需水量,模擬自然水文變化周期以改善河流下游生境生態(tài)條件。

以上三個(gè)方面同時(shí)又是相輔相成、相互促進(jìn)、互為保障的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。一方面河流形態(tài)的多樣性能促進(jìn)水質(zhì)、水文條件的改善,進(jìn)而促進(jìn)河流生物的多樣性；另一方面生物群落的豐富又能夠?yàn)楦纳扑|(zhì)、水文條件及維持河流形態(tài)多樣性提供保障。

2 國(guó)內(nèi)外河流生態(tài)修復(fù)研究進(jìn)展

2.1 國(guó)外河流生態(tài)修復(fù)研究進(jìn)展

在意識(shí)到以防洪、排澇、航運(yùn)、灌溉為主要目的傳統(tǒng)水利工程以及人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)的破壞后,西方國(guó)家開(kāi)始有針對(duì)性的開(kāi)展對(duì)“非健康”河流的修復(fù)工作。包括修復(fù)理論的逐步形成和修復(fù)工程的逐步實(shí)踐。其過(guò)程大致可分為三個(gè)時(shí)期：首先是河流生態(tài)修復(fù)理論的初期階段；其次是對(duì)河流生態(tài)修復(fù)理論的加工完善豐富階段；最后經(jīng)過(guò)一系列的復(fù)雜過(guò)程,終于迎來(lái)了河流生態(tài)修復(fù)理論的階段。

（1）在20 世紀(jì)30 年代~20 世紀(jì)50 年代期間,是河流生態(tài)修復(fù)理論的初期階段,1938 年德國(guó)Seifert第一次提出了“近自然河溪治理”的概念,該理念框架下的河流生態(tài)修復(fù)治理方案要求使河流達(dá)到接近自然標(biāo)準(zhǔn)同時(shí),還必須使治理成本降到最低。其目標(biāo)是通過(guò)人為修復(fù)使河流生態(tài)恢復(fù)至原生自然化狀態(tài)。Seifert提出的“近自然河溪治理”的概念為人類對(duì)河流生態(tài)的修復(fù)工作提供了豐富的理論支持,也使人們對(duì)河流的修復(fù)由傳統(tǒng)觀念向近自然化觀念轉(zhuǎn)變[2]。

（2）20 世紀(jì)50 年代~20 世紀(jì)80 年代期間,是對(duì)河流生態(tài)修復(fù)理論的加工完善再豐富階段。西方國(guó)家最開(kāi)始的河流生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)落向于河流水質(zhì)的治理和河流污染防控這兩方面。隨著人們對(duì)河流生態(tài)受損機(jī)制了解更加深入,意識(shí)到河流的渠道化和硬質(zhì)化是造成河流生態(tài)系統(tǒng)退化的重要原因,相關(guān)學(xué)者開(kāi)始站在生態(tài)學(xué)的角度思考傳統(tǒng)水利工程存在的弊端,并將其應(yīng)用于水利工程建設(shè)當(dāng)中。據(jù)此,20 世紀(jì)50 年代“近自然河道治理工程學(xué)”理念在德國(guó)應(yīng)運(yùn)而生,并逐步發(fā)展成為河流生態(tài)修復(fù)研究的重要理論支撐。其核心是將生態(tài)學(xué)原理與工程設(shè)計(jì)理念相融合,在修復(fù)方法上,強(qiáng)調(diào)人為治理要與河流的自我恢復(fù)能力相結(jié)合[3]。

1962 年美國(guó)生態(tài)學(xué)家H.T.Odum等提出將生態(tài)學(xué)中的自我設(shè)計(jì)概念運(yùn)用到河流的生態(tài)修復(fù)工程當(dāng)中,由此生態(tài)工程的概念迅速傳播開(kāi)來(lái),并將生態(tài)工程定義為：“人運(yùn)用少量輔助能而對(duì)那種以自然能為主的系統(tǒng)進(jìn)行的環(huán)境控制?！盨chlueter（1971）認(rèn)為,在對(duì)河流生態(tài)近自然化治理中,要在滿足人類對(duì)河流的基本利用要求為前提條件下達(dá)到對(duì)河溪生態(tài)多樣性的維護(hù)和重塑。直止20 世紀(jì)70 年代末瑞士Zurich州河川保護(hù)建設(shè)局在借鑒德國(guó)生態(tài)護(hù)岸試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)一步深入實(shí)踐,將其延伸發(fā)展為“多自然型河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)”,其目的是使河流最大化保持原始自然狀態(tài)[4]。

河流生態(tài)修復(fù)理論的成熟階段：隨著河流修復(fù)理論的不斷完善以及各種修復(fù)手段不斷在河流治理中得到成功實(shí)踐,河流治理的范圍也逐漸向多指標(biāo)和多維度方向拓展。有學(xué)者開(kāi)始將河流水動(dòng)力學(xué)、地質(zhì)學(xué)等知識(shí)運(yùn)用到河流的治理當(dāng)中。Binder（1983）則認(rèn)為首先要充分了解河道的水力學(xué)特性和地貌特點(diǎn)等基本自然規(guī)律,才能更好地對(duì)河流進(jìn)行整治,在這一概念中,明確指出了河流生態(tài)治理過(guò)程中近自然治理與工程治理兩種方法在目的和手段上的差異。Holzmann（1985）認(rèn)為河流的生態(tài)治理應(yīng)該創(chuàng)造出一個(gè)水流斷面、水深及流速等水文特征多樣性的河溪,并強(qiáng)調(diào)河流的近自然治理要面向生境多樣性發(fā)展。同時(shí),德國(guó)、瑞士于20 世紀(jì)80 年代提出了“河流再自然化”的概念,他的最終想法是將河流凈化程度達(dá)到跟自然水體一樣。英國(guó)在修復(fù)河流時(shí)也強(qiáng)調(diào)“近自然化”,將河流生態(tài)功能的恢復(fù)作為治理的重點(diǎn)[5]。

美國(guó)的Mitsch和Jorgensn于1989 年對(duì)Odum等在1962 年提出的生態(tài)工程這一概念進(jìn)行了總結(jié)和探討,從而拓展衍生出了“生態(tài)工程”這一理論,奠定了河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)的理論基礎(chǔ)。日本于1986 年開(kāi)始引進(jìn)和學(xué)習(xí)歐洲的河道治理經(jīng)驗(yàn),隨后開(kāi)創(chuàng)了“創(chuàng)造多自然型河川計(jì)劃”,并稱之為“多自然河川工法”。其理論也隨著河流整治工程的不斷實(shí)踐得以完善和發(fā)展。

歸納總結(jié)國(guó)外河流修復(fù)的研究成果,其核心理念是將生態(tài)學(xué)原理應(yīng)用于工程實(shí)踐中,其目標(biāo)是恢復(fù)河流生態(tài)的多樣性,使其達(dá)到近自然狀態(tài),創(chuàng)造出一個(gè)良性循環(huán)的河流生態(tài)環(huán)境。

2.2 國(guó)內(nèi)生態(tài)修復(fù)研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)在河流生態(tài)修復(fù)方面的研究在20 世紀(jì)末開(kāi)始進(jìn)行。初始階段主要側(cè)重研究河流生態(tài)系統(tǒng)中某一個(gè)層面的功能。近年來(lái),國(guó)家越來(lái)越重視對(duì)河流生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與修復(fù),相關(guān)學(xué)者開(kāi)始從不同角度積極開(kāi)展對(duì)河流生態(tài)修復(fù)的研究。1999 年高甲榮等系統(tǒng)性闡述了景觀生態(tài)學(xué)在荒溪治理工程中的方法和要點(diǎn)。并在此基礎(chǔ)上深入探討了河溪近自然治理的概念、發(fā)展和特征；王超等在2004 年系統(tǒng)性闡述了水安全、水環(huán)境、水景觀、水文化和水經(jīng)濟(jì)五位一體的城市河流水生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)機(jī)制,為城市河流的修復(fù)提供了理論指導(dǎo)；楊海軍（2004）等指出傳統(tǒng)的水利工程在一定程度上破壞了河流的生態(tài)功能,在分析和總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于受損河岸生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)研究的基礎(chǔ)上,指出了我國(guó)在開(kāi)展受損河岸生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工作時(shí)會(huì)面臨的問(wèn)題,并據(jù)此提出了相應(yīng)的解決措施；鐘春興等（2004）詳細(xì)闡述了河流生態(tài)修復(fù)的內(nèi)涵,目標(biāo)明確,強(qiáng)調(diào)了河道形態(tài)的修復(fù)在河流生態(tài)整治中的重要性,并且要同時(shí)兼顧河流在縱向和橫向上的修復(fù)[6]；趙彥偉和楊志峰（2005）在深入研究城市河流生態(tài)系統(tǒng)健康概念的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地闡述了城市河流生態(tài)健康系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及評(píng)價(jià)方法；倪竟仁等（2006）分析了河流治理過(guò)程中不同階段的河流特點(diǎn)和影響因素,提出了自然循環(huán)、主功能優(yōu)先、多功能協(xié)調(diào)等10 項(xiàng)河流生態(tài)修復(fù)原則,并指出了河流生態(tài)修復(fù)的基本步驟；徐菲等（2014）結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究成果,對(duì)河流治理強(qiáng)調(diào)多學(xué)科思想相融合指導(dǎo)下的綜合型修復(fù)將是未來(lái)河流修復(fù)發(fā)展的主要方向[7]。徐艷紅等（2017）針對(duì)淮河流域河南段部分河流出現(xiàn)的不同程度上的河流生態(tài)退化問(wèn)題,分別構(gòu)建了三種修復(fù)模式和五種修復(fù)方法,對(duì)淮河流域內(nèi)生態(tài)受損河流的修復(fù)具有重要技術(shù)指導(dǎo)意義[8]。李飛朝（2019）針對(duì)河流提出泥底清理與濕地修復(fù)技術(shù),又對(duì)生態(tài)補(bǔ)水和人工補(bǔ)氧做了相關(guān)介紹,指出這兩種方法都可以達(dá)到凈化水體的目的,對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)治理達(dá)到了很好的效果[9]。

綜上,雖然我國(guó)在河流生態(tài)修復(fù)方面的研究起步較晚,但發(fā)展迅速,對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)不再是以單一的水質(zhì)修復(fù)為主,而是逐漸向以流域尺度出發(fā)的整體生態(tài)修復(fù)過(guò)渡,在河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的理論、技術(shù)和實(shí)踐上都取得了豐富的研究成果。

3 對(duì)我國(guó)河流生態(tài)修復(fù)研究的發(fā)展和展望

（1） 我國(guó)河流眾多,受地理空間等因素影響,其形態(tài)各異。為便于掌握各條河流生態(tài)狀況,有必要建立多機(jī)制、多效應(yīng)、業(yè)務(wù)化的河流生態(tài)管理平臺(tái),并且區(qū)域性從河流水質(zhì)、水文、生物群落、河流形態(tài)四方面建立河流生態(tài)系統(tǒng)健康數(shù)據(jù)庫(kù),為河流健康評(píng)估提供實(shí)時(shí)依據(jù)。多方面量化河流生態(tài)受損程度,從而為制定河流修復(fù)方案提供依據(jù)。

（2）目前,我國(guó)的河流修復(fù)仍處于以水質(zhì)恢復(fù)為主的階段,單從某一方面對(duì)河流生態(tài)進(jìn)行治理都達(dá)不到最佳修復(fù)效果,應(yīng)該多層次、多角度、多指標(biāo)建立立體化河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃?rùn)C(jī)制。同時(shí)依賴生態(tài)學(xué)、河流動(dòng)力學(xué)、生物學(xué)、遙感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科協(xié)同規(guī)劃。

（3）實(shí)施遞進(jìn)式周期性修復(fù)措施,以適應(yīng)河流自身的凈化能力,針對(duì)不同階段河流的水生態(tài)情況,制定相應(yīng)的修復(fù)措施。我國(guó)河流眾多,地理位置不同,污染程度也不相同,治理的方法不能抄襲照搬,應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)睾恿鞯木唧w情況具體分析,因地制宜地進(jìn)行針對(duì)性的治理,達(dá)到對(duì)癥下藥的目的。