城市河流的生態(tài)修復(fù)研究

張 昭

（同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092）

河流是生命的源泉，是城市發(fā)展的基礎(chǔ)。在城市建設(shè)過程中，人類頻繁的生活生產(chǎn)活動對城市河流造成了一定破壞，出現(xiàn)水體滯流、復(fù)氧能力差、淤積嚴(yán)重、透明度低、富營養(yǎng)化、發(fā)生黑臭等現(xiàn)象。隨著近年來生態(tài)文明建設(shè)的步伐加快，越來越多的人開始注意到了城市河流的重要價值和人類行為對城市河流環(huán)境的破壞。黨在十九大報告中將建設(shè)生態(tài)文明提升為“千年大計”，2021 年頒布的“十四五”規(guī)劃則強調(diào)要加大重點河湖保護(hù)和綜合治理的力度，基本消除城市黑臭水體，恢復(fù)水清岸綠的水生態(tài)體系。國家越發(fā)重視河流的生態(tài)健康水平，因此研究城市河流生態(tài)修復(fù)具有重要意義。

1.城市河流概況

1.1 城市河流概念及功能

城市河流是指發(fā)源于或流經(jīng)城市地區(qū)的河流或河段，包括歷史上人工挖掘但現(xiàn)在已具有自然河流特征的運河、渠道等。人類逐水而居，城市依水而立，作為人類生存和城市發(fā)展的命脈，城市河流承擔(dān)著經(jīng)濟功能和生態(tài)環(huán)境功能這兩大主要功能：經(jīng)濟功能包括提供生活用水、生產(chǎn)用水、航運等，生態(tài)環(huán)境功能包括提供污染凈化場所、景觀美化、維持城市生態(tài)系統(tǒng)等。因此，人類的生活與周邊的城市河流息息相關(guān)。

1.2 城市河流現(xiàn)狀

隨著城市化進(jìn)程的加快，人類活動愈發(fā)頻繁，城市河流也出現(xiàn)了各種類型的問題，可以分為以下幾種類型：

1.2.1 水質(zhì)污染加劇

水環(huán)境中的污染主要來源于生活污水、工業(yè)廢水這類點源污染和農(nóng)業(yè)廢水、地表徑流這類面源污染。城市人口的增加、工業(yè)與農(nóng)業(yè)的發(fā)展、土地利用類型的改變，加重了河流的污染，使城市河流的納污能力遠(yuǎn)超其自凈能力水環(huán)境進(jìn)一步惡化。

1.2.2 河道硬化、景觀缺乏

河流的截彎取直和硬質(zhì)護(hù)岸在最開始主要是出于防洪、行洪的安全需要，但現(xiàn)在卻被廣泛濫用。目前，城市河流大多采用砌石、混凝土或鋼筋混凝土等硬化材料的護(hù)坡護(hù)岸，“直線化”、“平面化”、“硬質(zhì)化”嚴(yán)重，這嚴(yán)重阻礙了物質(zhì)、能量的交流，破壞了河岸帶的自然景觀與生態(tài)風(fēng)貌。

1.2.3 河流生態(tài)系統(tǒng)被破壞

河流生態(tài)系統(tǒng)是河流內(nèi)生物群落與河流環(huán)境的統(tǒng)一體，在這個統(tǒng)一體里，生物與環(huán)境相互影響，健康的城市河流生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)該是動態(tài)的、開放的、相對穩(wěn)定的。然而，城市河道的硬化斷面使得河道與生態(tài)系統(tǒng)其他成員之間的信息溝通和物質(zhì)交流被阻礙，生態(tài)系統(tǒng)的自我維持能力和恢復(fù)能力下降，進(jìn)一步導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)癱瘓。

2.河流生態(tài)修復(fù)

2.1 河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)與原則

河流生態(tài)修復(fù)是使河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)至近似于未被破壞前的狀態(tài)，并且具有自我維持動態(tài)均衡能力的復(fù)雜過程。河流生態(tài)修復(fù)著眼于河流生態(tài)系統(tǒng)的整體性，重視恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，強調(diào)遵循河流地貌學(xué)原理，并把生物群落多樣性作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。

我國正處于經(jīng)濟社會發(fā)展的重要階段，如果僅為了恢復(fù)河流生態(tài)而大規(guī)模拆除水利設(shè)施等，這將是不切實際的，因此城市河流生態(tài)修復(fù)目標(biāo)應(yīng)結(jié)合我國的實際國情。根據(jù)我國國情，城市河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)不是讓河流完全恢復(fù)到未被破壞前的原始狀態(tài)，而是充分創(chuàng)造有利條件，發(fā)揮河流生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)功能，形成新的動態(tài)平衡，促進(jìn)河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和良性循環(huán)。

在進(jìn)行城市河流生態(tài)修復(fù)時應(yīng)重點關(guān)注以下幾個原則：

2.1.1 系統(tǒng)性和整體性原則

河流生態(tài)修復(fù)是建立在一定的基礎(chǔ)上的，這個基礎(chǔ)包括水體各理化性質(zhì)良好，不存在危害生物生存的有毒有害物質(zhì)，水質(zhì)水量相對穩(wěn)定等等，城市河流的污染治理與生態(tài)修復(fù)是相輔相成的，污染治理是前提，生態(tài)修復(fù)是保障。因此要把城市河流的生態(tài)修復(fù)與城市整個生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)結(jié)合起來，注重流域內(nèi)水網(wǎng)和管網(wǎng)的治理修復(fù)工作。

2.1.2 自組織和自修復(fù)原則

采取適當(dāng)?shù)娜藶榇胧﹣韯?chuàng)造有利條件，使已受損的生物群體及生態(tài)結(jié)構(gòu)得到修復(fù)，充分利用河流生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力，讓系統(tǒng)內(nèi)各個要素相互作用、循環(huán)耦合，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)自我維持、自我協(xié)調(diào)的良性循環(huán)，使河流系統(tǒng)朝著自然、穩(wěn)定、健康方向發(fā)展。

目前已有的研究成果對深厚覆蓋層上壩基廊道的應(yīng)力變形規(guī)律認(rèn)識尚不成熟，長河壩大壩壩高和地震烈度遠(yuǎn)超過已建類似工程，壩基廊道安全性問題更為突出，開展壩基廊道的應(yīng)力變形規(guī)律研究對保障壩基廊道的安全性有重要意義。本文采用基于子模型法[6-9]的三維非線性有限元對深厚覆蓋層中的壩基廊道進(jìn)行了精細(xì)模擬，先后對大壩-壩基整體及壩基廊道進(jìn)行了地震時程動力計算，分析壩基廊道的靜動力特性，評價其抗震安全性。

2.1.3 多樣性原則

生物多樣性是維持生態(tài)系統(tǒng)平衡和健康的基礎(chǔ)，也是修復(fù)效果的衡量標(biāo)準(zhǔn)，因此要堅持生物多樣性原則，引入本地物種，設(shè)置生態(tài)廊道，使生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性增大。河流形態(tài)多樣性是生物群落多樣性的基礎(chǔ)，因此要遵循河流地貌學(xué)原理，恢復(fù)河流自然蜿蜒的形態(tài)。

2.1.4 功能性原則

河流生態(tài)系統(tǒng)的健康依賴于河流各項功能的滿足，因此需要制定合理的指標(biāo)體系來表述各項功能。河流系統(tǒng)的各項功能在不同時間段和不同河段，具有不同的重要程度，因此在修復(fù)過程中可以優(yōu)先考慮河流的主要功能，協(xié)調(diào)次要功能，并依此來確定相應(yīng)的指標(biāo)。

2.1.5 景觀性原則

河流生態(tài)修復(fù)中應(yīng)引入景觀設(shè)計的內(nèi)容，做到自然景觀與人文景觀有機結(jié)合，不僅具有美學(xué)的意義，也兼具文化、休閑的功能，帶給人們美好的享受，滿足人們親近自然的需求。

2.2 河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)

按照修復(fù)的對象不同，可以將目前常用的生態(tài)修復(fù)技術(shù)分為三類：水質(zhì)修復(fù)技術(shù)、生態(tài)護(hù)坡技術(shù)以及河道景觀設(shè)計。

2.2.1 水質(zhì)修復(fù)技術(shù)

2.2.1.1 植草溝。植草溝是指由植被覆蓋、能夠輸送雨水徑流并控制流量、通過過濾吸附作用有效削減污染物的海綿城市設(shè)施，主要針對的是雨水徑流面源污染。植草溝中的植物和滲濾層可以過濾、吸附雨水徑流中的污染物，能夠有效去除固體懸浮物、有機物、氮、磷等污染物，起到提升水質(zhì)的作用。

2.2.1.3 生態(tài)清淤。生態(tài)清淤又叫環(huán)保清淤，是為改善水質(zhì)和水生態(tài)環(huán)境而進(jìn)行的清淤，目的是減少二次污染。生態(tài)清淤工程通過將河道中富含污染物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)的上層淤泥和懸浮狀污泥清除，減少底泥中污染物和營養(yǎng)物質(zhì)的二次釋放，改善水質(zhì)，恢復(fù)水體自凈能力，同時整個清淤過程對河道生態(tài)系統(tǒng)和周圍環(huán)境的破壞和影響降低到最小。

2.2.1.4 生態(tài)浮島。生態(tài)浮島是無土種植技術(shù)與生物修復(fù)技術(shù)的結(jié)合體，生態(tài)浮島主要是通過植物的根系來達(dá)到凈化水體的效果，浮島植物的根系可以吸收和吸附氮、磷，根系也能分泌酶類促進(jìn)水中有機物的降解，同時，根系與微生物可形成相互協(xié)同效應(yīng)，共同降解水中的營養(yǎng)鹽類。除了凈化污染水質(zhì)外，生態(tài)浮島還為鳥類等提供了棲息地，增加了生物群落多樣性。

2.2.2 生態(tài)護(hù)岸技術(shù)

生態(tài)型護(hù)岸具有顯著的生態(tài)功能，是護(hù)岸修復(fù)的理想形式。生態(tài)型護(hù)岸一般可分為三種類型：

2.2.2.1 自然原型護(hù)岸。即植物護(hù)岸。主要通過植被根系的力學(xué)效應(yīng)和水文效應(yīng)來護(hù)坡，既能滿足生態(tài)環(huán)境需要，又具有景觀美化效果。

2.2.2.2 自然型護(hù)岸。在植物護(hù)岸基礎(chǔ)上，采用天然石材、木材護(hù)底。這種護(hù)岸施工方便、抗沖刷能力強、有一定的自愈能力。

2.2.2.3 多自然型護(hù)岸。在自然型護(hù)岸的基礎(chǔ)上，采用生態(tài)磚、石籠等材料。這種護(hù)岸施工方便，抗沖刷能力強，綜合經(jīng)濟效益也比較高

2.2.3 河道景觀設(shè)計。河道景觀設(shè)計要從以下方面開展：拆除不必要的水利設(shè)施，恢復(fù)河道的連續(xù)性；合理規(guī)劃河道整治方案，因勢利導(dǎo)，盡可能保留自然彎曲的蜿蜒河道；運用植石法，改變河道單一的水流狀態(tài)，增加河水的流動多樣性；喬灌草有機結(jié)合，建設(shè)富有層次的河岸帶緩沖區(qū)。

小結(jié)

通過對城市河流的概念、功能、現(xiàn)狀的介紹，以及對河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)、原則、技術(shù)的詳細(xì)闡述，可以發(fā)現(xiàn)城市河流的生態(tài)修復(fù)具有廣闊的研究和應(yīng)用前景。在今后的研究中，應(yīng)注意河流生態(tài)修復(fù)的多學(xué)科交叉性，要廣泛集中不同專業(yè)的技術(shù)人員，研究先進(jìn)的技術(shù)方法和手段，規(guī)范修復(fù)工作流程，使河流的生態(tài)修復(fù)具有更高的實用性。