基于北方缺水城市的河道生態(tài)修復工程
——以蘆河水生態(tài)治理為例

郭瑋，陳浩，趙虹瑞

（1.北京北華中清環(huán)境工程技術(shù)有限公司，北京 100176；2.南京大學建筑規(guī)劃設計院有限公司，南京 210024）

1 流域概況

蘆河流域位于榆林市西南部，靖邊縣北部。靖邊縣城地處鄂爾多斯臺地南緣與黃土高原北部過渡地帶，白于山橫亙于南，毛烏素沙漠綿延于北，靖邊平原呈東西走向居中，全縣地勢南高北低。

蘆河屬黃河一級支流無定河的主要支流，主流發(fā)源于靖邊縣南部的白于山地，上源兩個支流東、西蘆河在靖邊縣城區(qū)匯合，由南向北流經(jīng)靖邊、橫山兩縣，在橫山區(qū)石馬洼匯入無定河。本項目蘆河位于上游，串聯(lián)上游王家廟水庫大壩、城市建成區(qū)和郊野區(qū)，總長7.929 km。蘆河貫通中心城區(qū)，串聯(lián)了城市南北功能及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，緊靠城市主中心，與城市主軸交匯的區(qū)域是未來建設的重點。

2 現(xiàn)狀問題分析

2.1 河道流量小

蘆河發(fā)源于白于山區(qū)，靖邊縣城位于其中游，蘆河從縣城穿過，是城區(qū)唯一的河流，蘆河水體受庫壩截流的影響，導致常流量較小，枯水期常年斷流。此外，蘆河地處半干旱氣候條件，蒸發(fā)量大，也是河道流量損失的重要原因[1]。

2.2 河流生境退化嚴重，河道生態(tài)平衡受損

研究區(qū)部分河道為土質(zhì)河床，兩岸可見到塌陷裂縫，水土流失現(xiàn)象嚴重。由于氣候變化和人為因素，地下水下降，河道斷流，濕地萎縮，而且大量植株死亡后與泥沙混合沉積水底，抬高河床，使很多河道出現(xiàn)了沼澤化，甚至填埋河道。且工程區(qū)內(nèi)橋梁、道路、閘壩跨越動物活動的通道，損害區(qū)域動物集聚的完整性[2]。

2.3 生物多樣性較低

河道生態(tài)破壞導致水生植被受損，植被蓋度顯著降低，且部分河段水生植物種類單一，基本無沉水植物、漂浮植物，主要以挺水植物為主。生物群落多樣性也隨之降低，水生生態(tài)系統(tǒng)功能受損，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。

2.4 初期雨水對水質(zhì)影響大

蘆河河道流量隨季節(jié)變化而暴漲暴落，夏秋汛期內(nèi)有雨洪水補給，水大流急，泥沙俱下，水流渾濁。雨水溶解了空氣中的大量酸性氣體、汽車尾氣、工廠廢氣等污染性氣體，降落地面后，又由于沖刷屋面、瀝青混凝土道路等，使得初期雨水中含有大量的污染物質(zhì)，初期雨水的污染程度較高，甚至超出普通城市污水的污染程度，經(jīng)雨水管直排入河道，也給蘆河水環(huán)境造成了一定程度的污染。

3 設計目標和策略

3.1 設計目標

提高水生生物多樣性，構(gòu)建健康的河流水生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)揮河流生態(tài)自凈功能，提高蘆河水質(zhì)的安全保障能力。

3.2 設計策略

1）保護和恢復河流形態(tài)的多樣性。通過采用非規(guī)則斷面或深潭淺灘交錯布局等方式，保持河流橫縱斷面形狀的多樣性，尊重河流原有的自然斷面形態(tài)，盡可能避免河道斷面的均一化[3]。

2）為植物生長和動物棲息創(chuàng)造條件。河床是懸移質(zhì)和推移質(zhì)長期運動形成的，由不同粒徑的卵石、礫石和沙土組成，適于水生植物、濕生植物及微生物生存，不同粒徑卵石的自然組合，又為魚類產(chǎn)卵提供了場所。保持水流縱向的連續(xù)性、生態(tài)廊道的連續(xù)性，可為植物生長和動物棲息創(chuàng)造條件，為魚類產(chǎn)卵提供條件，給鳥類和水禽提供棲息地和避難場所。

3）利用生態(tài)系統(tǒng)自我修復和自我凈化功能。基于河流生態(tài)學理論，利用生態(tài)系統(tǒng)的自我修復和自我凈化功能，應用人工水草、水生態(tài)系統(tǒng)等經(jīng)濟適用的生態(tài)技術(shù)，通過恢復和平衡生態(tài)系統(tǒng)來凈化水體，達到長效改善水質(zhì)的效果，實現(xiàn)河道水環(huán)境改善和生態(tài)治理的目的[4]。

4 生態(tài)工程措施

4.1 河道原位治理工程

4.1.1 河流敞水面工程

河流敞水面段位于城區(qū)位置，以大水面為主，該部分河道兩側(cè)為主城區(qū)，對景觀效果要求較高。由于水深較淺，近岸側(cè)河底未清淤，水質(zhì)較好，活水效果較好等特點。采用“水生植物恢復+推流曝氣+水生動物恢復”的治理模式。

水生植物的選擇考慮污染物去除效果好、耐寒的品種。挺水植物種植選擇蘆葦、蒲葦、香蒲、蘆竹、花葉蘆竹、千屈菜、黃花鳶尾。浮葉植物選擇耐寒睡蓮、萍逢草、荇菜、水鱉；沉水植物選擇苦草、菹草、狐尾藻。

水生動物投放根據(jù)能量塔原理和食物鏈食物網(wǎng)的物質(zhì)流動原理，在河道中配置不同品種的野生魚類（包括草食性、植食性、肉食性魚類）及其他水生動物。底棲動物選擇河蚌和螺螄。魚類選擇濾食性（鰱魚、鳙魚）、草食性（草魚）、雜食性（鯉魚、鯽魚）、底棲動物性（青魚）、肉食性（鲌 魚、鯰魚、烏鱧）。由于底棲動物凈化水質(zhì)能力較強且不會影響水生植物的生長，為營造良好的生境，在水生植物群落構(gòu)建完成后，先構(gòu)建底棲動物如幼蚌和螺螄，以凈化水質(zhì)，待后期水生植物生長穩(wěn)定后再構(gòu)建魚類群落。魚類放養(yǎng)分批進行，由少及多，逐步增加。

根據(jù)水動力模擬分析，敞水面河段個別位置水動力條件較差，水體流速較慢，易造成污染物的富集。根據(jù)河道設計水深要求，在1.0 m 水深位置增加推流曝氣設備，增強局部區(qū)域的水動力條件，減少死水區(qū)的形成[5，6]。

4.1.2 河道子槽工程

河道子槽段位于蘆河下游，水利清淤后呈寬闊河道效果，由于河道補水量較小，為減少河道蒸發(fā)量和滲透量，同時保留原有河道子槽的景觀效果，在河道內(nèi)構(gòu)建河道子槽作為常水位時的主要通道，原有河道作為行洪河道。子槽構(gòu)建采用恢復近自然蜿蜒河道形態(tài)，采用“近自然河道子槽修復+河道表流人工濕地”的治理模式。

河道表流濕地工程主要針對剩余入河污染物進行凈化。根據(jù)河流具體寬度，考慮河道生態(tài)景觀效果，布置河道表流濕地工程。河道表流人工濕地設置采用“多塘凈化技術(shù)”與“表流人工濕地技術(shù)”相結(jié)合，采用“沉淀塘+挺水植物塘+浮葉植物塘+沉水植物塘”相結(jié)合的方式，在同一區(qū)域內(nèi)種植相同的水生植物，保證同一區(qū)域內(nèi)植物生長的優(yōu)勢種，減少不同植物之間的競爭作用，加強植物的生長速度，進而增加植物的污染物削減能力。表流濕地工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 表流濕地工藝流程圖

4.2 河道異位治理工程

河道異位凈化工程主要為異位人工濕地工程。限于河流子槽段河流原位濕地有限的河水處理量，為保證河流下游考核斷面水質(zhì)達標，在河道下游設置異位人工濕地，將河水提升至人工濕地處理達標后，再排放入河流下游。

項目區(qū)冬季低溫情況，冬季凍土層較厚，易造成管道結(jié)冰影響濕地運行，選擇水平潛流工藝；考慮河水泥沙問題，預處理采用生態(tài)穩(wěn)定塘對河水中泥沙進行沉降。濕地采用“進水沉淀塘+水平潛流濕地+出水穩(wěn)定塘”的模式。如圖2 所示。

圖2 異位濕地工藝流程圖

4.3 多功能雨水濕塘工程

針對初期雨水，構(gòu)建雨水濕塘，對初期雨水進行統(tǒng)一收集儲存，后排入污水處理廠處理，減少初期雨水污染。

多功能雨水濕塘主要由沉降區(qū)和蓄水區(qū)組成，沉降區(qū)主要用于沉淀初期雨水攜帶的泥沙及其他固體污染物，蓄水區(qū)主要用于儲存暴雨時形成的大量初期雨水，起到調(diào)蓄控污的作用。

植物選擇：雨水濕塘根據(jù)季節(jié)變換間歇性運行，因此，在植物選擇方面，選擇挺水植物千屈菜、蘆竹、黃菖蒲、濕生植物水蔥、蒲葦、香蒲。如表1 所示。

表1 主要濕地植物

5 結(jié)語

針對蘆河水質(zhì)超標、生物多樣性低、水體自凈能力差的現(xiàn)狀，利用河道區(qū)域，根據(jù)現(xiàn)狀河道改造，設計過程中考慮對周邊環(huán)境的影響，遵循最小工程量原則，減小對周邊區(qū)域的影響程度。通過原位、異位濕地工程設計、地形改造和植被恢復等措施實施生態(tài)修復，營造鳥類、魚類棲息地等多種類型生境的功能，增加生物多樣性，完善食物鏈的結(jié)構(gòu)，建立完整和健康的水生態(tài)系統(tǒng)。通過多功能雨水濕塘設計，削減初期雨水對河道水質(zhì)的影響，對河道水質(zhì)達標提供保障。