云南山地城市中小型河流生態(tài)修復(fù)實現(xiàn)途徑

李皓君，盧 林

（云南省設(shè)計院集團有限公司，昆明 650000）

由于人類活動的干擾，對河流進行不合理的資源開發(fā)，使得河流的結(jié)構(gòu)特征、水文特征等發(fā)生改變，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)的完整性和生態(tài)功能逐漸喪失。隨著人類生態(tài)意識的提高，河流的生態(tài)健康問題引起了社會的極大關(guān)注。河流生態(tài)修復(fù)任務(wù)主要包括水文水質(zhì)條件的改善、河流結(jié)構(gòu)特征的改善、生物多樣性恢復(fù)等。針對各地域特征的河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)需要更加具體和細化地研究，本研究充分結(jié)合我國云南山地城市地域特征，對中小型河流的生態(tài)修復(fù)實現(xiàn)途徑進行探討，并對工程實施效果進行分析。

1 研究區(qū)域河流生態(tài)環(huán)境調(diào)查及問題分析

1.1 河流基本情況

本文的研究對象為云南省昭通市中心城市轄區(qū)內(nèi)河流利濟河。昭通市位于云南省滇東北地區(qū)，城中心內(nèi)主要河流為灑漁河和昭魯河，其中昭魯河右岸支流利濟河水系位于中心城區(qū)，全長27.1 km，平均比降6.6‰，控制徑流面積113 km2，是昭通中心城市城區(qū)的重要河道之一。

1.2 河道水質(zhì)分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的情況，利濟河水質(zhì)情況并不穩(wěn)定，利濟河烏蒙古鎮(zhèn)上游段水質(zhì)情況較好，但存在河道分時分段水質(zhì)變差的情況。

分析利濟河監(jiān)測斷面范圍內(nèi)自2018年5月至2019年3月主要指標(biāo)參數(shù)，利濟河DO平均值為7.20mg/L，氧化還原電位平均值為110.37 mV，氨氮平均質(zhì)量濃度為1.02 mg/L，TP平均質(zhì)量濃度為0.17 mg/L。由圖1—圖4可知，溶解氧（DO）、氧化還原電位總體上呈下降趨勢；氨氮（NH3—N）呈增大的趨勢，總磷（TP）在2018年7月中旬后呈增大趨勢。以上4個指標(biāo)均顯示，利濟河各水質(zhì)指標(biāo)均優(yōu)于城市黑臭水體污染程度分級中輕度黑臭的標(biāo)準(zhǔn)，但是自2018年5月利濟河水質(zhì)整體已呈逐漸變差的趨勢。

圖1 利濟河水質(zhì)指標(biāo)隨時間變化趨勢圖（氧化還原電位和氨氮）

圖4 利濟河水質(zhì)指標(biāo)隨空間變化趨勢圖（溶解氧和總磷）

分析利濟河監(jiān)測斷面范圍內(nèi)自上游至下游的主要指標(biāo)平均質(zhì)量濃度，溶解氧（DO）、氧化還原電位自上游至下游逐漸降低；氨氮（NH3—N）、總磷（TP）自上游至下游逐漸增加。以上4個指標(biāo)均顯示，利濟河各河段指標(biāo)均優(yōu)于城市黑臭水體污染程度分級中輕度黑臭的標(biāo)準(zhǔn)，但河道下游水質(zhì)較之上游更差，說明河道沿線仍有污染物的匯入，導(dǎo)致河道水質(zhì)變差。

1.3 生態(tài)基流分析

針對昭通市城市內(nèi)河水文條件和生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀，河道生態(tài)需水量確定為河道棲息地需水量。目前河流棲息地需水計算方法多達207種，其中較為常用的是由Nehring1979年提出的R2-CROSS法，該方法以水力學(xué)為基礎(chǔ)，利用曼寧公式，計算特定淺灘處的河道最小流量代表整個河流的最小流量。該方法適用于河寬較小的中小型河流，計算過程簡單，針對本研究河流特點，本次采用R2-CROSS法計算最小棲息地流量，根據(jù)利濟河各斷面情況以及河道坡降，分別將平均水深的流量代入曼寧公式進行計算，綜合粗糙系數(shù)按0.028計，計算結(jié)果利濟河最小棲息地流量為1.20 m3/s，生態(tài)基流達標(biāo)率為80.9%。

圖2 利濟河水質(zhì)指標(biāo)隨空間變化趨勢圖（氧化還原電位和氨氮）

圖3 利濟河水質(zhì)指標(biāo)隨時間變化趨勢圖（溶解氧和總磷）

1.4 河岸現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境分析

經(jīng)統(tǒng)計，利濟河示范段柔性生態(tài)護岸長約2210m，占總長度的40.0%；半透水護岸（護岸下部為不透水，上部為生態(tài)護坡）長約1 980 m，占總長度的35.8%；不透水護岸長約1 340 m，占總長度的24.2%，如圖5所示。

圖5 利濟河岸線情況統(tǒng)計

1.5 河床地貌現(xiàn)狀分析

2 河流生態(tài)修復(fù)實現(xiàn)途徑

2.1 水質(zhì)改善目標(biāo)實現(xiàn)途徑

2.1.1 河道截污工程消除點源污染

通過實地踏勘并查閱管網(wǎng)普查資料及相關(guān)工程施工圖紙，項目研究區(qū)域利濟河西側(cè)尚未系統(tǒng)設(shè)置截污

如圖6所示，根據(jù)現(xiàn)場踏勘的情況，利濟河示范段河底為硬化河底的長度約3 100 m，占總長度的56.06%；原狀透水河底的長度約2 430 m，占總長度的43.94%。其中，城區(qū)段河道基本為硬化河床，河道郊區(qū)段為原狀河床。管道，僅在城區(qū)段設(shè)置部分臨時截污管，截污管管徑偏小，難以滿足污水排放要求；因此本截污工程考慮對利濟河城區(qū)段西側(cè)截污管進行重新規(guī)劃建設(shè)，改造長度約2 400 m。

圖6 利濟河河底地貌情況統(tǒng)計

2.1.2 河道生態(tài)清淤減少內(nèi)源污染

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，由于流域內(nèi)植被的減少，水土流失嚴(yán)重。匯流區(qū)內(nèi)大量泥沙如何造成河床淤積，下游淤積嚴(yán)重，有的地方形成了灘地，嚴(yán)重影響了河道的暢通；此外，通過底泥檢測，營養(yǎng)物質(zhì)含量高，大量的污染底泥是潛在的巨大污染源，對水質(zhì)改善及生態(tài)恢復(fù)極為不利。因此，需對河道進行生態(tài)清淤。

2.1.3 設(shè)置植物緩沖帶減輕面源污染

本項目依據(jù)示范段河道實際情況，選擇在河岸帶較寬位置布置兩處植被緩沖帶。植被緩沖帶的布局由三部分組成。分別為碎石消能區(qū)，植被緩沖區(qū)和凈化區(qū)。碎石消能區(qū)主要功能為對匯水面匯入的雨水消能，減少徑流對植被的沖刷；植被緩沖區(qū)主要功能為過濾、滲透、吸收、滯留、沉積河岸帶進入河流水體的污染物；凈化區(qū)主要功能為通過控制雨水的停留時間，進一步去除匯流雨水中的污染物質(zhì)。

2.1.4 構(gòu)建河床濕地，增強水體自凈能力

河床濕地一般應(yīng)用在外源污染有效控制下，工程區(qū)水體仍無法達到相應(yīng)地表水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)或水體功能區(qū)劃所要求的水質(zhì)時，增強水體自凈能力。在現(xiàn)狀河床自然土壤地層結(jié)構(gòu)上或通過表層稍加挖填平整后，提供濕地植物和微生物生長的植物種植和水體漫流的濕地，可自然運行，也可通過人工控制運行。

2.2 生態(tài)功能改善目標(biāo)實現(xiàn)途徑

2.2.1 岸線生態(tài)修復(fù)技術(shù)

生態(tài)護岸通過增加綠化護面層、坡面多孔化、粗糙化，近岸流態(tài)多樣化等途徑實現(xiàn)岸線的生態(tài)功能，充分發(fā)揮天然材料的生態(tài)性能，有效改善傳統(tǒng)型硬質(zhì)護岸對河流環(huán)境及生態(tài)所帶來的負面影響。通過現(xiàn)場調(diào)查，本研究區(qū)域?qū)Σ煌佣畏謩e采用了雷諾護墊、格賓石籠結(jié)合植物護岸兩種類型進行改造。

2.2.2 河道內(nèi)棲息地修復(fù)技術(shù)

通過改變河道坡降及局部流暢，調(diào)整河床泥沙沖淤變化布置格局，增加河道形態(tài)蜿蜒度、增設(shè)掩蔽物等途徑均可實現(xiàn)增強水域棲息地的功能。針對研究區(qū)域的河道地貌特征，提出河底地貌修復(fù)方案，主要為拆除原有的硬質(zhì)河床，根據(jù)現(xiàn)狀河床基底情況、河道水流泥沙條件、清淤要求等條件選擇不同的生態(tài)河床技術(shù)措施進行改造，并對未治理過的原始河道河床維持現(xiàn)狀。

2.2.3 生態(tài)基流保障措施

河水的流動是河流生態(tài)系統(tǒng)最強特征，水流的空間和時間特征對水生生物的生存至關(guān)重要，是支撐動物群落生物多樣性的基本條件。因此，針對研究對象河段的各斷面特征和水力坡降來計算得到利濟河最小棲息地流量為1.20 m3/s，再結(jié)合河道需水量與可利用水源平衡分析，確定河流的補水水源。

2.3 人文景觀目標(biāo)實現(xiàn)途徑

與河流的傳統(tǒng)整治不同，河流的總體人文景觀設(shè)計在生態(tài)修復(fù)中要從河流生態(tài)系統(tǒng)整體性出發(fā)，將河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能修復(fù)擺在優(yōu)先位置。一方面通過生態(tài)工程技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合污染源的控制，有效改善河道水質(zhì)，使其達到景觀水體水質(zhì)的要求；另一方面通過濱河帶植被及水景的設(shè)計，美化河道景觀的同時達到生態(tài)功能改善的作用。

3 工程實施效果分析

3.1 水質(zhì)改善效果

本研究項目結(jié)合沿岸截污改造工程，消除了大部分的外源污染，為水質(zhì)改善創(chuàng)造了條件，通過各項生態(tài)修復(fù)措施協(xié)同作用，河道水質(zhì)較改造前有了大幅度提升，完全消除了黑臭；順利通過生態(tài)環(huán)境部對昭通市城市黑臭水體治理工作和考核核查，現(xiàn)場檢測的3條水體13個點位相關(guān)指標(biāo)全部達標(biāo)。

3.2 生態(tài)功能改善效果

河流生態(tài)修復(fù)對生態(tài)功能的改善標(biāo)志主要體現(xiàn)在生物多樣性的提高，生物多樣性的提高通過對生物的豐度和多度進行度量，經(jīng)統(tǒng)計修復(fù)后河道上中下游不同實施段植被物種數(shù)量普遍增加，生物多樣性提高，但此結(jié)果為修復(fù)短期內(nèi)數(shù)據(jù)，多為修復(fù)工程中人工增加的水生植物和河岸帶植物，而動物、微生物等生物多樣性的修復(fù)為一長期生態(tài)過程，但該修復(fù)過程建立在棲息地的多樣性基礎(chǔ)之上。而本研究對象河流經(jīng)過河床地貌改造后生態(tài)河床占比92%，生態(tài)岸線改造后生態(tài)岸線比例為69.24%，極大增加了生物棲息地的多樣性。

3.3 河流生態(tài)狀況綜合改善效果

通過對河道生態(tài)修復(fù)段效果進行前后對比，河道水質(zhì)明顯提升，水文地貌級別提升，河道縱向、橫向連續(xù)性極大增強，底棲動物和植被物種增加，生物多樣性得到提高；河流生態(tài)狀況總體得到提升，達到預(yù)期效果。

4 結(jié)束語

綜上，構(gòu)建河流生態(tài)修復(fù)的實現(xiàn)途徑首先要與區(qū)域的相關(guān)規(guī)劃進行協(xié)調(diào)和銜接；其次河流生態(tài)修復(fù)是一個綜合性工程，需要充分結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件、地理特征、社會服務(wù)需求、經(jīng)濟發(fā)展程度和城市建設(shè)等地域特征因素來構(gòu)建修復(fù)途徑，同時兼顧生態(tài)效益和社會經(jīng)濟效益；而我國地域遼闊，各流域特征條件千差萬別，地區(qū)差異性需要采取適應(yīng)于各自區(qū)域特征的生態(tài)修復(fù)實現(xiàn)途徑。