河流生態(tài)修復(fù)理念與技術(shù)研究進(jìn)展

許繼軍，景喚

（1. 長江水利委員會長江科學(xué)院水資源與生態(tài)環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430010；2. 長江水利委員會長江經(jīng)濟(jì)帶保護(hù)與發(fā)展戰(zhàn)略研究中心，湖北 武漢 430014）

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基，具備社會、自然、資源等多重屬性，在人類社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境演替中發(fā)揮著不可替代的作用。河流作為水的核心載體，在自然生態(tài)、社會服務(wù)等不同領(lǐng)域扮演著重要角色。具體而言，水循環(huán)方面，河流是陸地與海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要紐帶，推動著生物圈的物質(zhì)循環(huán)和能量流動；水資源方面，河流具有供水、航運(yùn)、發(fā)電、灌溉等多重經(jīng)濟(jì)功能，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展；水生態(tài)方面，河流為水生動植物提供棲息場所，其形態(tài)多樣性奠定了流域生物多樣性的基礎(chǔ)；水文化方面，河流演化形成的豐饒谷地是人類文明的發(fā)祥地，孕育了璀璨的河谷文明等。

然而，上世紀(jì)80年代以來，隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加速，傳統(tǒng)治河工程被大量修建，河流岸線亂占濫用、污染物無序排放現(xiàn)象頻發(fā)，強(qiáng)烈的人類活動干擾損害了河流生態(tài)系統(tǒng)的健康，造成河流自然形態(tài)破壞、生物多樣性減少、水體自凈能力和自我恢復(fù)能力減弱、水體污染加重等一系列問題[1-2]。兼之對河流生態(tài)保護(hù)的科學(xué)認(rèn)知不全面、管理保護(hù)不到位、生態(tài)文明意識欠缺等原因，最終造成河流生態(tài)和服務(wù)功能退化，防洪、資源、生態(tài)、景觀、文化等功能喪失。

在此背景下，開展河流生態(tài)修復(fù)已成必然趨勢。尤其是十八大以來，黨和國家將生態(tài)文明建設(shè)納入中國特色社會主義事業(yè)總體布局，指出“建設(shè)生態(tài)文明，是關(guān)系人民福祉、關(guān)乎民族未來的長遠(yuǎn)大計(jì)”[1]。因此，做好河流生態(tài)修復(fù)，是貫徹國家生態(tài)文明戰(zhàn)略、建設(shè)美麗中國的重要工作之一。

為全面了解現(xiàn)階段河流生態(tài)修復(fù)發(fā)展?fàn)顩r，本文擬從概念、發(fā)展歷程、目標(biāo)、技術(shù)等多方面入手，系統(tǒng)梳理和總結(jié)國內(nèi)外河流生態(tài)修復(fù)相關(guān)理論與技術(shù)的研究成果，以期為未來河流的生態(tài)修復(fù)實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)。

1 河流生態(tài)修復(fù)理念

1.1 河流生態(tài)修復(fù)的概念

河流生態(tài)修復(fù)是指基于生態(tài)系統(tǒng)原理，運(yùn)用多種方法或技術(shù)手段，恢復(fù)因人類活動干擾而喪失或退化的水體生態(tài)系統(tǒng)的生物群體及結(jié)構(gòu)，重建健康的水生生態(tài)系統(tǒng)，修復(fù)和強(qiáng)化其自然生態(tài)和社會服務(wù)功能，使生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體協(xié)調(diào)與自我維持、自我演替的良性循環(huán)[3-4]。

1.2 河流生態(tài)修復(fù)發(fā)展歷程

從河流生態(tài)修復(fù)理念的發(fā)展?fàn)顩r入手，大致可分為三個階段：

1）理論雛形階段。人類城市化與工業(yè)化進(jìn)程下，掠奪式的水資源開發(fā)和劇增的污染物排放，破壞了河流生態(tài)系統(tǒng)原有的平衡狀態(tài)，造成河流健康狀況惡化。在此背景下，德、英、美等西方發(fā)達(dá)國家反思并總結(jié)了傳統(tǒng)水利工程對于河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫，要求緩解河湖壓力，恢復(fù)河湖自然面貌，提出了早期“河流修復(fù)”的概念[5]。1938年，德國學(xué)者Seifert首先提出了“近自然河溪治理”的理念，指出在完成河道治理任務(wù)時應(yīng)綜合考慮近自然、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀等多重原則，標(biāo)志著河流生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域理論研究的起點(diǎn)。但值得注意的是，早期的河流生態(tài)修復(fù)多側(cè)重對污染水體的治理和保護(hù)，目標(biāo)相對單一。

2）初步形成階段。隨著研究的開展，人們意識到水質(zhì)恢復(fù)不是河流修復(fù)的最終目標(biāo)，生境、生物多樣性所蘊(yùn)含的生態(tài)價值逐漸被重視。20世紀(jì)50年代，德國創(chuàng)立了“近自然河道治理工程學(xué)”，提出河道整治要改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念與方法，應(yīng)符合植物化和生命化原理。1962年，美國學(xué)者H T Odum等首次提出“生態(tài)工程”的概念，指出其含義為少量輔助下對以自然為主系統(tǒng)的環(huán)境控制，初步奠定了“多自然型河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)”的理論基礎(chǔ)[6]。緊隨其后，受損河流生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)實(shí)踐也逐步開展。1965年，德國學(xué)者Ernst Bittmann以蘆葦和柳樹為材料，在萊茵河開展了生態(tài)護(hù)岸的試驗(yàn)研究，開啟了天然河流生態(tài)修復(fù)的實(shí)踐探索[7]。20世紀(jì)70年代，瑞士Zurich州河川保護(hù)建設(shè)局在豐富和發(fā)展德國“生態(tài)護(hù)岸法”的基礎(chǔ)上，提出了“多自然型河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)”，指出應(yīng)將混凝土硬化護(hù)岸改造為“樹+石”生態(tài)護(hù)岸，恢復(fù)河流深槽淺灘相間、蜿蜒曲折的天然形態(tài)，同時也為魚類等水生動物提供生存空間，豐富了河流生態(tài)修復(fù)的內(nèi)涵。

3）理論與實(shí)踐全面發(fā)展階段。隨著工程實(shí)踐的廣泛開展，河流生態(tài)修復(fù)理論進(jìn)一步發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)進(jìn)入人們的視野。1987年，萊茵河保護(hù)國際委員會提出了萊茵河行動計(jì)劃，以生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)作為萊茵河重建的主要指標(biāo)[8]。20世紀(jì)90年代，日本建設(shè)省提出了“多自然型河川工法”，提倡使用木樁、竹籠、卵石等天然材料修建河堤，并將其應(yīng)用于建設(shè)省的治水計(jì)劃中[9]。2000年左右，荷蘭認(rèn)為應(yīng)將河流生態(tài)修復(fù)與防洪相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)“Make More Room for Water”，指出可從營造復(fù)雜水環(huán)境角度恢復(fù)河流生物多樣性。2008年，Nakamura[10]提出河流生態(tài)修復(fù)應(yīng)將保證生態(tài)系統(tǒng)完整性作為修復(fù)指導(dǎo)思想與目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，河流生態(tài)功能修復(fù)的內(nèi)涵獲得了進(jìn)一步豐富與發(fā)展。例如，Becker等[11]認(rèn)為河流生態(tài)修復(fù)應(yīng)利用天然河流轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)建立穩(wěn)定平面蜿蜒形態(tài)，以改善河流水生態(tài)，意味著河流生態(tài)修復(fù)已由單純的結(jié)構(gòu)性修復(fù)向生態(tài)系統(tǒng)功能性修復(fù)轉(zhuǎn)變。隨后，F(xiàn)riberg等[12]對渠化河流自然化影響下水生大型無脊椎動物的演化展開了研究，認(rèn)為棲息地恢復(fù)有助于改善大型無脊椎動物的種群結(jié)構(gòu)，但對生物多樣性恢復(fù)收效甚微，指出棲息地異質(zhì)性需要重視；Galat和Zweimüller[13]指出生境多樣性是原生魚類區(qū)系恢復(fù)的必要條件，開展河流生態(tài)修復(fù)時，主槽、灘地、支流的棲息地與流程間的動態(tài)作用需加以考慮。

綜上所述，歷經(jīng)半個世紀(jì)的孜孜探索，河流生態(tài)修復(fù)理念不斷發(fā)展，其內(nèi)涵已逐步從單一的結(jié)構(gòu)性修復(fù)向統(tǒng)籌考慮生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和動力學(xué)過程的綜合性修復(fù)發(fā)展。

近年來，我國學(xué)者深刻認(rèn)識到水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，展開了河流生態(tài)修復(fù)的多維探索。以劉樹坤提出的“大水利”理論為代表，他認(rèn)為河流開發(fā)應(yīng)重視流域整治與管理，充分發(fā)揮水的資源、環(huán)境和生態(tài)功能，為后續(xù)河流修復(fù)理論的研究奠定了基礎(chǔ)[14]。董哲仁[15]分析了基于水工學(xué)的治水工程對河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫，提出了“生態(tài)水工學(xué)”的概念，認(rèn)為生態(tài)學(xué)原理應(yīng)被吸納進(jìn)水利工程的設(shè)計(jì)中，以保證河流生態(tài)系統(tǒng)的健康，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處。

與此同時，學(xué)者們圍繞河流生態(tài)修復(fù)理念與實(shí)踐展開了大量研究。例如，高甲榮等[16]分析了傳統(tǒng)河溪治理理念的利弊，提出了河溪的自然治理原則，認(rèn)為河溪近自然治理需兼顧系統(tǒng)與區(qū)域原則、多目標(biāo)兼顧原則、自然美學(xué)原則和文化保護(hù)原則，并對主要的治理模式展開了探討；達(dá)良俊和顏京松[17]認(rèn)為當(dāng)前城市人工水景觀存在整體性不足、人工硬化模式重的弊端，以“人與自然協(xié)調(diào)共生”理念為指導(dǎo)，提出了“近自然型”人工水景觀建設(shè)思路，促進(jìn)了近自然河道生態(tài)修復(fù)理念的發(fā)展；陳慶偉等[18]認(rèn)為水利工程修建在通道阻隔、水庫淹沒、徑流調(diào)節(jié)、水溫變化等多個方面對河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，并將生態(tài)修復(fù)理念應(yīng)用于水庫運(yùn)用與調(diào)度中，提出了相應(yīng)的水庫生態(tài)調(diào)度措施；胡和平等[19]基于生態(tài)流量過程線的概念，兼顧水質(zhì)改善、泥沙控制、生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和血吸蟲病防治等多個生態(tài)目標(biāo)，提出了包括問題識別、目標(biāo)確定、流量要求計(jì)算、生態(tài)方案設(shè)計(jì)和模擬調(diào)度等在內(nèi)的水庫生態(tài)調(diào)度的初步實(shí)施方案等。

1.3 河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)流程

通常而言，健康的河流狀態(tài)一般具備良好的水文情勢、適宜的地貌形態(tài)，豐富的生物多樣性等特征，而河流生態(tài)修復(fù)則主要是對河流因人類活動干擾而喪失或退化的自然生態(tài)功能進(jìn)行恢復(fù)和保護(hù)。從技術(shù)流程上講，河流生態(tài)修復(fù)通常包括三個主要階段，其一為河流健康狀況調(diào)查及評價，以明晰河流生態(tài)系統(tǒng)的主要退化原因；其二為生態(tài)修復(fù)策略制定，針對河流生態(tài)功能受損狀況，針對性地采取適當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)修復(fù)技術(shù)（包括工程類技術(shù)和生態(tài)類技術(shù)），改善河道水文情勢（包括水量調(diào)配、水質(zhì)凈化、水文過程重塑等），營造適宜的棲息地環(huán)境（包括河道水系連通性改造、橫向—縱向地貌形態(tài)多樣性營造等），改善河流生態(tài)系統(tǒng)生物生境，以促進(jìn)生物多樣性恢復(fù)；其三為河流生態(tài)修復(fù)效果評價，采取定性或定量指標(biāo)評估修復(fù)工程的實(shí)際效果。

1.4 河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)

結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，河流地貌特征改善、水文條件改善、生物多樣性改善是現(xiàn)階段河流生態(tài)修復(fù)的主要目標(biāo)[20]。具體介紹如下：

1）河流地貌特征改善。該目標(biāo)主要是改善受損河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性，具體內(nèi)容是恢復(fù)河流縱向連通性和橫向連通性、保持河流縱向和橫向形態(tài)多樣性（其中，縱向主要指河道蜿蜒性，橫向主要指深槽-淺灘結(jié)構(gòu)形態(tài)等）、避免河床與河岸材料硬質(zhì)化、塑造生態(tài)河床與河岸等[21]。經(jīng)由河流地貌形態(tài)改善，塑造多樣化生物棲息環(huán)境，恢復(fù)河流生態(tài)功能。

2）水文條件改善。該目標(biāo)包括水量和水質(zhì)兩個方面，具體側(cè)重于保障河流生態(tài)需水量、改善河流水質(zhì)、塑造近自然脈沖式水文周期等[21]。其中，水量恢復(fù)主要通過補(bǔ)充河流生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展與平衡所需水量，提高河流水環(huán)境容量和自凈能力，以維持河流生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，多通過生態(tài)補(bǔ)水和生態(tài)調(diào)度手段實(shí)現(xiàn)[22]；水質(zhì)改善則聚焦于污染河流的水質(zhì)治理，降低污染物濃度，改善河流水質(zhì)與水環(huán)境，以恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康，多通過原位和異位凈化手段實(shí)現(xiàn)[23]。

3）生物多樣性改善。該目標(biāo)主要圍繞河流生態(tài)系統(tǒng)水生植物與水生動物多樣性的恢復(fù)與保護(hù)展開，特別是流域珍稀、瀕危、特有和重要經(jīng)濟(jì)物種等，多采用“就地保護(hù)為主、遷地保護(hù)為輔”的保護(hù)原則[23]。該目標(biāo)通常為河流生態(tài)修復(fù)較高階段目標(biāo)。

通過多維度修復(fù)，最終最大程度地降低傳統(tǒng)河道整治對河流生態(tài)系統(tǒng)的不利影響，重建退化或受損的水系統(tǒng)，修復(fù)和強(qiáng)化天然河道的防洪、排沙、航運(yùn)、發(fā)電、生態(tài)、景觀等自然生態(tài)和社會服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)的良性運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處。

2 河流生態(tài)修復(fù)主要技術(shù)

2.1 工程類技術(shù)

2.1.1 底泥疏浚 底泥疏浚主要針對季節(jié)性斷流且內(nèi)源污染嚴(yán)重的河流，通過河道底泥的直接機(jī)械疏挖，清除水體內(nèi)源污染源，控制污染物的持續(xù)釋放，達(dá)到河流生態(tài)修復(fù)的目的[1]。底泥疏浚技術(shù)涉及兩個關(guān)鍵問題，其一為疏浚深度的確定，其二為疏浚污泥后處理。對此，邢雅囡等[24]探討了城市河道底泥疏浚深度對氮、磷釋放的影響；林莉等[25]系統(tǒng)探討了底泥減量化、無害化處理和資源化利用的各項(xiàng)技術(shù)及底泥的處理處置途徑等?？偟膩碚f，底泥疏浚技術(shù)適用于突發(fā)水污染問題的應(yīng)急處置，可快速改善污染河道的水質(zhì)狀況，但作業(yè)工程量大，成本高昂，難以避免對河流底質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)的損害，且往往難以從根本上解決問題[21]。

2.1.2 生態(tài)補(bǔ)水 生態(tài)補(bǔ)水技術(shù)是對缺水河流的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，通常包括閘壩設(shè)置、閘壩生態(tài)調(diào)度和生態(tài)輸水等內(nèi)容。閘壩設(shè)置是指通過在河道內(nèi)布設(shè)堰、低壩等維持基本水量[21]；閘壩生態(tài)調(diào)度是指利用河道閘壩進(jìn)行水量調(diào)度時，應(yīng)將生態(tài)要素考慮在內(nèi)，滿足工程下游河道的生態(tài)需水，緩解對河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫[1,21]；生態(tài)輸水是指通過閘、泵等水利設(shè)施的調(diào)控，引入上游河道、水庫水源、或處理廠處理水，補(bǔ)充河道水量，促進(jìn)河流生態(tài)修復(fù)[1,21]。生態(tài)補(bǔ)水技術(shù)可直接有效地改善河道缺水狀況，提升水環(huán)境容量，但具有工程量大、施工成本高等缺點(diǎn)。生態(tài)補(bǔ)水技術(shù)特征及應(yīng)用實(shí)例見表1。

表1 生態(tài)補(bǔ)水技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例Table 1 Ecological water refill technology and application examples

2.1.3 河流形態(tài)修復(fù) 河流形態(tài)修復(fù)主要指基于近自然原理，盡可能恢復(fù)河流橫向連通性和縱向連續(xù)性、形態(tài)多樣性、河床與河岸的生態(tài)化等[21]。

1）橫斷面結(jié)構(gòu)修復(fù)。所謂河流橫斷面結(jié)構(gòu)修復(fù)，主要指在不影響河道功能的條件下，盡量保持河流天然斷面形態(tài)，若無法保持天然斷面，則按照復(fù)式、梯形、矩形斷面的順序選擇[33]。其中，河道灘地占地面積較大的復(fù)式斷面因有助于改善水生動植物棲息環(huán)境，在天然河流中應(yīng)用廣泛[34]。例如，王慶國等[35]以四川某一山區(qū)河流為例，探討了河道橫斷面深槽設(shè)置的生態(tài)改善效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，特征流量下采用深槽修復(fù)可增加可使用棲息地面積約48%，生境改善效果顯著。

2）河道蜿蜒性修復(fù)。蜿蜒性是天然河流平面形態(tài)的典型特征。所謂河道蜿蜒度修復(fù)包括大尺度和小尺度兩個層面，前者是指應(yīng)尊重河流地貌特性，應(yīng)彎則彎，應(yīng)直則直，盡可能保持原有蜿蜒性，確保河流連續(xù)；后者則多借助堆石、丁壩等結(jié)構(gòu)營造局部蜿蜒性[21]。

3）河道縱向連通性修復(fù)技術(shù)。所謂河道縱向連通性的修復(fù)，是指盡可能恢復(fù)河流的縱向連續(xù)性，通暢其物質(zhì)和能量的縱向流動，常通過拆除或降低阻礙水流的諸如閘門、水壩、漿砌谷坊壩、跌水等擋水建筑物，或通過人工布設(shè)輔助水道，改直立跌水為緩坡，于水位落差大河段設(shè)置魚道等方式來實(shí)現(xiàn)[36]。河道縱向連通性的改善有利于恢復(fù)河流的生物多樣性。

4）生態(tài)河床構(gòu)建。關(guān)于河床的生態(tài)化，主要是指深槽與淺灘形態(tài)序列構(gòu)建、河床生態(tài)化以及棲息地結(jié)構(gòu)加強(qiáng)三個部分[1,21]。針對水量偏少或易發(fā)生斷流河流，采用人工機(jī)械挖掘方式塑造河床深槽淺灘犬牙交錯分布的形態(tài)格局；條件允許的情況下，亦可利用生態(tài)丁壩和潛壩進(jìn)行河床深槽淺灘形態(tài)構(gòu)建[37]。河床生態(tài)化主要是指河床組成材料的生態(tài)化，手段包括：采用透水性能較好的材料構(gòu)筑河床；以木樁、塊石或混凝土塊體等提高河床孔隙率等。生物棲息結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，主要是指運(yùn)用樹墩、礫石、漁樵等改善河床地貌，旨在提高河道生境異質(zhì)性[21]。

5）生態(tài)岸坡構(gòu)建。河岸生態(tài)化主要是指河道岸坡的生態(tài)防護(hù)，將植物、自然材料等與工程技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在保證河岸穩(wěn)定性與抗侵蝕性前提下，營造多種生物共生的生態(tài)景觀[38]，常用措施有植物環(huán)、生態(tài)型土壤技術(shù)等。生態(tài)岸坡示意圖見圖1。河流形態(tài)修復(fù)技術(shù)特征及應(yīng)用實(shí)例見表2。

表2 河流形態(tài)修復(fù)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例Table 2 River morphology restoration technology and application examples

2.2 生態(tài)類技術(shù)

2.2.1 水生生物處理 水生生物處理技術(shù)包括水生植物修復(fù)技術(shù)和水生動物修復(fù)技術(shù)（即生物操縱法）兩大類。

1）水生植物處理。a. 人工濕地技術(shù)。人工濕地是指通過人為設(shè)計(jì)與建造由飽和基質(zhì)、挺水與沉水植物、水體、動物構(gòu)成的復(fù)合體，構(gòu)建人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，利用自然生態(tài)系統(tǒng)的物理—化學(xué)—生物的多重協(xié)同作用，通過過濾、吸附、降解等過程，同化或異化水體營養(yǎng)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)水污染治理，恢復(fù)河道水質(zhì)[46]，人工濕地治理示意圖見圖2。按水流形態(tài)，人工濕地可分為垂直流人工濕地、水平潛流人工濕地和表面流濕地。以往研究表明，人工濕地技術(shù)對河道污水的氮、磷去除效果顯著。例如，陳源高等[47]研究了表面流人工濕地系統(tǒng)對云南撫仙湖窯泥溝富營養(yǎng)化污水的除氮效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人工濕地系統(tǒng)氮去除率年平均為39.4%；裴亮等[48]研究了潛流人工濕地系統(tǒng)對農(nóng)村生活污水的處理效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，潛流人工濕地對COD、BOD5、NH3-N、TN和TP的去除效果較好，平均去除率依次達(dá)87.4%、83.5%、63.8%、57.9%和90.1%，并指出人工濕地系統(tǒng)處理效果與植物種植狀況、溫度、污染物濃度等有關(guān)?？偟膩碚f，人工濕地技術(shù)具有管理成本低、運(yùn)行簡便、無重復(fù)污染等優(yōu)點(diǎn)，但也存在占地面積大、處理效果不完全可控等缺陷。

b. 生物浮島。又稱生態(tài)浮島、人工浮島、人工浮床，是指基于生態(tài)工程原理，通過將挺水植物、陸生植物等有機(jī)組合后種植于人為設(shè)計(jì)、搭建的輕質(zhì)浮島上，一方面利用植物根系直接吸收水體中的N、P等營養(yǎng)元素，另一方面借助由此構(gòu)成的植物—微生物—動物生態(tài)系統(tǒng)的分解、合成、代謝功能除去污染水體中的有機(jī)物及其他營養(yǎng)元素，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的[49]。例如，羅固源等[50]通過實(shí)驗(yàn)手段研究了以陶粒為基質(zhì)的人工浮床上的美人蕉、風(fēng)車草對水體N、P、COD等營養(yǎng)鹽的去除效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，浮床美人蕉、風(fēng)車草對N、P、COD的去除率分別為51.3%、44.7%、26.7%、46.6%、40.0%和25.0%，效果顯著。該類方法適用于富營養(yǎng)化河流治理，具有工程量小、維護(hù)簡單、避免重復(fù)污染等優(yōu)點(diǎn)，但難以實(shí)施機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化推廣，適用范圍較為有限。

c. 穩(wěn)定塘。又稱生物塘和氧化塘，是指基于水體的天然自凈能力，在洼地或適宜河段人工修建處理塘，使待處理污水于其中緩慢流動、稀釋與擴(kuò)散，利用穩(wěn)定塘中細(xì)菌、藻類等微生物的代謝作用降解污染物，凈化水體[51]。例如，江棟等[52]研究了氧化塘對河道黑臭水體的處理效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一定進(jìn)水量與增氧曝氣條件下，CODcr去除率在50.0%以上，NH3-N去除率在40.0%以上，并指出氧化塘對于恢復(fù)河道多級食物鏈組成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)效果顯著。該方法具有結(jié)構(gòu)簡單、無需污泥二次處理、成本低、管理簡便等優(yōu)點(diǎn)，但同時具有占地面積大、維護(hù)操作較復(fù)雜、處理效果不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。另外，為避免污染地下水，穩(wěn)定塘常需設(shè)置圍堤和防滲層。

d. 水生植被恢復(fù)。是指在發(fā)生逆向演替的水生生態(tài)系統(tǒng)中，選取適應(yīng)性強(qiáng)、生長狀況好且具備水質(zhì)凈化能力的現(xiàn)存植被，通過設(shè)計(jì)、布置合理的群落結(jié)構(gòu)組成，截流陸源污染物，加快河流生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)恢復(fù)，保護(hù)物種多樣性，實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)[53]。例如，陳開寧等[54]開展了太湖五里湖生態(tài)重建示范工程試驗(yàn)，探討水生植被恢復(fù)對水體處理效果的影響，結(jié)果表明，示范工程區(qū)內(nèi)水體的TN、TP、NH4-N、NO3-N、NO2-N及PO4-P的平均值分別比示范工程區(qū)外下降了20.7%、23.8%、35.2%、21.1%、45.6%和54.0%。水生植物處理技術(shù)特征及應(yīng)用實(shí)例見表3。

表3 水生植物處理技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例Table 3 Aquatic plant treatment technology and application examples

2）水生動物處理。水生動物處理又稱生物操縱法，是指基于生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈原理，通過投放魚類、蝦類、螺螄和河蚌等大型底棲動物，營造“水生植物—微生物—藻類—水生動物”食物鏈，達(dá)到控制水體藻類量，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)完整性的目標(biāo)[21]。以往學(xué)者對此開展了大量研究。例如，謝平[55]認(rèn)為可通過調(diào)整肉食性魚類和濾食性魚類（以浮游生物為食的鰱魚、鳙魚等）種群數(shù)量控制藍(lán)藻水華，提出了非經(jīng)典生物操縱模式；余文公[56]通過在四明湖水庫中放養(yǎng)鰱、鳙，控制水華，緩解水庫水體富營養(yǎng)化。

2.2.2 生物膜 是指通過在天然河道中人工補(bǔ)充填料或載體，促進(jìn)水體細(xì)菌增殖，利用其產(chǎn)生的生物膜的凈化、過濾作用，攝取水體中的有機(jī)污染物并吸收、同化，大幅提升水體自凈能力，改善河流水質(zhì)[57]。例如，周勇等[58]運(yùn)用生物填料開展城市重污染河道治理研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物膜對河流水質(zhì)的改善效果顯著，TN、TP、COD、Chla、濁度的去除率達(dá)5.0%~53.0%；張楠等[59]通過實(shí)驗(yàn)研究了A/O生物膜法的污水處理效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法對石化綜合污水的氮、磷去除效果顯著，水力停留時間為30 h條件下，COD和氨氮的去除率為74.0%~77.0%和93.0%以上，總氮和總磷的去除率為58.0%和79.0%。該方法具有成本低、效率高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，在有機(jī)物污染突出城市中小河流應(yīng)用效果相對較好。

2.2.3 微生物修復(fù) 微生物修復(fù)技術(shù)是指利用天然或特殊微生物（光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌等）對污染物的降解作用，對污染水體進(jìn)行處理的技術(shù)。根據(jù)工程實(shí)施的方法又分為原位修復(fù)技術(shù)和異位修復(fù)技術(shù)。該方法具有耗時短、經(jīng)濟(jì)高效、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。通常而言，原位微生物修復(fù)技術(shù)更為經(jīng)濟(jì)合理，操作模式分為兩種：一種是直接補(bǔ)充硝化細(xì)菌等高降解微生物；第二種是補(bǔ)充可有效促進(jìn)微生物生長、解毒及污染物降解的有機(jī)酸、營養(yǎng)物質(zhì)、緩沖劑的組分，間接提高處理能力[60]。例如，劉雙江等[61]通過海藻酸鈉固定光合細(xì)菌，研究了其對不同濃度豆制品生產(chǎn)廢水的處理效果，結(jié)果表明，當(dāng)污水COD濃度在7 560~12 600 mg/L時，去除率約為62.3%~78.2%，當(dāng)污水COD濃度在1 260~5 040 mg/L時，去除率約為41.0%~60.3%，效果突出；馬文林等[62]將微生物生態(tài)修復(fù)劑應(yīng)用于富營養(yǎng)化湖泊的治理中，監(jiān)測結(jié)果顯示，微生物修復(fù)劑修復(fù)富營養(yǎng)水體水質(zhì)能力突出，COD、TP、Chla去除率分別達(dá)到50.6%、65.5%和73.0 %。

2.2.4 土地處理技術(shù) 是指利用土地中微生物和植物系統(tǒng)的自我調(diào)控功能及對污染物的吸收、過濾和凈化作用，對被污染水體進(jìn)行改善凈化，同時，污水中氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)可促進(jìn)農(nóng)作物生長和發(fā)育，實(shí)現(xiàn)被污染水體的無害化和資源化，具有工藝靈活、效果穩(wěn)定、工程投資小等優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)處理對象和目標(biāo)不同，可具體分為慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流、濕地處理和地下滲濾幾種工藝類型。目前雖因系統(tǒng)易堵塞等缺點(diǎn)尚未能大規(guī)模應(yīng)用，但該技術(shù)在農(nóng)業(yè)污水灌溉領(lǐng)域具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

3 近自然治理理念

“近自然治理理念”雖尚無嚴(yán)格的科學(xué)定義，但卻貫穿于河流生態(tài)修復(fù)理念與技術(shù)研究的始終，是一系列河流生態(tài)修復(fù)理論與技術(shù)的核心原則。具體而言，19世紀(jì)30年代，德國學(xué)者Seifert提出“近自然河溪治理”概念，認(rèn)為河溪治理應(yīng)綜合考慮近自然、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀等多重原則，“近自然治理理念”進(jìn)入人們的視野；瑞士等提出“多自然型河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)”，指出應(yīng)將混凝土硬化護(hù)岸改造為“樹+石”生態(tài)護(hù)岸，恢復(fù)河流深槽淺灘相間、蜿蜒曲折的天然形態(tài)，“近自然治理理念”被應(yīng)用于河流早期的結(jié)構(gòu)性修復(fù)實(shí)踐中。此后，景觀生態(tài)學(xué)理論被引入河流生態(tài)治理中，“近自然治理理念”內(nèi)涵不斷豐富。例如，F(xiàn)riberg等[12]、Galat和Zweimüller[13]提出生境與生物多樣性應(yīng)作為河流生態(tài)修復(fù)的重要考量指標(biāo)，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)成為“近自然治理理念”的高級目標(biāo)，河流生態(tài)修復(fù)從單一的結(jié)構(gòu)性修復(fù)向統(tǒng)籌考慮生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和動力學(xué)過程的綜合性修復(fù)發(fā)展，“近自然治理理念”獲得了充分闡述。

不僅如此，在“近自然治理理念”的發(fā)展與指導(dǎo)下，學(xué)者們從河流生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)特征、形態(tài)特征和水文特征等角度入手展開研究，提出了一系列河流生態(tài)修復(fù)的工程類和生態(tài)類技術(shù)，前者包括底泥疏浚、河流橫向連通性和縱向連續(xù)性修復(fù)、斷面形態(tài)多樣性修復(fù)、河床與河岸的生態(tài)化修復(fù)等；后者則包括水生植物處理（如人工濕地、生態(tài)浮島、穩(wěn)定塘、水生植被恢復(fù)等）、水生動物處理、微生物修復(fù)技術(shù)等。這些技術(shù)被廣泛應(yīng)用于我國的河流生態(tài)修復(fù)實(shí)踐中，取得了良好的效果。此外，以“近自然治理理念”為核心，融合我國生態(tài)文明思想，以保護(hù)、可持續(xù)管理和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)、提供人類福祉、保護(hù)生物多樣性為目標(biāo)，結(jié)合各類生態(tài)修復(fù)技術(shù)，基于自然的解決方法（Nature-based Solution,NbS）應(yīng)運(yùn)而生，在濱海鳥類棲息地保護(hù)、退化海岸帶修復(fù)、礦山生態(tài)修復(fù)等領(lǐng)域成效顯著[63-64]。

以麗江市青龍河（束河古鎮(zhèn)段）受損河流的生態(tài)修復(fù)為例，對“近自然治理理念”指導(dǎo)下的小流域綜合治理方案簡單進(jìn)行闡述。青龍河連通束河古鎮(zhèn)與麗江古城，是麗江壩中西部田園生態(tài)水網(wǎng)的重要組成部分。近年來，隨著城市建設(shè)進(jìn)程加快，河道空間被擠占，河道渠化、河岸硬化現(xiàn)象普遍，河道中不合理的擋水建筑物阻斷了魚類洄游通道，導(dǎo)致生物多樣性減少。為此，青龍河（束河古鎮(zhèn)段）河流生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)重點(diǎn)從斷面、駁岸改造和污水處理出發(fā)，通過親水平臺和漂石布置、水利設(shè)施升級改造恢復(fù)河道自然形態(tài)，重建多樣化的河道深槽-淺灘序列，營造有利于水生生物的局部生境，同時通過改造不合理疊水堰，恢復(fù)水生生物活動通道連通性。

總的來說，“近自然治理理念”體現(xiàn)了人與自然的和諧交融，是指在順應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，盡量規(guī)避自然災(zāi)害影響，兼顧生態(tài)系統(tǒng)功能，通過地貌特征改善、水文條件改善、生物多樣性改善的各類措施，使系統(tǒng)各組成要素接近不受人類活動干擾的自然狀況，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡和穩(wěn)定，以發(fā)揮其資源、生態(tài)、美學(xué)、社會等多方面自然功能。

4 結(jié)語

經(jīng)過幾十年的不懈探索，河流生態(tài)修復(fù)已從單一的結(jié)構(gòu)性修復(fù)向統(tǒng)籌考慮生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和動力學(xué)過程的綜合性修復(fù)發(fā)展，相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)也獲得了顯著進(jìn)步?？紤]到河流健康問題的復(fù)雜性和多樣性，為進(jìn)一步順應(yīng)新時代人民對美好生活和環(huán)境的需求，需更加注重科學(xué)與藝術(shù)創(chuàng)新。為此，在“近自然治理理念”指導(dǎo)下，未來的河流生態(tài)修復(fù)應(yīng)遵循如下原則：

1）綜合治理和多種措施并舉。開展受損河流修復(fù)治理，將更加注重河流的綜合治理與多種修復(fù)措施并舉，多學(xué)科交叉融合創(chuàng)新，兼顧水力學(xué)、土力學(xué)、河流動力學(xué)、生態(tài)學(xué)、規(guī)劃學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、美學(xué)等多個方面。

2）工程措施與非工程措施結(jié)合。受損河流的生態(tài)修復(fù)，不止在于工程措施的實(shí)施，應(yīng)將工程措施與非工程措施相結(jié)合，用好工程管理與社會管理的兩大抓手，使生態(tài)修復(fù)與資源、環(huán)境的社會管理緊密結(jié)合，建立交通、農(nóng)業(yè)、水利、旅游等多部門合作機(jī)制。

3）河流生態(tài)修復(fù)多目標(biāo)統(tǒng)籌。宜將精致化、多樣化、生態(tài)化、景觀化、人文化等多維度目標(biāo)納入河流生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)，促進(jìn)受損河流水量恢復(fù)、水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)、河流景觀美化、水生生物多樣多目標(biāo)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

4）兼顧美學(xué)的工程技術(shù)設(shè)計(jì)。在開展河流生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計(jì)上，應(yīng)注重工程技術(shù)與自然藝術(shù)結(jié)合，在滿足力學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上，尊重近自然化修復(fù)理念，將景觀美學(xué)納入生態(tài)工程設(shè)計(jì)，經(jīng)由生態(tài)工程的合理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)力學(xué)與美學(xué)的有機(jī)相融，營造人水和諧的生態(tài)空間。

此外，還應(yīng)加強(qiáng)河流生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)科學(xué)研究，進(jìn)一步推進(jìn)河流生態(tài)修復(fù)理念與技術(shù)發(fā)展，注重河流生態(tài)修復(fù)后的管理與維護(hù)工作，完善相關(guān)管理規(guī)程，確保生態(tài)修復(fù)措施預(yù)期作用發(fā)揮，為受損河流的治理和保護(hù)提供強(qiáng)有力的科學(xué)支撐。