河流生態(tài)修復(fù)理論技術(shù)及其應(yīng)用

于潔 王昭

1. 河北陸源土地規(guī)劃咨詢有限公司 河北 石家莊 050000；2. 河北三和土地評(píng)估有限公司 河北 石家莊 050000

引言

在城市化進(jìn)程中，由于對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重視，導(dǎo)致對(duì)河流的生態(tài)保護(hù)重視不夠。由于人類活動(dòng)的干擾和環(huán)境因素的影響，河流面積逐年縮小，生態(tài)質(zhì)量下降，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化，影響生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。如何通過(guò)科學(xué)方法和技術(shù)手段對(duì)河流進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的恢復(fù)和改善，實(shí)現(xiàn)接近河流生態(tài)自然狀態(tài)的修復(fù)目標(biāo)，保證河流生態(tài)系統(tǒng)的健康良性循環(huán)，已成為亟待解決的問(wèn)題。結(jié)合實(shí)際情況，國(guó)家應(yīng)采取多種形式的生態(tài)修復(fù)措施，全面恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)人水和諧共處。

1 河流生態(tài)修復(fù)現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)階段缺乏管理體制

從我國(guó)河流的總體情況來(lái)看，管理模式單一，效率低下，管理技術(shù)整體落后。大多數(shù)地區(qū)在修復(fù)河流生態(tài)時(shí)采用類似的方法。河流修復(fù)簡(jiǎn)單，缺乏系統(tǒng)的管理措施，生態(tài)修復(fù)目標(biāo)不明確，導(dǎo)致河流生態(tài)恢復(fù)的質(zhì)量不令人滿意。特別是在東南沿海地區(qū)，降雨、臺(tái)風(fēng)和持續(xù)降雨非常常見，這些地區(qū)對(duì)河流的生態(tài)承載能力要求較高。如果修復(fù)措施缺乏科學(xué)合理性，使河流生態(tài)功能減弱，河流就會(huì)出現(xiàn)各種不利問(wèn)題。

1.2 自然河流出現(xiàn)中斷

一些工程通過(guò)修建水庫(kù)以達(dá)到防洪和蓄水的目的，導(dǎo)致了自然的河流出現(xiàn)中斷。首先，大壩的修建中斷了下游的水流，原始的動(dòng)態(tài)河流已成為靜態(tài)水庫(kù)。這種管理模式導(dǎo)致下游地區(qū)河流生態(tài)結(jié)構(gòu)被破壞，以及下游物種的死亡或遷移。特別是水生生物幾乎滅絕，其他生物的遷移將導(dǎo)致其他地區(qū)物種結(jié)構(gòu)的變化，從而影響其他地區(qū)的生態(tài)結(jié)構(gòu)。其次，大壩的建設(shè)將導(dǎo)致河流側(cè)向出現(xiàn)中斷問(wèn)題。大壩建設(shè)可以提供一種很好的局部防洪手段，但這種管理方法也會(huì)導(dǎo)致河流橫向結(jié)構(gòu)的變化。最后，由于修建堤防，干流區(qū)和灘地區(qū)被隔離，灘地區(qū)的生態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這將導(dǎo)致這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境退化。

1.3 河流岸坡硬化

河流岸坡多為混凝土硬質(zhì)陡坡?lián)鯄?。由于混凝土的護(hù)坡，河流的形狀變得幾何規(guī)則。天然河道成為水泥固化的人工河道，河流生態(tài)緩沖帶退化消失，生態(tài)過(guò)渡空間不足，生物多樣性低。

1.4 植物群落單一

河流區(qū)域僅種植少量景觀植物，群落單一，空間異質(zhì)性不明顯，導(dǎo)致河流的生態(tài)服務(wù)功能太弱，無(wú)法發(fā)揮緩沖作用。一些入侵物種如水葫蘆出現(xiàn)并呈現(xiàn)擴(kuò)散趨勢(shì)。

1.5 河流水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化

由于污水排放，河流的水質(zhì)明顯下降，由于缺乏河流緩沖帶和水生植物，水體的凈水能力減弱，水質(zhì)趨于富營(yíng)養(yǎng)化。

2 河流生態(tài)修復(fù)理論技術(shù)及其應(yīng)用

2.1 水環(huán)境修復(fù)技術(shù)

2.1.1 自然生態(tài)環(huán)境建設(shè)。水環(huán)境修復(fù)應(yīng)尊重規(guī)劃，因地制宜地整合水利、水生態(tài)等多學(xué)科，創(chuàng)造符合治理?xiàng)l件的近自然生態(tài)環(huán)境。盡量不將現(xiàn)有河道裁彎取直，保持原有河道，形成天然凹岸，創(chuàng)造天然緩流區(qū)。

2.1.2 護(hù)岸材料的選擇。河流是重要的排水渠道。在流速較大的情況下，傳統(tǒng)的硬質(zhì)岸坡可以完全切斷水生動(dòng)植物與護(hù)岸之間的物質(zhì)交換通道，選擇孔隙率較大的柔性護(hù)坡，并利用根系和護(hù)坡材料的共同作用，確保河岸的抗水流沖擊能力。根據(jù)景觀設(shè)計(jì)，可以塑造微地形，材料隱藏在土壤表面以下，兼顧安全、生態(tài)、自然。

2.2 河岸帶結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)

在沒有岸坡護(hù)砌的河段，首先要考慮植樹種草的方案。當(dāng)邊坡不能滿足相應(yīng)的穩(wěn)定性要求或其他需要時(shí)，可選擇硬質(zhì)護(hù)坡或土壤生物邊坡等其他邊坡防護(hù)方法。

2.2.1 植被護(hù)坡。地表徑流對(duì)邊坡生態(tài)的不利影響可以通過(guò)植物莖葉攔截降水來(lái)減少，植物根系在起加固作用。其中，草本植物因其體積小而發(fā)揮了更大的加筋作用，木本植物則起到了錨固作用。與硬質(zhì)護(hù)坡相比，植被護(hù)坡具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，植被護(hù)坡成本降低；第二，植被護(hù)坡有助于改善河流生物多樣性；第三，有助于減少面源污染對(duì)河流的影響，可提高下游凈化能力；第四，植物護(hù)坡有助于提高河流岸線的觀賞質(zhì)量，美化環(huán)境[1]。①生態(tài)植草區(qū)設(shè)計(jì)。生態(tài)植草區(qū)的結(jié)構(gòu)包括種植層、過(guò)濾層和排水系統(tǒng)，其中種植層為種植土壤和植物，植物為馬尼拉草，種植厚度為20cm。過(guò)濾層為礫石和卵。②植物緩沖區(qū)設(shè)計(jì)。植物緩沖壩由實(shí)心紅磚制成，填充礫石和種植土。通過(guò)地表植物的過(guò)濾、截留和吸收，可以防止大顆粒懸浮物、有機(jī)成分、氮和磷流入河流。內(nèi)部礫石填料可以供微生物著床，減少有機(jī)污染物。植物緩沖區(qū)主要選擇馬尼拉草原等植物，在草皮上種植爬山虎等園林綠化植物，增加植物多樣性，建立穩(wěn)定、鮮明、優(yōu)美的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。

2.2.2 生態(tài)型硬質(zhì)護(hù)坡。傳統(tǒng)的硬質(zhì)護(hù)坡一般與生態(tài)河道的理念背道而馳。例如，混凝土板護(hù)坡和砌石護(hù)坡抑制了河流生態(tài)系統(tǒng)之間的橫向聯(lián)系，破壞了水生和濕生生物的理想生態(tài)環(huán)境，使河流的自凈能力下降。此外，對(duì)于一些土質(zhì)特別軟的大壩，如果完全采用植被護(hù)坡，難以滿足要求，因此，依然采用一些硬質(zhì)護(hù)坡。但是，一般情況下，盡量采用生態(tài)型硬質(zhì)護(hù)坡來(lái)保護(hù)邊坡。不僅性能好、不易損壞，而且它有助于維持河流生態(tài)系統(tǒng)的橫向聯(lián)系，不會(huì)對(duì)河流的自凈能力造成傷害。

2.2.3 土壤生物工程護(hù)坡設(shè)計(jì)。土壤生物工程是一種邊坡生物防護(hù)工程技術(shù)。有生命力的植物根、莖或完整的植物體是結(jié)構(gòu)的主要元素。以一定的方式、方向和順序種植在邊坡的不同位置，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中加固和穩(wěn)定邊坡，控制水土流失和進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。土壤生物工程不同于植草、植樹等一般邊坡生物防護(hù)工程技術(shù)。它具有生物量大、養(yǎng)護(hù)要求低、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)快、施工簡(jiǎn)單、成本低、與自然相似等特點(diǎn)。它非常適用于河流風(fēng)險(xiǎn)河段的生態(tài)護(hù)坡工程。

2.3 河道結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)

在河流生態(tài)修復(fù)中，可以采用先進(jìn)的修復(fù)技術(shù)恢復(fù)河道結(jié)構(gòu)，使河道結(jié)構(gòu)更加合理，讓河流的原始形態(tài)得到了更好的保護(hù)，為河流生物創(chuàng)造了淺灘和深池塘的生存環(huán)境，這可以更好地保護(hù)河流的多樣性。在修復(fù)過(guò)程中，尊重河道結(jié)構(gòu)，最大限度地保護(hù)最原始的河流生態(tài)，減少人為改建河道的行為，充分發(fā)揮河道兩岸的地理優(yōu)勢(shì)，做好防洪改擴(kuò)建工作，不僅可以減少改建工程對(duì)生物結(jié)構(gòu)的破壞，還可以為改建工程節(jié)省大量資金投入。

2.4 河床斷面修復(fù)技術(shù)

河床斷面生態(tài)修復(fù)原則如下[2]：①確保行洪安全，特別是有防御設(shè)施的河道。確保在洪水設(shè)計(jì)作用下的行洪安全性。②盡量采用接近天然水道的幾何不對(duì)稱斷面，采用對(duì)稱斷面時(shí)應(yīng)采取復(fù)合斷面。③采用適當(dāng)?shù)臄嗝鎸挾群蜕疃?，避免泥沙淤積和沖刷。河流生態(tài)修復(fù)工作中，應(yīng)對(duì)河床斷面進(jìn)行修復(fù)。首先，改變混凝土的硬化結(jié)構(gòu)，提高河床的滲透性。用綠色植物代替混凝土護(hù)岸，不僅可以提高河流的生態(tài)穩(wěn)定性，還可以改善人們的視覺體驗(yàn)，進(jìn)一步提高河床修復(fù)的質(zhì)量，滿足河岸改造的要求，實(shí)現(xiàn)生態(tài)河堤建設(shè)的目標(biāo)，為水生生物提供更好的繁殖環(huán)境。穩(wěn)定該地區(qū)河流的生態(tài)結(jié)構(gòu)。其次，為了解決河床泥沙淤積問(wèn)題，需要清除沿河兩岸的攔河壩泥沙，形成寬斷面，使泥沙在兩岸受到?jīng)_擊形成堆積。最后，做好斷面綠化工作，種植綠草和藤蔓，提高斷面的穩(wěn)定性和美觀性。

2.5 棲息地修復(fù)與加強(qiáng)技術(shù)

2.5.1 植物緩沖區(qū)強(qiáng)化。植物緩沖區(qū)是上游水位與河岸護(hù)岸之間的過(guò)渡帶，具有生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、景觀等多種功能。其中，凈化水質(zhì)、保護(hù)物種多樣性、調(diào)節(jié)河流流向、鞏固河流生態(tài)功能是河流生態(tài)修復(fù)的重要內(nèi)容。在兩岸培育兩棲沼生植物群落，形成河岸植物緩沖帶。為了穩(wěn)定植物緩沖區(qū)，迎水側(cè)增加防沖措施。

2.5.2 生態(tài)清淤。生態(tài)清淤的主要目的和要求如下[3]：①清除河流表面嚴(yán)重污染的污泥和沉積物，消除河流污染源，改善區(qū)域水質(zhì)和底棲生境環(huán)境；②清淤時(shí)最大限度地?cái)嚢枘嗌常乐埂岸挝廴尽?，?yīng)采取防擴(kuò)散和防泄漏措施；③清除沉積物，重建水生植物和水生生物群落的生態(tài)，防止河床原狀底泥受到破壞；④達(dá)到回收標(biāo)準(zhǔn)值后排放，加強(qiáng)回收水質(zhì)監(jiān)測(cè)，及時(shí)采用物理、化學(xué)方法處理。確保河流符合排放標(biāo)準(zhǔn)；⑤安全合理地處理去除的污染污泥，避免污泥污染物對(duì)環(huán)境的二次污染。

2.6 水生生物生存環(huán)境修復(fù)技術(shù)

水生生物生存環(huán)境修復(fù)是河流生態(tài)修復(fù)中的關(guān)鍵，這也是河流生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵內(nèi)容。河流岸坡的自然環(huán)境是生物生存的基本保障，為生物提供了可持續(xù)穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境，是生物棲息地和繁殖的重要場(chǎng)所[4]。目前，由于一些地區(qū)的大壩固化工程，水生生物面臨著更加嚴(yán)重的生存問(wèn)題。這些硬化的堤壩改變了中小河流的自然岸坡特性，直接影響到水生生物的數(shù)量。一些地區(qū)的河流中不再存在水生動(dòng)物，許多動(dòng)物遷徙到其他地區(qū)。為了實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)的可持續(xù)健康恢復(fù)，確保水生生物穩(wěn)定的生存環(huán)境，有必要制定河流生態(tài)恢復(fù)的綜合措施。如在河流治理方案中，在保證防洪安全的前提下，盡量保留堤防和岸坡的自然屬性，減少人為加固措施。物種的人工輸入可以使動(dòng)植物和微生物的結(jié)構(gòu)更加合理，保證河流生物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，促進(jìn)河流生態(tài)的穩(wěn)定發(fā)展。

2.7 河流廊道生態(tài)修復(fù)技術(shù)

河流生態(tài)修復(fù)工程的規(guī)劃應(yīng)實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)與自然生態(tài)的有機(jī)結(jié)合，在不影響防洪等既有工程正常運(yùn)行的前提下，滿足河流生態(tài)修復(fù)的要求。從技術(shù)上講，河流修復(fù)工程應(yīng)綜合考慮自然規(guī)律。在其他工程開始之前，河流的河道自然彎曲，洪水可能會(huì)溢出淺灘。洪水后退工程技術(shù)是對(duì)河流漫灘所有結(jié)構(gòu)物進(jìn)行整治。因此，在河道設(shè)計(jì)過(guò)程中，有必要避免河流泥沙嚴(yán)重沖刷和持續(xù)淤積的問(wèn)題，這有利于河道形態(tài)恢復(fù)到歷史狀態(tài)。然而，從實(shí)際情況來(lái)看，洪水后退技術(shù)的應(yīng)用并不符合發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)的總體目標(biāo)。由于大多數(shù)河道已完成堤防工程施工，這一假設(shè)在現(xiàn)實(shí)中是不允許的[5]。然而，對(duì)于沒有進(jìn)行堤防工程的河段，這項(xiàng)技術(shù)可以作為未來(lái)河流治理的重要策略和河流保護(hù)工程的設(shè)計(jì)方向。

3 河流生態(tài)修復(fù)管護(hù)措施

在實(shí)施河流生態(tài)修復(fù)的同時(shí)，結(jié)合工程措施和管理措施，兩者相輔相成，互相補(bǔ)充。管理和保護(hù)措施不僅是工程措施的制度保障，也是充分發(fā)揮工程效益的重要手段。管理措施是河流生態(tài)系統(tǒng)自我設(shè)計(jì)和自我組織功能的催化劑。

3.1 完善部門整合機(jī)制

政府出臺(tái)河流開發(fā)保護(hù)法律法規(guī)，完善法律體系，依法管理。規(guī)范涉水行政行為，充分發(fā)揮對(duì)河流的協(xié)調(diào)、引導(dǎo)和監(jiān)督作用。加強(qiáng)部門整合機(jī)制，建立部門矛盾協(xié)調(diào)機(jī)制，明確各部門用水管理、用水控制制度。

3.2 加強(qiáng)宣傳教育

河流生態(tài)環(huán)境與居民生活密切相關(guān)，通過(guò)廣播、報(bào)紙、電視、互聯(lián)網(wǎng)等媒體宣傳河流生態(tài)保護(hù)知識(shí)，爭(zhēng)取各部門、各人民群眾的理解、關(guān)心、支持和配合，加強(qiáng)對(duì)沿海居民和企業(yè)的教育，大力宣傳河流保護(hù)法律法規(guī)，在全社會(huì)形成愛水、環(huán)保的良好氛圍。

3.3 建立水資源監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)體系

建立流域生態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)河水、水資源、環(huán)境和自然資源的質(zhì)量，系統(tǒng)的狀態(tài)和演化過(guò)程為生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)提供了科學(xué)依據(jù)。

3.4 實(shí)行嚴(yán)格的水資源管理制度

堅(jiān)持以水定城、以水定需、以水定產(chǎn)、以水定人，確保經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。落實(shí)用水總量控制、用水效率控制、水功能區(qū)污水限制、水資源管理責(zé)任與考核四項(xiàng)制度，以及“水資源開發(fā)利用、水功能區(qū)用水效率與污水限制”三條紅線，完善控制指標(biāo)體系，努力加強(qiáng)監(jiān)督檢測(cè)[6]。進(jìn)一步落實(shí)取水許可證和有償使用制度，積極探索水權(quán)制度改革，推進(jìn)水權(quán)交易試點(diǎn)，嚴(yán)格監(jiān)督管理入河排污口，開展入河排污口調(diào)查，審批水利工程，核定水源區(qū)納污能力，確定功能區(qū)污水排放總量。全面推進(jìn)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)，加強(qiáng)工業(yè)、城市和農(nóng)業(yè)節(jié)水。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，河流作為城市的生態(tài)載體，具有重要的社會(huì)、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。河流生態(tài)修復(fù)是在不破壞原有生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，根據(jù)河流生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)接近河流生態(tài)自然狀態(tài)的修復(fù)目標(biāo)，保證河流生態(tài)系統(tǒng)的健康良性循環(huán)，根據(jù)自然規(guī)律，利用現(xiàn)有的修復(fù)理念和先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)修復(fù)。