水生態(tài)修復技術在河道治理中的應用

曾燕燕 劉麗敏

浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設計研究院） 浙江 杭州 310020

由于各種污染因素的影響，我國河道水環(huán)境受到了不同程度的污染，例如出現藍藻水華等現象。河道水環(huán)境的破壞既是一個水污染問題，也是一個水生態(tài)失衡問題[1]。對污染河道進行水體修復已迫在眉睫，經過多年的工程實踐，各種河道修復治理技術得到廣泛應用。其中，在河道水污染治理中，水生態(tài)修復技術的應用已顯有成效并成為最常用的技術之一，不僅應用成本低，其應用處理效果也極為顯著，在一定程度上能有效地控制河道污染。

1 水生態(tài)修復的概念

生態(tài)修復是指采用物質循環(huán)、生態(tài)平衡以及生態(tài)工程學的原理及方法，對受污染水環(huán)境生物的生存及發(fā)展進行改善、恢復或重現[2]。水生態(tài)修復，亦稱“水生態(tài)恢復”，其修復河道的本質是根據生態(tài)學原理，借助物理、生物等有關技術手段對受損、退化或被破壞的水域生態(tài)系統進行部分或全部恢復的過程。水生態(tài)系統是由水中的動植物、微生物，以及其他的水中原生動物組成的。水生態(tài)系統是一個完整的水生物群落，水生態(tài)系統是有自身降解能力的，依靠的就是水生態(tài)系統當中的水生動物，還有極其多的微生物。這些水生動植物和微生物能夠對水中的污染物進行吸收和降解，從而保護水生態(tài)系統的完整。水生態(tài)修復技術就是工作人員在河水中種植水生的植物或者放養(yǎng)一些水生的動物，讓他們發(fā)揮降解作用，從而讓水生態(tài)環(huán)境得到改善，凈化水源。對于水生態(tài)系統來說，一個完整穩(wěn)定的系統需具備一定數量的水生植物群落、水生動物、微生物、原生動物等，才能發(fā)揮其對水中污染物質的降解、吸收及轉化作用，而水生態(tài)修復技術就是利用水中各種生物的不同特性，有計劃地在水中進行培養(yǎng)來達到降解污染物的目的，從而降低水體污染，保證水質的一種水生態(tài)治理技術[3]。

2 水生態(tài)修復技術的類型

2.1 生物修復技術

隨著我國河流污染形勢越來越嚴峻，研發(fā)適宜的生物修復技術已成為當前研究的熱點和難點。生物修復技術是指通過水體中的植物、動物及微生物，對水體內部的有毒有害污染物質進行吸收轉化，從而實現水環(huán)境的凈化，使水生態(tài)環(huán)境得到恢復[4]。目前，各地區(qū)都在加大河道治理力度，應用多種修復技術恢復河道生物多樣性，提升河道生態(tài)系統的穩(wěn)定性以使其恢復到更佳狀態(tài)。因此，在應用生物修復技術過程中，可以從水生動物以及水中的微生物菌群進行分析，對二者進行有效的培養(yǎng)從而來治理污染河道。河道周圍所進行的農業(yè)生產活動在一定程度上會伴隨化肥及農藥等污染物質進入到河道中，引起水體含氧量增加，從而導致水生植物迅速生長，最終破壞河道水生態(tài)系統。為有效預防該類現象的發(fā)生，可以將一些適應能力強、存活能力強的水生動物，比如鯽魚和草魚等食草性動物，投入到河道中來保證水生態(tài)系統的平衡。此外，微生物菌群對水中的污染物也具有一定的降解作用，可以通過培養(yǎng)微生物菌群的方式來凈化河道水體，但在實際應用中需注意對水體進行人工曝氣加氧以維持微生物菌群分解污染物質的能力[5]。

2.2 生態(tài)岸坡修復技術

生態(tài)岸坡修復技術就是對河道兩側的生態(tài)環(huán)境進行修復，比如運用植草護坡以及植樹造林等方法有效地保證水生態(tài)系統的多樣性。傳統的河道岸坡都是用來服務水利工程，其主要體現在用于防洪排澇等方面的水利調節(jié)，而現如今的岸坡還能發(fā)揮保護生態(tài)環(huán)境的作用。例如將抓地能力強的植物種植在水流湍急的河岸，不僅在一定程度上可以有效地保護當地的水土，還可以使得整體的工程系統處在更加環(huán)保的狀態(tài)，同時結合當地河道的實際情況來選擇種植適宜的植物類型，進而可以保證生態(tài)和經濟的雙重效益。另外，在實際的護坡工程中可以結合當地生物棲息的特點選擇種植一些灌木以及喬木等根系發(fā)達的植物來對岸坡的結構進行固定，從而為水生物提供一個良好的棲息繁衍場所。此外，在岸坡上布置綠化系統在一定程度上可以改善河道周圍的土質情況，比如樹葉在腐爛后可以為水生動物提供養(yǎng)分，使得河岸和河流成為一個整體，從而有效地修復水生態(tài)系統[6]。

2.3 物理修復技術

在實際河道治理工程中，利用生物修復技術和生態(tài)岸坡修復技術均需要較長的治理周期，因此可先應用物理修復技術來改善河道污染的現狀。例如在非降雨季節(jié)，水土流失嚴重的污染河道因其河流內部的泥沙量大，水生物存活困難，則難以采用生物修復技術，在這種情況下，就可以考慮采用物理修復技術來治理河道。建議先加固河道周圍的河岸以預防更多的泥沙再次流向河道，同時根據河道的實際情況采用適當的加固技術對河岸兩側進行加固；再對河道進行全面清淤，并結合其他修復技術對河道進行全面的整治，對其進行大清理，在整體上提升河道的治理效果[7]。

2.4 人工浮島技術

人工浮島技術也稱為生態(tài)浮床技術，是應用于污染河道治理的有效方法之一。其原理是應用無土栽培技術，人工將水生植物或陸生植物栽培到漂浮于水面的浮島上，通過根系吸收等作用達到水質凈化的目的。該技術利用歷史悠久，早期多用于農業(yè)種植等方面，但隨著水環(huán)境問題的浮現，其水質修復效果顯現并被逐漸應用于河道治理工程中，該技術在富營養(yǎng)化問題嚴重的水體治理工程中應用效果較好[8]。在實際工程應用中，無論是在初期的培養(yǎng)、投放，還是過程中的操作和維修都非常便捷，人工浮島技術所涉及的工作量低，具有較強的機動性。該技術不僅具有較好的河道治理效果，又可以美化河道環(huán)境，起到河岸裝飾及維護的作用，同時也能為河道中多種生物的棲息繁衍提供優(yōu)質的場所。

2.5 人工濕地技術

與人工浮島技術一樣，人工濕地技術也是一項具備綜合性質的水生態(tài)修復技術。在應用人工濕地技術過程中，需要有機整合生態(tài)系統中的物理、化學、生物等各方面的相互作用，從而實現水體凈化，進而提升河道生態(tài)環(huán)境。人工濕地系統主要由植物和填料構成，由土壤或混合料制成填料床放置在洼地中，并在填料床上方種植水生植物而形成，利用濕地中的填料、微生物和水生植物之間的相互作用來實現水體的凈化修復[9]。人工濕地的合理布置對河道水生態(tài)修復工作意義重大，并在水生態(tài)系統的恢復過程中起到良好的推動作用。但是在實際應用中，該技術對河道坡度等方面具有較高的要求，恰當的水力坡度可以防止?jié)竦貎炔堪l(fā)生回水，進水產生滯留阻塞等問題。人工濕地的構建不僅能提高水體凈化能力，在一定程度上也能調節(jié)河道周圍的大氣、環(huán)境等，結合專業(yè)設計后還具備一定的觀賞性。目前，該項技術已在多地實現應用并取得明顯成效，例如南京江心洲。

3 水生態(tài)修復技術在河道治理中的應用建議

3.1 合理選擇與配置植物種類

不同地區(qū)河道污染類型及污染程度不同，在實施污染河道治理時，需根據河道的實際污染情況，選擇適宜的水生態(tài)修復技術，制定恰當可靠的水生態(tài)修復方案。然而地理生態(tài)環(huán)境于不同地區(qū)其特點各異，不同水生植物對受污染水體的適應性不同且對污染物的降解能力也不同，因此在實際工程實踐中，需結合考察污染河道的特點、植物生態(tài)學特性等因素，選擇與種植最為適宜的植物，保證植物能在種植地生長良好，以此體現水生態(tài)修復技術所具備的各種優(yōu)勢，進而在正常發(fā)揮河道主導功能的基礎上，持續(xù)優(yōu)化和改善河道的生態(tài)功能。例如耐干旱、耐寒冷的植物適宜種植在降水偏少的北方地區(qū)，而在相對于降水偏多的南方地區(qū)則應優(yōu)先選擇耐澇且對水質有一定凈化作用的植物種類。此外，在實際種植實施中，還需考慮植物配置的多樣化，既要有低矮的灌木、草植等，也要有高大的喬木，合理地將多種植物搭配使用，最大程度地發(fā)揮植物的凈化能力，從而形成多樣良好的水生態(tài)系統，保障污染河道的治理效果[10]。因此，在為河道進行生態(tài)環(huán)境修復過程中，需對植物類型的選擇、配置及種植工作引起充分的重視。

3.2 選擇合適的護坡形式

過去河道主要采用混凝土或漿砌塊石護坡，缺乏良好的透水性及柔韌性，對水陸物質和能量的交換也會產生不良的影響，與生態(tài)要求不相符合。因此，近些年來生態(tài)護坡的形式被廣泛應用，其在一定程度上減少了工程結構對河流生態(tài)系統的沖擊，避免了過于干涉河道水流的流速、環(huán)境外觀以及沖淤平衡，滿足了河道護坡的需求，還形成了河道周圍空間的多樣性以滿足動植物等的棲息生長需求。生態(tài)護坡的形式多樣，各具特點，在實施應用過程中應靈活選擇。例如，人工種草護坡技術，其施工效率高，噴播的草籽發(fā)芽速度快、出苗整齊，具備較高的生態(tài)價值，適用于坡度相對低緩的土質路堤邊坡；植被性生態(tài)混凝土護坡技術能明顯提高河道邊坡的植被覆蓋率，緩沖河道中水流的沖擊力，適宜在城市河道中應用[11]；生態(tài)聯鎖式護坡不僅能提高護坡的耐久性和穩(wěn)定性，更能起到保護河道生態(tài)環(huán)境的作用，適用于中小河流等等[12]。

3.3 營造生物群落的多樣性

河流生態(tài)系統是河流內生物群落與河流環(huán)境相互作用的統一體，系統復雜，在一定程度上具有抵擋外界破壞的能力，但一旦遭遇污染和外力破壞后，往往需要很長的周期才能得到一定程度的恢復。不同河流具備不同的生態(tài)系統，因此在利用水生態(tài)修復技術治理污染河道的過程中，應結合考慮河流生態(tài)系統自身的差異性，合理選擇水生動物、水生植物、微生物等來共同構建一個生物群落多樣且良好的水生態(tài)系統。例如，可通過植物種植的方式為微生物提供良好的繁衍場所，同時投放適量的蝦、魚等動物來營造一個多樣性的生物群落，形成一個完整的食物鏈，以此來實現水體的凈化，提升河道水環(huán)境。

3.4 科學的配置人工濕地

濕地，也稱為“地球之肺”，對保護生態(tài)環(huán)境具有重要的作用。在河道水生態(tài)修復工程中，人工濕地技術的應用優(yōu)勢不容忽視，是一種最為常見且應用相對廣泛的水生態(tài)修復措施。由于河道原始地形及其環(huán)境的不同，部分人工濕地可以通過人工改造出來，部分則是通過對原有的地形進行重新布局得到的。在布置人工濕地時，要注意以下幾方面內容：第一，在構建人工濕地前，應認真分析所選用的植物是否具有較好的觀賞性；第二，在構建人工濕地時，應認真分析濕地中各種生物的存在關系以構成完整的食物鏈，從而確保系統中所有生物的良好生長；第三，在人工濕地構建結束后，應進行定期的運行維護以確保系統中動植物的良好生長，從而促進微生物的生長，以提高對河道中污染物的吸收降解能力。在實際應用中，人工濕地技術因其產生的作用全面、極具運用及投資價值等優(yōu)勢被普遍運用到河道污染治理工程中，但仍需考慮該技術在運用中存在的占地面積大、易受環(huán)境病蟲害影響、生物和水力的復雜性、運行穩(wěn)定周期較長等問題，因此需要科學合理地配置。

4 結束語

總而言之，水生態(tài)修復技術在污染河道治理工程中具有較強的應用優(yōu)勢，其利用水生態(tài)系統中的動植物、微生物等吸收轉化有毒有害物質，從而實現河道凈化目標。水生態(tài)修復技術類型多樣，在實際應用過程中，如何因地制宜并科學運用，需同時考慮工程效果、養(yǎng)護成本及其對原生態(tài)系統的影響等各因素，以充分發(fā)揮水生態(tài)修復技術的實際作用和價值，有效保護河道治理效果，助力河道水生態(tài)系統的健康穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。