城市河流的環境難題與生態修復

穿城而過的城市河流以及沿河建筑景觀，常常成為最富特色的自然人文景觀。城因河而美、河因城而名，比如巴黎塞納河、倫敦泰晤士河、柏林萊茵河，以及國內上海黃浦江、武漢長江，均因沿岸景觀規劃建設而成為構建國際大都市形象的基本要素之一。然而，隨著社會經濟的迅速發展，城市人口急劇膨脹，江景房、湖景房大量侵占了水岸，破壞了水岸植被和水生態環境。城市生活污水及工業廢水排放量大幅增加，而與之相適應的治理設施建設嚴重滯后，污染物未經有效處理就直接排放入水體，造成河流水質日趨惡化，城市河流普遍遭到嚴重污染，成為污水排放溝。

城市河流的主要環境問題

自然河流通常是蜿蜒曲折的，具有復雜多樣的淺灘、深潭、河心洲、水陸交錯帶等異質生境類型。這些生境類型的存在，能有效降低水流對河岸的沖刷和侵蝕；增加水中溶解氧含量，促進微生物對有機物和營養鹽的分解；延長枯枝落葉和水體中水源要素的停留時間，利于微生物的充分分解。

為了防洪安全與經濟發展，人們興建了大量的工程設施，改變了河流的地貌特征和水力結構，主要表現在自然河流的渠道化和非連續化，其直接后果就是破壞了自然河流的生態系統結構，降低了河流水環境承載力，加劇了水污染。人類對河流的改造形式主要有以下方面：

縱向直線化 河流整治往往將一些河段裁彎取直，蜿蜒曲折的天然河流被改造成直線或折線型的人工河流，失去了彎道與河灘相間、急流與緩流交替的格局，對流速、水深和水溫有不同習性的水生動物失去了原有的棲息地條件，河流廊道的植被單一化。

橫斷面幾何規則化 梯形、矩形斷面的水力學斷面過流能力大，易于施工控制，傳統工程設計往往把自然河流的復雜形態變成若干種幾何規則斷面，改變了河流橫斷面深潭淺灘交錯的自然格局。

堤防與邊坡硬質化 混凝土、漿砌塊石等形式的硬質化護坡結構隔斷了地表水和地下水的聯系通道，使大量水陸交錯帶的植物失去生存條件，同時影響岸坡內土壤內大量微生物生存。

河流非連續化 大壩的構建將河流變成了相對靜止的人工湖，庫區和大壩下游河段的流速、水深、水溫及水流邊界條件都發生了變化，破壞了河流原有的水文連續性、營養物質輸移連續性、生物群落連續性和信息流連續性，引起生態結構和功能的退化。

河道與洪泛區隔離 堤防阻止了水流的橫向擴展，把干流與灘地和洪泛區隔離，使岸邊地帶和洪泛區的棲息地發生改變，導致灘區和洪泛區的生態功能退化。

其次，河流接納所流經區域的各類污染物，河流的主要外源污染源包括以下3類：

城鎮生活污水 城鎮生活污水主要來自家庭、機關、醫院、商業和公共設施等。生活污水主要是各種洗滌水和糞便污水，其成分有耗氧有機物、各種無機鹽類、病原微生物、合成洗滌劑等，其特點是氮、磷、硫的含量較高，在厭氧條件下易產生硫化氫、糞臭素、硫醇等惡臭氣味的物質。

農業面源污染 在河流流經的傳統農業生產區，農業污染源是影響河流水質的重要因素，主要包括化肥農藥的過量使用，農業養殖污染物的直接排放、農村生活污水及固體廢棄物污染等。

工業污染 主要是河流流經區域內的中小型企業產生的未經任何處理的工業廢水。工業廢水的主要污染物為COD、懸浮物、揮發酚、六價鉻和硫化物等。

以上現象對河流作用的直接后果是河岸帶消失。

河岸帶是河流生態系統中的重要生態過渡帶，也是河流生態系統中物質輸移、能量轉化最活躍的區域。河岸帶具有過濾來自高地和地表徑流所帶來的污染物、解緩河岸侵蝕、改進鄰近地區的微氣候并過濾受污染的空氣、維持地表水的蓄積和地表及地下水的循環、產生并保持新的水陸交錯植被群落、維持生境的離散和濕地之間的連接、維持生物多樣性、維持濕地內部的生境結構及其食物網等多種生態功能。

由于水流帶來的擴散便利，河流生態系統成為外來生物的主要入侵地之一，如喜旱蓮子草（水花生）、水葫蘆（鳳眼蓮）等。嚴重時這些入侵生物完全覆蓋河面，嚴重破壞了原有的生態平衡，給河流生態系統的結構和功能帶來嚴重的影響。

城市河流的生態修復技術

河流治理是一項復雜而又龐大的立體工程，包括流域點、面源污染治理和河道本身的生態修復。面源污染治理已經開發了許多行之有效的技術，如針對城鎮污水和工業廢水的污水處理技術、針對農村生活污水的人工濕地技術等。本文重點針對河道本身的生態修復，包括以下三個方面：

修復河道形態 即把經過人工改造的河流修復成具有一定自然彎曲形態的河道，營造出接近自然的流路和有著不同流速帶的水流，促進河道生態系統結構和功能恢復。

修復河床斷面 主要是改造被水泥和混凝土硬化覆蓋的河床，恢復河床的多孔質化；改造護岸，建設生態河堤，創造優美的水邊環境，使河流集行洪、降解污染物、景觀于一體。

修復河岸帶植被 運用生物、生態工程的技術與方法，恢復河岸帶植被及自然濕地景觀，充分發揮河岸帶植被的緩沖帶功能和護坡效應，保護和提高生物多樣性。

河灘-水洼修復技術

連續的淺灘-水洼能為物種提供多樣的棲息地，維持河流的物種多樣性。水洼和曲流能減少泥沙和降低水流速度，促進水體中營養物質的生物去除作用和河床吸附作用。淺灘則能使水流湍急，導致水體經常暴露在空氣中，從而促進微生物對水體中各種營養物質和污染物的降解和同化作用。

生態丁壩技術

生態丁壩是一種重要的河道治理工程措施。壩根與河岸相連，壩體伸入河道內，軸線與河岸構成“丁”字形，故稱為丁壩。其主要功能為調整水流，防止河岸侵蝕，同時通過水流的調節，在丁壩附近區域產生沖刷和堆積現象，這種水流與泥沙的協同作用，能夠形成河床的微地形，重建河床的淺灘-水洼結構，形成紊流水態，有利于氧溶入水中，增加水中溶解氧。

丁壩配置方向不同，會使發生沖刷和堆積的位置不同，充分利用這種現象能夠使河流形態多樣化，增加了棲息地多樣性，借助了水生植物的凈水能力來提升水質。此外還可以作為親水措施，方便人們接近水面。丁壩可采用拋石加木樁的形式，也可采用生態袋堆砌。

輔助濕地技術

利用河道邊洼地，開挖新的輔助濕地，平水期在濕地內蓄積河水，洪水期提供泄洪空間，對泄洪有一個緩沖作用，減緩洪水對下游的沖刷力。

人工濕地中種植不同生活型和生長型的水生植物，如香蒲、蘆葦、燈芯草、睡蓮、沉水植物等。充分利于不同水生植物的凈化效果，合理搭配組合，取長補短，同時形成多樣的景觀效果。在面積稍大的濕地中布設人工木質橋、棧道等實施，為人們提供親水空間。

水質凈化輔助技術

在河道較寬的區段或者污染較嚴重的區段內布設生物浮島、炭素纖維生態草、“阿科蔓”生態基、太陽能動水機等輔助凈化水質措施。

人工浮島通過水生植物根系的截留、吸附、吸收和水生動物的攝食以及微生物的降解作用凈化水質。人工浮島可采用無土壤基質的生態浮島，浮島框架采用具有浮力效果好、結實、耐水浸、無污染、成本低等優點的竹子甚至泡沫。浮島底部框架鋪設孔目為1.5cm的鐵絲網，來承載植被的生長基盤椰子纖維和人工合成纖維。植被生長基盤采用椰子纖維和人工合成纖維作為植物的基盤，因為浸水時間長椰子纖維會腐爛，而人工合成纖維可代替椰子纖維繼續作為植被的生長基盤，基盤內也可放置適量的漁網等物質作為植物根系固定的載體，這樣構建的載體墊子蓬松有利于植物根系的纏繞，使得植物可以牢牢地附著在上面，不易散落，不會污染水體。

炭素纖維生態草有著極強的生物親和性，是魚類產卵孵化的優良場所，逐步建立以微生物、魚為基礎的循環生態鏈；同時炭素纖維上的微生物群難以脫落，其上黏附的污染物難以溶出及擴散，抑制了環境的惡化。水草形狀的“阿科蔓”置入水中，可以成倍地吸附附近的大量的水中微生物，使水質變得潔凈。

太陽能動水機能夠形成渦流，促進水體的微流動，達到增氧的作用，采用螺旋槳式推動裝置，并以太陽能作為動力的浮體式水質凈化裝置，節約能源。

綜上所述，生態河道的設計需要各方面因素的配合，設計者要拓寬思路，結合生態學、工程學、水利學的知識，相互補充，才能形成一套有效的設計方法。河道的生態化治理是一個可持續發展的系統工程，要通過設計、施工、養護等一系列措施模擬一個生物生長的適宜環境，為各類水生、陸生和兩棲類動物、植物以及微生物提供棲息、繁衍和避難的場所。除采取工程和植被措施外，還必須有選擇的放養水生動物及微生物，恢復生物的多樣性，重建生物系統的生態鏈和食物網。