河流生態(tài)修復(fù)淺議

劉尚儉，邱建，安雅敏，蔣佳凌，徐瑞，彭圖恒

(1.重慶工商大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院， 重慶　400067； 2.重慶工商大學(xué)環(huán)境保護(hù)研究所， 重慶　400067)

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河流生態(tài)修復(fù)淺議

劉尚儉1，邱建2，安雅敏1，蔣佳凌1，徐瑞1，彭圖恒1

(1.重慶工商大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院， 重慶400067； 2.重慶工商大學(xué)環(huán)境保護(hù)研究所， 重慶400067)

摘要：隨著我國城市化和工業(yè)化的不斷發(fā)展，水體的功能和作用也逐漸發(fā)生著變化，其中河流污染變得日益嚴(yán)重，對河流旁的居民健康及生活帶來了危害，也對我國的社會發(fā)展起到了制約作用。如何治理河流污染、修復(fù)退化的水生生態(tài)系統(tǒng)、改善水體環(huán)境，變得日益重要。針對這些現(xiàn)象，本文主要介紹河流生態(tài)修復(fù)的定義及原則，以及國內(nèi)河流的污染現(xiàn)狀。從當(dāng)今國內(nèi)外對河流生態(tài)修復(fù)研究現(xiàn)狀出發(fā)，介紹主要的河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)以及對將來河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)的展望。

關(guān)鍵詞：河流生態(tài)修復(fù)；修復(fù)技術(shù)；修復(fù)原則

隨著我國城市化和工業(yè)化的不斷發(fā)展，我國河流水體的功能和作用也在不斷發(fā)生著變化。目前，我國大部分城市和地區(qū)的淡水資源已經(jīng)受到了污染物的污染，水質(zhì)不斷惡化，這不但對淡水資源的供給產(chǎn)生了很深的直接影響，而且對于農(nóng)業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)及河流旁居民的健康狀況帶來了危害，也嚴(yán)重地制約著我國社會和經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展[1-2]。如何有效治理日趨惡化的水環(huán)境，修復(fù)退化或受損的水生生態(tài)系統(tǒng)，是改善水體環(huán)境、提高區(qū)域生產(chǎn)力、實現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[3]。

1河流生態(tài)修復(fù)的定義與原則

1.1　河流生態(tài)修復(fù)的定義

河流生態(tài)修復(fù)是指利用生態(tài)系統(tǒng)原理，采取各種方法修復(fù)受損的水體系統(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)化水體生態(tài)系統(tǒng)的主要功能，并能使生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)整體協(xié)調(diào)、自我維持、自我演替的良性循環(huán)[4]。美國土木工程師協(xié)會將河流生態(tài)修復(fù)定義為一種促使河流系統(tǒng)恢復(fù)到具有可持續(xù)特征的較為自然狀態(tài)，并可提高生態(tài)系統(tǒng)價值和生物多樣性的環(huán)境保護(hù)行動[5]。

20世紀(jì)80年代，德國、瑞士等國家提出了“重新自然化”概念，將河流修復(fù)到接近自然的程度，而英國在修復(fù)河流時強(qiáng)調(diào)“近自然化”時，同時優(yōu)先考慮河流的生態(tài)功能[6]。

1.2　河流生態(tài)修復(fù)的基本原則

河流生態(tài)修復(fù)的基本原則一般包括自然原則、社會經(jīng)濟(jì)技術(shù)原則、美學(xué)原則3個主要方面。自然原則是生態(tài)恢復(fù)與重建的基本原則，只有遵循自然規(guī)律的恢復(fù)和重建才是真正的恢復(fù)與重建，否則只會事倍功半；社會經(jīng)濟(jì)技術(shù)原則是生態(tài)恢復(fù)與重建的后盾和支柱，在一定程度上制約著生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建的可能性，水平與深度；美學(xué)原則是指退化的生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建應(yīng)給人以美的享受。此外還包括以下指導(dǎo)性原則：(1)地域性原則；(2)生態(tài)學(xué)與系統(tǒng)性原則；(3)最小風(fēng)險原則和效益最大原則[7]。

2我國河流污染現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國水環(huán)境污染十分嚴(yán)重，尤其對于江河湖泊普遍遭到污染，而且呈現(xiàn)出更加嚴(yán)重的趨勢。水利部對全國700余條河流約10萬km河展開的水資源質(zhì)量評價結(jié)果表明：其中受污染的水質(zhì)不能用于灌溉(即劣于Ⅴ類)的河段約占10.6%，已經(jīng)喪失了使用價值；受到污染(相當(dāng)于Ⅳ，Ⅴ類)的河段約占46.5%[8]。

城市河流污染形勢也較嚴(yán)重：如開封市由于工業(yè)廢水處理率低，工廠排放的廢水達(dá)標(biāo)率也低，僅占總量的12.6%，絕大部分廢水未經(jīng)處理直接排放到附近的河道中。開封市西北工業(yè)區(qū)及隴海以北的工業(yè)廢水，大部分排入黃汴河；西工業(yè)區(qū)的廢水排入東護(hù)城河，造成了河流水的嚴(yán)重污染[9]。鄧春光等[10]表明，三峽庫區(qū)每條次級河流回水區(qū)每年都會發(fā)生富營養(yǎng)化現(xiàn)象，并且隨著靠近壩首，富營養(yǎng)化有加重趨勢。劉光德等[11]研究發(fā)現(xiàn)，三峽庫區(qū)土壤重金屬Cd、As 含量增加明顯，同時，楊官仁[12]的研究表明，Hg、Cr、Cu、Pb 等在三峽庫區(qū)將累積增加。

從上述分析可以看出，河流的治理是刻不容緩的。

3河流生態(tài)修復(fù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

3.1　國外研究進(jìn)展

歐洲、美國和日本等發(fā)達(dá)國家，自20世紀(jì)60年代就已認(rèn)識到河流生態(tài)環(huán)境面臨的諸多問題，積極開展生態(tài)修復(fù)的相關(guān)研究與實際活動。至今，經(jīng)過半個世紀(jì)的時間，河流生態(tài)修復(fù)現(xiàn)狀調(diào)查、科研、實踐活動開展的較多，研究比較深入[13]。河流生態(tài)修復(fù)是一項清潔環(huán)境的低投資高效益便于運行發(fā)展?jié)摿^大的技術(shù)，日本、美國等國家已廣泛用于工程實踐[1，14-15]。美國開展了對Kissimmee河、Mississipp河以及Missouri河均進(jìn)行了生態(tài)修復(fù)工程；歐洲的“萊茵河行動計劃”，并在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)了“萊茵河2020計劃”。

Pabst強(qiáng)調(diào)溪流的自然特性要依靠自然力去恢復(fù)。KernK等[16]研究了河道生態(tài)修復(fù)途徑,建議改變傳統(tǒng)水利工程的結(jié)構(gòu)形式，減緩人類活動對天然生態(tài)系統(tǒng)的影響。Bemhardt 等[17]從修復(fù)的范圍上解釋了河流生態(tài)修復(fù)不光包括河道本身，還應(yīng)擴(kuò)展到河漫灘乃至流域。Miseki和Takazawa[18]借鑒景觀生態(tài)學(xué)的等級思想，分別以河岸帶與流域2個尺度開展研究，并提出了與各自尺度相對應(yīng)的群落組織和景觀組織水平的修復(fù)措施。Ludwing和Bezirksamt[19]針對Hamburg河直線化嚴(yán)重、生物多樣性消失的現(xiàn)狀，采用非政府組織、公眾參與的方式，對該河中鮭魚的生活習(xí)性進(jìn)行了研究，以期通過改善其生活條件來到達(dá)修復(fù)河流生態(tài)的目的。Chick等[20]對密西西比河上游魚類的時空分布進(jìn)行了研究，得出了魚類空間分布與河流的透明度、水溫、流速和植物繁茂度有關(guān)。

3.2　國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國在河流生態(tài)修復(fù)方面的研究起步較晚，早期的研究中主要注意到了河流生態(tài)系統(tǒng)某個方面和基于水污染治理的角度。近年來，河流生態(tài)修復(fù)的研究和應(yīng)用推廣十分火熱。鄭天柱等[21]應(yīng)用生態(tài)工程學(xué)理論，探討河道生態(tài)恢復(fù)機(jī)理,指出滿足河流生態(tài)需水量是缺水地區(qū)恢復(fù)河流生態(tài)的關(guān)鍵。楊海軍等[22]也提出退化水岸帶生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的主要內(nèi)容應(yīng)包括適于生物生存的生境綴塊構(gòu)建研究、適于生物生存的生態(tài)修復(fù)材料研究以及水岸生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過程中組織機(jī)理研究。針對各國學(xué)者對河流生態(tài)恢復(fù)目標(biāo)有不同的見解和定義，根據(jù)我國的國情，董哲仁[23]提出在研究和實施河流生態(tài)恢復(fù)時，要立足河流生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀,積極創(chuàng)造條件，發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)功能，使河流廊道生態(tài)系統(tǒng)逐步得到恢復(fù)。陳慶偉等[24]分析了筑壩對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響及水庫生態(tài)調(diào)度。

從國內(nèi)外河流生態(tài)修復(fù)的研究看，對河流的生態(tài)修復(fù)已經(jīng)得到了認(rèn)同。對于河流生態(tài)修復(fù)是對于水體本身和河岸帶生態(tài)恢復(fù)綜合作用的結(jié)果。對于我國河流生態(tài)修復(fù)的首要任務(wù)還是要遏制河流流域生態(tài)系統(tǒng)退化的水污染[25]。

4河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)

4.1　調(diào)水

通過改進(jìn)水庫調(diào)度，來改變水體水質(zhì)，恢復(fù)河流喪失的生態(tài)功能和保持自然徑流模式。另外，也可以通過水利設(shè)施的調(diào)控引入上游的清潔水改善下游污染河道的水質(zhì)，減少河道的污染總量。該技術(shù)也是一種投資少、成本低、見效快的治理方法，如已開展的引江濟(jì)太、引江濟(jì)巢、引黃濟(jì)津濟(jì)淀等一系列生態(tài)調(diào)水工程。但是，調(diào)水不能從根本上削減污染物總量，長期調(diào)水還可能會導(dǎo)致其他流域水資源緊缺。

4.2　河道曝氣

當(dāng)河流水體受到有機(jī)物污染時，就會消耗水體中的溶解氧，有機(jī)物的分解就會從有氧分解轉(zhuǎn)換到無氧分解，生成H2S、NH3和FeS等致黑致臭物質(zhì)，從而引起自然水體發(fā)生黑臭現(xiàn)象[26]。基于這種情況，可以人工向水體中連續(xù)或間歇式充入空氣(或純氧)，加速水體復(fù)氧過程，提高水體的溶解氧，使得恢復(fù)水體中好氧生物的活力，改善水體的自凈能力。該技術(shù)主要應(yīng)用于過渡性措施使用和對付突發(fā)性河道污染使用。

4.3　水生植物修復(fù)技術(shù)

水生植物對水體營養(yǎng)物質(zhì)具有吸收分解作用，對于重金屬等污染物質(zhì)具有一定的吸附凈化作用，同時水生植物的光合作用能夠增加水體中的溶解氧。水生植物具有經(jīng)濟(jì)性好、能源消耗小、管理費用低、可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點，在很多受污染河道治理中已有較多的應(yīng)用。

4.4　底泥疏浚

氮和磷是水生生物系統(tǒng)中重要的營養(yǎng)限制因子，來自內(nèi)源釋放的氮和磷營養(yǎng)物質(zhì)對上覆水營養(yǎng)物質(zhì)的貢獻(xiàn)率可以達(dá)到甚至超過外源污染的貢獻(xiàn)率[27]。底泥疏浚可以將富含營養(yǎng)物質(zhì)的底泥從水體中永久去除，能夠控制內(nèi)源污染物的釋放或減少污染物生物有效性，因而被認(rèn)為是河流湖泊治理中的重要工程措施而被廣泛應(yīng)用[28]。如在我國太湖，西湖以及廣州等地均有實際應(yīng)用，并且取得了很多寶貴的實踐經(jīng)驗。

4.5　生態(tài)護(hù)岸技術(shù)

生態(tài)護(hù)岸是結(jié)合治水工程與生態(tài)環(huán)境保護(hù)而興起的一種新型護(hù)岸技術(shù)，在治理水土流失、水土污染、加固堤岸、增加動植物種類、調(diào)節(jié)微氣候和美化環(huán)境方面都有著巨大作用[29]。主要包括植被護(hù)岸、木材護(hù)岸和石材護(hù)岸三種類型。基于這些理論研究，開展了生態(tài)修復(fù)示范工程建設(shè)，包括浙江省海寧市辛江塘河道整治工程、深圳市田下河和觀瀾河生態(tài)修復(fù)工程、重慶市苦溪河生態(tài)修復(fù)工程，通過這些工程示范發(fā)展和完善了河流生態(tài)修復(fù)的理論和技術(shù)方法，同時也取得了可觀的環(huán)境效益和社會效益。

4.6　人工濕地技術(shù)

人工濕地是生態(tài)修復(fù)污水的重要技術(shù)之一，其基本原理是利用濕地水體中的微生物和濕地植物降解、吸收和截流污水中的污染物，從而達(dá)到修復(fù)污水的目的[30]。人工濕地技術(shù)的不足在于當(dāng)進(jìn)水懸浮性污染物及有機(jī)物濃度過高時容易產(chǎn)生堵塞和嚴(yán)重厭氧化而造成植物根系腐爛最終死亡。

5結(jié)語

總的來說，河流生態(tài)修復(fù)作為我國一種新技術(shù)，仍處在起步和技術(shù)研究階段。在整治工作中對于景觀建設(shè)，生態(tài)系統(tǒng)棲息和傳統(tǒng)水利結(jié)合還不完善。在今后的研究中，需要將河流生態(tài)修復(fù)工作與水利工程規(guī)劃、建設(shè)、運行過程和生態(tài)學(xué)相關(guān)學(xué)科相結(jié)合，通過大量資料和長期的監(jiān)測，掌握相關(guān)的生態(tài)因子變換規(guī)律；通過不斷的長期監(jiān)測，可以了解生態(tài)修復(fù)后的動態(tài)變化過程，吸取經(jīng)驗，為以后的河流生態(tài)修復(fù)進(jìn)行指導(dǎo)，形成生態(tài)修復(fù)的完整指標(biāo)體系，以便準(zhǔn)確把握河流生態(tài)修復(fù)問題。

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Ecological Restroration of Rivers

LIU Shang-jian1, QIU Jian2, AN Ya-min1, JIANG Jia-ling1, XU Rui, PENG Tu-heng1

(1.School of Environmental and Biological Engineering of Chongqing T&B university, Chongqing 400067, China;

2.Environmental Protection of the Institute of Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400067, China)

Abstract:With the continuous development of urbanization and industrialization in our country, the function and role of water is gradually changing.The river pollution has become increasingly serious,which brings harm to residents' health and life bdside the river,also play a restricted role to our country’s social development.How to control river pollution, repair the degeneration of aquatic ecosystem,improve water environment, are becoming increasingly important.In view of these phenomena. This paper mainly introduces the definition and principles of river ecological restoration, and the domestic current situation of the pollution of rivers. From today on river ecological restoration research current situation at home and abroad, this paper introduces the main technology of river ecological restoration and river ecological restoration technology outlook about the future.

Key words:river ceological restoration; restoration techniques; restoration principle

作者簡介：劉尚儉(1988—)，男，甘肅人，碩士研究生，主要從事水污染控制規(guī)劃與技術(shù)、河流生態(tài)修復(fù)等方面的研究，E-mail： 15123338181@qq.com

收稿日期：2014-04-28

中圖分類號：X52

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-6444(2015)01-0082-04

DOI:10.14068/j.ceia.2015.01.021