城市河道生態整治技術研究進展

田 軍，張春敏，金竹靜，楊逢樂

(云南省環境科學研究院，云南 昆明 650034)

城市河道生態整治技術研究進展

田 軍，張春敏，金竹靜，楊逢樂

(云南省環境科學研究院，云南 昆明 650034)

河流是城市建設發展的重要因素，由于城市的過快發展，導致河流生態系統受損。介紹了河道的水環境修復技術和河道生態整治工程，可根據城市河道的特點，因地制宜地選擇各項技術對河流生態系統健康進行修復。

城市河道；水環境修復；生態工程

城市河道是城市生存與發展必不可少的要素，在城市及周邊地區經濟發展和生態保護中有著十分重要的地位[1]。由于當前社會經濟及城市建設的迅速發展，城市河道被過度開發利用，導致河流生態系統出現了不同程度的衰弱和退化。河岸出現了渠化、硬化的現象，河流水體出現水質惡化、河濱帶消失、生物多樣性減少、棲息地萎縮等問題[2]。怎樣修復受損的河流生態系統，重現河流的健康狀態，并能夠滿足城市區域的景觀需求，是目前城市河流治理中急需解決的問題。

由于我國城市河道多數位于已建成的城區內，這些區域空間擁擠、人口居住密度較高，河道進行工程化整治的難度較大。本文根據對河道結構整改力度的不同，介紹城市河道水環境修復技術和城市河道生態整治工程。水環境修復技術是在不改變河道結構的基礎上，采用一系列的修復方法來改善河水水質，該方法適用于無法進行工程化整治的城市河道。生態整治工程是對三面光、硬質化的河道進行生態化改造，使得河流生態系統逐步恢復健康。

1 城市河道水環境修復技術

目前，國內外應用于城市河道的水環境修復技術，主要可以分為三大類，包括：物理修復、化學修復和生物修復。

物理修復技術在河道治理中使用較多的是機械除藻、底泥疏浚、調水稀釋等技術。機械除藻是人工操作機械設備將河道中出現的大量藻類打撈，通過藻類的清除修復水體環境的技術方法。此后，在機械除藻技術的基礎上又發展出臭氧/超聲波除藻技術，可以更高效地清除水體中的藻類。屠清瑛等[3]在北京什剎海后海運用臭氧/超聲波技術進行實地研究，結果顯示該技術對藻類的去除率高達80%，并且處理過程中總磷也有很好的凈化效果。底泥疏浚法[4]能快速清除河道中的內源污染物，并且由于該方法易于操作，通常在受污染較為嚴重的河流修復中運用較多。底泥疏浚技術是目前我國中小河道內源負荷削減最常用的治理措施之一，南明河、蘇州河的治理均用到此技術，也取得了較好的治理效果。此外，城市河道還可以采用一定規模的環境調水進行水體污染治理。該方法一般是在特定區域范圍內進行，從流域外引入清潔水源，通過增加河道流量的方式沖走河道淤積的底泥，并將河水中污染物的濃度稀釋，從而達到降低污染物濃度、改善河流生態環境、修復河道的目的[5]。韓國清溪川生態修復工程[6]就是通過外流域大規模調水，來實現河流生態修復的一個成功案例。

物理修復方法的特點是操作簡單、見效顯著，但是往往使用過程中投資大、工程量大，并且在治理過程中，河流中的污染物僅僅是發生轉移，而未從根本上減少。所以該方法治標不治本，不是最理想的修復方法。

化學修復技術主要包括：復氧曝氣、化學絮凝等。河道復氧曝氣技術是采用人工方式將空氣或純氧氣充入河水中，通過增加水體中溶解氧的含量來恢復和增強好氧微生物的活力，強化后的微生物可以凈化水體中的污染物質，從而改善河流的水質環境[7]。河道復氧曝氣一般采用兩種方式，固定式充氧站和移動式充氧平臺[8]。采用純氧曝氣技術對污染嚴重的蘇州河支流新涇港下游進行治理，結果顯示黑臭水體中的COD濃度有明顯降低[9]。化學絮凝技術是投入化學藥劑(一般為混凝劑)來去除水體中污染物，常用的試劑有：硫酸亞鐵、硫酸鋁、氯化亞鐵、堿式氯化鋁、明礬、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺等。絮凝沉淀常用于對受污染河流的內源負荷進行控制，特別是河流底泥的磷釋放凈化效果較為顯著[10]。許春華等[11]在淄博市豬龍河和白家河進行水環境治理過程中采用APAM、CPAM絮凝劑，結果顯示總磷的去除率達80%以上，水體凈化效果顯著。

化學修復技術雖然比物理修復技術更快速，操作更簡便，效果更好，但是大量投入藥劑會對河流中的其它生物構成危害，造成二次污染。因此該方法常用于處理突發性水污染，僅僅只能作為一種輔助的河流治理手段。

生物修復技術是利用各種生物的生長特性，對河流中有毒有害物質進行吸收、降解、轉化的治理方法。按照生物修復技術在河流治理中主要采用的生物種類，可分為微生物修復和水生植物修復。微生物主要通過氧化還原作用、硝化反硝化作用等對有機污染物進行分解。微生物在生態系統中作用是分解者，不僅可以對有機污染物進行分解和轉化，還可以降低某些重金屬污染的毒性，該作用也是河流生物修復技術的核心所在。目前，常用的生物修復措施包括：菌種和營養物投放、污染物的可利用性提高、生物操縱等[12]。菌種投放可以是外環境的高效菌種，也可以是從本水體環境中富集的土著微生物，一般來說外源菌具有強大的降解功能，可以增強水體自凈能力[13]。曾宇等[14]在滇池草海、魚塘和大觀河進行光合細菌水體凈化效果試驗，結果顯示該菌種對大觀河的治理效果明顯。投加微生物生長缺乏的營養物，也可以使其大量繁殖，增強水體的凈化效果。唐玉斌等[15]采用美國EIT公司生產的生物促生劑，在上海植物園的景觀水體進行了修復試驗研究，水體凈化效果顯著。水生植物修復技術[16]是利用高等水生植物及其根際微生物的共同作用凈化水體中的污染物。研究表明水生植物能夠削減水體中的重金屬和氮磷等污染物，水麻、一年蓬能高效吸收重金屬鎘；水芹菜、馬尾草能吸收水體中N、P；金魚藻、眼子菜可向水體中釋放化感物質抑制藻類的大量繁殖[17]。

生物修復技術利用微生物和水生植物對水中污染物進行處理，使得河流水環境得到改善。該方法具有治理效果好、工程造價相對較低、不需要過多能耗、運行成本較低、不產生二次污染、并且還可以與城市景觀相結合的優點，是目前城市河道治理中廣泛應用的修復技術。

河道水環境修復技術對于已建成的城市河道來說，是河流水環境改善的主要方法。城市河道空間有限，難以對其重新進行生態化建設，因此在不破壞河道原有結構的基礎上，采用一系列的生態修復技術可以使得受損的河流水體生態系統得到恢復。

2 城市河道生態整治工程

對于有條件進行工程化改造的城市河道，可以采用生態工程技術，改善原有只注重河道防洪安全的建設思路，摒棄裁彎取直、直立漿砌石河岸的工程理念，以河道生態構建為主，兼顧河岸景觀功能開展河道生態整治工程。

河岸帶是陸地和水體兩大類生態系統的聯系紐帶，是河流健康生態系統的一個重要部分。在對城市河道進行生態整治時，首先需要確保河道防洪功能和行洪安全，在此基礎上采用生態護岸工程來修復河流的健康生態系統。目前對河岸帶的定義尚未有一個統一的標準，不同學科的界定范圍不同。廣義河岸帶是指靠近河邊植物群落包括其組成、植物種類多度及土壤濕度等高低植被明顯不同的地帶；狹義河岸帶是指河水—陸地交界處的區域，直至河水影響消失為止的地帶[18]。本文中的城市河岸帶是根據狹義定義，指城市河道受河水影響的區域及其近岸綠化空間，其主要功能有廊道、緩沖帶和護岸三大類[19]。城市化區域的河道中河岸帶護岸工程由人工建設，處于水陸交界的第一線，對河流生態功能的修復起著重要作用[20]。因此，城市河道的生態整治工程中，為了恢復城市河道的生態系統健康狀態，對河岸進行生態整治具有重要的意義。

建設生態岸帶一般可分為自然原型岸帶、半自然岸帶和人工自然型岸帶。自然原型岸帶一般是用植被來護岸，利用植物的發達根系來穩固堤岸，既可保持堤岸的自然特性，又能抗洪、保護河堤。自然原型岸帶一般多出現在鄉村河流，城市河道空間有限，很少采用這種方式[21]。半自然岸帶在植被種植的基礎上，還采用了石材、木材等天然材料，以增強堤岸穩固和抗洪能力[22]。人工自然型岸帶使用了鋼筋混凝土等強度較大的工程材料，使得岸帶具有較大的抗洪能力。此外，河岸的水生植物能夠在縫隙中正常生長。城市河道岸帶的空間較小進行生態整治，最適宜采用人工自然型岸帶形式。在城市河岸生態整治工程中常用的幾種技術是：植草護岸技術、網墊護岸技術、生態混凝土護岸技術。

植草護岸技術，是現階段應用最為廣泛的一種技術方法，該方法施工簡單、使用成本低廉。選用根系發達的植物在河道岸帶進行種植，既可以穩固堤岸防止水土流失，又可以滿足生態環境的需要，還能夠兼顧城市景觀。在吉林省用當地的牛毛草、翦股穎等8 種草本植物作為護坡植物，河柳等作為迎水面坡腳防浪林的護坡植物，采用此植物搭配對河道岸坡進行生態修復有良好的效果[23-24]。

網墊護岸技術，是通過人工添加的方式在河岸設置網格，并在網格內種植適宜生長的植物，以此方式進行河道岸帶的生態改造。這種護岸技術是通過植物的搭配在河岸帶構建一個復雜的活性防護體系，通過多層次植物生長對河岸帶進行加固的一種生態修復技術。本技術優點是：適應性較好，特別是在汛期，不會因河水水位的上漲而遭到破壞；實用性強，可應用于多種結構形式的堤岸[25]。在河岸中使用網墊護岸技術，岸帶的穩固程度會隨著植被覆蓋率和長勢的提高隨之提高。有研究顯示，河岸植物生長旺盛時，能抵抗沖刷的徑流流速達6m/s，是普通草皮的2倍多；河岸植被覆蓋率30%以上，只可以承受小雨的沖刷；當覆蓋率達80%以上，能夠承受暴雨的沖刷[26]。

生態混凝土護岸技術，是采用特殊工藝生產的具有連續孔隙的混凝土進行河岸建設。該護岸具有一定的強度又有透水性和透氣性，可以抵抗較大的沖刷，能滿足河岸植物生長和水中生物棲息的需要，其優點是可以凈化水質環境、改善河道景觀并且修復生態系統。生態混凝土主要分為環境友好型和生物相容型兩類。環境友好型是指在生產、使用、直至解體全過程中，可以降低環境負荷的混凝土。生物相容型指能與動物、植物共存，對生態平衡協調、河道景觀美化、實現人類與自然協調具有積極作用的混凝土。環境友好型生態混凝土通常應用于改善河道綠化環境，如植生型生態混凝土；生物相容型混凝土的應用，則更加注重于水質的改善。生態混凝土是因其空隙多，內部和外部生長的微生物、小動物和藻類可以有效地促進水質的自然凈化[27]。將生態混凝土應用于城市河道的岸帶建設中，既可以滿足河岸的安全防護標準，又有利于河道生態系統的恢復。研究和實地應用結果顯示，紫羊毛、無芒雀麥不僅能夠很好地生長在生態混凝土上，還表現出了較好的耐堿性和耐旱性[28]。

3 結論與展望

城市河道整治初期太過于注重水利安全，為了滿足泄洪、排澇等要求，曾過多地使用混凝土等硬質材料導致水陸空間阻斷。隨著人們的生態環保意識不斷提高，對城市河道水環境的要求也越來越高，不僅僅是景觀美化，還需要有親水空間和健康的河流生態環境。因此，今后對城市河道的治理或開發過程中，不能在破壞河流生態環境的前提下進行，要避免先破壞后修復的整治模式。為了對已經受損的河流生態系統進行修復，可因地制宜地選用河流水環境生態修復技術和河道生態整治工程。

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Advance of Urban River Ecological Remediation Technology

TIAN Jun, ZHANG Chun-min, JIN Zhu-jing, YANG Feng-le

(Yunnan Institute of Environmental Science, Kunming Yunnan 650034, China)

Rivers play an important role in the city’s development. However, the river ecosystem was damaged due to the rapid development of city. In this paper, river aquatic environment restoration technology and river ecological engineering were introduced. According to the environmental characteristics of urban rivers, the suitable and effective technology to repair river ecosystem health could be selected.

urban river; aquatic environment restoration; ecological engineering

2016-12-22

國家“十二五”重大水專項課題(2012ZX07102002)。

X171

A

1673-9655(2017)03-0038-04