上海市中小河道生態治理集成技術應用研究

徐后濤++趙風斌++鄭小燕++王麗卿++孔皓

摘要：指出了河道生態治理集成技術包括污染源控制技術、生境條件改造技術、生物強化技術等。根據上海市河道的特點，提出了不同類型河道生態治理的重點：中心城區和郊區城鎮區河道形態宜遵循河道現有形態布局，生態治理重點放在河道內部的微地形構建、護岸改造、水質凈化及生態綠化；新城新鎮和大型居住區河道治理重點宜放在河道生境多樣性的營造、水質凈化、水生動植物的恢復及生態景觀營造；農村河道生態治理重點宜放在生境多樣性的保護及營造、水生動植物的恢復及生態綠化。在此基礎上，結合上海市河道生態治理的效果，總結了適合上海市不同類型河道生態治理的組合技術。

關鍵詞：中小河道； 生態治理；生境；上海

中圖分類號：X826

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）16002204

1引言

上海快速的城市化進程對河網的影響較大，區域水系的破壞程度較為嚴重，城市河流的自然生態環境功能部分喪失。在這一背景下，上海市政府大力推進河道綜合整治項目。河道水環境綜合治理包括了清淤、護岸、截污、景觀建設等內容，對河道的護岸形式如何滿足生態要求也有了一定研究。基于目前城市河道治理技術眾多但缺乏體系的實際狀況，特別是隨著中國建設海綿城市及消除黑臭河道工程的不斷推進，迫切需要梳理在河道生態治理中成熟的技術，形成共性技術體系。研究在對上海市及周邊省市河道治理和效果調查的基礎上，系統梳理上海市及周邊省市河道生態治理的技術應用情況，并在查閱大量國內外相關技術文獻的基礎上，構建適合上海市河道生態治理的集成技術體系，以期為以后上海市河道生態治理過程中關鍵技術的研發和應用提供服務和參考。

2上海市中小河道的特征

（1）水動力條件差，往復流。上海屬于地勢低的感潮型平原河網地區，水流緩慢，流向不定，水體自凈能力弱，河道水體循環受水閘、水道等人工控制，具有很大程度的人為性[1]。

（2）易受臺風影響。上海夏秋季易受臺風、熱帶風暴等襲擊，并常常伴有暴雨及風浪，形成澇災，給人民生命財產造成損失[2，3]。

（3）城市化特征明顯。上海是高度城市化的特大型城市，“雨島效應”明顯[4]，城市下墊面多以硬化為主，植被截留、滲水區域較少。

（4）人為污染較為嚴重。上海污水排放量為21.17×108 m3/年，其中工業占49.4%，居民生活及企事業占49.7%。進污水廠處理僅占9.7%，59.3%的污水未經處理，直接排入河道，是河道污染的主要原因[5]。

（5）水系存在萎縮現象。由于歷史原因，與水爭地，盲目填河，原有的自然水系遭到破壞， 加之水體遭到污染，越填越差，形成惡性循環。

3河道生態治理的概念

河道生態治理是在傳統河道整治過程中加入生態學原理，在遵循自然規律的前提下，利用生態系統的自我恢復能力，通過減輕或消除人為干擾壓力，輔以適當的人工引導措施，協助退化的、受損的、被破壞的生態系統逐步恢復到接近于它受干擾前的自然狀況，或使生態系統向良性循環方向發展的操作及管理過程[6， 7]。

4河道生態治理技術思路

河道生態治理首先開展資料收集、現狀調查，分析相關規劃對工程河道建設的要求，對河道的水文情勢、水工構筑物及引排水、防洪調度、污染源、水質、水生態、底質及陸域植物群落等現狀及歷史資料進行調查，診斷河道存在的問題。綜合工程河道的特點、現狀調查分析成果及相關規劃等，確定河道生態治理的具體目標，并明確工程的建設任務。根據工程河道不同河段的特點及問題，進行分段治理，確定不同河段的建設內容和重點。根據河道現狀形態及相關規劃，確定河道平面布置。根據水系規劃或防洪規劃等對河道斷面的基本要求，結合河道生態治理的需要，在確保河道防洪、排澇及引調水等基本功能的條件下，優化河道斷面形式，合理選擇適宜的護岸材料。根據確定的河道平面布置及斷面形式，設計適合生物多樣性需要的河道微地形改造形式。根據不同河段的建設內容及重點，確定河道動植物恢復重點，提出陸生植物群落恢復、水生植物配置及水生動物放養方案。根據擬定的河道生態治理方案，復核河道引排能力，驗證岸（坡）強度和結構穩定，確保河道規劃功能和結構安全可靠。

5河道生態治理技術措施

上海市各類型河道主要建設內容包括生態護岸、水生植物種植、生態浮床等，各河道生態治理措施詳見表1。

5.1污染控制技術

5.1.1外源污染控制技術

河道周邊有市政污水管網時，對入河點源主要采取截污措施；河道遠離市政污水管網時，對入河點源主要采取現地處理措施，如地埋式微動力膜、MBR一體化處理或A/O一體化處理裝置、沼氣池、三格化糞池或人工濕地等處理方式[8， 9]。

5.1.2內源污染控制技術

徐后濤，等：上海市中小河道生態治理集成技術應用研究

環境與安全

底泥中的營養物質隨著環境的變化會不斷地釋放到水體中對河道水體產生一定的污染，使得水體處于污染狀態。研究表明，在河道外源污染得到控制后，底泥成為主要污染源。河道污染底泥的處理主要有原位處理和異位處理兩種方式[10，11]。異位處理主要是將底泥挖掘出來后運輸到其他地方處理；原位處理主要有生態疏浚及生物修復技術。

生態疏浚技術：根據河道功能需求和底泥淤積情況，在河道規劃斷面確定的清淤深度基礎上，結合底泥柱狀樣監測結果分析的受污染底泥的厚度及位置，將工程清淤與生態清淤相結合。清淤方式主要可分為：排水干挖、水力沖挖、絞吸式挖泥船3種。

底泥生物修復技術：利用生物的生命代謝對底泥污染物進行吸收、轉化或降解，降低底泥環境中氮磷營養鹽、重金屬或有毒有害物質含量。常用的包括微生物修復技術、高效復合菌及植被恢復技術。

5.2河道生境改造技術endprint

生境即棲息地，指生物體的生存環境，是河道生態系統的重要組成部分，為河道生物的生存提供相關的綜合條件[12，13]。目前，我國河道生境條件受損嚴重，人類對河道的改造活動，如裁彎取直、渠道道、護岸硬質化，改變了河道的基本形態，使得生境異質性降低，從而導致生物群落多樣性降低，最終引起河道生態系統退化，河道功能簡單化或完全喪失[14～16]。河道生境條件改造包括河道平面形態改造、河道斷面改造[17，18]、河底微地形改造、生態護岸等[19～22]。

5.3河道生物強化修復技術

5.3.1人工浮床技術

人工浮床是經過人工設計，以高分子材料為載體和基質，將水生植物種植在浮于水體的床體上，利用水生植物的吸收、吸附、截留及植物根系附著微生物對污染物的降解作用，起到凈化水體、增加水體透明度的生態修復技術[23，24]。人工浮床一般運用于水深較深、透明度較低，水生植物種植及存活較困難的河道；在水質較差的河道中可以作為先鋒技術逐步改善水體的水質。人工浮床應用時需注意：浮體的結構穩定性及耐久性；浮床植物的配置合理性；浮床的固定，需考慮風浪及河道流速的影響；浮床的管理維護，特別是冬季浮床的管理等。

5.3.2人工增氧技術

適用于河道相對較窄（寬30 m以內），通過人工向水體中充入空氣，增加水體中溶解氧含量，改善水體缺氧狀態，通過恢復和增強水體中微生物的作用，去除水體中的污染物[25，26]。人工曝氣措施包括：①葉輪增氧機、微泡增氧機等設置在河道內的原位增氧；②利用水泵以噴泉形式或跌水壩溢流增氧；③岸邊設置鼓風機，將空氣通過管道輸送至河道進行微孔增氧；④太陽能循環復氧等。

人工增氧曝氣是一項借助人工手段向河流中充入空氣或氧氣技術，具有效果好、投資和運行成本低，對周圍環境影響小等優勢，但實際應用過程中還具有一定的局限性，在低水位（低于30 cm）、通航的河道中不宜使用（圖1）。

5.3.3生物膜技術（人工介質）

生物膜是指微生物（包括細菌、放線菌、真菌及微型藻類和微型動物）附著在固定表面生長后形成的黏薄膜。生物膜在自然界廣泛存在，如河流中水生植物的莖葉及根系、砂石和沉積物表面都生長著大量生物膜。生物膜通過吸附、過濾和微生物生長代謝對水體中污染物具有很強的凈化作用[27，28]。

近年來，在水體污染凈化和生態修復中有“人工水草”，是通過人工制造，外形類似水草的生物膜載體。生物膜技術一般應用于水質較差的河道水質凈化，其使用方式有：①與浮床結合使用，懸掛在浮床下方；②與魚巢結合使用，直接把含填料的框架放置在河底，起到既凈化水質，又發揮類似人工魚巢的作用。該方式應防止框架及填料被水流沖倒或沖走；③將尼龍繩或者纖維繩等跨河面分別固定在兩岸，繩上按一定距離垂掛填料。生物膜適用于不通保潔船的狹窄河道。

5.3.4陸域植物群落恢復技術

陸域植物群落具有緩沖帶、水土保持、生物棲息地、小氣候改善等生態服務功能。植物群落修復是在遵循土著物種優先、提高生物多樣性等基本原則的基礎上，注重植物的生態習性、空間配置和時間配置，提高陸域植物群落植物的攔截凈化功能，改善河道生態景觀效果。

5.3.5水生植物構建技術

水生植物按生態習性分為四大生態類群：挺水植物、浮葉植物、漂浮植物和沉水植物。河道內水生植物類群配置原則一般是從河道沿岸向水體深處依次為挺水植物、浮葉植物和沉水植物，漂浮植物的配置不受水體深度的影響。

5.3.6水生動物構建技術

水生動物是水生態系統的重要組成部分，可以攝取水體中的營養物質，有效降解水體中的污染物，明顯改善河道水質。水生動物構建技術分為經典生物操縱技術和非經典生物操縱技術[29～32]。

5.3.7其他輔助技術

根據工程特點及治理目標，針對現場實際情況，可利用生態懸床技術、微生物技術、生物控制技術等其他的輔助技術，加速恢復生態系統及改善水質。

2017年8月綠色科技第16期

6結論

上海市生態治理對改善河道水質狀況和生態系統結構具有積極的作用。相對而言，新城新鎮和大型居住區及農村地區河道生態治理效果最為明顯，中心城區及郊區城鎮區河道生態治理效果一般，主要是因為中心城區周邊條件已經較為成熟，截污難度大，由于截污不徹底影響了河道生態評價的整體，因此在河道生態治理過程中截污是前提。

綜合河道生態治理評價結果，上海市不同類型河道生態治理重點亦應該有所不同。

6.1中心城區和郊區城鎮區河道

中心城區和郊區城鎮區河道形態宜遵循河道現有形態布局，生態治理重點放在河道內部的微地形構建、護岸改造、水質凈化及生態綠化。

6.2新城新鎮和大型居住區河道

新城新鎮和大型居住區河道治理重點宜放在河道生境多樣性的營造、水質凈化、水生動植物的恢復及生態景觀營造。河道生境多樣性宜充分考慮河道形態、地貌及河道內微地形等因素，營造多樣的河道生境系統；適當增加河道的蜿蜒性，斷面形式宜多采用復式斷面；水生動植物的恢復宜通過適度的人工干預手段，加速恢復進程。

6.3農村地區河道

農村河道生態治理重點為生境多樣性的保護及營造、水生動植物的恢復及生態綠化。河道生境多樣性的營造宜充分考慮河道形態、地貌及河道內微地形等因素，適當增加河道的蜿蜒性，斷面形式宜采用斜坡或復式，并因地制宜構造河塘濕地、人工島等；河道護岸宜以天然土質護坡為主，需結構護岸的河道，護岸材料優先采用天然材料，減少人工材料的使用。水生動植物的恢復宜通過適度人工干預手段，加速恢復進程。

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