小清河（豐臺段）近自然河道生態修復實踐探討

趙方瑩　鮑永剛　劉驥良　李璐　季世琛　王雪瑞　韋依伶

摘要：針對小清河（豐臺段）存在的生態環境問題，運用近自然河道生態修復的理念，進行截污清淤，在保證河道安全行洪的基礎上，采用河道基底自然形態重塑、岸坡修復、水動力條件恢復、微生物系統和小型潛流濕地構建等措施，重建非生物環境與生物之間的功能體系，從而恢復河道生態系統的形態結構與功能結構。以生態系統內部自我調節功能及群落演替過程逐漸代替人工管理維護，達到河道水生態環境修復目的。此次運用近自然河道生態修復的方法治理小清河的實踐經驗，可為北京市同類型城郊河道的治理修復工作提供一定的參考。

關鍵詞：小清河;近自然;生態修復;河道治理

中圖分類號：X171.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）06-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.112

Practice and discussion on near natural ecological restoration of ?Xiaoqing River （Fengtai District）

Zhao Fangying1，Bao Yonggang2，Liu Jiliang1，Li Lu1，Ji Shichen1，Wang Xuerui1，Wei Yiling1

（1.Beijing Sainteco Technology co.，Ltd，Beijing 100083，China;2.Water-affair Authority of Beijing City，Beijing 100071，China）

Abstract：In view of the ecological environment problems existing in Xiaoqing River in Fengtai District，the concept of near natural ecological restoration of rivers is applied.First，the sewage is intercepted and the silt is removed.Then，on the basis of ensuring the safe flood discharge of the river course，the measures such as the reconstruction of natural form of the river base，the restoration of bank slope，the restoration of hydrodynamic conditions，the construction of micro biological system and small-scale subsurface flow wetland are adopted to reconstruct the functional architecture between environment and living organisms，so as to restore the structure and function of the river ecosystem.The self-regulation function and community succession process of ecosystem gradually replace the artificial management and maintenance，and finally achieve the goal of river water ecological environment restoration.The practical experience of using the near natural ecological restoration method to control Xiaoqing River can provide some reference for the treatment and restoration of similar suburban rivers in Beijing.

Key words：Xiaoqing River;Near nature;Ecological restoration;River treatment

社會的發展伴隨著對自然環境的改造，日常生產建設活動常會對生態環境造成一系列難以估量的損害，諸如資源短缺、水土流失、環境污染、自然災害頻發、生境片斷化或退化、物種多樣性喪失等問題層出不窮。以工程建設為主的傳統環境治理方法往往忽視了對生態系統的影響，運用生態學的理論與方法進行生態修復是當前環境治理工作的主要方向。城市化建設過程中多會采用河道渠化、底質硬化、石砌護坡、截彎取直等工程措施改造自然河道，以滿足水資源調配、水土保持、蓄水行洪、景觀建設等社會需求，但改造后城市河道的生態系統十分脆弱，水質惡化、生物多樣性喪失、景觀退化等問題較為普遍，需耗費大量人力、物力進行長期管理維護[1-2]。近自然河道生態修復是在尊重生態環境多樣性、保障河道行洪安全的基礎上，放棄以鋼筋、混凝土結構為主的傳統工程措施，利用現存條件建立可永續利用的自然河道生態系統，在滿足社會發展需求的同時兼顧河道生態系統修復，保持水環境健康穩定。有關近自然河道生態修復的相關概念及應用的發展歷程已有許多文獻進行過詳細論述[3-7]，本文不再贅述。本研究以小清河（豐臺段）為對象，根據問題診斷分析結果設計并實施了具有針對性的近自然河道生態修復措施，探討對于北京及周邊地區同類型河道的最佳治理方法。

1 研究對象

小清河發源于北京市豐臺區長辛店鎮，是大清河水系拒馬河的一條支流，自北向南流經豐臺區及房山區后在河北省涿州市境內匯入北拒馬河，主要支流有九子河、蟒牛河、佃起河、牤牛河（房山區內稱為啞叭河）與刺猬河（圖1）。小清河年平均降水量約628.9mm，多集中于夏季，冬季降水量最少，河流有斷流現象。研究區域全長約3.8km，下游起點為稻田路（K0+000），上游終點為周口店路（K3+845），其中K0+000-K1+256段為梯形斷面，兩岸均為植被護坡，坡腳為鉛絲石籠擋墻;K1+256-K3+197段為梯形斷面，左右兩岸均有民房，斷面全部為漿砌石護砌;K3+197-K3+845段為梯形斷面，20年一遇洪水位以下為漿砌石護坡，20年洪水位以上為植被護坡。

2 問題診斷分析

2.1 岸坡水土流失

K0+000-K1+256段岸坡為土質護坡，自然植被覆蓋率低，水土流失現象明顯;K1+256-K3+845段中20年一遇洪水位下均為漿砌石護坡，無法有效過濾地表徑流。長期的水土流失致使小清河（豐臺段）岸坡及周邊的泥沙隨地表徑流進入河道并在底部淤積，降低了河道的行洪能力，易在汛期引發洪澇災害，而非汛期河床裸露影響河道景觀[8]。

2.2 水環境污染

河道K0+865處周邊居民區有少量生活污水直排進入河道，同一區域有污水處理廠排出的中水直接進入河道，排放量約20000m3/d，中水出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準，此處中水出水量遠遠大于上游來水量，造成上游K0+865-K3+845段內水體有一定程度的滯留，水流不暢使上游污染物不能及時轉移，同時也加重了上游河道淤積程度，淤積的底泥會釋放高濃度污染物，對水質產生嚴重影響[9]，在高溫季節易引發水體黑臭、水華并滋生蚊蟲病菌，影響周邊居民生活質量與健康狀況。2016年對小清河（豐臺段）下游水質檢測結果顯示，全年除汛期外，水體中COD濃度為25-71mg/L，氨氮濃度為4.26-8.04mg/L，總磷濃度為0.74-1.35mg/L，水環境污染嚴重。

2.3 河道生態功能弱化

河道形態結構單一，生境多樣性差，淤積的泥沙會直接減少水域面積，限制了水生生物的生存空間。堤岸作為水域與陸地生態系統的過渡地帶，是生物遷移的廊道，承載著水、陸生態系統之間的交互過程，也是陸地污染物進入河道前的有效緩沖帶，但研究段內堤岸多為植被稀疏的土質邊坡或漿砌石擋墻，很大程度上阻礙了兩種生態系統之間的交互過程，致使河道生境多樣性維持、水土保持、維持區域生態平衡、調節局部小氣候等方面的功能弱化甚至喪失[10-11]。

河道內無沉水植物及浮水植物，僅在沿岸部分區域分布有一定數量的蘆葦，水體自凈能力有限，無法及時、有效凈化河道內的污染物。雖然蘆葦具備一定的種群規模，但研究范圍內水生植物多樣低性，水生態系統抵抗外界干擾的能力弱，遭到破壞后恢復能力同樣較差。此外上游來水量少且在部分河段有水體滯留現象，污染物無法及時轉移并逐漸積累，進一步降低了河道水環境容量。

3 修復措施

3.1 截污清淤

污染源阻斷與河道清理是環境治理工作的前提，對K0+865周邊幾處直排生活污水管道進行封堵，清除嚴重阻塞河段淤積的泥沙，清理河道內散落的生活及建筑垃圾，對于周邊有居民生活的河段需加強河道管理維護強度，杜絕污水和垃圾進入河道。

3.2 河道基底自然形態重塑

根據K0+000-K3+103段內泥沙大量淤積的特點，在保障行洪安全的前提下，充分發揮淤積泥沙的生態價值，對現有淤積地貌進行改造，設計多樣化水文路徑，在有限的空間內充分營造河曲和水面，增大濱岸帶內水陸接觸面積，恢復河道蜿蜒曲折的自然形態及水體連續性。河道中多樣的局部形態在汛期起到降低水體流速、蓄水調洪的作用，而水流具有深、淺、緩、急等不同水勢對于河道生態功能的恢復具有重要作用[12-13]。

對K0+000-K3+103段實施近自然土方工程施工法重塑河床基底，營造多處坑塘與生境島相結合的微地形，恢復生境多樣性，重塑過程及一年后效果如圖2所示。不同區域坑塘深度在1.0～1.5m之間，為防止水流沖刷破作用壞坑塘與子槽相接處的結構，需在兩側岸坡及底部鋪設厚度為0.3m鉛絲石籠，坑塘內栽植千屈菜、蘆葦、菖蒲、荷花等挺水植物。坑塘之間通過子槽相連，子槽可充分提高河道內部的彎曲程度、增加局部地形地貌的多樣性，子槽寬度3～5m，深度為0.6m。另外在不影響河道水文形態連貫性的前提下，在子槽內設置生態跌水，生態跌水高0.6m，長3m，頂寬1.0m，底寬1.5m，采用200～500mm厚景石分層砌筑，形成水面高度約0.5m。子槽內生態跌水除營造不同水勢外，可適當延長水體駐停時間，提高污染物凈化效率。將營造坑塘與子槽所產生的泥土堆積成多個生境島，生境島高出現狀水面1～2m，并在迎水面坡腳采用鉛絲石籠進行岸坡防護以減緩水流沖刷力度，生境島邊緣結合局部水面，栽植菖蒲、蘆葦、鳶尾，在坡面栽植黃刺玫、連翹，草籽撒播二月蘭、波斯菊，生境島構建過程及一年后效果如圖3所示。

3.3 岸坡修復

當岸坡植被覆蓋率大于80%以上時才能夠抵御暴雨的沖刷，根據當地氣候特征，在岸坡構建喬灌草植被過濾帶，創造植物層次豐富、季相明顯的植物空間環境，提高岸坡植被覆蓋率，為濱岸帶生物創造良好的生存環境。對河道下游K0+000-K1+256段裸露邊坡進行植被恢復，植物的選擇偏向于生長速度快、適應能力強、根系發達、景觀性好的種類[14]，栽植喬木種類有欒樹、白蠟、臭椿，灌木種類有連翹、黃刺玫，草本種類有二月蘭和紫花地丁。具有發達根系的植物在水土保持方面有良好的效果，不僅能緩解水流對岸坡的沖刷，同時能夠提高河道對地表徑流的過濾能力，阻斷污染物進入河道的途徑，另外可在滿足生態治理的前提下進行綠化造景[15]，提升河道景觀質量。除人工栽植外，種類豐富、適應性強、抗旱耐貧瘠的禾本科、藜科、莧科、菊科等種類的野草對植物群落的恢復具有促進作用[16]。岸坡修復前與修復一年后的對比情況見圖4。

3.4 水動力條件恢復

現狀河道上游水體受下游中水阻斷有一定程度滯留，且上游水流量較小，水位的高低取決于降雨量，斷流現象時有發生，過低的水位也不利于生物群落的生存繁衍。根據河道周邊現存管網改造K0+865處中水出水口，將部分中水引入上游，補充上游水量并充分稀釋積累的污染物，改造完成后上游中水出水量約為3 000m3/d，能夠長久保持水體連貫性。

3.5 微生物系統構建

微生物在污染物凈化方面具有良好效果，微生物系統包括復合微生物制劑、微生物酶、水生植物根系、多種粒徑填料及人工水草帶等。填料包括天然礦物、工業副產物與人造填料，一般選擇孔隙率和滲透系數好、性質穩定、去污能力強的種類[17]。填料及水生植物根系表面也能夠為微生物提供適宜的附著環境，其中豐富的孔隙也可為微型水生動物提供繁衍場所[18]。人工水草由碳素纖維制成，具有強度高、孔隙率大、不易堵塞等優點，不受氣候變化影響，是微生物高效富集的理想附著基質。人工水草帶寬度為3～5m，其上每隔25cm安裝一株人工水草，并每隔1m通過固定錨固定在水底。微生物系統提升水體自凈能力主要通過多種微生物在介質上共同附著生長形成的膜結構實現，為促進微生物膜的形成，在上述所有措施布設完成后，每天從上游投放濃度為0.5mg/L的復合微生物制劑（包括枯草芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌等）與0.1mg/L的生物酶制劑（包括蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等），連續投放25d，促進微生物快速形成。

3.6 小型潛流濕地構建

在河曲控制部位營造小型潛流濕地以進一步增強河道自凈能力。河曲的底層鋪設天然砂石過濾體，在調整后的河道水岸線邊緣栽植千屈菜、水蔥、黃菖蒲、香蒲、荷花。小型潛流濕地中的填料與水生植物根系可有效攔截、過濾水體中的污染物，其中所形成的蓄水空間和微小生境能夠增加微生物附著表面積，延長和擴增水質凈化的時間和空間，強化微生物凈化效果。潛流濕地可在有限的空間內提升水質凈化效率與河道景觀質量，因其凈化過程是在地表以下，可有效避免外界干擾。

4 存在的問題及建議

（1）相比于傳統的三面混凝土式河道修復方式，近自然河道生態修復法不含或只含少量的鋼筋、混凝土構件，在結構安全質量及有效性的評定方面尚無統一標準，而河道生態恢復的過程中必然伴隨著水文特征的發展變化，因此工程完工后需對行洪安全及生態恢復效果進行跟蹤監測。（2）此次河道修復措施中并未涉及對水生動物的恢復，原因是修復工程完工后，各項修復措施尚未穩定運行，貿然放養水生動物可能會對水生植物的生長或微生物膜的形成造成影響，即便在生態系統穩定后放養水生動物，也要充分考慮種類、數量、食性、棲息環境、繁殖條件等要素，以便與水生態系統其他要素相契合。

5 結語

小清河（豐臺段）近自然河道生態修復是在保障安全性的前提下，通過河道形態結構重塑、生物多樣性恢復及水體自凈能力提升等3個過程逐漸恢復環境與生物之間的生態聯系，利用恢復后的河道生態系統的自我調節功能及群落演替過程逐漸代替以往以人工干預為主的維護形式，以此實現可永續利用的自然河道生態系統。研究中的設計思路可為北京同類型河道的治理、修復工作提供借鑒。

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收稿日期：2020-04-02

作者簡介：趙方瑩（1974-），男，博士后，教授級高級工程師，研究方向為水土保持生態修復。