朝陽市河道生態修復理念及其治理技術分析

張 盼

(渤海工程項目管理有限公司，遼寧 朝陽 122000)

1 朝陽市河道情況

朝陽市地處遼西低山丘陵區，境內峽谷相間，川地、平地、山地、丘陵等交錯分布，只有小塊沿河沖積平原和山間平地，地形結構有“七山一水二分田”之稱，總面積19736km2。研究區屬北溫帶大陸性季風氣候，全年降水量450-580mm，降雨時空分布不均主要集中于5-8月，全市四大水系包括大凌河、小凌河、老哈河、青龍河等，其中流域面積超過100km2的有69條。境內河流大多具有流程短、面積小、比降陡等山區河流特征；城區內河道上游、中游、下游體現為山區型、平原城市河網型和潮汐型河道特征，大部分呈西南流向。

朝陽市河道大部分都是雨源性河流，旱季河流幾乎沒水而汛期洪水暴漲暴落，雨水時空分布不均極大的增加了城市泄洪排澇壓力。1990年開始，以水安全為核心朝陽市積極開展了河道治理，通過混凝土或漿砌石護坡、裁彎取直、岸坡與河堤硬化等工程技術使得朝陽市的防洪標準得到普遍的提升，但河道的生態功能與生物多樣性受渠化影響遭受破壞。隨著城鎮化進程加快、人口不斷增長和區域經濟快速發展，未經有效處理的工業廢水、生活污水等被大量的排入河流，加之底泥內源污染和面源污染其河道水質嚴重惡化。據調查，全市約80%的河流都收到一定的污染，特別是富營養化、水體黑臭等現象在城區河道中較為普遍。

2 從生態視角看河道治理現狀

2.1 河道生態系統

生物群落及其相應的環境條件構成了城市河道水生態系統，生境因子有氣象條件、水質水量、形態結構、水體流態等，其中最重要的生境因子為河道生態系統中的水環境。微生物、植物、動物是群落結構的基本構成要素，以太陽能為驅動的自然河道生態系統，它是一個以各種生境因子和群落構成要素相互作用的物質循環、能量流動的體系，通過食物鏈(網)保持群落的生存繁衍平衡，以保證河道的自凈功能。該循環過程中，碳循環規模與反應條件、分解者生物量以及水體中的溶解氧相關；而大型水生動植物的捕獲或收獲主要與氮、磷等營養鹽循環有關，從系統中將多余的氮、磷以捕獲或收獲的方式移出[1-3]。

2.2 朝陽市河道污染現狀

受人類活動影響朝陽市河道污染問題日趨突出，從污染源的角度上，朝陽市河道污染有內源、面源和點源污染；從污染成分的角度上，主要有氮、磷營養鹽和有機物污染。

目前，朝陽市河道水質惡化逐漸轉變成一個水生態失衡、水環境污染的多因素復雜問題。天然河流的地形地貌受河道渠化整治發生明顯的改變，水生動植物賴以生存的環境條件不斷遭受破壞，也不利于高等動物生存、微型動物棲息繁衍和微生物附著；均質性的河道結構、形態降低了水流多樣性，而水土營養交換也被河底和岸坡硬化所阻斷，使孤立于土壤之外的河水系統無法獨立支撐復雜的水生生物群落。這些因素均可使得生物多樣性消失、生境惡化、生態鏈斷裂、生態網絡結構破壞等問題，降低生態系統物質循環與能量流動規模，當排入的有機污染物、氮磷營養鹽等達到河流自凈功能界限時，就會出現生態失衡的現象[4]。

2.3 朝陽市河道治理現狀

堅持自然生態規律的原則實施河道治理，在自然條件所允許范圍以內的河道物質循環與能量流動規模決定了河道生態系統的穩定性，而河道治理的根本著力點是從系統中移出過量的營養鹽和有機物。目前，對于水質改善與河道治理朝陽市采用了生物飄帶、微生物投放、曝氣增氧、自然水循環等技術[5]。通過近期的強化治理，朝陽市河道有機污染基本得到了有效控制，碳循環通道也被完全打通，但仍無法從根本上解決內源和面源污染問題，現階段河道以內源、面源污染為主，氮、磷等營養鹽污染逐漸替代以往的有機污染成為河道的主要污染物，河道治理應以水生態修復為核心逐漸轉變以往的污染控制、水質凈化為主的整治思路，通過恢復潔凈耗氧的生態系統、優化河道形態結構、豐富水流形態和調節水量等，增強水體自凈功能和水生物種多樣性。

3 河道生態修復理念與目標

3.1 生態修復理念

城市發展初期的城市河道形態結構是自然演變的結果，這種河流是具有生態、景觀功能的純自然型天然河道。隨著人口增加、城市規模擴大和工業化的快速發展，河道被不斷侵占，原有儲存、蓄洪、滯洪、消洪雨水的支流、池塘、濕地、護坡等消失，雨水匯流速度不斷的加快；城市降水的頻率度和強度受熱島效應、生態惡化等作用持續加強，而城市完善的排水設施及大范圍的地表硬化加快了雨洪匯流速度，水流的不可控制性和儲蓄的能量增加，河床及河道兩岸受侵蝕、沖刷嚴重，進一步提高了水澇災害發生頻率。

隨著經濟的不斷發展及環保意識的增強，恢復河道生態系統對城市經濟的可持續發展、生活品質、人文景觀和生態環境改善的重要性逐漸引起人們的重視，對水環境發達國家不斷加大整治力度，將河道治理的關鍵轉向生態系統的修復[6]。實質上，河道生態修復就是要創造適宜生存、群落配比合理，系統穩定、結構優化、生境改善、功能強大的良性水生態系統，重建受損河道生物、化學、物理特征以及生態系統功能結構。

經數十年的整治，現階段朝陽市河道治理正處于攻堅期，河道現狀是生態失衡、水污染的多因素復雜問題，亟需生態修復朝陽市河道。

3.2 生態與生物修復技術

1980s，學術界研究提出一種效益高、成本低的生物修復技術，即在一定的條件下利用生物(以微生物為主，有外源或土著兩類)對環境污染物的富集或消除作用，從而實現生物治理環境污染的過程。生態修復是以工程技術、生態學原理為基礎，通過調節水量、水流態及污染物控制，對河底、岸坡結構形態實行改造以重建生態系統功能，不斷恢復物種多樣性，維持河道系統的自然平衡。總體而言，生態與生物修復技術是城市河道治理的不同層次、不同階段，兩者適用范圍、應用生物種類、技術手段、基本原理和實現目標等都存在一定差異。

從技術目標的層面上，生物修復就是以水質改善為目標的城市污水處理系統的延續，而生態修復則是以受損河道生態恢復為主要目標，生態修復以水質改善作為基本條件；從技術原理的層面上，生物修復利用培育的微生物、植物等生物，運用環境生物學原理和微生物的生命活動，降解、轉化和轉移水中的污染物，從而實現凈化水體的目標；生態修復主要利用生態學原理合理配置和引進水生生物群落，通過創造多樣化而良好的生境促進河道生態系統良心演替；從技術手段的層面上，生物修復以微生物合酶制劑投放、河道曝氣、接觸氧化、生態濾床、氧化池、曝氣濾池等技術為主，而生態修復則以水量控制、形態改造、流態調節為主；從適用范圍的層面上，生物修復比較適于有機污染、重污染的黑臭河道治理，生物修復作為補充措施能夠消除河道黑臭現象，在一定程度上減輕水體污染，生態修復適于以氮、磷等營養鹽污染和微污染的河道。河道生物修復能夠明顯改善河流水質，為生態修復提供有利的條件，而河道治理的最終目標是實現生態修復，這也是實現人居環境與自然環境和諧統一的關鍵技術。

3.3 生態修復目標

遵循師法自然的原則，通過生態修復工程恢復城市河道的原本面目。其目標是利用生態工程學方法，在保證水安全的情況下重建和恢復生態系統的功能結構，通過改造河道及岸坡結構、形態，切實增加物種數量與多樣性，提高城市水循環利用率和河道自我調節、自凈功能，配合城市景觀和生態建設實現城市經濟可持續發展、人水和諧的目標[7]。

3.3.1 水污染控制

生態修復的基本條件是保證水污染的有效控制，而河道自凈功能又隨著生態修復的實施不斷提升，實質上健全的生態系統必然會具有潔凈的水質。

3.3.2 水安全目標

確保河流的防洪排澇功能是建設生態河道最根本的要求，與自然河流不同城市河道沿線經濟發達、人口密集，一旦發生洪澇災害勢必造成不可估量的經濟損失。雖然生態改造河道的形態結構，有利于滯洪補枯、消減能量和調蓄洪水，但生態修復在一定程度上增加了糙率、降低了洪水流速，為了防止水災的形成有必要拓寬河道。

3.3.3 河道形態、結構空間異質性

空間結構、形態異質性與河道水生物種多樣性密切相關，改造河道形態可以構造淺灘、彎道、緩流、急流相間的格局，形成自然河流蜿蜒的形態和淺深灘交錯的局面，河水滲透河岸、滋養沿岸植被，通過構建多樣性的生物群落和異質性的河道生境，逐漸恢復水生態系統功能結構。

3.3.4 生物多樣性

一條自然的濱水帶和河道必然有沙洲、深淺灘和凸凹岸，這為各種生物的生存以及生物多樣性的恢復創造了良好的生境條件；此外，衡量河道恢復程度的主要標準是河道生物群落的多樣性。生物多樣性是順利實現生態系統代謝釋放、富集、轉移、轉化污染物的物質條件，生態系統中的生物多樣性越豐富則食物鏈就越復雜，系統的穩定性和自我修復、調節功能就越強。

3.3.5 生態系統結構與功能

從整體性出發恢復河道生態系統功能結構，一個健全的生態系統具有較復雜的事物鏈(網)結構，其物種數量越均衡、類型越豐富則抗外界干擾能力及自凈功能越強，物種流動、物質循環、能量流動等下生態系統中更趨于健康與完善。

河道生物群落與河流水-陸-氣三相共同構成開放的生態系統，生態系統應滿足自我調節功能和連續性、完整性要求。

3.3.6 水資源可再生利用

生態河道建設必須統籌考慮中水回用、污水處理、地下水、天然降水排水、河道水體等系統，遵循自然水循環促進地下水與地表水的交換，連接成網合理調節水位，科學利用雨水資源。將水質改善、水環境建設、水資源綜合利用和水生態修復整體考慮，確保河水資源的多功能開發與可持續利用。

3.3.7 人水和諧目標

河道人與自然交流的場所以及城市重要的景觀界面，應利用生態景觀學原理對河道空間結構合理規劃，統籌各類生態景觀要素，如濱河帶、河岸帶、河水等形成有機的整體，既要符合美學價值要求和生態學原理，又要適宜人類居住，以生機映然的多樣性生態景觀替代以往單純的河道物理景觀。通過增加沿河土地利用價值創造較高的經濟效益，為建立人水和諧、消除人與自然對立及實現經濟可持續發展指明方向。

4 河道生態修復技術

地下水、污水處理與河流湖泊等系統密切相關，河道生態修復應全面考慮水循環、污水治理及河流特征等因素。其中，水文條件恢復是較為常用的生態技術，通過調水補水來恢復適宜的水深、水流態、水量和水質等水文要素；采取有效的保護和人工干預措施恢復生物棲息地，構建河流生境多樣性。一般地，主要有水生生物群落修復、植被優化與恢復、河道結構形態改造、河岸緩沖區修復和河道生態補水等技術。

4.1 水污染控制技術

將城市地表水系統與污水處理系統視為整體，采取清淤疏浚、截污等措施控制河道內源和點源污染。然而，針對開放的城市河道系統，一般很難利用市政手段有效控制河道內源和面源污染，比較常用的治理措施是生物修復技術。其中，生物促生、微生物投放、生物酶制劑投放、軟性填料、接觸氧化、氧化塘技術、植物浮島、河道曝氣增氧、曝氣生物濾床、復合生態濾床等是河道治理應用較廣泛的生物修復技術，生物修復作為城市污水處理和水污染控制的補充，能夠有效減少氮磷等營養鹽污染和城市河道有機污染負荷。

4.2 水量與水流態調節

河道生態系統具有流動的特性，其不僅受水體物理性質和化學成分變化的影響，而且與水力坡度、水位、流量等水動力特性密切相關，緩緩流動的水體和河道生態系統的改變都是組成河道景觀的主要部分。為了滿足河流生態要求可以調整水流態、水量等水力特性，這是修復生態系統的有效手段。

通過采取開拓水源措施確保環境需水要求，維持生物棲息、景觀娛樂、水質凈化所需要的水量；采取綜合調水、噴泉或跌水興建、機械推流等措施，促進水體有序流動及混流增氧，通過對水動力學特征的調節實現水位有漲有落、水流有急有緩，增強河道自凈功能與納污能力，促進水生物種多樣性和河灘干濕交替。

4.3 河岸生態緩沖帶

河道生態修復離不開河岸帶植被恢復，河岸生態緩沖帶具有調節C、N等元素循環、保持水系統平衡、維持生態平衡與生物多樣性、阻滯地表徑流營養鹽與面源污染、生態廊道、降解環境污染、防止水土流失、滯洪補枯、涵養水源、調節氣候等功能，一般位于河岸與河道間的過渡帶。實際工程中，要盡量選用多孔滲水路面建設河岸生態緩沖帶，用本土樹種建立草、灌、喬層級的植物結構，保證河道天然植被的功能完善及生態效益的發揮。

4.4 生態護岸技術

河流的行洪能力、穩定性受河岸護坡的影響顯著，河道生態建設還要考慮護岸護坡類型。傳統的河岸防護工程一般選用預制混凝土塊、混凝土、干砌或漿砌塊石等結構形式，在保證防洪安全、防止土壤侵蝕、維持岸坡穩定性等方面發揮著重要作用，但對河流生態和景觀環境也帶來了不利影響，使得陸地與水體生態破壞、環境惡化，造成河流自凈能力的下降及水污染程度的加劇。

一般地，構建生態護岸的做法是將原混凝土、塊石結構拆除，并改造成適于水生動植物生長的近自然生態護坡，護坡材料要符合抗沖性、抗侵蝕性、耐久性、親水性和滲透性要求，最好是卵石、木樁等天然材料，工程中“生態磚”的應用也較為常見。為了防止土壤侵蝕及維護河岸穩定，可將濕生或水生植物種植于護岸上，植物根系在土壤介質中交錯分布有利于提高河岸的表層強度及其穩定性，有利于降低岸坡的重力侵蝕；水生植物種植于河岸與護岸交錯的生態活躍區，能夠減緩水流速度，為生物棲息創造適宜空間；水陸過渡帶的水生、濕生植物，通過沉淀、絮凝、還原、氧化、支流、吸附、吸收、滲透等生物和物理化學作用，增強了河流的凈化功能。此外，生態護岸還具有涵養水分、滯洪補枯、減緩流速和消減洪水能量等作用。將自凈、景觀、生態、防洪等功能集于一體，并營造柔美生態岸線的生態護岸已成為未來的發展方向。

4.5 河床與河道形態改造

朝陽市河道治理工程以防洪排澇為主要目標，使河道結構上均質化、形態上裁彎取直，硬化的岸坡與河床致使水生植物失去其原有的生長基質，河道生態系統的物種多樣性減少，平衡穩定性變差。研究表明，生境的空間異質性與生物群落多樣性存在正相關性，區域生境空間異質性越高則越有利于生物群落的多樣性，其創造的多樣性小生境可為更多的物種共存提供了有力條件。

為解決朝陽市河道“三面光”的問題，必須拆除原有硬質河床，恢復底泥原來的自然狀態及河道生態結構；采取復式斷面、拓寬河道等措施，對特定范圍內的河幔地、河灘實行修復，構建深淺灘相間、低水位蜿蜒曲折的河槽，設置多流速帶的水流營造近自然流路；采用多孔材質建設生態岸坡，為水生動植物棲息及水生、濕生植物生長提供適宜的空間；應考慮河床特點設計多樣化河岸線、河底線，通過挖河增水確保沿河串接濕地、池塘得以恢復，增加生境復雜多樣性；采取翻板閘建設、人為營造水文脈沖等措施，形成河流時緩時急、河道深灘-階梯、河水經常漫過河岸的結構形式，恢復濕地與沼澤創造適于各生物生存的環境；針對必須渠化的河道要符合生態平衡的原則，保留一定的槽蓄功能以及維持水文連通性。

4.6 生物群落恢復與演替控制

河道生態修復的重要包容還包括恢復水生植物，而反映生態系統健康恢復的重要參數是沉水植被的恢復。按照本土化原則引入水生植物，同時要符合生長速度快、高度適應河道環境的要求；較強的植物群落親和力不會受到原有群落植物明顯的抑制，同時也不會過快的生長對其他物種生存造成影響，有利于形成相互制約、相互促進的物種生長機制；此外，引入植物還具有良好的景觀效果和水質凈化功能，引進外來物種時要給予高度的重視，以防形成外來物種入侵，從而導致生態災難的發生。

4.7 生態系統監控與管理

城市河道管理的重要基礎是生態環境監督管理，對此應以完善的生態環境標準體系實時監控河道生態，及時解決發現的問題；在河道管理規范中納入動物捕獲、河岸河槽等作業，為了維持種群的適度水平要對河道生物量進行合理控制，并從河道生態系統中把多余的有機物和營養鹽及時的移出。

5 結 語

朝陽市河道生態修復涉及生態護坡、水環境治理、人文景觀等工程，生態修復方案設計應統籌規劃、全面考慮各地區的實際情況，以保證河道灌溉、城市供水、防洪排澇等功能為基本原則，合理運用生物與生態修復技術，將城市河道建設成一條灘率、水清、河暢、景美的綠色廊道。