硬質(zhì)河底生態(tài)修復方案分析
——以南京市友誼河為例

張 力，王麗君，王 寧，周小華，花劍嵐，李 萍

（南京市水利規(guī)劃設計院股份有限公司，江蘇 南京210022）

0 引 言

河岸帶是河流生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)進行物質(zhì)、能量、信息交換的一個重要過渡帶，并成為兩者相互作用的重要紐帶和橋梁。其生物群落的組成、結(jié)構(gòu)和分布格局對河流生態(tài)環(huán)境的改善有著重要的作用[1]。受傳統(tǒng)水利工程和城市防洪排澇需求的雙重影響，很長一段時間以來，普遍做法是用混凝土、預制塊、漿砌石、干砌石等硬質(zhì)材料修筑護岸及護底。這種硬化河道做法起到了一定的防洪防除的作用[2]。但是從生態(tài)角度考慮，硬質(zhì)護岸、護底等隔絕了水域與陸域生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)系，致使河、湖生態(tài)系統(tǒng)形成封閉，不利于河流生態(tài)系統(tǒng)對水體自凈能力的發(fā)揮和自然生態(tài)系統(tǒng)的修復。

現(xiàn)結(jié)合南京市友誼河（秦淮段）工程對硬質(zhì)河底生態(tài)修復方案進行探討。

1 工程概況

友誼河（秦淮段）位于南京市秦淮區(qū)，河道起于長巷橋，于新石楊路橋位置處入秦淮河，全長約2.4 km（見圖1）。河道流域范圍內(nèi)雨水主要通過沿線市政道路下雨水干管及排澇泵站排入友誼河，最終通過石楊路泵站排入秦淮河。河道全線除寧蕪鐵路沿線河道左岸河底未護砌，其余大多為雷諾護墊硬質(zhì)護底，局部為鋼筋混凝土及漿砌塊石硬質(zhì)護底。此外，河道內(nèi)現(xiàn)狀有約800 m2浮床，局部段散布挺水植物。

圖1 友誼河（秦淮段）河道區(qū)位示意圖

2020 年友誼河（秦淮段“下同”）水環(huán)境提升工程，擬對河道采取控源截污、環(huán)保清淤、生態(tài)修復等措施，提升友誼河水質(zhì)。

2 設計思路

大量研究表明，只有外源污染得到有效控制，水體富營養(yǎng)化控制和生態(tài)修復才能花最小的代價實現(xiàn)預期目標[3]。該項工程結(jié)合區(qū)域雨污分流改造工程、市政雨水泵站水質(zhì)凈化站等相關(guān)工程建設，通過控源截污工程完成友誼河截污。工程實施后無明顯點源污染源直排入河；并通過環(huán)保清淤將河道硬質(zhì)護底以上淤泥全部清除。從而，為水生態(tài)修復奠定了基礎(chǔ)。

依據(jù)河道周邊區(qū)域發(fā)展情況，友誼河處于中心城區(qū)，其生態(tài)修復重點應放在河道內(nèi)部的微地形構(gòu)建、護岸改造、水質(zhì)凈化及生態(tài)種植[4]。結(jié)合河道特點（護砌、護底）、綠化現(xiàn)狀及項目重點，水生態(tài)修復主要采用了增氧、浮床、水生植物（主要是沉水植物）等生態(tài)修復手段（見表1）。

3 工程設計

3.1 人工增氧

人工增氧是河道生態(tài)治理的一種有效技術(shù)手段[5]。常見的人工增氧主要分為表面曝氣、潛水射流曝氣及鼓風曝氣等設備[6]。

（1）表面曝氣：主要利用機械的攪拌作用，使氣、水接觸界面不斷更新，將空氣中的氧氣不斷地向水體中轉(zhuǎn)移[7]。利用該原理制成的人工增氧設備主要包括葉輪式增氧機、水車式增氧機、噴泉式增氧機及涌浪式增氧機等，該類曝氣設備以漂浮式安裝為主。

（2）潛水射流曝氣：將來自鼓風機的壓縮空氣和來自水泵的加壓水在射流曝氣機的混合室里劇烈混合，然后高速地從射流器的噴嘴向外噴出，以達到提高水中溶解氧含量的目的[8]。潛水射流曝氣設備主要是漂浮式或沉水式安裝，空氣與水體在水面以下完成充分混合。

（3）鼓風- 微孔曝氣系統(tǒng)：利用空壓機將壓縮空氣通過管道輸送至安裝在水體底部的空氣擴散裝置，使空氣形成大小散亂的氣泡群，氣泡經(jīng)過上升和隨水循環(huán)流動，最終在液面處破裂，以完成水體復氧。鼓風曝氣的設備可以固定在岸上，也可以安裝在浮船上[6]。

表2 為不同人工增氧方式對比表。

對人工增氧各類型進行比選，從氧轉(zhuǎn)移率角度出發(fā)，選擇了鼓風- 微孔曝氣系統(tǒng)作為該工程的主要增氧方式，河道沿線設置鼓風- 微孔曝氣系統(tǒng)，鼓風機安裝在河岸上，曝氣盤配重后固定在硬質(zhì)護底上。

3.2 人工浮床

對于城市河道，挺水植物和浮水植物種植面積不宜大于治理河道水域面積的30%[9]。為保持景觀協(xié)調(diào)性，該工程人工浮床參照現(xiàn)狀浮床形式，沿河道兩岸在河道上、中游進行布設。

3.3 沉水植物

結(jié)合工程投資，沉水植物主要設置在友誼河（秦淮段）中游總長約190 m 的河道河底集中布置，品種主要選擇苦草，但河底為雷諾護墊硬質(zhì)護底，并不適宜沉水植物直接種植。對硬質(zhì)河底生態(tài)修復的方法進行總結(jié)分析：

（1）再生式生態(tài)修復法：該方法是一種徹底的生態(tài)修復方案，需要拆除現(xiàn)有硬質(zhì)護岸，并對現(xiàn)狀進行生態(tài)恢復。根據(jù)河流自身特點與河道內(nèi)生物棲息、繁殖的需要，合理設置淺灘、濕地、綠化帶等，為生物創(chuàng)造棲息、繁殖空間，實現(xiàn)水陸生態(tài)再聯(lián)系[10]。

表1 河道類型及生態(tài)修復設計重點分析一覽表[4]

表2 不同人工增氧方式對比表

（2）新槽開挖技術(shù)：該技術(shù)是在現(xiàn)狀河道河底再次挖深，在挖深后形成的區(qū)域修復并營造水生態(tài)環(huán)境[10]。

（3）一種硬質(zhì)河底的水生種植槽結(jié)構(gòu)：在網(wǎng)格箱體內(nèi)設置土工格室。土工格室內(nèi)置種植土及粒徑4～8 mm 的碎石，種植土填充于碎石的間隙中，并種植水生植物[11]（見圖2）。

圖2 一種硬質(zhì)河底的水生植物生態(tài)種植槽結(jié)構(gòu)設計及施工現(xiàn)場組裝圖

（4）一種用于硬質(zhì)河底生態(tài)改造的系統(tǒng)：硬質(zhì)河底上鋪設若干塊由天然砂石制成的生態(tài)植草磚，磚上設有沉水植物的種植土層（見圖3）[12]。

圖3 一種用于硬質(zhì)河底生態(tài)改造的系統(tǒng)設計圖

基于歷史原因，雷諾護墊硬質(zhì)護底在該工程中不宜拆除。即：方法（1）、方法（2）難以應用于該工程中；方法（4）一種用于硬質(zhì)河底生態(tài)改造的系統(tǒng)，需要制作特質(zhì)的生態(tài)植草磚，限制了施工進度；方法（3）中所有材料都為市場上常見材料，施工難度也較低。經(jīng)綜合比選后，該工程選擇方法（3）一種硬質(zhì)河底的水生植物生態(tài)種植槽結(jié)構(gòu)作為沉水植物修復方法。

此外，沉水植物的生長受光照強度、營養(yǎng)鹽、底質(zhì)、懸浮物、水流、溫度等多種因素影響。其中，光照強度是水生植物，尤其是沉水植物生長的主要限制因子[13]。在實際測量過程中，往往不是測量水體光強，而是測量水體透明度[14]。沉水植物種植區(qū)應確保3 h 以上光照，透明度小于種植水深二分之一的水體不宜種植[15]。該工程沉水植物種植區(qū)域水深在3.4～3.8 m 左右，即：要求透明度達到1.9 m 以上時，沉水植物的構(gòu)建才具備可行性，而該河段水體的透明度在0.5 m 左右。因此，該工程必須采用輔助手段促進沉水植物的恢復，即：設置了包括食藻蟲等可快速提高水體透明度的輔助技術(shù)手段[16]。

4 結(jié) 語

結(jié)合實際的工程案例，介紹了增氧、浮床、沉水植物等生態(tài)措施在硬質(zhì)河底、生態(tài)修復中的應用。其設計方案具有一定代表性，可供類似工程參考。