河道水生態修復研究

劉大亮，焦奕程，蔣瀟

摘要：經濟社會的快速發展帶來嚴重的環境問題，我國十分重視河道治理問題，目前多數河道工程能夠滿足景觀觀賞和基礎使用需求，但是仍缺乏生態效益。一個良好的生態系統能夠保持水體自凈能力，可以有效降低養護管理成本。文章以濟南市楊家河為例，從河道污染源頭、凈化策略和工程措施三個方面進行分析，結合現狀加以配合利用，以期保護河道環境，構建可持續發展的人居環境。

關鍵詞：河道治理;水質凈化;生態修復;濟南市楊家河

中圖分類號：TV85 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）24-0-03

0 引言

近年來，國家高度重視環境問題，提出了“綠水青山就是金山銀山”的發展理念，而河流作為城市景觀的重要組成部分，肩負著景觀、生態、文化三大功能，對周邊的環境凈化、農業生產、蓄洪排水都起著不可或缺的作用。河道治理工程此起彼伏，治理手段也多種多樣，但在治理的過程中都應當充分考慮生態環境的營造。水體污染的源頭和類型也各不相同，都具有不同的特點，在實際情況中，應對其進行合理分析之后再提出相應的解決措施。文章從具體河道的研究出發，以濟南市楊家河河道為例，分析其水體受污染原因，通過工程技術手段恢復水體自凈功能并提升環境容量，提出相應的解決措施，營造一個良好的水生態環境，為其他相似的工程提供借鑒。

1 工程概況

楊家河位于山東省濟南市歷城區，河流發源于彩石街道辦事處西彩石村南，流經歷城區和高新區，于臨港街道辦事處鴨旺口村東入小清河，河道全長21.7千米，流域面積74平方千米。南高北低，河谷呈淺U字形，現河床寬5.1～12米，河床底高程33.2～53.9米不等，河道坡降較大，水體流速快，水體停留時間短，較難凈化。上游段為自然沖溝，兩岸無堤防，坡度較陡，下游段地勢低洼，坡度較緩，現河型萎縮，河口寬10～30米[1]。

調查河道現狀發現，河道的主要污染來源為周邊城中村及企業單位的散排偷排污水，周邊區域并未設置污水干管，導致污水無法排入城市的排水管網。村莊的農田含有各種氮磷鉀和重金屬等農藥殘留，在雨季會和城市下墊面累積的各種污染物一起沖刷進入河道，造成河道的面源污染[2]。當前水體本身清潔度及透明度較低，含有各類垃圾、淤泥、腐爛的水生動植物遺體等，經過自然分解形成黑臭底泥，導致水體發黑發臭。河道周邊有三處排水口，出水水質要求為一級A類，而排水口附近水體的全氮全磷含量分別為26.6mg/L、2.67mg/L，均高于一級A類水的標準，存在嚴重污染和不達標排放的現象。

2 技術路線

水體質量是河道凈化的重點難點，需要根據當前存在的問題有針對性地提出解決策略。水體污染的治理手段主要分為三種，分別是物理方法、化學方法和生物—生態方法[3]。

物理方法是通過人工進行水體除藻、清理水底淤泥等，或者通過顆粒物的重力沉降、河道內基質或植物根部過濾去除。向水體中增加曝氣的方法由于見效快、投資少、無二次污染的特點而被廣泛使用。原理是人工向水體中充入氧氣，進一步提高水體的溶解氧水平，加速水體中的污染物分解凈化。除此之外，設置高差、跌水、水壩等也可以提升水中的溶解氧水平，進一步減少水底淤泥污染物。

化學方法則是通過向水體中投放電解鹽類物質促進水體中的污染物沉淀，與不同溶解物相結合生成不溶物，不穩定的化合物會在氧化還原的條件下分解[4]，但這種方法并不能從源頭消除污染，只能暫時改善水體質量，治標不治本。

生物—生態方法是通過投放菌株以增強水體中微生物的活性，利用微生物去除膠體顆粒物和溶解性有機物，促進對污染物的進一步轉化。這種方法雖然能提升水體質量，但是不具有可持續性。較為常見的措施是選用生態護坡的形式，同時在河道中設置生態浮床、穩定塘、生態滲流等，這些措施更加穩定有效。

3 水生態修復策略

河道作為一個完整的生態系統，具有豐富的層級結構，不同部分對污染物的凈化具有不同的效力和作用，其組成主要為基質、水環境系統以及生物系統，其中最重要的部分是基質、植物和微生物，這三方面對污水的處理具有重要作用。針對楊家河污染現狀，可從這三個方面提出策略。

3.1 基質

基質是河道占地面積最大的部分，主要由各種透水性材質按照不同的鋪設厚度組成，較常使用的傳統基質材料有土壤、沙石、礫石等。隨著人們的不斷研究探索，一些新型的基質材料也逐漸被廣泛應用到實踐中，如陶瓷、電弧爐鋼渣、礦渣、貝克砂等[5]。基質在凈化水體時會產生物理和化學反應，水體中的污染物能夠與基質中的無機或有機膠體相結合，產生絡合、沉淀反應，依附于基質生長的植物能夠對污染物起到固定、轉化等作用。

每種基質都擁有自己獨特的理化性質，所以在處理污染物時也會有不同的選擇類型。例如，礫石、礦渣等顆粒直徑較大的基質材料具有較強的滲透性，而土壤、細沙等的滲透性相對較弱。不同的污水中含有的污染物種類也不相同，以這樣具有針對性的材料為基質，不僅能減少資金的投入，還能保證凈化效果和較長的使用年限。

3.2 植物

河道的植物配置要根據實際的河道狀況來選擇，針對不同坡位的河道并結合喬灌草的原則搭配。楊家河河道水流速度較快，可在一定程度上沖刷駁岸及水底，因此要選擇具有較強耐沖刷性和凈化能力的植物。

植物在河道中占有較大比重，不僅具有美學特征，還能為生態系統提供重要保障。在降解處理污染物的時候需要大量的氧氣，而氧氣的來源除了大氣復氧以外，主要依靠植物的輸氧作用。當植物的根系在向基質傳送氧氣時，植物根毛附近會具有較高的氧氣濃度，形成一個好氧區域，隨著距離的增加，氧氣濃度逐漸降低，在植物根系附近形成好氧—缺氧—厭氧的單元體，這種小單元體為硝化反硝化細菌提供了良好的溫床，有利于進行硝化—反硝化反應[6]，進一步降解濕地的污染物。

植物通常具有錯綜復雜的網絡狀根系，根系之間形成了許多微小的通道，促進了空氣和水體在河道內部的傳遞，提升了水體的傳輸能力，避免了基質板結、淤積，還能促進植物吸收小分子可溶性氮磷化合物。分析河道中含有的各種活性酶發現，微生物的含量和活性在不同季節或者基質的不同位置存在顯著差異，通常是冬春季節較低，河道上層部位則高于河道中層和下層部位基質。

由于植物與浮游藻類具有相似的生長習性，河道植物會和浮游藻類發生種間競爭，可以有意栽培根系發達、凈化能力強、抗逆性強的植物，搶奪河道內的生存資源和營養物質，從而抑制浮游藻類的繁殖。

3.3 微生物

微生物廣泛存在于河道環境中，河道中的污染物大多由微生物去除。河道中的微生物主要為細菌或真菌，而植物群落復雜的環境就是微生物生長繁衍的溫床，微生物通過污染物吸取對自身生長發育有用的營養物質，與此同時完成對污染物的降解。不同種類的微生物處理的污染物質也有所不同，如好氧微生物會將有機物作為碳源，將其降解為二氧化碳和水;而厭氧生物則會將有機物進行發酵處理，分解為甲烷和水。

4 修復性措施

4.1 水生態鏈技術

河道作為一個大的整體，含有眾多動植物和微生物，不同區域和環境條件下可以形成多個小型生態系統，而動植物在保護生物多樣性和維持生態系統穩定方面具有重要的作用。通過動植物種類的投放引導，從而完善和調整原有動植物結構，增加物種多樣性，促進生態鏈穩定，形成一個個穩定的小型生態群落，引導區域進入良性循環，達到凈化環境的目的。可以重新規劃水體中的動物群落，在水體中建立微生物—藻類—浮游生物—魚類的食物鏈[7]，通過不同物種間的捕食及攝取，有效防止植物的過度繁衍形成的水華現象，提升水體的自我凈化能力，能夠使水體長期保持清澈，同時具有一定的抗干擾能力。

4.2 生態攔截技術

通過生物或者工程手段過濾、凈化和攔截外界流入濕地內的水體，主要是防止外來水體中含有的氮、磷、鉀等元素的進入，保護原有水環境結構和功能的穩定。其中使用的工程措施包括建立生態溝渠、設置植草溝和植草過濾帶、構建生態沉降池等方法，搭配抗污染性較強和吸收污染能力較強的植物，結合自然做工攔截、凈化污染物，達到保護水環境的目的。

4.3 人工生態浮島技術

人工生態浮島又被稱為植物浮床、生態浮床等，其原理是在水體表面設置漂浮物，將其作為浮床，并在漂浮物上種植植物，通過植物在水體中的根系和根際微生物的吸收、吸附等作用，對流經的水體進行凈化，還原水中的氮、磷、有機物等，最終通過植物收割、移除水體中的污染物。浮床一般選擇環保型PE材料，具有穩定性、耐久性、漂浮性等特點[8]。浮島上的植物，除了可以向水體中輸送氧氣外，還可以為各種微生物和動植物種群營造生存環境，提供其生長、附著、繁衍的場所，有利于生物多樣性的穩定。

4.4 生物膜技術

生物膜凈化原理是利用附著在濾料表面的微生物所形成的生物膜，接觸流經表面的水體，通過好氧和厭氧微生物攝取、吸收水體中的有機物等物質，進而達到凈化水體的目的[9]。

對河道進行人工或行船潑灑復合液體微生物菌劑以調控水質，用微生物對水質進行干預，能夠有效降低水體中氮磷鉀的含量，進一步抑制水體中的藍綠藻，提高水體安全。除此之外，還能有效提高水體中的溶解氧含量和微量元素，促進水生動植物生長，達到藻相平衡。潑灑完畢之后，微生物也能夠長期與河道共存，既能改良水質又能防控疾病，同時提升河道生態系統的抗污染能力，凈化水體，提升水體透明度。

4.5 河道底質改良

楊家河河道為人工新開挖的河道，其河底的土壤為粉質黏土，顆粒較小，土質細密，營養物質含量低，可投放底質改良劑對其進行優化。底質改良劑是一種載體化的微生物，應用廣泛且易于操作，成本低廉，無污染，只需要潑灑即可起到作用，潑灑后能夠快速與底泥結合，不被水流沖走，同時形成覆蓋層，抑制淤泥中污染物的釋放，凈化水質，降低氮磷鉀含量，有利于沉水植物的生長。

5 治理效果

通過一系列工程措施治理楊家河之后，河道狀況明顯改善，水體透明度顯著提升，水下植被森林初具規模，水中動植物生長狀況良好，溶解氧濃度提升，河底淤泥及懸濁物凈化完成，已具備自我凈化能力。河道兩岸的植被景觀層次也得到了提升，增強了景觀效果。對改進后的河道進行勘察發現，附近已有水鳥棲息，再經過一段時間的繁衍，生態系統將對周邊生態環境的改善發揮更大的作用。這種具有完整生態系統的凈化體系，具有比單純的藥劑措施更加穩定可持續的效果，為楊家河周邊景觀群的形成奠定了基礎，對未來開發旅游業具有積極意義。

6 結語

通過調研濟南市楊家河河道現狀，提出了微生物修復、構建生態鏈等方法，同時根據河底現狀提出底質改良措施，凈化水體內源污染。楊家河水體情況通過科學的治理已經有了明顯好轉。治理前期，要對河道進行詳細的調查分析，弄清河道污染源、周邊環境的影響等。根據河道的實際功能，制定一河一策的實施方案，結合水利、水務部門要求，種植合適的植物，利用水生植物吸收、凈化水體中的污染物和富營養元素。

實踐證明，選用合理的工程措施搭配水生植物凈化，能夠有效改善水質狀況，保證水生態系統的穩定性。生態修復是一項長期的工程，應當統籌規劃，充分考慮實際情況，搭配技術輔助，維持河流的良性循環和健康發展，進而將河道建設為功能多樣且能可持續發展的優美景觀。

參考文獻：

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[9] 蔣宇豪，李敏，唐明哲.微污染河道修復技術及其應用[J].環境生態學，2019，1（8）：83-87.

作者簡介：劉大亮（1980—），男，山東威海人，碩士，副教授，研究方向：風景園林規劃設計。

焦奕程（1997—），男，山東濟南人，碩士在讀，研究方向：風景園林規劃設計與理論。

蔣瀟（1997—），女，山東濟南人，碩士在讀，研究方向：風景園林規劃設計與理論。