城市河流的生態(tài)修復(fù)研究

張 昭

（同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092）

河流是生命的源泉，是城市發(fā)展的基礎(chǔ)。在城市建設(shè)過程中，人類頻繁的生活生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)城市河流造成了一定破壞，出現(xiàn)水體滯流、復(fù)氧能力差、淤積嚴(yán)重、透明度低、富營養(yǎng)化、發(fā)生黑臭等現(xiàn)象。隨著近年來生態(tài)文明建設(shè)的步伐加快，越來越多的人開始注意到了城市河流的重要價(jià)值和人類行為對(duì)城市河流環(huán)境的破壞。黨在十九大報(bào)告中將建設(shè)生態(tài)文明提升為“千年大計(jì)”，2021 年頒布的“十四五”規(guī)劃則強(qiáng)調(diào)要加大重點(diǎn)河湖保護(hù)和綜合治理的力度，基本消除城市黑臭水體，恢復(fù)水清岸綠的水生態(tài)體系。國家越發(fā)重視河流的生態(tài)健康水平，因此研究城市河流生態(tài)修復(fù)具有重要意義。

1.城市河流概況

1.1 城市河流概念及功能

城市河流是指發(fā)源于或流經(jīng)城市地區(qū)的河流或河段，包括歷史上人工挖掘但現(xiàn)在已具有自然河流特征的運(yùn)河、渠道等。人類逐水而居，城市依水而立，作為人類生存和城市發(fā)展的命脈，城市河流承擔(dān)著經(jīng)濟(jì)功能和生態(tài)環(huán)境功能這兩大主要功能：經(jīng)濟(jì)功能包括提供生活用水、生產(chǎn)用水、航運(yùn)等，生態(tài)環(huán)境功能包括提供污染凈化場所、景觀美化、維持城市生態(tài)系統(tǒng)等。因此，人類的生活與周邊的城市河流息息相關(guān)。

1.2 城市河流現(xiàn)狀

隨著城市化進(jìn)程的加快，人類活動(dòng)愈發(fā)頻繁，城市河流也出現(xiàn)了各種類型的問題，可以分為以下幾種類型：

1.2.1 水質(zhì)污染加劇

水環(huán)境中的污染主要來源于生活污水、工業(yè)廢水這類點(diǎn)源污染和農(nóng)業(yè)廢水、地表徑流這類面源污染。城市人口的增加、工業(yè)與農(nóng)業(yè)的發(fā)展、土地利用類型的改變，加重了河流的污染，使城市河流的納污能力遠(yuǎn)超其自凈能力水環(huán)境進(jìn)一步惡化。

1.2.2 河道硬化、景觀缺乏

河流的截彎取直和硬質(zhì)護(hù)岸在最開始主要是出于防洪、行洪的安全需要，但現(xiàn)在卻被廣泛濫用。目前，城市河流大多采用砌石、混凝土或鋼筋混凝土等硬化材料的護(hù)坡護(hù)岸，“直線化”、“平面化”、“硬質(zhì)化”嚴(yán)重，這嚴(yán)重阻礙了物質(zhì)、能量的交流，破壞了河岸帶的自然景觀與生態(tài)風(fēng)貌。

1.2.3 河流生態(tài)系統(tǒng)被破壞

河流生態(tài)系統(tǒng)是河流內(nèi)生物群落與河流環(huán)境的統(tǒng)一體，在這個(gè)統(tǒng)一體里，生物與環(huán)境相互影響，健康的城市河流生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)該是動(dòng)態(tài)的、開放的、相對(duì)穩(wěn)定的。然而，城市河道的硬化斷面使得河道與生態(tài)系統(tǒng)其他成員之間的信息溝通和物質(zhì)交流被阻礙，生態(tài)系統(tǒng)的自我維持能力和恢復(fù)能力下降，進(jìn)一步導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)癱瘓。

2.河流生態(tài)修復(fù)

2.1 河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)與原則

河流生態(tài)修復(fù)是使河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)至近似于未被破壞前的狀態(tài)，并且具有自我維持動(dòng)態(tài)均衡能力的復(fù)雜過程。河流生態(tài)修復(fù)著眼于河流生態(tài)系統(tǒng)的整體性，重視恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，強(qiáng)調(diào)遵循河流地貌學(xué)原理，并把生物群落多樣性作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。

我國正處于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要階段，如果僅為了恢復(fù)河流生態(tài)而大規(guī)模拆除水利設(shè)施等，這將是不切實(shí)際的，因此城市河流生態(tài)修復(fù)目標(biāo)應(yīng)結(jié)合我國的實(shí)際國情。根據(jù)我國國情，城市河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)不是讓河流完全恢復(fù)到未被破壞前的原始狀態(tài)，而是充分創(chuàng)造有利條件，發(fā)揮河流生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)功能，形成新的動(dòng)態(tài)平衡，促進(jìn)河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和良性循環(huán)。

在進(jìn)行城市河流生態(tài)修復(fù)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)原則：

2.1.1 系統(tǒng)性和整體性原則

河流生態(tài)修復(fù)是建立在一定的基礎(chǔ)上的，這個(gè)基礎(chǔ)包括水體各理化性質(zhì)良好，不存在危害生物生存的有毒有害物質(zhì)，水質(zhì)水量相對(duì)穩(wěn)定等等，城市河流的污染治理與生態(tài)修復(fù)是相輔相成的，污染治理是前提，生態(tài)修復(fù)是保障。因此要把城市河流的生態(tài)修復(fù)與城市整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)結(jié)合起來，注重流域內(nèi)水網(wǎng)和管網(wǎng)的治理修復(fù)工作。

2.1.2 自組織和自修復(fù)原則

采取適當(dāng)?shù)娜藶榇胧﹣韯?chuàng)造有利條件，使已受損的生物群體及生態(tài)結(jié)構(gòu)得到修復(fù)，充分利用河流生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力，讓系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)要素相互作用、循環(huán)耦合，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)自我維持、自我協(xié)調(diào)的良性循環(huán)，使河流系統(tǒng)朝著自然、穩(wěn)定、健康方向發(fā)展。

目前已有的研究成果對(duì)深厚覆蓋層上壩基廊道的應(yīng)力變形規(guī)律認(rèn)識(shí)尚不成熟，長河壩大壩壩高和地震烈度遠(yuǎn)超過已建類似工程，壩基廊道安全性問題更為突出，開展壩基廊道的應(yīng)力變形規(guī)律研究對(duì)保障壩基廊道的安全性有重要意義。本文采用基于子模型法[6-9]的三維非線性有限元對(duì)深厚覆蓋層中的壩基廊道進(jìn)行了精細(xì)模擬，先后對(duì)大壩-壩基整體及壩基廊道進(jìn)行了地震時(shí)程動(dòng)力計(jì)算，分析壩基廊道的靜動(dòng)力特性，評(píng)價(jià)其抗震安全性。

2.1.3 多樣性原則

生物多樣性是維持生態(tài)系統(tǒng)平衡和健康的基礎(chǔ)，也是修復(fù)效果的衡量標(biāo)準(zhǔn)，因此要堅(jiān)持生物多樣性原則，引入本地物種，設(shè)置生態(tài)廊道，使生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性增大。河流形態(tài)多樣性是生物群落多樣性的基礎(chǔ)，因此要遵循河流地貌學(xué)原理，恢復(fù)河流自然蜿蜒的形態(tài)。

2.1.4 功能性原則

河流生態(tài)系統(tǒng)的健康依賴于河流各項(xiàng)功能的滿足，因此需要制定合理的指標(biāo)體系來表述各項(xiàng)功能。河流系統(tǒng)的各項(xiàng)功能在不同時(shí)間段和不同河段，具有不同的重要程度，因此在修復(fù)過程中可以優(yōu)先考慮河流的主要功能，協(xié)調(diào)次要功能，并依此來確定相應(yīng)的指標(biāo)。

2.1.5 景觀性原則

河流生態(tài)修復(fù)中應(yīng)引入景觀設(shè)計(jì)的內(nèi)容，做到自然景觀與人文景觀有機(jī)結(jié)合，不僅具有美學(xué)的意義，也兼具文化、休閑的功能，帶給人們美好的享受，滿足人們親近自然的需求。

2.2 河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)

按照修復(fù)的對(duì)象不同，可以將目前常用的生態(tài)修復(fù)技術(shù)分為三類：水質(zhì)修復(fù)技術(shù)、生態(tài)護(hù)坡技術(shù)以及河道景觀設(shè)計(jì)。

2.2.1 水質(zhì)修復(fù)技術(shù)

2.2.1.1 植草溝。植草溝是指由植被覆蓋、能夠輸送雨水徑流并控制流量、通過過濾吸附作用有效削減污染物的海綿城市設(shè)施，主要針對(duì)的是雨水徑流面源污染。植草溝中的植物和滲濾層可以過濾、吸附雨水徑流中的污染物，能夠有效去除固體懸浮物、有機(jī)物、氮、磷等污染物，起到提升水質(zhì)的作用。

2.2.1.3 生態(tài)清淤。生態(tài)清淤又叫環(huán)保清淤，是為改善水質(zhì)和水生態(tài)環(huán)境而進(jìn)行的清淤，目的是減少二次污染。生態(tài)清淤工程通過將河道中富含污染物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)的上層淤泥和懸浮狀污泥清除，減少底泥中污染物和營養(yǎng)物質(zhì)的二次釋放，改善水質(zhì)，恢復(fù)水體自凈能力，同時(shí)整個(gè)清淤過程對(duì)河道生態(tài)系統(tǒng)和周圍環(huán)境的破壞和影響降低到最小。

2.2.1.4 生態(tài)浮島。生態(tài)浮島是無土種植技術(shù)與生物修復(fù)技術(shù)的結(jié)合體，生態(tài)浮島主要是通過植物的根系來達(dá)到凈化水體的效果，浮島植物的根系可以吸收和吸附氮、磷，根系也能分泌酶類促進(jìn)水中有機(jī)物的降解，同時(shí)，根系與微生物可形成相互協(xié)同效應(yīng)，共同降解水中的營養(yǎng)鹽類。除了凈化污染水質(zhì)外，生態(tài)浮島還為鳥類等提供了棲息地，增加了生物群落多樣性。

2.2.2 生態(tài)護(hù)岸技術(shù)

生態(tài)型護(hù)岸具有顯著的生態(tài)功能，是護(hù)岸修復(fù)的理想形式。生態(tài)型護(hù)岸一般可分為三種類型：

2.2.2.1 自然原型護(hù)岸。即植物護(hù)岸。主要通過植被根系的力學(xué)效應(yīng)和水文效應(yīng)來護(hù)坡，既能滿足生態(tài)環(huán)境需要，又具有景觀美化效果。

2.2.2.2 自然型護(hù)岸。在植物護(hù)岸基礎(chǔ)上，采用天然石材、木材護(hù)底。這種護(hù)岸施工方便、抗沖刷能力強(qiáng)、有一定的自愈能力。

2.2.2.3 多自然型護(hù)岸。在自然型護(hù)岸的基礎(chǔ)上，采用生態(tài)磚、石籠等材料。這種護(hù)岸施工方便，抗沖刷能力強(qiáng)，綜合經(jīng)濟(jì)效益也比較高

2.2.3 河道景觀設(shè)計(jì)。河道景觀設(shè)計(jì)要從以下方面開展：拆除不必要的水利設(shè)施，恢復(fù)河道的連續(xù)性；合理規(guī)劃河道整治方案，因勢利導(dǎo)，盡可能保留自然彎曲的蜿蜒河道；運(yùn)用植石法，改變河道單一的水流狀態(tài)，增加河水的流動(dòng)多樣性；喬灌草有機(jī)結(jié)合，建設(shè)富有層次的河岸帶緩沖區(qū)。

小結(jié)

通過對(duì)城市河流的概念、功能、現(xiàn)狀的介紹，以及對(duì)河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)、原則、技術(shù)的詳細(xì)闡述，可以發(fā)現(xiàn)城市河流的生態(tài)修復(fù)具有廣闊的研究和應(yīng)用前景。在今后的研究中，應(yīng)注意河流生態(tài)修復(fù)的多學(xué)科交叉性，要廣泛集中不同專業(yè)的技術(shù)人員，研究先進(jìn)的技術(shù)方法和手段，規(guī)范修復(fù)工作流程，使河流的生態(tài)修復(fù)具有更高的實(shí)用性。