生態(tài)修復(fù)技術(shù)在河流湖岸治理中的工程應(yīng)用

儀慧民

（北京昊能環(huán)保科技有限公司，北京 100044）

1 引言

水是人與動(dòng)植物賴以生存的生命之源，環(huán)境是人類存在及發(fā)展的基礎(chǔ)，因此，人類與環(huán)境之間的和諧相處是一個(gè)永恒話題。城鎮(zhèn)化與工業(yè)化進(jìn)展的加快，給周圍環(huán)境帶來了一定程度的損毀，同時(shí)也破壞了人類與自然環(huán)境之間的初始動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致周圍環(huán)境中動(dòng)植物種類及數(shù)量減少，水體質(zhì)量下降及自凈化能力弱化等一系列連鎖問題。此外，人類早期對(duì)自然環(huán)境重要性認(rèn)識(shí)不足，環(huán)境保護(hù)理念不科學(xué)，修復(fù)技術(shù)及措施不合理，人與自然和諧發(fā)展意識(shí)不強(qiáng)等，最終導(dǎo)致河流湖岸周圍生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡及服務(wù)功能遭到破壞。

為了維持人類生存環(huán)境，開展河流湖岸生態(tài)環(huán)境修復(fù)迫在眉睫。針對(duì)小型河流，張鳳英［1］對(duì)水生態(tài)修復(fù)的原理、策略及其配套設(shè)施進(jìn)行分析，探究水生態(tài)修復(fù)過程中附屬設(shè)施在修復(fù)過程中的作用，最后將相關(guān)研究成果應(yīng)用于七節(jié)河項(xiàng)目，取得良好的水生態(tài)修復(fù)效果。依托重慶御臨河水生態(tài)修復(fù)工程，謝莉［2］對(duì)生態(tài)修復(fù)技術(shù)在河道治理過程中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)分析，提煉修復(fù)技術(shù)要點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，并將相關(guān)成果應(yīng)用在具體項(xiàng)目，取得良好的治理效果。許繼軍［3］對(duì)國(guó)內(nèi)外河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)的發(fā)展、修復(fù)技術(shù)手段進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，并對(duì)近自然治理理念進(jìn)行詳細(xì)闡述，提出基于近自然治理理念下的河流生態(tài)修復(fù)原則及對(duì)應(yīng)技術(shù)。徐林箏［4］以漳州市區(qū)內(nèi)的河流水環(huán)境為研究對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)市區(qū)河流水質(zhì)狀況進(jìn)行調(diào)研分析，提出針對(duì)性的修復(fù)措施，介紹了具體項(xiàng)目的實(shí)施方案。余強(qiáng)［5］主要針對(duì)江西省河道特征，針對(duì)性地介紹了河道堤岸的修建技術(shù)，以期為江西省河流生態(tài)治理提供參考。此外，孫英［6］、江惠霞和肖繼波［7］、樂茂華等［8］、劉志龍［9］以及彭攀等［10］分別從不同方面對(duì)水環(huán)境污染及其治理技術(shù)進(jìn)行研究，取得了豐碩成果。然而，針對(duì)生態(tài)修復(fù)理念和技術(shù)在河流湖岸治理中的研究及其應(yīng)用還不夠全面細(xì)致。

本文依托拾得湖生態(tài)修復(fù)工程，在介紹河流湖岸生態(tài)修復(fù)理念及目標(biāo)的基礎(chǔ)上，將河流湖岸生態(tài)修復(fù)技術(shù)分為物理、化學(xué)以及生物修復(fù)三大類，并詳細(xì)闡述了這三大類修復(fù)技術(shù)中常用的工程技術(shù)措施，最后將修復(fù)措施應(yīng)用于依托工程，并取得了良好的實(shí)施效果。

2 河流湖岸生態(tài)修復(fù)理念及目標(biāo)

河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)主要由河流湖岸環(huán)境與其附近及內(nèi)部生物群落兩大部分共同構(gòu)成。其中，河流湖岸環(huán)境主要包括水資源（數(shù)量與質(zhì)量）、河流湖岸所處地域氣象、河流湖岸形態(tài)及其結(jié)構(gòu)等；生物群落主要包括動(dòng)植物及其寄生微生物。河流湖岸環(huán)境決定了其附近及內(nèi)部生物群落的種類、數(shù)量及其生存環(huán)境，生物群落反過來又決定了河流湖岸環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)，兩者互為依存。河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)初始是以太陽(yáng)能為能量交換的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，由河流湖岸環(huán)境、動(dòng)植物及其寄生微生物之間進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)變與能量交換的平衡系統(tǒng)。在通過植物作為生產(chǎn)者、動(dòng)物作為消費(fèi)者以及微生物作為分解者的生物群落與其周邊環(huán)境相互影響、相互依存的動(dòng)態(tài)過程中，河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到一種內(nèi)在的發(fā)展平衡，進(jìn)而使得河流湖岸具有自凈化能力。

隨著城鎮(zhèn)化與工業(yè)化的迅速發(fā)展，河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)的初始狀態(tài)及其內(nèi)在平衡遭到一定程度破壞，進(jìn)而導(dǎo)致河流湖岸自凈化能力減弱以及河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)完整性缺失。城鎮(zhèn)化與人口規(guī)模的持續(xù)增加使得河流湖岸生態(tài)完整性進(jìn)一步喪失，河流湖岸環(huán)境被進(jìn)一步破壞，原有蓄水、滯水、滯洪功能逐漸消失，進(jìn)而為城鎮(zhèn)洪澇災(zāi)害發(fā)生以及生存環(huán)境破壞埋下隱患。

河流湖岸生態(tài)修復(fù)理念以重建河流湖岸原始生態(tài)環(huán)境的內(nèi)在平衡為基礎(chǔ)，基于動(dòng)植物及其寄生微生物所進(jìn)行的物理、化學(xué)以及生物作用，借助人類干預(yù)的各類生態(tài)修復(fù)技術(shù)，進(jìn)而達(dá)到河流湖岸生態(tài)環(huán)境與人類生存環(huán)境之間的二次平衡，最終實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處。

為了實(shí)現(xiàn)河流湖岸生態(tài)環(huán)境與人類生存環(huán)境之間的和諧相處，首先要保證河流湖岸水資源污染被控制及其安全性被保障的目標(biāo)，這是生物群落生存與發(fā)展的基礎(chǔ)保障；其次要達(dá)到河流湖岸形態(tài)及其結(jié)構(gòu)多樣化的目標(biāo)，這是生物群落多樣性繁衍的生存空間保障；再次要實(shí)現(xiàn)河流湖岸環(huán)境中生物群落生存動(dòng)態(tài)平衡性的目標(biāo)，這是生物群落影響河流湖岸環(huán)境的方式保障，最終實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處。

3 河流湖岸生態(tài)修復(fù)技術(shù)

為了使遭到破壞的河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)盡快恢復(fù)到初始動(dòng)態(tài)平衡中，就必須采取諸如物理、化學(xué)以及生物修復(fù)技術(shù)，進(jìn)而彌補(bǔ)人類活動(dòng)給河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)帶來的破壞及其引起的損失。

3.1 物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)是基于物理學(xué)原理，通過采取一定的工程措施或方法，去除或轉(zhuǎn)變河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)中受破壞或污染部分的一種技術(shù)手段。

3.1.1 截污分流措施

人類生存活動(dòng)過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生各類污染物（如污水、垃圾等），這些污染物如直接排入河流湖岸會(huì)在一定程度上破壞河流湖岸生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡。截污分流措施主要是通過建設(shè)或設(shè)置各類污染物處置系統(tǒng)（如污水處理廠、人工濕地等）或設(shè)備（如排污管道、垃圾箱等），對(duì)人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染物進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)后再排入河流湖岸，進(jìn)而最大程度減小污染物對(duì)河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的影響。污染物排河標(biāo)準(zhǔn)及體量應(yīng)該控制在河流湖岸自凈化能力范圍之內(nèi)。

3.1.2 引水稀釋措施

河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞以后，其水資源質(zhì)量下降，進(jìn)而導(dǎo)致河流湖岸自身的凈化能力減弱。為了恢復(fù)河流湖岸自凈化能力，可通過向河流湖岸引入未受污染的清潔水或原生態(tài)水來降低河流湖岸的受污荷載或單位水體污染物，加速河流湖岸水體的流動(dòng)速度，提高河流湖岸的自凈化能力。典型的“引江濟(jì)太”工程就是通過將長(zhǎng)江原生態(tài)水體引入太湖來降低太湖水體的受污荷載，進(jìn)而恢復(fù)太湖的生態(tài)環(huán)境。引水稀釋措施不能從根本上解決河流湖岸生態(tài)污染問題，因此其主要作為河流湖岸生態(tài)修復(fù)的輔助措施。

3.1.3 底泥疏浚措施

河道底泥中的有機(jī)物在霉菌作用下會(huì)吸收河流湖岸水體中的氧氣來進(jìn)行化學(xué)分解，并產(chǎn)生各類惡臭氣體（如硫化氫、磷化氫等），進(jìn)而降低河流湖岸水體的含氧量及其自凈化能力。底泥疏浚措施主要是清除河道一定深度的污泥，進(jìn)而降低底泥對(duì)河流湖岸水體及其自凈化能力的影響。但是，底泥疏浚過程中可能會(huì)破壞河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)中的既有生物鏈系統(tǒng)，從而對(duì)河流湖岸生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生二次破壞。此外，底泥疏浚的工程量大，投資成本高，施工周期長(zhǎng)，因此應(yīng)該謹(jǐn)慎采用底泥疏浚措施對(duì)河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)。

3.1.4 人工除藻措施

河流湖岸水體表面的藻類大面積暴發(fā)時(shí)可能會(huì)對(duì)河流湖岸水體質(zhì)量產(chǎn)生一定程度的負(fù)面影響。因此，可以對(duì)河流湖岸水體表面的藻類采取人工清除措施，進(jìn)而降低藻類富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)河流湖岸水體質(zhì)量的影響。人工除藻只能暫時(shí)性去除河流湖岸水體表面藻類，難以從根本上解決水體富營(yíng)養(yǎng)化帶來的問題，故人工除藻措施主要作為藻類大面積泛濫的緊急或臨時(shí)性措施。

3.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)修復(fù)技術(shù)是基于有機(jī)化學(xué)組分之間相互反應(yīng)的原理，通過借助各種化學(xué)藥劑來對(duì)河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)中受破壞或污染部分進(jìn)行化學(xué)組分分解及重組來降低或消除污染物的一種技術(shù)手段。

3.2.1 化學(xué)除藻措施

化學(xué)除藻措施主要是通過向河流湖岸水體中添加各類化學(xué)藥劑或藥品來達(dá)到除藻目的。化學(xué)除藻措施的操作簡(jiǎn)單，施工方便，人力成本低，但化學(xué)藥劑或藥品的添加可能會(huì)對(duì)河流湖岸生態(tài)環(huán)境造成二次破壞，故應(yīng)該謹(jǐn)慎使用。相比人工除藻措施，化學(xué)除藻措施適用于人力緊張及成本較高、藻類面積巨大的情況。

3.2.2 化學(xué)除磷措施

化學(xué)除磷措施主要是通過向河流湖岸水體中添加脫磷劑或鐵鹽來促進(jìn)水體中磷沉淀，進(jìn)而達(dá)到治理河流湖岸水體富營(yíng)養(yǎng)化的目的。與化學(xué)除藻措施相似，化學(xué)除磷措施也可能會(huì)對(duì)河流湖岸生態(tài)環(huán)境造成二次破壞，故應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

3.2.3 化學(xué)固化措施

化學(xué)固化措施主要是通過向河流湖岸水體中添加堿性或酸性物質(zhì)，調(diào)整河流湖岸水體pH，達(dá)到河流湖岸水體中重金屬鹽化的目的，進(jìn)而降低或阻止重金屬融入河流湖岸水體，最終保護(hù)河流湖岸生態(tài)環(huán)境免受破壞。化學(xué)固化措施的操作簡(jiǎn)單、見效快，是治理重金屬污染水體的主要措施之一。

3.3 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)是基于生物學(xué)原理，利用生物的生命代謝活動(dòng)來減少或消除河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)中受破壞或污染部分，進(jìn)而恢復(fù)河流湖岸生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的一種技術(shù)手段。

3.3.1 人工曝氣復(fù)氧措施

人工曝氣復(fù)氧措施主要是通過各類機(jī)械裝置或設(shè)備來人為向河流湖岸受污水體中添加氧氣，提高河流湖岸水體中的含氧量，改善河流湖岸水體中好氧生物的生存環(huán)境，進(jìn)而提高河流湖岸自凈化能力，最終實(shí)現(xiàn)河流湖岸生態(tài)環(huán)境改善的目的。

3.3.2 人工投放微生物措施

人工投放微生物措施主要是人為向河流湖岸受污水體中投放各類微生物菌劑，利用微生物菌劑對(duì)受污水體中的污染物進(jìn)行針對(duì)性處置，以期凈化水體，恢復(fù)河流湖岸生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)平衡。

3.3.3 人工設(shè)置生物膜措施

人工設(shè)置生物膜措施主要是人為在受污染河道中設(shè)置各類生物膜來增加受污染河流湖岸中的生物種類與數(shù)量，改善河流湖岸水體中微生物的生存環(huán)境，提高河流湖岸水體的自凈化能力，恢復(fù)河流湖岸生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡。

4 河流湖岸生態(tài)修復(fù)技術(shù)的工程應(yīng)用

4.1 項(xiàng)目工程概況

拾得湖位于河北省邢臺(tái)市任澤區(qū)，占地面積約6.4萬m2，包括東、西兩個(gè)湖。項(xiàng)目所在地的地下水資源主要以淺層淡水為主，地下水埋深由四周向中間變淺，陸澤洼地的地下水埋深約3.0 m，東西兩區(qū)水位埋深均大于8.0 m，北部漏斗區(qū)水位埋深6.0～18.0 m。拾得湖為建筑垃圾、生活垃圾填埋場(chǎng)所，通過采用各類生態(tài)修復(fù)技術(shù)，擬將其改造為景觀湖供游人觀賞。

4.2 生態(tài)修復(fù)技術(shù)

為了有效改善拾得湖的生態(tài)環(huán)境，擬采用物理、化學(xué)以及生態(tài)修復(fù)技術(shù)，主要包括人工物質(zhì)遷移系統(tǒng)+水下森林+挺水植物塘+表流濕地。

4.2.1 人工物質(zhì)遷移系統(tǒng)

人工物質(zhì)遷移系統(tǒng)的構(gòu)建原理比較簡(jiǎn)單，進(jìn)入水體的絕大部分污染物通過物理化學(xué)作用和生物化學(xué)作用，經(jīng)沉淀吸附被富集在河道底泥中，再通過底泥微生物的礦化作用被轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)化合物，在水生植物生長(zhǎng)過程中，伴隨光合作用和呼吸作用，底泥無機(jī)態(tài)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被吸收合成為植物組織，最終通過植物收割移出系統(tǒng)。

4.2.2 水下森林

通過密集種植沉水植物、改善土壤、添加生態(tài)礦物基等技術(shù)手段，創(chuàng)造一個(gè)適合沉水植物生長(zhǎng)的良好環(huán)境。沉水植物構(gòu)成的“水下森林”，可以大幅度降低水體氨氮濃度，其通過吸收水中的營(yíng)養(yǎng)鹽，競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分和光照，可抑制藻類生長(zhǎng)，避免水中富營(yíng)氧化等；同時(shí)為水生動(dòng)物提供庇護(hù)所、食物和產(chǎn)卵環(huán)境，從而構(gòu)建起一個(gè)生態(tài)鏈平衡系統(tǒng)，使得流動(dòng)或封閉的水體保持常年清澈見底。

4.2.3 挺水植物塘

挺水植物塘通常是利用天然沼澤、廢棄河道等洼地改造而成的，水深小于0.5 m，填以滲透性良好的土壤，生長(zhǎng)著各種挺水植物，污水以比較緩慢的流速和較淺的水深流過土壤表面，經(jīng)過系統(tǒng)中各種生物、物理、化學(xué)作用，從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化。

4.2.4 表流濕地

表流濕地類似于天然沼澤濕地，通過濕地中的植物莖葉阻攔、土壤吸附以及水中微生物分解來達(dá)到去污效果。濕地中的植物進(jìn)行光合作用可以有效增加水中含氧量，改善含氧微生物的生存環(huán)境，激活含氧微生物的生命活力，進(jìn)而加快水中去污速度，達(dá)到提升水體自凈化能力的目的。

4.3 技術(shù)實(shí)施效果

拾得湖采用生態(tài)修復(fù)技術(shù)前后對(duì)比如圖1 所示。拾得湖在生態(tài)修復(fù)之前，水體質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，湖周圍的動(dòng)植物種類及數(shù)量匱乏，環(huán)境惡劣，水體自凈化能力退化嚴(yán)重。在采取各類生態(tài)修復(fù)措施以后，拾得湖的生態(tài)環(huán)境得到有效改善，水體質(zhì)量滿足各類規(guī)范要求，水體自凈化能力得到有效提高。綜上，生態(tài)修復(fù)技術(shù)在受污染湖泊水體改善方面具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的實(shí)施效果。

圖1 拾得湖生態(tài)修復(fù)效果對(duì)比

5 結(jié)語

依托河北省邢臺(tái)市任澤區(qū)拾得湖生態(tài)修復(fù)治理項(xiàng)目，在重點(diǎn)介紹河流湖岸生態(tài)修復(fù)理念及其目標(biāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)物理、化學(xué)以及生物三大類技術(shù)的具體工程措施進(jìn)行闡述，最后將生態(tài)修復(fù)措施應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目中，取得了良好的生態(tài)修復(fù)效果，總結(jié)如下：

（1）河流湖岸生態(tài)修復(fù)理念以重建河流湖岸原始生態(tài)環(huán)境的內(nèi)在平衡為基礎(chǔ)，結(jié)合動(dòng)植物及其寄生微生物的生長(zhǎng)代謝與人類干預(yù)修復(fù)技術(shù)，可以達(dá)到河流湖岸生態(tài)環(huán)境與人類生存環(huán)境之間的二次平衡，最終實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處的目標(biāo)。

（2）河流湖岸生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要分為物理、化學(xué)以及生物修復(fù)三大類。其中，物理修復(fù)主要包括截污分流、引水稀釋、底泥疏浚以及人工除藻等措施；化學(xué)修復(fù)主要包括化學(xué)除藻、化學(xué)除磷以及化學(xué)固化等措施；生物修復(fù)主要包括人工曝氣復(fù)氧、人工投放微生物以及人工設(shè)置生物膜等措施。

（3）基于河流湖岸生態(tài)修復(fù)理念，將河流湖岸生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于拾得湖生態(tài)修復(fù)工程，在采取各類生態(tài)修復(fù)措施以后，拾得湖生態(tài)環(huán)境得到有效改善，表明生態(tài)修復(fù)技術(shù)在受污染湖泊水體改善方面具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的實(shí)施效果。