北方地區(qū)季節(jié)性河道生態(tài)修復(fù)治理

靳忠強(qiáng)，裴如龍，劉 卓

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)第十市政設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州73000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)健發(fā)展，國(guó)家對(duì)水利基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提升也穩(wěn)步推進(jìn)，特別對(duì)于中小河流的系統(tǒng)化生態(tài)治理也愈加受到社會(huì)的重視，各地在不斷的摸索中也取得一定成果。但是，隨著社會(huì)發(fā)展進(jìn)入新階段，特別是城市化進(jìn)程的加快也給水生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了一些負(fù)面影響[1]，公眾對(duì)于河道生態(tài)環(huán)境等方面也有了更高的要求，除滿足傳統(tǒng)的防洪安全要求，還要求河道生態(tài)系統(tǒng)多樣化、不淤不沖、水清岸綠、堤頂路貫通延伸甚至鋪裝等，特別對(duì)于我國(guó)北方季節(jié)性小型河流與溝道治理，由于其來(lái)水量隨季節(jié)變化明顯，上述特點(diǎn)在治理中顯得尤為重要。

1 北方季節(jié)性中小河流共性問(wèn)題

1.1 防洪安全問(wèn)題

通常情況下，城區(qū)以及毗鄰城區(qū)段河道經(jīng)過(guò)系統(tǒng)治理，滿足當(dāng)?shù)胤篮橐?guī)劃要求，但對(duì)于遠(yuǎn)離城區(qū)的郊野段屬水流常年過(guò)流沖刷而成的自然沖溝，以草和土石結(jié)構(gòu)為主，存在相當(dāng)部分未治理段，岸坡沖刷侵蝕、河道斷面受生產(chǎn)建設(shè)擠壓、局部淤塞行洪不暢等現(xiàn)象。遇上游洪水沿河槽傾瀉而下，將對(duì)溝床兩側(cè)岸坡腳步形成沖刷，進(jìn)而威脅堤頂兩岸，同時(shí)引起水土流失。

除此之外，我國(guó)北方小型河道、溝道多以降雨補(bǔ)給為主，流域多呈現(xiàn)的暴雨特征是降雨歷時(shí)短、范圍小、強(qiáng)度大，主汛期主要發(fā)生在6—9月，尤以7—8月最多。洪水特點(diǎn)是暴漲暴落，峰形尖瘦、峰高量小，最短洪水過(guò)程通常不足1小時(shí)，洪峰年際變化大[2]。對(duì)于河道過(guò)流斷面，考慮到過(guò)流安全的需要，根據(jù)洪峰流量確定的斷面尺寸較大，而汛期之外的其余時(shí)段，河道來(lái)水量急劇減小，水流甚至難以滿鋪河床，形成大面積裸露灘地（圖1）；同時(shí)，非汛期水流流速減小，遇河床坑、洼區(qū)積水形成死水區(qū)，易引發(fā)水質(zhì)變臭。

圖1 汛期、枯水期河道水位示意圖

1.2 水質(zhì)污染問(wèn)題

水污染“表現(xiàn)在水里，源頭在岸上”。人為活動(dòng)對(duì)河道生態(tài)影響較大，環(huán)境敏感度較高[3]。從整個(gè)流域?qū)用娑裕拥?溝道承擔(dān)的是一個(gè)小流域的排水任務(wù)，流域內(nèi)污染物最終隨匯水匯集至河道，因此，需加強(qiáng)整個(gè)流域范圍內(nèi)的污染物排放總量控制。對(duì)于河道生態(tài)修復(fù)治理而言，其治理范圍通常為河道，兩岸部分則超出工程措施實(shí)施紅線，難以有效因癥施策。文章重點(diǎn)介紹河道及堤頂毗鄰區(qū)污染問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施。

（1）外源污染。河道兩岸生活污水、生產(chǎn)廢水的不達(dá)標(biāo)排放；沿線村莊雨水直排。

（2）內(nèi)源污染。河道底泥污染：河道污染底泥的存在是個(gè)潛在的巨大污染源。底泥與上覆水之間不停地進(jìn)行著物質(zhì)交換，溶解于水中的污染物濃度在很大程度上要受到底泥的影響[4]。

河道內(nèi)垃圾污染：棄置于河道內(nèi)的生活垃圾、建筑垃圾、腐爛的植物殘?jiān)龋拗屏怂w的流動(dòng)，水體沒(méi)有陽(yáng)光照射，變得發(fā)臭，使水體中的溶氧量減少，抑制了浮游生物的生長(zhǎng)，破壞了河道水生態(tài)環(huán)境，不僅造成水質(zhì)惡化，同時(shí)堵塞河道，嚴(yán)重影響了河道水體連通性。

1.3 生態(tài)多樣性問(wèn)題

傳統(tǒng)的河道治理僅注重河道岸坡建設(shè)，且以砼、漿砌石等硬質(zhì)材料為主，其具有抗沖刷能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、耐久性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在形式單一生硬、破損后修復(fù)較困難、草本植被生長(zhǎng)基底被阻斷等一系列缺點(diǎn)。有研究表明[5]，河床植被物種越豐富，生態(tài)越好，在一定程度上的河床結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越大。

隨著對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的日益重視，對(duì)河道岸坡、河床、堤頂路等提出了更高要求，直接表現(xiàn)為盡可能采用生態(tài)型護(hù)岸材料，進(jìn)而為岸坡綠化種植創(chuàng)造條件；主河槽以外的河床綠化補(bǔ)植增強(qiáng)平時(shí)河道植被層次；河道堤頂路可結(jié)合兩岸人口密集度及規(guī)劃定位選擇性鋪裝，將堤頂路與休憩健身步道等予以結(jié)合。

2 修復(fù)方案

2.1 防洪安全措施

（1）河道護(hù)岸。雖然河道生態(tài)修復(fù)治理思路隨著整個(gè)社會(huì)認(rèn)知的進(jìn)步在動(dòng)態(tài)調(diào)整，但河道護(hù)岸作為其中極其重要的組成部分，其重要性始終未變。現(xiàn)階段，包括格賓石籠、植被型生態(tài)砼、土工材料、草皮等各種生態(tài)護(hù)坡材料形式多樣，但需要特別注意：生態(tài)岸坡并非與傳統(tǒng)的砼、漿砌石等硬質(zhì)材料徹底切割，而是在滿足水流流速要求、河道空間布置要求的條件下盡可能采用適宜植被生長(zhǎng)且具有良好耐久性的柔性防沖材料；對(duì)于河道狹窄、縱坡較大、兩岸坡體陡峻等不具備生態(tài)型岸坡布置的河段仍然需依托擋墻等采取對(duì)應(yīng)工程措施。

河道護(hù)岸的完整性很大程度上取決于基礎(chǔ)的穩(wěn)定與完好，對(duì)于北方河道護(hù)岸基礎(chǔ)，由于總體地勢(shì)坡降相對(duì)較大，洪水期水流流速大，仍建議采用硬質(zhì)基礎(chǔ)（圖2）。

圖2 設(shè)有主河槽的典型河道斷面圖

（2）主河槽。對(duì)于季節(jié)性河道，主河槽的設(shè)置顯得尤為必要。主河槽宜以河道中心線為軸線，同時(shí)向左、右岸擺動(dòng)形成弧線，保有蜿蜒性，弧線不宜急彎，防止影響水動(dòng)力，同時(shí)避免距離岸坡坡腳過(guò)近，防止岸坡坡腳及基礎(chǔ)沖刷。

主河槽斷面尺寸根據(jù)河道常水位流量確定，其深度可參照非下切段河道的現(xiàn)狀主河槽深度擬定，進(jìn)而確定主槽寬度。

對(duì)于縱坡較緩、水流流速不大的河段，主槽斷面可呈梯形并不予采取防沖措施；當(dāng)縱坡相對(duì)較大時(shí)，宜對(duì)主槽兩岸岸坡采取防護(hù)措施。目前，工程中運(yùn)行效果較好的防護(hù)手段可采用杉木樁或砼樁防護(hù)（圖2），并排布置，樁長(zhǎng)需滿足沖刷深度及樁體本身穩(wěn)定要求。

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（3）攔砂坎。攔砂坎通常布置在河道縱坡變化較大的位置，可設(shè)置單級(jí)或梯級(jí)連續(xù)攔砂坎，以穩(wěn)固河床，防止下切為主要目的。攔砂坎有效高度不宜高于80 cm，具體以不影響洪水過(guò)流為準(zhǔn)。對(duì)于北方小型河道、溝道，攔砂坎結(jié)構(gòu)多以格賓石籠（圖3）或砼結(jié)構(gòu)為主，當(dāng)局部河道有淺灘蓄水營(yíng)造濕地等要求時(shí)可采用自身不透水的砼結(jié)構(gòu)，反之宜采用格賓石籠等透水結(jié)構(gòu)，其塊石空隙并非全密閉，能夠同時(shí)帶動(dòng)上游水體流動(dòng)，塊石料表面還可以形成生物膜，能夠更好地起到吸附污染物的作用[6]。

圖3 格賓石籠攔砂坎典型橫斷面圖

2.2 水質(zhì)提升措施

（1）河道清淤。河道清淤內(nèi)容主要包括兩部分：河道內(nèi)及沿線岸坡的生活與建筑垃圾、河道污染底泥。作為河道內(nèi)污染源頭，不僅在水流浸泡及降雨作用下直接污染河水，垃圾及污染底泥的存在還嚴(yán)重影響沿河環(huán)境風(fēng)貌。

河道生活垃圾必須徹底清除，對(duì)于建筑垃圾，考慮到實(shí)際可操作性，除河道范圍內(nèi)徹底清淤以確保過(guò)洪通暢外，堤岸以外部分可結(jié)合實(shí)際地形條件及治理方案選擇外運(yùn)或結(jié)合生態(tài)種植就地消化。

河道污染底泥則需首先進(jìn)行底泥檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)報(bào)告對(duì)切實(shí)存在污染的底泥在一定范圍及深度上予以清淤，減少污染物的釋放。

（2）河道復(fù)氧。水域面積較大，水體流動(dòng)性較差時(shí)可利用攔砂坎進(jìn)行跌水充氧。河道復(fù)氧能夠在較短的時(shí)間內(nèi)提高水體溶解氧濃度，增強(qiáng)水體的自?xún)裟芰Α?duì)于河道綜合補(bǔ)水尚不能完全解決的水體溶解氧不足的問(wèn)題，運(yùn)用河道復(fù)氧技術(shù)可以較好地加以解決。除平時(shí)改善河道水質(zhì)外，河道復(fù)氧還應(yīng)用在突發(fā)性河道污染中，如連續(xù)降雨時(shí)城市雨污合流排水系統(tǒng)溢流，或因發(fā)生突發(fā)性事故排放污水造成的污染，此外在夏季因水溫較高，有機(jī)物降解速率和耗氧速率加快，也可能造成水體的溶解氧降低[6]。上述情況發(fā)生后，進(jìn)行河道人工復(fù)氧是恢復(fù)河道的生態(tài)環(huán)境和自?xún)裟芰Φ挠行Т胧?/p>

（3）生態(tài)修復(fù)。工程生態(tài)修復(fù)措施主要有河道基底改良、微地形重塑、生態(tài)河床構(gòu)建等。

河道基底的治理是整個(gè)河流治理過(guò)程中的重要一環(huán)，其作為河流內(nèi)源污染物的重要載體，在河流污染物質(zhì)過(guò)量時(shí)會(huì)引起更嚴(yán)重的污染效應(yīng)，但底泥同時(shí)也為底棲生物與水生植物提供棲息、附著的空間，并給予它們生存所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。河道污染底泥在清淤后污染物質(zhì)大部分已清除，內(nèi)源污染相對(duì)較輕，但清淤后的局部范圍出現(xiàn)硬質(zhì)基底不利于植物的恢復(fù)及繁育，可在該區(qū)域填入黃土和疏浚底泥混合物（3:1），鋪設(shè)高度暫設(shè)100～400 mm。黃土的加入同時(shí)可提高底泥氧化還原電位，防止底泥中氮磷釋放，有利于水生植物生長(zhǎng)。

微地形重塑是指人類(lèi)根據(jù)科學(xué)研究或改造自然的實(shí)際需求，有目的地對(duì)地表下墊面原有形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的二次改造和整理，從而形成大小不等、形狀各異的微地形和集水單元，能有效調(diào)節(jié)水流方向和速度、增加景觀異質(zhì)性、改變水文循環(huán)和物質(zhì)遷移路徑，起到了遏制侵蝕、改善生境和促進(jìn)植被恢復(fù)的作用。

生態(tài)河床主要包括攔砂坎、多介質(zhì)層（垂向上依次是礫石-卵石和砂石層）、緩流區(qū)、消能塊石等結(jié)構(gòu)組成。汛期時(shí)，上游大量來(lái)水漫流經(jīng)過(guò)礫石附著區(qū)，可減緩沖刷下切；同時(shí)卵石礫石覆蓋區(qū)河道糙率加大，可削減來(lái)水的流速與相應(yīng)動(dòng)能，促進(jìn)懸浮顆粒物沉降，減少洪水對(duì)下游河道及河岸的沖刷；枯水期則可增強(qiáng)局部紊流強(qiáng)度和天然曝氣。礫石間形成連續(xù)的水流通道，當(dāng)水流通過(guò)時(shí)，水中的懸浮固體因沉淀、物理攔截、水動(dòng)力等原因運(yùn)動(dòng)至礫石表面而接觸沉淀。水中有機(jī)物質(zhì)與礫石表面接觸，因礫石表面帶電性的緣故，導(dǎo)致水中有機(jī)物質(zhì)吸附于礫石表面生物膜[7]。同時(shí)，生長(zhǎng)在礫石表面上的微生物或藻類(lèi)，會(huì)氧化分解其所吸附的污染物，并通過(guò)在生物膜表面和內(nèi)部分別形成的好氧和厭氧環(huán)境進(jìn)行硝化反硝化作用對(duì)氮進(jìn)行去除，而磷的去除主要靠土壤及礫石的吸附作用。該措施可有效強(qiáng)化河流自?xún)裟芰Γl(fā)揮河道天然屏障功能。

2.3 沿河環(huán)境提升措施

（1）沿河植被種植。河道沿線植被修復(fù)技術(shù)包括水陸交錯(cuò)帶濕生與挺水植物群落組建、近岸帶浮葉或漂浮植物與沉水植物群落構(gòu)建，個(gè)別河道還存在底棲動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)等水生動(dòng)物豐度與多樣性恢復(fù)。植被修復(fù)時(shí)以恢復(fù)河流自然屬性為主，擴(kuò)大河道兩側(cè)淺水區(qū)域面積，增加河道植被覆蓋，充分發(fā)揮植物截留、凈化污染物能力。同時(shí)，要考慮河道兩側(cè)岸坡植物層次配置，充分發(fā)揮沿河環(huán)境風(fēng)貌提升作用。需要注意的是，河道范圍內(nèi)植物選擇盡可能采用低矮且根系發(fā)達(dá)的品類(lèi)，既不影響河道正常過(guò)流還具有較好的抗沖效果；對(duì)于堤外植物選型則以達(dá)到設(shè)計(jì)效果為主要考量因素。

（2）堤頂路選擇性鋪裝。傳統(tǒng)的河道堤頂路多為土質(zhì)便道或泥結(jié)碎石路面，遇雨天泥濘不堪，同時(shí)作為休閑鍛煉的步道時(shí)體驗(yàn)感較差。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，河道堤頂路可結(jié)合兩岸人口密集度及規(guī)劃定位選擇部分河段予以鋪裝，將堤頂路與休憩健身步道等予以結(jié)合。鋪裝設(shè)計(jì)雖應(yīng)突出醒目、新穎，但首先必須與整體環(huán)境相匹配，其形狀、顏色、質(zhì)地都要與所處的環(huán)境協(xié)調(diào)一致，鋪裝設(shè)計(jì)可以通過(guò)不同鋪裝材料的運(yùn)用及不同顏色和形式的組合，強(qiáng)化整體空間布局形式，劃分地面的不同用途，界定不同的空間特征[8]。

（3）其他措施。部分生態(tài)性要求較高或毗鄰公園、城市等的河段一般還設(shè)有沿河亮化、景觀小品、汀步、休憩座椅等簡(jiǎn)易設(shè)施，實(shí)際中根據(jù)區(qū)域定位、投資富裕度等適當(dāng)考慮。

3 運(yùn)行期維護(hù)對(duì)策

對(duì)于我國(guó)北方季節(jié)性中小河道、溝道，由于河道作業(yè)受自然降雨、上游來(lái)水量等的影響具有不確定性，因此，河道日常巡檢在做好定期巡查的基礎(chǔ)上還應(yīng)結(jié)合水量情況不定期檢查。

絕大部分時(shí)間河道水量較小，下泄水流自主河槽過(guò)流，河道不存在行洪安全問(wèn)題；洪水期，河道內(nèi)一切作業(yè)停止，人員及設(shè)備撤離，跨河過(guò)水路警示閘欄關(guān)閉，確保行洪安全、人員及財(cái)產(chǎn)安全。洪水位降落后，及時(shí)查看河床及岸坡水毀情況，對(duì)于沖刷形成的坑洼，及時(shí)平整壓實(shí)，避免形成滯水洼地。對(duì)于河道泥沙，推移質(zhì)泥沙大部分被溢流堰攔蓄在攔砂坎上游，根據(jù)實(shí)際淤積情況清理即可。

除河道內(nèi)已建設(shè)施完整性、水毀沖刷情況、泥沙淤塞等，更為關(guān)鍵的是河道植被的日常養(yǎng)護(hù)：河床植被在其生長(zhǎng)茂盛、成熟后應(yīng)及時(shí)收割。我國(guó)北方植物收割時(shí)間普遍宜分2次，分別為每年6—7月和11月，具體可根據(jù)植物長(zhǎng)勢(shì)適當(dāng)增、減收割頻次；此外，為防止河床內(nèi)雜草滋生，對(duì)已生長(zhǎng)的高桿雜草應(yīng)及時(shí)清除，同時(shí)清除枯枝落葉，防止腐殖質(zhì)影響水質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于我國(guó)北方季節(jié)性中小河道、溝道生態(tài)修復(fù)治理，在確保防洪安全的前提下，盡可能采用生態(tài)護(hù)岸，加之設(shè)置主河槽增加平水期水動(dòng)力，通過(guò)攔砂坎穩(wěn)固河床、曝氣復(fù)氧、河床綠化補(bǔ)植及生態(tài)亂石床等復(fù)合措施，有效提升河道自?xún)裟芰Α?/p>

河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)并非單一不變的，各地也在不斷的實(shí)踐當(dāng)中探索出一系列適合于當(dāng)?shù)乜陀^條件的治理措施。上述綜合治理措施，能夠?yàn)槲覈?guó)北方季節(jié)性河道、溝道等類(lèi)似工程方案提供借鑒參考，以達(dá)到汛期行洪安全，非汛期水流水動(dòng)力較強(qiáng)，河道生態(tài)基底良好，沿河環(huán)境豐富。