水生态修复技术在河道治理中的应用

【摘要】水生态修复技术是目前河道治理中应用的新技术，它强化通过自然界自身的净化水质的治理思路，充分体现了人和自然和谐共处。本文通过介绍水生态修复的技术类型和目前修复中存在的问题，针对现阶段这项技术的应该情况，产生的效果，对接下来的水生态修复技术在河道治理中的应用，具有理论指导意义。

【关键词】水生态修复技术；河道治理；应用；问题；展望

中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：

前言

随着我国城市化进程的加快，工业化速度的突飞猛进的增长，很多地区的河流生态系统遭到了严重的破坏，河道生态系统的修复也逐步引起人们的注意和重视。近年来，随着生态治水新理念的提倡，水生态修复技术应运而生，这项新技术注重对自然生态和自然环境的恢复和保护，是目前治理河道水生态的关键技术。

生态系统是生物在一定自然环境下生存和发展的状态。一个完整的水生态系统应该包括水生植物群落和鱼、虾、螺、贝类、大型浮游动物等水生动物，以及种类和数量众多的微生物和原生动物等。水生态修复技术是指利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化和降解，净化水质，改善、修复水生物生存环境。它是目前国际上常用的治理污染水体的方法之一，具有治污效果好、工程造价相对较低、运行成本低等优点。大量研究表明，对河流水环境的治理，必须采取污染源控制和水生态修复相结合的方法，实施“截污治污、恢复生态”。

二、水生态修复主要技术类型

河道治理首先要截污，但是，日前很多地区污水管网尚未健全，仍然有一定量污水直排或随污水管道进入河道，同时有些污水管网收集不到的农村生活污水直接排人河道，长期以来，造成河道水质氨氮、总磷、总氮超标，水体富营养化。针对这种情况，在河道治理中采用以下几种水生态修复技术，降解水体污染物，建设生态型河道。

生物处理技术

生物处理技术包括好氧处理、厌氧处理、厌氧一好氧组合处理。主要是采用人工培养的适合于降解某种污染物的微生物。通过控制微生物的生长环境、数量、品种，同时结合人工曝气等方法来稳定和加快水体污染物如COD、BOD5、有机氮或氨氮等的处理。处理技术根据河道水体污染程度、水流、流域面积等因素具体制订，目前主要是原位生物修复技术，适用于严重污染河道的水质净化。目前，该项技术在上海市中心城区河道水质改善中得到应用。

2.修建生态岸坡

水生态修复的目标是建立、修复受污染或受破坏的水生生物环境。按照自然规律，恢复流域内食物链。目前国内水利工程建设的观念正由传统的“防洪、排涝”向建设“安全、资源、生态”的水环境观念转变，逐渐更新治理理念，提倡河道岸坡采用生态型，如改变传统河坡直立式结构形式，放缓河坡，在近岸带种植根系发达的植物，依靠植物固结土壤，防止岸坡陶刷，维护岸坡稳定性，为水中生物提供栖息地和活动的场所，起到保护、恢复自然环境的效果，物种选取苦草、金鱼藻、黑麦草、两耳草、高羊茅草等等，护坡材料的选用采用多孔及天然材质。

3.生物修复

生物修复技术是利用水体中的植物、微生物和一些水生动物的吸收、降解、转化水体中的污染物，来实现水环境净化、水生态恢复的目标。生物修复技术可以是单一的植物、动物或微生物修复，也可以是由不同种植物、动物、微生物共同构成的生态系统进行的水体生态修复。植物、微生物和水生动物在河道生态修复中扮演着不同的角色，各自为水体的净化起着不可或缺的作用。

(1)植物修复是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的理论为基础，在美化、绿化水域景观的同时，利用植物的吸收、挥发、过滤、降解、稳固等作用，通过收获植物体的方式可以将水中有机和无机污染物进行有效的去除，达到净化水质的目的。

(2)动物修复指通过河流中水生动物种群的直接(吸收、转化、分解)或间接作用(改善水体理化性质，维持河道中植物和微生物的健康生长)来修复河流污染的过程。在受污染的水体中投入对该污染物耐性较高的浮游生物、虫类、虾类、鱼类等，通过食物链消化将一些有机污染物吸收、利用或分解成无污染的物质从而改善水环境修复受污染的河道。

(3)微生物修复是利用动植物共存微生物体系去除环境中的污染物。通过在河道中种植水生植物、放养水生动物，创建微生物生存条件，利用微生物降解、吸收水体中的氨、氮、磷等元素，不断把水体中过多的富营养成分离析水体，从而达到净化水质的目的。

4.人工湿地处理技术

人工湿地的原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重共同作用来实现对水体的净化。这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料(如卵石等)混合组成填料床，水体可以在床体的填料缝隙中曲折地流动，或在床体表面流动。在床体的表面种植具有处理性能好、成活率高的水生植物(如芦苇等)，形成一个独特的动植物生态环境，对污染水进行处理。

人工湿地具有以下特点：(1)维持生物多样性，为水生动植物、微生物等提供优良的生存环境。(2)调节地表径流、保持泥土含水量。(3)降解水体污染物，实现水体的净化。(4)调节气温和空气湿度。(5)美化环境，构造景观。该项技术应用较为成功，如日本渡良濑蓄水池的人工湿地、西湖湿地和南京江心洲等。

5.人工浮岛技术

人工浮岛又称生态浮床、生态浮岛，是一种由人工设计建造漂浮在水面上供动植物、动物和微生物生长、栖息、繁衍的生物生态设施。它的主要功能包括净化水质、创造生物(鸟类、鱼类)的生息环境、改善景观以及消除水波、保护河岸的作用。人工浮岛在城镇化地区对有景观方面要求的河道池塘等得到了较广泛的应用。人工浮岛技术最早是在20世纪80年代由德国BESTMAN公司开发，后来又由以日本为代表的国家和地区成功应用到了地表水的污染治理和生态修复上面，我国于上世纪90年代末引入，本世纪初多地推行。人工浮岛技术是按照自然规律，严格筛选本土净水植物在水面种植，利用植物根部的吸收、吸附作用和不同物种间的竞争机制，将水体中的氮、磷以及有机物作为自身营养物质利用，并最终通过对植物体的收获将其带离出水体，达到净化水体，适宜多种生物生衍的栖息环境的目的。该技术主要适用于富营养化和受有机污染的河流，工程量小，便于维护，处理效果好，且不会造成二次污染，使资源得到可持续利用。

三、当前水生态修复技术在治理方面存在的主要问题

1.水生态修复技术的应用发展缓慢。

河道整治坚持生态优先的原则虽然在上级领导中已得到足够重视，但在河道实际整治中缺乏相应措施。近年来的河道整治工程中，主要整治措施还是截污纳管、生活污水处理、岸坡建设和底泥疏浚。有关河道的截污纳管、沿河两岸的生活污水处理、河道规划的力度都在加大，但通过水生态修复技术来改善水质的相关技术研究与应用还没有新的进展，该技术停留在城镇中心区域局部河段的应用上，未大范围应用及推广。

2.整治方案中都强调了生态治水的重要性，但在具体技术上缺乏相应的实施方案和操作措施。

通过仔细调研各设计单位设计的河道整治方案及河道景观设计方案，发现在河道整治方案与景观方案中都提及整治中要坚持生态优先的原则，要通过修复河道、湖泊的水生态系统来提高水体的自净能力，但在具体实施上缺乏详细的可操作性实施方案。

3.在水生态修复的认识上存在较大程度的偏差。

河流、湖泊的水生态修复是近十年才发展起来的水质治理新理念，是一个系统工程，不能简单的理解为通过多绿化、多种植物、在河道里养水生动物、微生物就可以达到水生态修复了。另外，许多设计者对于河流的修复纯粹是从景观美学的角度出发，完全没有考虑河道的基本情况及其功能定位。

四、生态修复技术在河道治理中的应用要点

1.优选植物种类，合理配置。

选择合适的植物种类对于项目的成功非常必要。采用植被措施护岸时，不同植物材料的有效性很大程度上取决于它们对于水位和底土土质的适应性。实际实施中，可根据不同水位，结合当地情况，以水位变动区间为参考，将河流陆域及岸坡分为4个区域，不同区域选择适合的植物种类。

(1)水下区（低水位以下）。种植沉水植物，设立沉水植物修复区，以迅速提高水体透明度；其次恢复水体原有沉水植被，先后恢复了苦草群落、狐尾藻群落、篦子眼子菜群落、金鱼藻群落，恢复水清见底的水域景观。

(2)水位变动区。利用芦苇、野茭白、香蒲、千屈菜、水葱等水生植物，以其柔韧的枝叶，缓冲水流，减缓船行波的冲刷，提供动植物栖息地。

(3) 岸坡区(高水位以上)。利用低矮灌木以及野生地被植物组成的复式植物群落，减弱雨水对堤防的冲刷，减少表层土的流失，同时，稳固从堤顶冲刷下来的外来土壤。

(4)河道陆域区（岸坡上以上河道控制线内）。利用水杉、池杉、落羽杉、水紫树等耐水性好、短期耐淹植物，通过其生长舒展的发达根系，固土护坡，防比河道两岸土方的坍塌;

2.建设形态多样的河流。

河流形态的多样性，其方法是恢复河流纵向的连续性和横向的连通性，防止河床和岸坡材料的硬质化。在河流纵向，以恢复河流的蜿蜒性为主，尽可能保持河流弯曲多变的形态；在横向上，构建主河槽和护堤地在内的复合断面形态，有条件的地方应推广使用“季节性河道”(高水位河水漫滩便于行洪，低水位河水约束在主河槽内，岸坡可以综合利用)。在需要护岸的地段，宜采用石笼、生态混凝土等透水性岸坡防护结构，充分利用乱石、木桩、芦苇、柳树、水葱等天然材料与植物护坡，避免河流岸坡的硬质化。

运用生态系统的食物链原理营造生物群落多样性，是生物群落构建的主要措施。

一方面，通过将植物措施延伸入水中，创造微生物生存和繁衍的必要条件；同时通过投放鱼类、虾类、螺狮、河蚌等底栖动物，构建“水生植物一微生物一藻类一水生动物”食物链，实现水体净化的目的。常见的做法是，岸坡和水位变化区种植根系发达的黄昌蒲、睡莲、美人蕉、香蒲等挺水植物，水下区种植苦草、狐尾藻、金鱼藻等沉水植物，提高水体透明度和水体净化能力，提供微生物生存环境，同时提高边坡抗冲刷能力；水中投放一定数量的鲫鱼、鲤鱼等鱼类；在引导水体原有底栖昆虫、螺狮、贝类等水生动物增加水体净化能力。

布置人工湿地。

利用河道现有形态，沿河布置人工湿地。人工湿地对于恢复河道水生动植物系统有很大作用，在河道一定水位线以上建设自然生态湿地小岛，小岛内摆抛置天然石头，种植具有景观效果的水生植物，小岛通过木桥与陆地相通，形成水陆相互缠绕，产生人在水上走、鱼在脚下游，树在水中长的视觉效果。

五、河流生态修复技术的应用效果

这几年，浦东地区对各代表性河道进行生态修复技术尝试，河道面貌发生明显变化，大大美化了修复河道的生态景观，改善了河道两岸的人居环境。

1. 增强河道自净功能，水质明显改善

通过对治理河道的观测分析，应用生态修复技术后，植物净化系统和水生动物去水体富营养化基本构建成功，河道面貌焕然一新。已截污的河道应用该技术后，河道水质透明度达到1.5米以上，水底水草清晰可见，主要水质富营养指标接近国家地表水三类水质标准；沿河有少量生活污水入河的河道，采用该技术后，河道水质透明度也有明显提高，主要水质富营养指标也有明显改善，常年无臭味；而对于污染量较大的河道，采用生态修复后，河道各种状况虽有改善，效果却不明显，建议截污纳管。

2.固土护坡效果明显，水土流失程度降低

通过合理搭配乔、灌木和草本植物，水土保持能力得到提高，植物固土护坡作用明显。项目后期的观测表明，土壤流失伴随植物生长的繁茂而逐步减弱；在水位变动区，常水位处有人工种植水生植物的地段，种植一年来水流冲刷深度明显小于无防护地段，水生植物防冲刷效果明显。

3.生物多样性得到明显恢复

生态修复措施实施后，植物长势和水生动物生长良好。两岸水生植物丛中小鱼小虾成群、空中白鹭低飞、水面水鸟游弋、夏夜青蛙齐鸣，相比治理前生态环境有了明显改善。

六、结束语

纵观近几十年来水生态修复在理论方法，特别是技术层面的发展历程，结合我国水环境污染依然严重的国情，未来用于污染水体修复的生物生态技术将会有一定的发展，但发展将会放慢。我国水污染治理将主要通过污水处理厂从污染源头解决水污染问题，未来生物生态技术的应用将主要基于对污水处理厂出水的深度处理。

生态水利工程技术将从目前局部河段单纯的结构性修复，向河流系统整体结构，功能与生态过程的综合修复的方向发展。水生态修复的尺度将不断增大，今后的水生态修复技术将出台更多更先进的配套技术，为河道治理提供更完善的解决方案。

参考文献:

[1]吴智洋，韩冰，朱悦． 河流生态修复研究进展［J］．河北农业科学，2010，14( 6) .

[2]李永祥,杨海军.河流生态修复的研究内容和方法[J]. 人江. 2006(02).