朝阳市河道生态修复理念及其治理技术分析

张 盼

(渤海工程项目管理有限公司，辽宁 朝阳 122000)

1 朝阳市河道情况

朝阳市地处辽西低山丘陵区，境内峡谷相间，川地、平地、山地、丘陵等交错分布，只有小块沿河冲积平原和山间平地，地形结构有“七山一水二分田”之称，总面积19736km2。研究区属北温带大陆性季风气候，全年降水量450-580mm，降雨时空分布不均主要集中于5-8月，全市四大水系包括大凌河、小凌河、老哈河、青龙河等，其中流域面积超过100km2的有69条。境内河流大多具有流程短、面积小、比降陡等山区河流特征；城区内河道上游、中游、下游体现为山区型、平原城市河网型和潮汐型河道特征，大部分呈西南流向。

朝阳市河道大部分都是雨源性河流，旱季河流几乎没水而汛期洪水暴涨暴落，雨水时空分布不均极大的增加了城市泄洪排涝压力。1990年开始，以水安全为核心朝阳市积极开展了河道治理，通过混凝土或浆砌石护坡、裁弯取直、岸坡与河堤硬化等工程技术使得朝阳市的防洪标准得到普遍的提升，但河道的生态功能与生物多样性受渠化影响遭受破坏。随着城镇化进程加快、人口不断增长和区域经济快速发展，未经有效处理的工业废水、生活污水等被大量的排入河流，加之底泥内源污染和面源污染其河道水质严重恶化。据调查，全市约80%的河流都收到一定的污染，特别是富营养化、水体黑臭等现象在城区河道中较为普遍。

2 从生态视角看河道治理现状

2.1 河道生态系统

生物群落及其相应的环境条件构成了城市河道水生态系统，生境因子有气象条件、水质水量、形态结构、水体流态等，其中最重要的生境因子为河道生态系统中的水环境。微生物、植物、动物是群落结构的基本构成要素，以太阳能为驱动的自然河道生态系统，它是一个以各种生境因子和群落构成要素相互作用的物质循环、能量流动的体系，通过食物链(网)保持群落的生存繁衍平衡，以保证河道的自净功能。该循环过程中，碳循环规模与反应条件、分解者生物量以及水体中的溶解氧相关；而大型水生动植物的捕获或收获主要与氮、磷等营养盐循环有关，从系统中将多余的氮、磷以捕获或收获的方式移出[1-3]。

2.2 朝阳市河道污染现状

受人类活动影响朝阳市河道污染问题日趋突出，从污染源的角度上，朝阳市河道污染有内源、面源和点源污染；从污染成分的角度上，主要有氮、磷营养盐和有机物污染。

目前，朝阳市河道水质恶化逐渐转变成一个水生态失衡、水环境污染的多因素复杂问题。天然河流的地形地貌受河道渠化整治发生明显的改变，水生动植物赖以生存的环境条件不断遭受破坏，也不利于高等动物生存、微型动物栖息繁衍和微生物附着；均质性的河道结构、形态降低了水流多样性，而水土营养交换也被河底和岸坡硬化所阻断，使孤立于土壤之外的河水系统无法独立支撑复杂的水生生物群落。这些因素均可使得生物多样性消失、生境恶化、生态链断裂、生态网络结构破坏等问题，降低生态系统物质循环与能量流动规模，当排入的有机污染物、氮磷营养盐等达到河流自净功能界限时，就会出现生态失衡的现象[4]。

2.3 朝阳市河道治理现状

坚持自然生态规律的原则实施河道治理，在自然条件所允许范围以内的河道物质循环与能量流动规模决定了河道生态系统的稳定性，而河道治理的根本着力点是从系统中移出过量的营养盐和有机物。目前，对于水质改善与河道治理朝阳市采用了生物飘带、微生物投放、曝气增氧、自然水循环等技术[5]。通过近期的强化治理，朝阳市河道有机污染基本得到了有效控制，碳循环通道也被完全打通，但仍无法从根本上解决内源和面源污染问题，现阶段河道以内源、面源污染为主，氮、磷等营养盐污染逐渐替代以往的有机污染成为河道的主要污染物，河道治理应以水生态修复为核心逐渐转变以往的污染控制、水质净化为主的整治思路，通过恢复洁净耗氧的生态系统、优化河道形态结构、丰富水流形态和调节水量等，增强水体自净功能和水生物种多样性。

3 河道生态修复理念与目标

3.1 生态修复理念

城市发展初期的城市河道形态结构是自然演变的结果，这种河流是具有生态、景观功能的纯自然型天然河道。随着人口增加、城市规模扩大和工业化的快速发展，河道被不断侵占，原有储存、蓄洪、滞洪、消洪雨水的支流、池塘、湿地、护坡等消失，雨水汇流速度不断的加快；城市降水的频率度和强度受热岛效应、生态恶化等作用持续加强，而城市完善的排水设施及大范围的地表硬化加快了雨洪汇流速度，水流的不可控制性和储蓄的能量增加，河床及河道两岸受侵蚀、冲刷严重，进一步提高了水涝灾害发生频率。

随着经济的不断发展及环保意识的增强，恢复河道生态系统对城市经济的可持续发展、生活品质、人文景观和生态环境改善的重要性逐渐引起人们的重视，对水环境发达国家不断加大整治力度，将河道治理的关键转向生态系统的修复[6]。实质上，河道生态修复就是要创造适宜生存、群落配比合理，系统稳定、结构优化、生境改善、功能强大的良性水生态系统，重建受损河道生物、化学、物理特征以及生态系统功能结构。

经数十年的整治，现阶段朝阳市河道治理正处于攻坚期，河道现状是生态失衡、水污染的多因素复杂问题，亟需生态修复朝阳市河道。

3.2 生态与生物修复技术

1980s，学术界研究提出一种效益高、成本低的生物修复技术，即在一定的条件下利用生物(以微生物为主，有外源或土著两类)对环境污染物的富集或消除作用，从而实现生物治理环境污染的过程。生态修复是以工程技术、生态学原理为基础，通过调节水量、水流态及污染物控制，对河底、岸坡结构形态实行改造以重建生态系统功能，不断恢复物种多样性，维持河道系统的自然平衡。总体而言，生态与生物修复技术是城市河道治理的不同层次、不同阶段，两者适用范围、应用生物种类、技术手段、基本原理和实现目标等都存在一定差异。

从技术目标的层面上，生物修复就是以水质改善为目标的城市污水处理系统的延续，而生态修复则是以受损河道生态恢复为主要目标，生态修复以水质改善作为基本条件；从技术原理的层面上，生物修复利用培育的微生物、植物等生物，运用环境生物学原理和微生物的生命活动，降解、转化和转移水中的污染物，从而实现净化水体的目标；生态修复主要利用生态学原理合理配置和引进水生生物群落，通过创造多样化而良好的生境促进河道生态系统良心演替；从技术手段的层面上，生物修复以微生物合酶制剂投放、河道曝气、接触氧化、生态滤床、氧化池、曝气滤池等技术为主，而生态修复则以水量控制、形态改造、流态调节为主；从适用范围的层面上，生物修复比较适于有机污染、重污染的黑臭河道治理，生物修复作为补充措施能够消除河道黑臭现象，在一定程度上减轻水体污染，生态修复适于以氮、磷等营养盐污染和微污染的河道。河道生物修复能够明显改善河流水质，为生态修复提供有利的条件，而河道治理的最终目标是实现生态修复，这也是实现人居环境与自然环境和谐统一的关键技术。

3.3 生态修复目标

遵循师法自然的原则，通过生态修复工程恢复城市河道的原本面目。其目标是利用生态工程学方法，在保证水安全的情况下重建和恢复生态系统的功能结构，通过改造河道及岸坡结构、形态，切实增加物种数量与多样性，提高城市水循环利用率和河道自我调节、自净功能，配合城市景观和生态建设实现城市经济可持续发展、人水和谐的目标[7]。

3.3.1 水污染控制

生态修复的基本条件是保证水污染的有效控制，而河道自净功能又随着生态修复的实施不断提升，实质上健全的生态系统必然会具有洁净的水质。

3.3.2 水安全目标

确保河流的防洪排涝功能是建设生态河道最根本的要求，与自然河流不同城市河道沿线经济发达、人口密集，一旦发生洪涝灾害势必造成不可估量的经济损失。虽然生态改造河道的形态结构，有利于滞洪补枯、消减能量和调蓄洪水，但生态修复在一定程度上增加了糙率、降低了洪水流速，为了防止水灾的形成有必要拓宽河道。

3.3.3 河道形态、结构空间异质性

空间结构、形态异质性与河道水生物种多样性密切相关，改造河道形态可以构造浅滩、弯道、缓流、急流相间的格局，形成自然河流蜿蜒的形态和浅深滩交错的局面，河水渗透河岸、滋养沿岸植被，通过构建多样性的生物群落和异质性的河道生境，逐渐恢复水生态系统功能结构。

3.3.4 生物多样性

一条自然的滨水带和河道必然有沙洲、深浅滩和凸凹岸，这为各种生物的生存以及生物多样性的恢复创造了良好的生境条件；此外，衡量河道恢复程度的主要标准是河道生物群落的多样性。生物多样性是顺利实现生态系统代谢释放、富集、转移、转化污染物的物质条件，生态系统中的生物多样性越丰富则食物链就越复杂，系统的稳定性和自我修复、调节功能就越强。

3.3.5 生态系统结构与功能

从整体性出发恢复河道生态系统功能结构，一个健全的生态系统具有较复杂的事物链(网)结构，其物种数量越均衡、类型越丰富则抗外界干扰能力及自净功能越强，物种流动、物质循环、能量流动等下生态系统中更趋于健康与完善。

河道生物群落与河流水-陆-气三相共同构成开放的生态系统，生态系统应满足自我调节功能和连续性、完整性要求。

3.3.6 水资源可再生利用

生态河道建设必须统筹考虑中水回用、污水处理、地下水、天然降水排水、河道水体等系统，遵循自然水循环促进地下水与地表水的交换，连接成网合理调节水位，科学利用雨水资源。将水质改善、水环境建设、水资源综合利用和水生态修复整体考虑，确保河水资源的多功能开发与可持续利用。

3.3.7 人水和谐目标

河道人与自然交流的场所以及城市重要的景观界面，应利用生态景观学原理对河道空间结构合理规划，统筹各类生态景观要素，如滨河带、河岸带、河水等形成有机的整体，既要符合美学价值要求和生态学原理，又要适宜人类居住，以生机映然的多样性生态景观替代以往单纯的河道物理景观。通过增加沿河土地利用价值创造较高的经济效益，为建立人水和谐、消除人与自然对立及实现经济可持续发展指明方向。

4 河道生态修复技术

地下水、污水处理与河流湖泊等系统密切相关，河道生态修复应全面考虑水循环、污水治理及河流特征等因素。其中，水文条件恢复是较为常用的生态技术，通过调水补水来恢复适宜的水深、水流态、水量和水质等水文要素；采取有效的保护和人工干预措施恢复生物栖息地，构建河流生境多样性。一般地，主要有水生生物群落修复、植被优化与恢复、河道结构形态改造、河岸缓冲区修复和河道生态补水等技术。

4.1 水污染控制技术

将城市地表水系统与污水处理系统视为整体，采取清淤疏浚、截污等措施控制河道内源和点源污染。然而，针对开放的城市河道系统，一般很难利用市政手段有效控制河道内源和面源污染，比较常用的治理措施是生物修复技术。其中，生物促生、微生物投放、生物酶制剂投放、软性填料、接触氧化、氧化塘技术、植物浮岛、河道曝气增氧、曝气生物滤床、复合生态滤床等是河道治理应用较广泛的生物修复技术，生物修复作为城市污水处理和水污染控制的补充，能够有效减少氮磷等营养盐污染和城市河道有机污染负荷。

4.2 水量与水流态调节

河道生态系统具有流动的特性，其不仅受水体物理性质和化学成分变化的影响，而且与水力坡度、水位、流量等水动力特性密切相关，缓缓流动的水体和河道生态系统的改变都是组成河道景观的主要部分。为了满足河流生态要求可以调整水流态、水量等水力特性，这是修复生态系统的有效手段。

通过采取开拓水源措施确保环境需水要求，维持生物栖息、景观娱乐、水质净化所需要的水量；采取综合调水、喷泉或跌水兴建、机械推流等措施，促进水体有序流动及混流增氧，通过对水动力学特征的调节实现水位有涨有落、水流有急有缓，增强河道自净功能与纳污能力，促进水生物种多样性和河滩干湿交替。

4.3 河岸生态缓冲带

河道生态修复离不开河岸带植被恢复，河岸生态缓冲带具有调节C、N等元素循环、保持水系统平衡、维持生态平衡与生物多样性、阻滞地表径流营养盐与面源污染、生态廊道、降解环境污染、防止水土流失、滞洪补枯、涵养水源、调节气候等功能，一般位于河岸与河道间的过渡带。实际工程中，要尽量选用多孔渗水路面建设河岸生态缓冲带，用本土树种建立草、灌、乔层级的植物结构，保证河道天然植被的功能完善及生态效益的发挥。

4.4 生态护岸技术

河流的行洪能力、稳定性受河岸护坡的影响显著，河道生态建设还要考虑护岸护坡类型。传统的河岸防护工程一般选用预制混凝土块、混凝土、干砌或浆砌块石等结构形式，在保证防洪安全、防止土壤侵蚀、维持岸坡稳定性等方面发挥着重要作用，但对河流生态和景观环境也带来了不利影响，使得陆地与水体生态破坏、环境恶化，造成河流自净能力的下降及水污染程度的加剧。

一般地，构建生态护岸的做法是将原混凝土、块石结构拆除，并改造成适于水生动植物生长的近自然生态护坡，护坡材料要符合抗冲性、抗侵蚀性、耐久性、亲水性和渗透性要求，最好是卵石、木桩等天然材料，工程中“生态砖”的应用也较为常见。为了防止土壤侵蚀及维护河岸稳定，可将湿生或水生植物种植于护岸上，植物根系在土壤介质中交错分布有利于提高河岸的表层强度及其稳定性，有利于降低岸坡的重力侵蚀；水生植物种植于河岸与护岸交错的生态活跃区，能够减缓水流速度，为生物栖息创造适宜空间；水陆过渡带的水生、湿生植物，通过沉淀、絮凝、还原、氧化、支流、吸附、吸收、渗透等生物和物理化学作用，增强了河流的净化功能。此外，生态护岸还具有涵养水分、滞洪补枯、减缓流速和消减洪水能量等作用。将自净、景观、生态、防洪等功能集于一体，并营造柔美生态岸线的生态护岸已成为未来的发展方向。

4.5 河床与河道形态改造

朝阳市河道治理工程以防洪排涝为主要目标，使河道结构上均质化、形态上裁弯取直，硬化的岸坡与河床致使水生植物失去其原有的生长基质，河道生态系统的物种多样性减少，平衡稳定性变差。研究表明，生境的空间异质性与生物群落多样性存在正相关性，区域生境空间异质性越高则越有利于生物群落的多样性，其创造的多样性小生境可为更多的物种共存提供了有力条件。

为解决朝阳市河道“三面光”的问题，必须拆除原有硬质河床，恢复底泥原来的自然状态及河道生态结构；采取复式断面、拓宽河道等措施，对特定范围内的河幔地、河滩实行修复，构建深浅滩相间、低水位蜿蜒曲折的河槽，设置多流速带的水流营造近自然流路；采用多孔材质建设生态岸坡，为水生动植物栖息及水生、湿生植物生长提供适宜的空间；应考虑河床特点设计多样化河岸线、河底线，通过挖河增水确保沿河串接湿地、池塘得以恢复，增加生境复杂多样性；采取翻板闸建设、人为营造水文脉冲等措施，形成河流时缓时急、河道深滩-阶梯、河水经常漫过河岸的结构形式，恢复湿地与沼泽创造适于各生物生存的环境；针对必须渠化的河道要符合生态平衡的原则，保留一定的槽蓄功能以及维持水文连通性。

4.6 生物群落恢复与演替控制

河道生态修复的重要包容还包括恢复水生植物，而反映生态系统健康恢复的重要参数是沉水植被的恢复。按照本土化原则引入水生植物，同时要符合生长速度快、高度适应河道环境的要求；较强的植物群落亲和力不会受到原有群落植物明显的抑制，同时也不会过快的生长对其他物种生存造成影响，有利于形成相互制约、相互促进的物种生长机制；此外，引入植物还具有良好的景观效果和水质净化功能，引进外来物种时要给予高度的重视，以防形成外来物种入侵，从而导致生态灾难的发生。

4.7 生态系统监控与管理

城市河道管理的重要基础是生态环境监督管理，对此应以完善的生态环境标准体系实时监控河道生态，及时解决发现的问题；在河道管理规范中纳入动物捕获、河岸河槽等作业，为了维持种群的适度水平要对河道生物量进行合理控制，并从河道生态系统中把多余的有机物和营养盐及时的移出。

5 结 语

朝阳市河道生态修复涉及生态护坡、水环境治理、人文景观等工程，生态修复方案设计应统筹规划、全面考虑各地区的实际情况，以保证河道灌溉、城市供水、防洪排涝等功能为基本原则，合理运用生物与生态修复技术，将城市河道建设成一条滩率、水清、河畅、景美的绿色廊道。