城鎮(zhèn)河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)

作為城市的生態(tài)載體，河流在社會、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)等方面價值極高，對保障城市水源安全、維護(hù)生物多樣性、緩解熱島效應(yīng)等均具有重大意義。河流生態(tài)修復(fù)是在不打破原有的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，立足江河生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀，遵循自然規(guī)律，運用現(xiàn)有的修復(fù)理念和先進(jìn)技術(shù)，達(dá)到對河流生態(tài)近自然狀態(tài)的修復(fù)目標(biāo)，恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康良性循環(huán)。我國對河流的生態(tài)修復(fù)起步于20世紀(jì)90年代，逐漸向以流域尺度出發(fā)的整體生態(tài)修復(fù)過渡，但仍以水質(zhì)恢復(fù)為主，河流生態(tài)修復(fù)研究也多集中于針對某一具體河流或河段的修復(fù)工程。從單一方面進(jìn)行河流生態(tài)治理達(dá)不到最佳修復(fù)效果，缺乏對河流生態(tài)修復(fù)理念、目標(biāo)和方法的系統(tǒng)歸納與梳理，尚未建立多層次、多角度、多指標(biāo)的河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系，更無可供復(fù)制與推廣的生態(tài)修復(fù)模式。

近年來，通過采取生態(tài)護(hù)坡、構(gòu)建濱岸緩沖帶、水生植物生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建等措施，部分河流生態(tài)修復(fù)工程也取得了不錯的生態(tài)改善效果。但由于許多城市河道均采用漿砌石或混凝土護(hù)岸，仍呈現(xiàn)出“岸帶景觀綠油油、水體生態(tài)光禿禿”“水質(zhì)良好、水生態(tài)不健康”等問題。同時，當(dāng)前多數(shù)河流生態(tài)修復(fù)仍集中在某項指標(biāo)的改善，河道生態(tài)的系統(tǒng)修復(fù)研究涉及較少。本研究構(gòu)建了一種集“外源污染防控一內(nèi)源污染抑制一水生態(tài)調(diào)控一強(qiáng)化水體凈化”為一體的河流水生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系，通過重構(gòu)適合于各類生物生存的生境條件，恢復(fù)配比合理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、功能強(qiáng)大、系統(tǒng)穩(wěn)定的城市河道良性水生態(tài)系統(tǒng)，重建受損河道生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。

1、研究區(qū)域概況

茅洲河是深圳市第一大河，發(fā)源于深圳市境內(nèi)的羊臺山北麓，地跨深圳、東莞兩市，河長為41.61km，一級支流有23條，二、三級支流有17條，總流域面積為388.23km2(包含石巖水庫以上流域面積)，其中，深圳市境內(nèi)流域面積為310.85km2，東莞境內(nèi)流域面積為77.38km。馬田排洪渠是茅洲河的一級支流，全長為2.36km，為城區(qū)泄洪渠，周邊環(huán)境以工業(yè)園區(qū)為主，另有少量居民住宅區(qū)和生態(tài)景觀公園。近年來，相繼開展了防洪工程、河道整治及堤岸建設(shè)、截污工程及生態(tài)補(bǔ)水等環(huán)節(jié)綜合整治工程。生態(tài)補(bǔ)水水源以上游水質(zhì)凈化廠尾水與雨季降水為主，水質(zhì)凈化廠尾水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)IV類標(biāo)準(zhǔn)限值(總氮除外)。目前，馬田排洪渠已基本消除黑臭，河流水質(zhì)得到明顯提升，但仍面臨河道旱季徑流小，水質(zhì)較差，河道狹窄，水生生物物種單一等問題，具有典型的南方城市河涌特點。

2、河流水生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計

馬田排洪渠生態(tài)修復(fù)示范段河長為380m，上游段長為150m，平均寬度約為3m；下游段長為230m，平均寬度約為6m。主要采用生物修復(fù)和工程修復(fù)相結(jié)合的綜合技術(shù)，并充分考慮生態(tài)修復(fù)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性，采用河床基底改造技術(shù)、岸帶生態(tài)修復(fù)技術(shù)、水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)、水生物種調(diào)控技術(shù)等四大技術(shù)形成的綜合技術(shù)體系，實現(xiàn)河流岸帶景觀提升、面源污染攔截能力提升、浮游動植物生境恢復(fù)和水體自凈能力提升等目的，最終實現(xiàn)河道健康狀態(tài)的提升。

2.1 環(huán)境友好型底質(zhì)改造

馬田排洪渠為底質(zhì)硬質(zhì)化河道，河道自然凈化能力基本喪失。為避免河道綜合整治后，河道內(nèi)淤泥再次淤積，根據(jù)示范河段底泥底質(zhì)現(xiàn)狀，實施河床基底形態(tài)多樣化改造，為水生態(tài)修復(fù)營造適宜生境條件。河道底部鋪設(shè)表層包裹摻銀二氧化鈦的碎石材料(Ag-TiO，碎石)的環(huán)境友好催化劑。環(huán)境友好型基底改造填料采用人工配合機(jī)械的方式進(jìn)行均勻攤鋪，以保證水質(zhì)凈化效果。鋪設(shè)厚度為5~10cm，共投加160m；投加底質(zhì)凈化劑，投加密度為0.30~0.45kg/m2，共投加850kg。

底質(zhì)改造后，可激活河道底泥中原本存在的利于水體自凈的微生物，形成生物量大、食物鏈長的生態(tài)系統(tǒng)，降解水體中的有機(jī)污染，并在一定程度上對河道有機(jī)底泥進(jìn)行消化作用，減少底泥淤積量，實現(xiàn)泥水同治，使水生態(tài)系統(tǒng)得到修復(fù)。底質(zhì)改良材料鋪設(shè)的大樣見圖1。

2.2 河岸帶生態(tài)修復(fù)

河岸植被緩沖帶作為河岸生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是控制水土流失和面源污染、改善水環(huán)境的關(guān)鍵措施，對河岸生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)及水文過程具有重要的影響。河岸植被緩沖帶可增加生物多樣性，促進(jìn)相鄰地區(qū)之間物質(zhì)和能量的交換；為陸地動植物提供棲息地及遷徙通道，為水生生物提供能量及食物，改善生存環(huán)境；同時過濾地表徑流，吸收養(yǎng)分，改善河流水質(zhì)，調(diào)節(jié)河流小氣候；通過植被緩沖帶的攔截、凈化、吸收等作用，可將大部分泥沙，部分可溶性氮磷養(yǎng)分、有機(jī)成分等截留在生態(tài)緩沖帶內(nèi)，緩沖帶種植的植物可吸收徑流中的氮磷養(yǎng)分，減少地表徑流攜帶的氮磷等向水體遷移。結(jié)合低沖擊影響開發(fā)等技術(shù)，開展河岸帶面源污染攔截凈化及河岸帶生態(tài)修復(fù)，有效解決城市降雨徑流污染，提升河道景觀。

2.2.1 生態(tài)植草溝設(shè)計。

生態(tài)植草溝結(jié)構(gòu)包括種植層、濾料層及滲排水系統(tǒng)，其中種植層為種植土和植被，其植被為馬尼拉草，種植土厚度為20cm；濾料層為礫石和卵石；生態(tài)植草溝為狹長結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸為230mx0.4mx0.3m(長x寬x深)，具體見圖2。

2.2.2 植物緩沖帶設(shè)計。

植被緩沖帶圍堰采用實心紅磚砌筑，內(nèi)部填充礫石及種植土，通過表層植被的過濾、截流、吸收等作用可以阻止大顆粒懸浮物、有機(jī)成分及氮磷等流入河流，同時內(nèi)部的礫石填料可供微生物著床，可以起到削減有機(jī)污染物的作用。圍堰設(shè)計墻體寬度為15cm，高度為30cm。緩沖帶泄水孔布置采樣DN100-PVU管材，泄水孔沿緩沖帶長度方向均勻布設(shè)，間距為2~3m。植被緩沖帶主要選擇植被為馬尼拉草皮，并在草皮之上栽植爬山虎、百香果等景觀綠化植被，增加植物多樣性，構(gòu)建穩(wěn)定、景觀層次鮮明與優(yōu)美的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。

2.3 水生植物修復(fù)方案設(shè)計

開展挺水植物精選及配置，恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)；通過水生植物根莖對水中污染物的富集、吸附、吸收、降解、凈化等作用，提高河道自凈能力，改善水體水質(zhì)狀況。采用水生植物模塊化培育裝置，快速形成良好的生態(tài)系統(tǒng)，提高水體的自凈能力，有效提升水體景觀。模塊化種植裝置尺寸為620mmX420mmX170mm，采用尼龍扎帶相連，使其形成一個整體，提高種植裝置的穩(wěn)定性。同時，每個種植裝置采用4根直徑為10cm的錨桿固定在河底，以防止受洪水沖擊而損毀。共配置塊化種植裝置2400個。種植風(fēng)車草，株高50~80cm，40000株；再力花，株高30~50cm，1000株；美人蕉，株高30~50cm。1000株裝置具體大樣見圖3。

2.4 水生物種調(diào)控方案設(shè)計

在底質(zhì)改造、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的前提下，開展水生物種調(diào)控，構(gòu)建豐富多樣的水生生物群落結(jié)構(gòu)，完善水生態(tài)系統(tǒng)，提高水體自凈能力和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。首先利用微生物將C、N、P轉(zhuǎn)化成個級生態(tài)鏈能利用的營養(yǎng)成分，然后結(jié)合挺水植物的根系能提供優(yōu)勢微生物大量繁殖及附著生存環(huán)境，從而利用微生物的作用使水中的污染物在各個工藝段轉(zhuǎn)化或利用，從而實現(xiàn)污染物從水體及底泥中分離出來，溶解在水中的氮、磷則被植物所利用，進(jìn)而使水體得到凈化。

3、實施效果調(diào)查與評估

3.1 實施效果調(diào)查

3.1.1 生境調(diào)查。

通過現(xiàn)場勘查開展示范河段生境調(diào)查，主要調(diào)查內(nèi)容包括以下五點。

①河床底質(zhì)調(diào)查須目測河底材料，如卵石河床、沙質(zhì)河床等，判定河床底質(zhì)為人工化、半人工化或保持自然狀態(tài)。自然狀態(tài)保持度越高則水文形態(tài)越好。

②河流連續(xù)性包括河流的橫向連續(xù)性和縱向連續(xù)性，主要調(diào)查影響徑流、泥沙和生物連續(xù)性的工程或行為，用尺測量攔擋建筑物的高度。河流連續(xù)性保持度越高則水文形態(tài)越好。

③河岸改造須確定河岸的改造狀況，分為保持自然、受寬型護(hù)體工程的束窄和受窄型護(hù)體工程的束窄3種形式。河岸改造程度越低則水文形態(tài)越好。

④外界脅迫因子包括取水、傾倒垃圾、排放污水、采沙等行為。外界脅迫因子干擾越少則水文形態(tài)越好。

⑤水文基本信息包括示范河段的水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、水質(zhì)、地下水位等。

3.1.2 水質(zhì)調(diào)查。

根據(jù)示范河段情況及《水與廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)相關(guān)要求，設(shè)定3個水質(zhì)監(jiān)測點位，按照評估體系要求，水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)包括溶解氧、pH、總磷、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮、全鹽量、氟化物、懸浮物、葉綠素a等九項指標(biāo)。

3.1.3 水生生物調(diào)查。

主要調(diào)查內(nèi)容包括兩種。

①浮游生物：參照《河流水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)指南(試行)》《湖泊水生態(tài)監(jiān)測規(guī)范》(DB32/T3202一2017)、《淡水浮游生物調(diào)查技術(shù)規(guī)范》(SC/T9402一2010)、《全國淡水生物物種資源調(diào)查技術(shù)規(guī)定(試行)》等規(guī)范要求，布設(shè)3個監(jiān)測點，點位布設(shè)位置與水樣采樣點位相同。

②魚類：按照《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》(SL219-2013)、《淡水生物資源調(diào)查技術(shù)規(guī)范》(DB43/T432-2009)、《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊》的調(diào)查方法對魚類樣品進(jìn)行采集，魚類樣品全部鑒定到種。

3.2 水生態(tài)健康評估

馬田排洪渠生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)完成6個月后，參考國內(nèi)外相關(guān)河湖健康評價規(guī)范，從生境狀況、生物狀況、水質(zhì)狀況等三個方面，對河流水生態(tài)健康狀況進(jìn)行評估。

河床基底改造工程實施后，示范河段水質(zhì)清澈見底，示范河段水體的DO、pH、TP、COD等指標(biāo)有不同程度變好，水環(huán)境狀況良好，污泥沉積速度明顯減緩。水生植物栽植后，有效改善了示范河段原來水體“三面光”的現(xiàn)狀，河道內(nèi)共種植風(fēng)車草、美人蕉、再力花等水生植物695m，植被存活存活率94.9%，示范河段內(nèi)水面面積為2472m，植被覆蓋率達(dá)26.7%，大幅度提高了河道生物多樣性，極大提升了河道的景觀效果。水生物種調(diào)控工程實施后，河道底質(zhì)污染物濃度明顯下降，表明菌劑的投加對于底泥污染物有一定的降解效果，同時可有效抑制底泥污染物的釋放，有效保證了河道水體質(zhì)量。此外，示范河段出現(xiàn)一個新物種一攀鱸(AnabasTestudineus)，在同一監(jiān)測斷面，漁獲物的數(shù)量和重量均有所增加，表明經(jīng)過生態(tài)修復(fù)后，水體質(zhì)量和生境狀況得到了一定的恢復(fù)，有利于魚類生長繁殖，魚類物種得到了恢復(fù)。

由于河床基底改造、岸坡攔截改造等施工，底質(zhì)、棲境復(fù)雜、V/D結(jié)合特征等3個生境狀況指標(biāo)有了明顯改善，示范段河流生境指標(biāo)從“亞健康”提升到“健康”。修復(fù)后水質(zhì)狀況健康狀態(tài)穩(wěn)定為“健康”，變化不明顯。此外，由于水生植物修復(fù)工程的實施，河道生境和植被覆蓋率得到明顯提升，進(jìn)而對魚類、浮游動物的生長繁殖產(chǎn)生了促進(jìn)作用，修復(fù)后魚類增加一個新物種，河流生態(tài)狀況從“不健康”提升到“亞健康”，等級得到明顯提升。

綜上分析，經(jīng)過生態(tài)修復(fù)工程的實施改造，營造了更好的水生態(tài)環(huán)境，生境狀況和生態(tài)狀況有了明顯改善，河流水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)得到明顯提升。但由于修復(fù)后時間較短，水生生物的種類及多樣性指數(shù)依然較低，當(dāng)前生物狀況仍然屬于“亞健康”狀態(tài)。

4、結(jié)語

本研究雖構(gòu)建了一種集“外源污染防控一內(nèi)源污染抑制一水生態(tài)調(diào)控一強(qiáng)化水體凈化”為一體的河流水生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系，可快速改善城市河流水生態(tài)環(huán)境狀況，但由于河流生態(tài)修復(fù)過程是一個長期過程，河流生態(tài)健康可能需要較長的時間才能明顯改善。（來源：(深圳市源清環(huán)境技術(shù)服務(wù)有限公司，深港產(chǎn)學(xué)研基地)）