浙江省平原河道生态修复模式初步研究

2011-08-15汤金顶

浙江水利科技 2011年3期

汤金顶,严杰

(浙江省水利河口研究院,浙江杭州 310020)

近些年来,随着经济社会的发展,人们对生态环境的认识和要求不断提高,传统水利工程治河方法的弊端已逐步为大家所认识[1-2]。“河流生态修复”的概念和相应的工程技术,正越来越受到大家的关注[3]。

浙江省沿海平原区水网密布,河道纵横,形成了独特的水乡风貌,对全省社会经济的发展起到了重要作用。作为全国生态省建设试点,2003年浙江省全面启动了以“水清、流畅、岸绿、景美”为总目标的 “万里清水河道”建设工程。经过多年的努力,全省河道生态建设取得了令人瞩目的成就,“生态”治河的理念逐渐深入人心。

1 平原河道特点与现状

1.1 平原河道特点

按照流经的地域不同,河道可分为山区河道和平原河道。相对于山区河道,平原河道具有以下几个特点:

(1)河道密度大,往往呈“网状”水系;

(2)河道纵坡较小,流速平缓,一些河道存在双向流现象;

(3)多数平原河道具有通航要求;

(4)河网地区经济发达,人口稠密,污染源多,污染负荷大。

1.2 平原河道现状

浙江省平原区水网密布,河道纵横,自然条件优越,以占全省12%的土地面积、30%的人口、50%的耕地,创造了全省70%的国内生产总值,是浙江经济最发达的地区[4]。全省主要的河网有杭嘉湖东部平原河网 (运河水系),钱塘江南岸的萧绍河网,甬江流域的鄞奉、鄞西、姚北河网,椒江下游的椒北、温黄河网,瓯江和飞云江下游的温瑞、瑞平和鳌江下游的南港、江南等。随着经济和社会的不断发展,平原河道也面临着诸多问题。

1.2.1 河流污染,水环境问题突出

河网地区在非排水季节是一个封闭的水域,环境容量较小。随着生活污水和工业废污水排放量不断地增加,污染物成分日趋复杂,严重超出了水体自净能力,使河道水质受到污染,影响了人们的生活。

1.2.2 侵占水域现象较为普遍

水域不仅在生态系统中起着基础性的作用,也是人类抗衡自然灾害,实现人与自然和谐相处的重要载体。近年来,随着经济的发展和城镇建设步伐的加快,水域侵占(主要对象是河道)现象较为普遍,部分河道成为死水潭、断头滨,河道生态系统严重退化,甚至完全消失[5]。水域的侵占造成河道过水断面减小,降低了河道的调蓄能力,增加了洪涝风险。

1.2.3 河道管护机制尚不完善

相关部门“重建设,轻管理”的发展模式还未发生改变,河道维护经费不足,存在着养护难的问题。加上人们对河道维护意识比较淡薄,沿岸绿化带人为开垦种植、砍割放牧等现象屡有发生,影响了河道生态和环境效益的发挥。

2 河流生态修复理论

2.1 生态修复的概念

河流是自然生态系统最重要组成部分之一。近100 a来,人类利用现代工程技术手段,对河流进行了大规模的人工改造,兴建了大量的工程设施。通过“河流形态直线化、河道断面规则化、护岸材料硬质化”等一系列河道整治措施,河流生态系统不同程度地发生了退化,极大地影响了河流的自然演变规律。

生态修复就是使受损生态系统的结构和功能恢复到受干扰前状态的过程。美国土木工程师协会 (ASCE)对于“河流生态修复”有以下定义:“河流恢复是一种环境保护行动,其目的是促使河流生态系统恢复到较为自然的状态,在这种状态下,河流系统具有可持续特征,并可提高生态系统价值和生物多样性。”[3]

2.2 生态修复的目标

河流生态系统的演进是不可逆转的。但是生态系统是一个动态的整体,生态平衡也是一个动态的平衡。河流生态系统的退化正是失去动态平衡的结果,因此河流生态修复的目标应该是让生态系统重新恢复其必要功能,恢复完善自我调节机制,实现新的动态平衡[6]。

2.3 生态修复的原则

2.3.1 区分功能,因地制宜,立足实际

河流系统在社会经济发展中扮演重要角色,具有行洪、排涝、输水、灌溉、航运、景观等多种功能。不同区域,不同的河流,其功能也不尽相同。因此,河道生态修复首先要立足于实际情况,在充分了解流域自然地理、社会经济以及生态环境等资料的基础上,建立复原模型和确立修复目标。

2.3.2 统筹兼顾、全面规划、突出重点

河道生态修复是一项长期、复杂的系统工程。统筹兼顾上下游、左右岸、近期和远期、社会经济发展对生态环境的要求等,把与人民群众关系密切的河流作为修复重点,加大投入力度,以点带面,推动地区河流生态系统的改善。

2.3.3 自我修复为主,人工干预为辅

河道生态修复的重点在于减轻人为活动对河流生态系统的胁迫。在考虑投入产出关系的基础上,充分利用河流生态系统自我修复的能力,实现生态环境效益最大化。

3 平原河道生态修复模式

平原河道生态修复模式主要包括水环境治理、河道结构以及景观生态3个方面。

3.1 水环境治理

水环境治理是以污水处理为重点的水污染控制,主要以水质的化学指标达标为目的。主要内容包括以下几个方面:①以小流域整治和雨污分流为重点,加强污水排放收集和处理设施建设。调整其工业产业结构,逐步形成工业项目的聚集区,并严格控制目前集中污水处理厂服务区域外所有单位的污水的达标排放。农村地区推广生产生活污水简易处理方法,从根本上减少污水排入河道;②控制农业面源污染。农业面源污染是由于农业废弃物未得到有效处置及过度使用化肥引起的。控制农业面源污染的首要任务是发展绿色农业,控制化肥施用量,提倡有机肥或有机复混肥,提高化肥利用率,降低化肥中硝酸盐随雨水的流失,避免污染河道水质;③开展河道疏浚。有计划地实施河道清淤、清障、拓宽等工程,提高河道槽蓄和水动力条件,增强河道自净能力;④建立科学合理的调水机制。通过科学合理的调水,提高水环境容量,使得河道自净能力得以维持或发挥,实现水资源可持续利用的目标,满足经济、社会及生态环境需求。

通过对国内传统管井、大口井及大口辐射井的研究文献进行系统分析，可以发现：传统管井的管径小，单井出水量较小，一般用于灌溉及生活用水，比较适合分散开采；大口径辐射井的管径大，单井出水量较大，可满足大多数情况下的供水需求，主要用于灌溉、生活及工业用水，比较适合集中管理。目前，垂直取水项目的研究主要集中在工艺研究和水量计算这两个方面，水量计算多是采用以地下渗流理论为基础的水量计算法。

3.2 河道结构

河道生态修复工程的设计,首先要满足水文学和工程力学原理,确保工程的安全性、稳定性和耐久性。平原河网水位变幅较小,常见的河道断面形式主要有“U”形断面、梯形断面、矩形 (直立式)断面和复式断面4种。生态护岸中常用的措施有植物措施、干砌石、垒石护岸、松木桩、三维土工网垫、生态混凝土预制球(砌块)等。

(1)干砌石、垒石。干砌石、垒石具有一定的抗冲能力,同时其属多孔隙结构,可增加水生动物生存空间和消减船行波冲刷,有利于堤防保护和生态环境的改善。

(2)松木桩。松木富含松脂,防腐能力良好,有“水上千年杉,水下万年松”之说。松木桩护岸具有施工周期短、抗冲能力强、经济可行、生态景观效果显著等优点,已在全省河道生态建设中获得了广泛的应用。

(3)生态混凝土预制球 (砌块)。生态混凝土是一类环境友好型材料,具有孔隙率大、透水性强、抗变形能力好的特点,有利于河岸稳定、水生动植物的生长发育和水质改善,可广泛应用于水污染控制、河道生态修复等领域。

(4)植物措施。植物措施保持河岸的绿色,给人以美的享受,具有固土护坡、美化环境、净化水质等功能。根据科学试验,河道岸坡植物宜采用乔、灌、草结合,以维持河流和河岸生态的稳定性和营造良好的景观。

3.3 景观生态

对位于城镇等人口密集区域周边的河道,在绿化河岸和设置道路时,需综合考虑和体现河道安全和亲水、景观等功能,使生态修复工程与两岸景观融为一体,与地区文化、历史、环境相协调,提高城镇品位,营造人居和谐居住环境。

4 工程案例

4.1 工程概况

4.2 生态修复设计方案

该河道岸坡较缓,土层深厚,稳定性较好,护岸形式采取单纯植物措施护坡。植物配置乔灌草结合,选用具有固土护坡、保持水土、缓冲过滤、水质净化、抗冲能力强,且有良好观赏价值的植物种类。

坡脚至岸顶依次种植沉水植物 (金鱼藻、狐尾藻、黑藻等)、浮水植物 (荷花、睡莲等)、挺水植物(水烛、水葱、菖蒲等)、湿生和中生植物 (水杉、海滨木槿、木槿、垂柳、迎春、云南黄馨等)一系列护坡植物,形成复层植物群落结构,充分利用岸坡的立体空间,达到多层次生态保护的目的。其中,沉水和挺水植物能有效减少波浪对堤岸水位变动范围的侵蚀和冲刷;坡面常水位以上种植耐湿强、在水土保持方面具有重要作用的草本植物,以期获得较好的生态效益,同时又具备良好的景观效果。