城市河道生态整治技术研究进展

田 军，张春敏，金竹静，杨逢乐

(云南省环境科学研究院，云南 昆明 650034)

城市河道生态整治技术研究进展

田 军，张春敏，金竹静，杨逢乐

(云南省环境科学研究院，云南 昆明 650034)

河流是城市建设发展的重要因素，由于城市的过快发展，导致河流生态系统受损。介绍了河道的水环境修复技术和河道生态整治工程，可根据城市河道的特点，因地制宜地选择各项技术对河流生态系统健康进行修复。

城市河道；水环境修复；生态工程

城市河道是城市生存与发展必不可少的要素，在城市及周边地区经济发展和生态保护中有着十分重要的地位[1]。由于当前社会经济及城市建设的迅速发展，城市河道被过度开发利用，导致河流生态系统出现了不同程度的衰弱和退化。河岸出现了渠化、硬化的现象，河流水体出现水质恶化、河滨带消失、生物多样性减少、栖息地萎缩等问题[2]。怎样修复受损的河流生态系统，重现河流的健康状态，并能够满足城市区域的景观需求，是目前城市河流治理中急需解决的问题。

由于我国城市河道多数位于已建成的城区内，这些区域空间拥挤、人口居住密度较高，河道进行工程化整治的难度较大。本文根据对河道结构整改力度的不同，介绍城市河道水环境修复技术和城市河道生态整治工程。水环境修复技术是在不改变河道结构的基础上，采用一系列的修复方法来改善河水水质，该方法适用于无法进行工程化整治的城市河道。生态整治工程是对三面光、硬质化的河道进行生态化改造，使得河流生态系统逐步恢复健康。

1 城市河道水环境修复技术

目前，国内外应用于城市河道的水环境修复技术，主要可以分为三大类，包括：物理修复、化学修复和生物修复。

物理修复技术在河道治理中使用较多的是机械除藻、底泥疏浚、调水稀释等技术。机械除藻是人工操作机械设备将河道中出现的大量藻类打捞，通过藻类的清除修复水体环境的技术方法。此后，在机械除藻技术的基础上又发展出臭氧/超声波除藻技术，可以更高效地清除水体中的藻类。屠清瑛等[3]在北京什刹海后海运用臭氧/超声波技术进行实地研究，结果显示该技术对藻类的去除率高达80%，并且处理过程中总磷也有很好的净化效果。底泥疏浚法[4]能快速清除河道中的内源污染物，并且由于该方法易于操作，通常在受污染较为严重的河流修复中运用较多。底泥疏浚技术是目前我国中小河道内源负荷削减最常用的治理措施之一，南明河、苏州河的治理均用到此技术，也取得了较好的治理效果。此外，城市河道还可以采用一定规模的环境调水进行水体污染治理。该方法一般是在特定区域范围内进行，从流域外引入清洁水源，通过增加河道流量的方式冲走河道淤积的底泥，并将河水中污染物的浓度稀释，从而达到降低污染物浓度、改善河流生态环境、修复河道的目的[5]。韩国清溪川生态修复工程[6]就是通过外流域大规模调水，来实现河流生态修复的一个成功案例。

物理修复方法的特点是操作简单、见效显著，但是往往使用过程中投资大、工程量大，并且在治理过程中，河流中的污染物仅仅是发生转移，而未从根本上减少。所以该方法治标不治本，不是最理想的修复方法。

化学修复技术主要包括：复氧曝气、化学絮凝等。河道复氧曝气技术是采用人工方式将空气或纯氧气充入河水中，通过增加水体中溶解氧的含量来恢复和增强好氧微生物的活力，强化后的微生物可以净化水体中的污染物质，从而改善河流的水质环境[7]。河道复氧曝气一般采用两种方式，固定式充氧站和移动式充氧平台[8]。采用纯氧曝气技术对污染严重的苏州河支流新泾港下游进行治理，结果显示黑臭水体中的COD浓度有明显降低[9]。化学絮凝技术是投入化学药剂(一般为混凝剂)来去除水体中污染物，常用的试剂有：硫酸亚铁、硫酸铝、氯化亚铁、碱式氯化铝、明矾、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺等。絮凝沉淀常用于对受污染河流的内源负荷进行控制，特别是河流底泥的磷释放净化效果较为显著[10]。许春华等[11]在淄博市猪龙河和白家河进行水环境治理过程中采用APAM、CPAM絮凝剂，结果显示总磷的去除率达80%以上，水体净化效果显著。

化学修复技术虽然比物理修复技术更快速，操作更简便，效果更好，但是大量投入药剂会对河流中的其它生物构成危害，造成二次污染。因此该方法常用于处理突发性水污染，仅仅只能作为一种辅助的河流治理手段。

生物修复技术是利用各种生物的生长特性，对河流中有毒有害物质进行吸收、降解、转化的治理方法。按照生物修复技术在河流治理中主要采用的生物种类，可分为微生物修复和水生植物修复。微生物主要通过氧化还原作用、硝化反硝化作用等对有机污染物进行分解。微生物在生态系统中作用是分解者，不仅可以对有机污染物进行分解和转化，还可以降低某些重金属污染的毒性，该作用也是河流生物修复技术的核心所在。目前，常用的生物修复措施包括：菌种和营养物投放、污染物的可利用性提高、生物操纵等[12]。菌种投放可以是外环境的高效菌种，也可以是从本水体环境中富集的土著微生物，一般来说外源菌具有强大的降解功能，可以增强水体自净能力[13]。曾宇等[14]在滇池草海、鱼塘和大观河进行光合细菌水体净化效果试验，结果显示该菌种对大观河的治理效果明显。投加微生物生长缺乏的营养物，也可以使其大量繁殖，增强水体的净化效果。唐玉斌等[15]采用美国EIT公司生产的生物促生剂，在上海植物园的景观水体进行了修复试验研究，水体净化效果显著。水生植物修复技术[16]是利用高等水生植物及其根际微生物的共同作用净化水体中的污染物。研究表明水生植物能够削减水体中的重金属和氮磷等污染物，水麻、一年蓬能高效吸收重金属镉；水芹菜、马尾草能吸收水体中N、P；金鱼藻、眼子菜可向水体中释放化感物质抑制藻类的大量繁殖[17]。

生物修复技术利用微生物和水生植物对水中污染物进行处理，使得河流水环境得到改善。该方法具有治理效果好、工程造价相对较低、不需要过多能耗、运行成本较低、不产生二次污染、并且还可以与城市景观相结合的优点，是目前城市河道治理中广泛应用的修复技术。

河道水环境修复技术对于已建成的城市河道来说，是河流水环境改善的主要方法。城市河道空间有限，难以对其重新进行生态化建设，因此在不破坏河道原有结构的基础上，采用一系列的生态修复技术可以使得受损的河流水体生态系统得到恢复。

2 城市河道生态整治工程

对于有条件进行工程化改造的城市河道，可以采用生态工程技术，改善原有只注重河道防洪安全的建设思路，摒弃裁弯取直、直立浆砌石河岸的工程理念，以河道生态构建为主，兼顾河岸景观功能开展河道生态整治工程。

河岸带是陆地和水体两大类生态系统的联系纽带，是河流健康生态系统的一个重要部分。在对城市河道进行生态整治时，首先需要确保河道防洪功能和行洪安全，在此基础上采用生态护岸工程来修复河流的健康生态系统。目前对河岸带的定义尚未有一个统一的标准，不同学科的界定范围不同。广义河岸带是指靠近河边植物群落包括其组成、植物种类多度及土壤湿度等高低植被明显不同的地带；狭义河岸带是指河水—陆地交界处的区域，直至河水影响消失为止的地带[18]。本文中的城市河岸带是根据狭义定义，指城市河道受河水影响的区域及其近岸绿化空间，其主要功能有廊道、缓冲带和护岸三大类[19]。城市化区域的河道中河岸带护岸工程由人工建设，处于水陆交界的第一线，对河流生态功能的修复起着重要作用[20]。因此，城市河道的生态整治工程中，为了恢复城市河道的生态系统健康状态，对河岸进行生态整治具有重要的意义。

建设生态岸带一般可分为自然原型岸带、半自然岸带和人工自然型岸带。自然原型岸带一般是用植被来护岸，利用植物的发达根系来稳固堤岸，既可保持堤岸的自然特性，又能抗洪、保护河堤。自然原型岸带一般多出现在乡村河流，城市河道空间有限，很少采用这种方式[21]。半自然岸带在植被种植的基础上，还采用了石材、木材等天然材料，以增强堤岸稳固和抗洪能力[22]。人工自然型岸带使用了钢筋混凝土等强度较大的工程材料，使得岸带具有较大的抗洪能力。此外，河岸的水生植物能够在缝隙中正常生长。城市河道岸带的空间较小进行生态整治，最适宜采用人工自然型岸带形式。在城市河岸生态整治工程中常用的几种技术是：植草护岸技术、网垫护岸技术、生态混凝土护岸技术。

植草护岸技术，是现阶段应用最为广泛的一种技术方法，该方法施工简单、使用成本低廉。选用根系发达的植物在河道岸带进行种植，既可以稳固堤岸防止水土流失，又可以满足生态环境的需要，还能够兼顾城市景观。在吉林省用当地的牛毛草、翦股颖等8 种草本植物作为护坡植物，河柳等作为迎水面坡脚防浪林的护坡植物，采用此植物搭配对河道岸坡进行生态修复有良好的效果[23-24]。

网垫护岸技术，是通过人工添加的方式在河岸设置网格，并在网格内种植适宜生长的植物，以此方式进行河道岸带的生态改造。这种护岸技术是通过植物的搭配在河岸带构建一个复杂的活性防护体系，通过多层次植物生长对河岸带进行加固的一种生态修复技术。本技术优点是：适应性较好，特别是在汛期，不会因河水水位的上涨而遭到破坏；实用性强，可应用于多种结构形式的堤岸[25]。在河岸中使用网垫护岸技术，岸带的稳固程度会随着植被覆盖率和长势的提高随之提高。有研究显示，河岸植物生长旺盛时，能抵抗冲刷的径流流速达6m/s，是普通草皮的2倍多；河岸植被覆盖率30%以上，只可以承受小雨的冲刷；当覆盖率达80%以上，能够承受暴雨的冲刷[26]。

生态混凝土护岸技术，是采用特殊工艺生产的具有连续孔隙的混凝土进行河岸建设。该护岸具有一定的强度又有透水性和透气性，可以抵抗较大的冲刷，能满足河岸植物生长和水中生物栖息的需要，其优点是可以净化水质环境、改善河道景观并且修复生态系统。生态混凝土主要分为环境友好型和生物相容型两类。环境友好型是指在生产、使用、直至解体全过程中，可以降低环境负荷的混凝土。生物相容型指能与动物、植物共存，对生态平衡协调、河道景观美化、实现人类与自然协调具有积极作用的混凝土。环境友好型生态混凝土通常应用于改善河道绿化环境，如植生型生态混凝土；生物相容型混凝土的应用，则更加注重于水质的改善。生态混凝土是因其空隙多，内部和外部生长的微生物、小动物和藻类可以有效地促进水质的自然净化[27]。将生态混凝土应用于城市河道的岸带建设中，既可以满足河岸的安全防护标准，又有利于河道生态系统的恢复。研究和实地应用结果显示，紫羊毛、无芒雀麦不仅能够很好地生长在生态混凝土上，还表现出了较好的耐碱性和耐旱性[28]。

3 结论与展望

城市河道整治初期太过于注重水利安全，为了满足泄洪、排涝等要求，曾过多地使用混凝土等硬质材料导致水陆空间阻断。随着人们的生态环保意识不断提高，对城市河道水环境的要求也越来越高，不仅仅是景观美化，还需要有亲水空间和健康的河流生态环境。因此，今后对城市河道的治理或开发过程中，不能在破坏河流生态环境的前提下进行，要避免先破坏后修复的整治模式。为了对已经受损的河流生态系统进行修复，可因地制宜地选用河流水环境生态修复技术和河道生态整治工程。

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Advance of Urban River Ecological Remediation Technology

TIAN Jun, ZHANG Chun-min, JIN Zhu-jing, YANG Feng-le

(Yunnan Institute of Environmental Science, Kunming Yunnan 650034, China)

Rivers play an important role in the city’s development. However, the river ecosystem was damaged due to the rapid development of city. In this paper, river aquatic environment restoration technology and river ecological engineering were introduced. According to the environmental characteristics of urban rivers, the suitable and effective technology to repair river ecosystem health could be selected.

urban river; aquatic environment restoration; ecological engineering

2016-12-22

国家“十二五”重大水专项课题(2012ZX07102002)。

X171

A

1673-9655(2017)03-0038-04