基于水生态文明建设的城市河流生态治理措施

2018-12-10张强

水利规划与设计 2018年11期

张强

(徐州经济技术开发区水务处，江苏徐州 221000)

城市河道能够为城市进行水量输送发挥抗旱抗涝作用。城市河道大多数是后天人工开挖的水道。近年来，随着文明城市建设对城市河道进行生态治理已经迫在眉睫。传统观念对城市河道排水能力的注重，很少对城市河流生态环境进行治理，造成城市河道河水污染严重，水体中含有大量的生活垃圾，并伴随着水体富营养化、水生态系统生物显著减少等河流生态问题[1]。

传统河道生态治理措施是先进行流水量排导，用水流量带走水体污染，通过浇注混凝土、块石对护坡进行改建，实现排水河道的顺畅运行[2]。但是在河道未考虑生态化的情况下，由于混凝土、块石等硬质化材料对水体中的部分微生物会产生影响，导致微生物的生存环境改变，降低了其生物的存活率，加上城市河流生态的抗性较低，很容易造成河流生态的二次破坏[3]。针对上述问题，本文基于水生态文明城市建设的城市河流生态治理措施。对河道斜堤进行重新设计，采用多种方法对河道修复，修复河道生态环境，制定水资源配置和河流监管制度，完成城市河流生态治理。为了保证设计方案的可行性进行模拟实验，试验结果表明设计方法具备极高的有效性。

1 城市河流生态治理方案

基于水生态文明城市建设的城市河流生态治理措施，需要对河道现状以及施工能力规划调研，开展河流生态环境的调查，结合城市对河流的需求以及环境因素，制定早期的城市河流生态治理方案，通过实际调取生态环境样品，对早期制定的方案进行优化[4]，最后拟定出一套有效的治理方案。本文设计的城市河流生态治理方案流程如图1所示。

图1 城市河流生态治理方案流程

1.1 河道堤坡设计

河道斜坡的设计首先要满足最大排水流量以及最小过水断面面积要求，由于城市河道面积的限制，城市内河道多数采用斜坡设计或者垂直于水面的U型过水断面[5]设计，如图2所示。考虑到在城市生活着大量的人口，采用河道斜坡设计，此类设计能减少小型动物或者人等不慎落水，缓坡能够方便搭救，同时为河流生态提供良好的生态聚集地。河底采用“包堤”形式，使用植生型防渗材料对河底进行防渗处理，保证城市河流水体量。

图2 河道斜坡设计

1.2 城市河道修复

城市河道修复过程主要针对水体以及水底泥沙。城市河流普遍存在水体富营养化现象，如果突然减少或者截断营养物的输入，可能会造成依附水体营养物质富集的生态崩溃，从长远生态治理来看，从根本上控制营养物的输入才能改善城市河道水质[6]。本文采用先治理后修复的原则，首先控制外源性营养物的输入，从根本上断绝污染物进入水体的路径，对内源污染物采取截污、污水过滤、除磷等手段进行水质净化，长时间以来，微度污染源排放的污染物相对稳定，其有效的特性、种类、排放量基本相同，因此已经在小范围内形成一个依附于污染的生态圈，此生态圈是建立在非良性循环基础上，因此对水质产生的影响为逆向影响。实践证明，截断营养物的排放能够提升水质，并不会摧毁滋生在污染富集地的生态圈。根据河流水体水质的特性，控制排入水体的营养物总量，为城市河道修复创造条件[7]。

城市河道水质污染得到有效治理后，可以对水底泥沙进行修复。不同地质环境下水底泥沙的组成是不同的，加上不同水体类型造就了不同的水体净化特点，水底泥沙的改善方式比较复杂。本文采取底泥疏浚法对水底泥沙进行改善。挖掘水底泥沙不当可能造成水质氮、磷营养元素的过量富集。而底泥疏浚期间，河流的水流量、蓄水能力不会受到严重的影响，水流量会避免富养物的聚集，防止底泥对环境造成的二次污染。底泥疏浚法虽然前期一次性投入较大，但是治理水底泥沙效果最好，并且能够长时间的保证水体质量。

1.3 修复河道生态系统

随着研究的深入以及修复技术的提升，河道生态环境修复技术已经十分成熟。修复河道生态环境能够构建一套良好的河流生态圈，保证水质、生物、环境、能量交换等良性运作[8]。

使用植物吸收作用[9]改善河道生态环境中的氮、磷等营养物质的富集状态，对于河道生态有毒害作用的重金属元素采用综合吸附的形式进行降解，第一类营养物质被吸收后能够促进水生生物的自身繁衍，为河道生态系统提供基础养料，第二类元素脱毒后能够存储在生物体内或者产生沉积，即使水生植物被剥离了河道生态系统，河道生态系统依然能够正常的运行。

水生植物群落稳定后，河道生态环境中会滋生很多微生物和微型生物，这些水生微生物能够栖息在水生植物群落中，为水生植物的根系进行有机胶体或悬浮物的转化[10]，将大量的养分供给给水生植物群落，大大减少截留过程中河道生态修复时间，增加正向生态循环能力。

长时间微生物沉积后浮水植物发达的根系会增加与水体的接触面积，由于水生植被达到一定的密集程度后会形成一个过滤网络，水流经过后，许多带电离子以及不溶性胶体会沉积下来，为水生生物提供一个繁衍的场所，特别是有机碎屑沉淀，会滋生浮游细菌供养给小型的水生动物，并附着于水植物的根系，河道生态进入内源生长阶段后，小型动物会以凝聚的形式进入生态系统中，实现河道生态重新建立

2 试验验证

为了保证本文提出的基于水生态文明城市建设的城市河流生态治理方法的有效性，设计仿真实验。实验过程中，以某城市护城河为实验对象，对其河流生态系统进行综合治理。为了保证实验的有效性，使用传统河流生态治理方法与本文提出的基于水生态文明城市建设的城市河流生态治理方法进行比较，观察试验结果。

2.1 数据准备

为了保证仿真试验过程的准确性，对测试的试验参数进行设置，本文试验对象是城市河流治理过程，由于不同治理方法中河流的治理能力不同，因此，试验过程中需要保证外环境参数的一致。本文实验数据设置结果见表1。

表1 实验数据设置结果

2.2 对比试验结果分析

试验过程中，由于两种河流治理方法无法进行直接对比，因此使用第三方软件对试验进行记录，本文设计的试验结果如图3所示。

图3 试验对比结果

如图3所示，有机生态循环率能够反应城市河流生态运行能力，循环率越大说明生态系统越稳定，图中本文设计的方法明显优于传统方法，说明本文方法在治理过程中城市河流生态恢复比较完整稳定；ARR指数是反应治理过程中的城市生态指标，ARR指数变化幅度越大，说明治理的越彻底。观察图像发现，本文方法比传统方法ARR指数变化幅度高出2倍。综上所述，本文设计的基于水生态文明城市建设的城市河流生态治理方法具备极高的有效性。