硬质河底生态修复方案分析——以南京市友谊河为例

张 力，王丽君，王 宁，周小华，花剑岚，李 萍

（南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京210022）

0 引 言

河岸带是河流生态系统与陆地生态系统进行物质、能量、信息交换的一个重要过渡带，并成为两者相互作用的重要纽带和桥梁。其生物群落的组成、结构和分布格局对河流生态环境的改善有着重要的作用[1]。受传统水利工程和城市防洪排涝需求的双重影响，很长一段时间以来，普遍做法是用混凝土、预制块、浆砌石、干砌石等硬质材料修筑护岸及护底。这种硬化河道做法起到了一定的防洪防除的作用[2]。但是从生态角度考虑，硬质护岸、护底等隔绝了水域与陆域生态系统联系，致使河、湖生态系统形成封闭，不利于河流生态系统对水体自净能力的发挥和自然生态系统的修复。

现结合南京市友谊河（秦淮段）工程对硬质河底生态修复方案进行探讨。

1 工程概况

友谊河（秦淮段）位于南京市秦淮区，河道起于长巷桥，于新石杨路桥位置处入秦淮河，全长约2.4 km（见图1）。河道流域范围内雨水主要通过沿线市政道路下雨水干管及排涝泵站排入友谊河，最终通过石杨路泵站排入秦淮河。河道全线除宁芜铁路沿线河道左岸河底未护砌，其余大多为雷诺护垫硬质护底，局部为钢筋混凝土及浆砌块石硬质护底。此外，河道内现状有约800 m2浮床，局部段散布挺水植物。

图1 友谊河（秦淮段）河道区位示意图

2020 年友谊河（秦淮段“下同”）水环境提升工程，拟对河道采取控源截污、环保清淤、生态修复等措施，提升友谊河水质。

2 设计思路

大量研究表明，只有外源污染得到有效控制，水体富营养化控制和生态修复才能花最小的代价实现预期目标[3]。该项工程结合区域雨污分流改造工程、市政雨水泵站水质净化站等相关工程建设，通过控源截污工程完成友谊河截污。工程实施后无明显点源污染源直排入河；并通过环保清淤将河道硬质护底以上淤泥全部清除。从而，为水生态修复奠定了基础。

依据河道周边区域发展情况，友谊河处于中心城区，其生态修复重点应放在河道内部的微地形构建、护岸改造、水质净化及生态种植[4]。结合河道特点（护砌、护底）、绿化现状及项目重点，水生态修复主要采用了增氧、浮床、水生植物（主要是沉水植物）等生态修复手段（见表1）。

3 工程设计

3.1 人工增氧

人工增氧是河道生态治理的一种有效技术手段[5]。常见的人工增氧主要分为表面曝气、潜水射流曝气及鼓风曝气等设备[6]。

（1）表面曝气：主要利用机械的搅拌作用，使气、水接触界面不断更新，将空气中的氧气不断地向水体中转移[7]。利用该原理制成的人工增氧设备主要包括叶轮式增氧机、水车式增氧机、喷泉式增氧机及涌浪式增氧机等，该类曝气设备以漂浮式安装为主。

（2）潜水射流曝气：将来自鼓风机的压缩空气和来自水泵的加压水在射流曝气机的混合室里剧烈混合，然后高速地从射流器的喷嘴向外喷出，以达到提高水中溶解氧含量的目的[8]。潜水射流曝气设备主要是漂浮式或沉水式安装，空气与水体在水面以下完成充分混合。

（3）鼓风- 微孔曝气系统：利用空压机将压缩空气通过管道输送至安装在水体底部的空气扩散装置，使空气形成大小散乱的气泡群，气泡经过上升和随水循环流动，最终在液面处破裂，以完成水体复氧。鼓风曝气的设备可以固定在岸上，也可以安装在浮船上[6]。

表2 为不同人工增氧方式对比表。

对人工增氧各类型进行比选，从氧转移率角度出发，选择了鼓风- 微孔曝气系统作为该工程的主要增氧方式，河道沿线设置鼓风- 微孔曝气系统，鼓风机安装在河岸上，曝气盘配重后固定在硬质护底上。

3.2 人工浮床

对于城市河道，挺水植物和浮水植物种植面积不宜大于治理河道水域面积的30%[9]。为保持景观协调性，该工程人工浮床参照现状浮床形式，沿河道两岸在河道上、中游进行布设。

3.3 沉水植物

结合工程投资，沉水植物主要设置在友谊河（秦淮段）中游总长约190 m 的河道河底集中布置，品种主要选择苦草，但河底为雷诺护垫硬质护底，并不适宜沉水植物直接种植。对硬质河底生态修复的方法进行总结分析：

（1）再生式生态修复法：该方法是一种彻底的生态修复方案，需要拆除现有硬质护岸，并对现状进行生态恢复。根据河流自身特点与河道内生物栖息、繁殖的需要，合理设置浅滩、湿地、绿化带等，为生物创造栖息、繁殖空间，实现水陆生态再联系[10]。

表1 河道类型及生态修复设计重点分析一览表[4]

表2 不同人工增氧方式对比表

（2）新槽开挖技术：该技术是在现状河道河底再次挖深，在挖深后形成的区域修复并营造水生态环境[10]。

（3）一种硬质河底的水生种植槽结构：在网格箱体内设置土工格室。土工格室内置种植土及粒径4～8 mm 的碎石，种植土填充于碎石的间隙中，并种植水生植物[11]（见图2）。

图2 一种硬质河底的水生植物生态种植槽结构设计及施工现场组装图

（4）一种用于硬质河底生态改造的系统：硬质河底上铺设若干块由天然砂石制成的生态植草砖，砖上设有沉水植物的种植土层（见图3）[12]。

图3 一种用于硬质河底生态改造的系统设计图

基于历史原因，雷诺护垫硬质护底在该工程中不宜拆除。即：方法（1）、方法（2）难以应用于该工程中；方法（4）一种用于硬质河底生态改造的系统，需要制作特质的生态植草砖，限制了施工进度；方法（3）中所有材料都为市场上常见材料，施工难度也较低。经综合比选后，该工程选择方法（3）一种硬质河底的水生植物生态种植槽结构作为沉水植物修复方法。

此外，沉水植物的生长受光照强度、营养盐、底质、悬浮物、水流、温度等多种因素影响。其中，光照强度是水生植物，尤其是沉水植物生长的主要限制因子[13]。在实际测量过程中，往往不是测量水体光强，而是测量水体透明度[14]。沉水植物种植区应确保3 h 以上光照，透明度小于种植水深二分之一的水体不宜种植[15]。该工程沉水植物种植区域水深在3.4～3.8 m 左右，即：要求透明度达到1.9 m 以上时，沉水植物的构建才具备可行性，而该河段水体的透明度在0.5 m 左右。因此，该工程必须采用辅助手段促进沉水植物的恢复，即：设置了包括食藻虫等可快速提高水体透明度的辅助技术手段[16]。

4 结 语

结合实际的工程案例，介绍了增氧、浮床、沉水植物等生态措施在硬质河底、生态修复中的应用。其设计方案具有一定代表性，可供类似工程参考。