城市河流的生态修复研究

张 昭

（同济大学环境科学与工程学院，上海 200092）

河流是生命的源泉，是城市发展的基础。在城市建设过程中，人类频繁的生活生产活动对城市河流造成了一定破坏，出现水体滞流、复氧能力差、淤积严重、透明度低、富营养化、发生黑臭等现象。随着近年来生态文明建设的步伐加快，越来越多的人开始注意到了城市河流的重要价值和人类行为对城市河流环境的破坏。党在十九大报告中将建设生态文明提升为“千年大计”，2021 年颁布的“十四五”规划则强调要加大重点河湖保护和综合治理的力度，基本消除城市黑臭水体，恢复水清岸绿的水生态体系。国家越发重视河流的生态健康水平，因此研究城市河流生态修复具有重要意义。

1.城市河流概况

1.1 城市河流概念及功能

城市河流是指发源于或流经城市地区的河流或河段，包括历史上人工挖掘但现在已具有自然河流特征的运河、渠道等。人类逐水而居，城市依水而立，作为人类生存和城市发展的命脉，城市河流承担着经济功能和生态环境功能这两大主要功能：经济功能包括提供生活用水、生产用水、航运等，生态环境功能包括提供污染净化场所、景观美化、维持城市生态系统等。因此，人类的生活与周边的城市河流息息相关。

1.2 城市河流现状

随着城市化进程的加快，人类活动愈发频繁，城市河流也出现了各种类型的问题，可以分为以下几种类型：

1.2.1 水质污染加剧

水环境中的污染主要来源于生活污水、工业废水这类点源污染和农业废水、地表径流这类面源污染。城市人口的增加、工业与农业的发展、土地利用类型的改变，加重了河流的污染，使城市河流的纳污能力远超其自净能力水环境进一步恶化。

1.2.2 河道硬化、景观缺乏

河流的截弯取直和硬质护岸在最开始主要是出于防洪、行洪的安全需要，但现在却被广泛滥用。目前，城市河流大多采用砌石、混凝土或钢筋混凝土等硬化材料的护坡护岸，“直线化”、“平面化”、“硬质化”严重，这严重阻碍了物质、能量的交流，破坏了河岸带的自然景观与生态风貌。

1.2.3 河流生态系统被破坏

河流生态系统是河流内生物群落与河流环境的统一体，在这个统一体里，生物与环境相互影响，健康的城市河流生态系统应该是动态的、开放的、相对稳定的。然而，城市河道的硬化断面使得河道与生态系统其他成员之间的信息沟通和物质交流被阻碍，生态系统的自我维持能力和恢复能力下降，进一步导致生态系统瘫痪。

2.河流生态修复

2.1 河流生态修复的目标与原则

河流生态修复是使河流生态系统恢复至近似于未被破坏前的状态，并且具有自我维持动态均衡能力的复杂过程。河流生态修复着眼于河流生态系统的整体性，重视恢复生态系统的结构与功能，强调遵循河流地貌学原理，并把生物群落多样性作为衡量标准。

我国正处于经济社会发展的重要阶段，如果仅为了恢复河流生态而大规模拆除水利设施等，这将是不切实际的，因此城市河流生态修复目标应结合我国的实际国情。根据我国国情，城市河流生态修复的目标不是让河流完全恢复到未被破坏前的原始状态，而是充分创造有利条件，发挥河流生态系统的自我恢复功能，形成新的动态平衡，促进河流生态系统的稳定和良性循环。

在进行城市河流生态修复时应重点关注以下几个原则：

2.1.1 系统性和整体性原则

河流生态修复是建立在一定的基础上的，这个基础包括水体各理化性质良好，不存在危害生物生存的有毒有害物质，水质水量相对稳定等等，城市河流的污染治理与生态修复是相辅相成的，污染治理是前提，生态修复是保障。因此要把城市河流的生态修复与城市整个生态系统建设结合起来，注重流域内水网和管网的治理修复工作。

2.1.2 自组织和自修复原则

采取适当的人为措施来创造有利条件，使已受损的生物群体及生态结构得到修复，充分利用河流生态系统的自我调节能力，让系统内各个要素相互作用、循环耦合，实现生态系统自我维持、自我协调的良性循环，使河流系统朝着自然、稳定、健康方向发展。

目前已有的研究成果对深厚覆盖层上坝基廊道的应力变形规律认识尚不成熟，长河坝大坝坝高和地震烈度远超过已建类似工程，坝基廊道安全性问题更为突出，开展坝基廊道的应力变形规律研究对保障坝基廊道的安全性有重要意义。本文采用基于子模型法[6-9]的三维非线性有限元对深厚覆盖层中的坝基廊道进行了精细模拟，先后对大坝-坝基整体及坝基廊道进行了地震时程动力计算，分析坝基廊道的静动力特性，评价其抗震安全性。

2.1.3 多样性原则

生物多样性是维持生态系统平衡和健康的基础，也是修复效果的衡量标准，因此要坚持生物多样性原则，引入本地物种，设置生态廊道，使生态系统复杂性增大。河流形态多样性是生物群落多样性的基础，因此要遵循河流地貌学原理，恢复河流自然蜿蜒的形态。

2.1.4 功能性原则

河流生态系统的健康依赖于河流各项功能的满足，因此需要制定合理的指标体系来表述各项功能。河流系统的各项功能在不同时间段和不同河段，具有不同的重要程度，因此在修复过程中可以优先考虑河流的主要功能，协调次要功能，并依此来确定相应的指标。

2.1.5 景观性原则

河流生态修复中应引入景观设计的内容，做到自然景观与人文景观有机结合，不仅具有美学的意义，也兼具文化、休闲的功能，带给人们美好的享受，满足人们亲近自然的需求。

2.2 河流生态修复技术

按照修复的对象不同，可以将目前常用的生态修复技术分为三类：水质修复技术、生态护坡技术以及河道景观设计。

2.2.1 水质修复技术

2.2.1.1 植草沟。植草沟是指由植被覆盖、能够输送雨水径流并控制流量、通过过滤吸附作用有效削减污染物的海绵城市设施，主要针对的是雨水径流面源污染。植草沟中的植物和渗滤层可以过滤、吸附雨水径流中的污染物，能够有效去除固体悬浮物、有机物、氮、磷等污染物，起到提升水质的作用。

2.2.1.3 生态清淤。生态清淤又叫环保清淤，是为改善水质和水生态环境而进行的清淤，目的是减少二次污染。生态清淤工程通过将河道中富含污染物质和营养物质的上层淤泥和悬浮状污泥清除，减少底泥中污染物和营养物质的二次释放，改善水质，恢复水体自净能力，同时整个清淤过程对河道生态系统和周围环境的破坏和影响降低到最小。

2.2.1.4 生态浮岛。生态浮岛是无土种植技术与生物修复技术的结合体，生态浮岛主要是通过植物的根系来达到净化水体的效果，浮岛植物的根系可以吸收和吸附氮、磷，根系也能分泌酶类促进水中有机物的降解，同时，根系与微生物可形成相互协同效应，共同降解水中的营养盐类。除了净化污染水质外，生态浮岛还为鸟类等提供了栖息地，增加了生物群落多样性。

2.2.2 生态护岸技术

生态型护岸具有显著的生态功能，是护岸修复的理想形式。生态型护岸一般可分为三种类型：

2.2.2.1 自然原型护岸。即植物护岸。主要通过植被根系的力学效应和水文效应来护坡，既能满足生态环境需要，又具有景观美化效果。

2.2.2.2 自然型护岸。在植物护岸基础上，采用天然石材、木材护底。这种护岸施工方便、抗冲刷能力强、有一定的自愈能力。

2.2.2.3 多自然型护岸。在自然型护岸的基础上，采用生态砖、石笼等材料。这种护岸施工方便，抗冲刷能力强，综合经济效益也比较高

2.2.3 河道景观设计。河道景观设计要从以下方面开展：拆除不必要的水利设施，恢复河道的连续性；合理规划河道整治方案，因势利导，尽可能保留自然弯曲的蜿蜒河道；运用植石法，改变河道单一的水流状态，增加河水的流动多样性；乔灌草有机结合，建设富有层次的河岸带缓冲区。

小结

通过对城市河流的概念、功能、现状的介绍，以及对河流生态修复的目标、原则、技术的详细阐述，可以发现城市河流的生态修复具有广阔的研究和应用前景。在今后的研究中，应注意河流生态修复的多学科交叉性，要广泛集中不同专业的技术人员，研究先进的技术方法和手段，规范修复工作流程，使河流的生态修复具有更高的实用性。