基于北方缺水城市的河道生态修复工程——以芦河水生态治理为例

郭玮，陈浩，赵虹瑞

（1.北京北华中清环境工程技术有限公司，北京 100176；2.南京大学建筑规划设计院有限公司，南京 210024）

1 流域概况

芦河流域位于榆林市西南部，靖边县北部。靖边县城地处鄂尔多斯台地南缘与黄土高原北部过渡地带，白于山横亘于南，毛乌素沙漠绵延于北，靖边平原呈东西走向居中，全县地势南高北低。

芦河属黄河一级支流无定河的主要支流，主流发源于靖边县南部的白于山地，上源两个支流东、西芦河在靖边县城区汇合，由南向北流经靖边、横山两县，在横山区石马洼汇入无定河。本项目芦河位于上游，串联上游王家庙水库大坝、城市建成区和郊野区，总长7.929 km。芦河贯通中心城区，串联了城市南北功能及产业的发展，紧靠城市主中心，与城市主轴交汇的区域是未来建设的重点。

2 现状问题分析

2.1 河道流量小

芦河发源于白于山区，靖边县城位于其中游，芦河从县城穿过，是城区唯一的河流，芦河水体受库坝截流的影响，导致常流量较小，枯水期常年断流。此外，芦河地处半干旱气候条件，蒸发量大，也是河道流量损失的重要原因[1]。

2.2 河流生境退化严重，河道生态平衡受损

研究区部分河道为土质河床，两岸可见到塌陷裂缝，水土流失现象严重。由于气候变化和人为因素，地下水下降，河道断流，湿地萎缩，而且大量植株死亡后与泥沙混合沉积水底，抬高河床，使很多河道出现了沼泽化，甚至填埋河道。且工程区内桥梁、道路、闸坝跨越动物活动的通道，损害区域动物集聚的完整性[2]。

2.3 生物多样性较低

河道生态破坏导致水生植被受损，植被盖度显著降低，且部分河段水生植物种类单一，基本无沉水植物、漂浮植物，主要以挺水植物为主。生物群落多样性也随之降低，水生生态系统功能受损，生态系统稳定性下降。

2.4 初期雨水对水质影响大

芦河河道流量随季节变化而暴涨暴落，夏秋汛期内有雨洪水补给，水大流急，泥沙俱下，水流浑浊。雨水溶解了空气中的大量酸性气体、汽车尾气、工厂废气等污染性气体，降落地面后，又由于冲刷屋面、沥青混凝土道路等，使得初期雨水中含有大量的污染物质，初期雨水的污染程度较高，甚至超出普通城市污水的污染程度，经雨水管直排入河道，也给芦河水环境造成了一定程度的污染。

3 设计目标和策略

3.1 设计目标

提高水生生物多样性，构建健康的河流水生态系统，发挥河流生态自净功能，提高芦河水质的安全保障能力。

3.2 设计策略

1）保护和恢复河流形态的多样性。通过采用非规则断面或深潭浅滩交错布局等方式，保持河流横纵断面形状的多样性，尊重河流原有的自然断面形态，尽可能避免河道断面的均一化[3]。

2）为植物生长和动物栖息创造条件。河床是悬移质和推移质长期运动形成的，由不同粒径的卵石、砾石和沙土组成，适于水生植物、湿生植物及微生物生存，不同粒径卵石的自然组合，又为鱼类产卵提供了场所。保持水流纵向的连续性、生态廊道的连续性，可为植物生长和动物栖息创造条件，为鱼类产卵提供条件，给鸟类和水禽提供栖息地和避难场所。

3）利用生态系统自我修复和自我净化功能。基于河流生态学理论，利用生态系统的自我修复和自我净化功能，应用人工水草、水生态系统等经济适用的生态技术，通过恢复和平衡生态系统来净化水体，达到长效改善水质的效果，实现河道水环境改善和生态治理的目的[4]。

4 生态工程措施

4.1 河道原位治理工程

4.1.1 河流敞水面工程

河流敞水面段位于城区位置，以大水面为主，该部分河道两侧为主城区，对景观效果要求较高。由于水深较浅，近岸侧河底未清淤，水质较好，活水效果较好等特点。采用“水生植物恢复+推流曝气+水生动物恢复”的治理模式。

水生植物的选择考虑污染物去除效果好、耐寒的品种。挺水植物种植选择芦苇、蒲苇、香蒲、芦竹、花叶芦竹、千屈菜、黄花鸢尾。浮叶植物选择耐寒睡莲、萍逢草、荇菜、水鳖；沉水植物选择苦草、菹草、狐尾藻。

水生动物投放根据能量塔原理和食物链食物网的物质流动原理，在河道中配置不同品种的野生鱼类（包括草食性、植食性、肉食性鱼类）及其他水生动物。底栖动物选择河蚌和螺蛳。鱼类选择滤食性（鲢鱼、鳙鱼）、草食性（草鱼）、杂食性（鲤鱼、鲫鱼）、底栖动物性（青鱼）、肉食性（鲌 鱼、鲶鱼、乌鳢）。由于底栖动物净化水质能力较强且不会影响水生植物的生长，为营造良好的生境，在水生植物群落构建完成后，先构建底栖动物如幼蚌和螺蛳，以净化水质，待后期水生植物生长稳定后再构建鱼类群落。鱼类放养分批进行，由少及多，逐步增加。

根据水动力模拟分析，敞水面河段个别位置水动力条件较差，水体流速较慢，易造成污染物的富集。根据河道设计水深要求，在1.0 m 水深位置增加推流曝气设备，增强局部区域的水动力条件，减少死水区的形成[5，6]。

4.1.2 河道子槽工程

河道子槽段位于芦河下游，水利清淤后呈宽阔河道效果，由于河道补水量较小，为减少河道蒸发量和渗透量，同时保留原有河道子槽的景观效果，在河道内构建河道子槽作为常水位时的主要通道，原有河道作为行洪河道。子槽构建采用恢复近自然蜿蜒河道形态，采用“近自然河道子槽修复+河道表流人工湿地”的治理模式。

河道表流湿地工程主要针对剩余入河污染物进行净化。根据河流具体宽度，考虑河道生态景观效果，布置河道表流湿地工程。河道表流人工湿地设置采用“多塘净化技术”与“表流人工湿地技术”相结合，采用“沉淀塘+挺水植物塘+浮叶植物塘+沉水植物塘”相结合的方式，在同一区域内种植相同的水生植物，保证同一区域内植物生长的优势种，减少不同植物之间的竞争作用，加强植物的生长速度，进而增加植物的污染物削减能力。表流湿地工艺流程图如图1 所示。

图1 表流湿地工艺流程图

4.2 河道异位治理工程

河道异位净化工程主要为异位人工湿地工程。限于河流子槽段河流原位湿地有限的河水处理量，为保证河流下游考核断面水质达标，在河道下游设置异位人工湿地，将河水提升至人工湿地处理达标后，再排放入河流下游。

项目区冬季低温情况，冬季冻土层较厚，易造成管道结冰影响湿地运行，选择水平潜流工艺；考虑河水泥沙问题，预处理采用生态稳定塘对河水中泥沙进行沉降。湿地采用“进水沉淀塘+水平潜流湿地+出水稳定塘”的模式。如图2 所示。

图2 异位湿地工艺流程图

4.3 多功能雨水湿塘工程

针对初期雨水，构建雨水湿塘，对初期雨水进行统一收集储存，后排入污水处理厂处理，减少初期雨水污染。

多功能雨水湿塘主要由沉降区和蓄水区组成，沉降区主要用于沉淀初期雨水携带的泥沙及其他固体污染物，蓄水区主要用于储存暴雨时形成的大量初期雨水，起到调蓄控污的作用。

植物选择：雨水湿塘根据季节变换间歇性运行，因此，在植物选择方面，选择挺水植物千屈菜、芦竹、黄菖蒲、湿生植物水葱、蒲苇、香蒲。如表1 所示。

表1 主要湿地植物

5 结语

针对芦河水质超标、生物多样性低、水体自净能力差的现状，利用河道区域，根据现状河道改造，设计过程中考虑对周边环境的影响，遵循最小工程量原则，减小对周边区域的影响程度。通过原位、异位湿地工程设计、地形改造和植被恢复等措施实施生态修复，营造鸟类、鱼类栖息地等多种类型生境的功能，增加生物多样性，完善食物链的结构，建立完整和健康的水生态系统。通过多功能雨水湿塘设计，削减初期雨水对河道水质的影响，对河道水质达标提供保障。