滨海地区城市渠化河道生态修复实践

2023-02-24饶伟民杨凤娟谢海旗

中国水利 2023年3期

饶伟民，杨凤娟，谢海旗

（1.中水珠江规划勘测设计有限公司，510610，广州；2.水利部珠江水利委员会水生态工程中心，510610，广州）

随着城市人口密度增加、建成区面积扩大、人类活动影响加剧，河道渠化引发的水体污染、水质恶化、水陆交错带丧失、生物多样性锐减等问题日益凸显。改善城市滨水空间内河道生态环境、逐步加快恢复河道健康生命，是增强群众幸福感和获得感的重要举措。本文以海南省东方市城市渠化河道竹金沟为例，探讨分析探索生态修复总体思路与方案。

一、河道现状及存在问题

1.河流概况及工程范围

竹金沟位于东方市主城区，处于城市核心功能区与滨海综合发展带的重要区位，集雨面积16.10 km2，干流河长7.20 km、支沟长0.68 km，坡降3.17‰。2015年6月东方市对竹金沟干流下游段及支沟进行防洪排涝整治，干沟整治段下游至出海口约2.52 km，支沟整治0.68 km，河道护坡采用斜坡型式、混凝土硬质渠化直立护岸型式等。为恢复健康水生态，东方市推动竹金沟干沟下游段和支沟生态修复工程，以期构建“水清、岸绿、景美、人和”美丽河湖。

2.主要问题

竹金沟上游汇水区域及沿岸分布大片居民区，沿河两岸及汇水范围内截污系统尚未建成，导致水环境破坏严重。加之整治后的河岸以硬质化材料为主，河流生态系统遭到破坏。竹金沟生态环境现状主要存在以下几方面的问题。

（1）污染持续汇入导致水质超标

由于受到沿河两岸居民生活污水排放影响，水质超标严重。2019年水质监测数据显示，竹金沟水质轻度黑臭，BOD5超标0.77倍，氨氮超标5.10倍，总磷超标5.30倍。

（2）河道生态水量难以得到保障

竹金沟为城区排水通道，降雨期间主要排走城区雨洪；其他时间河道水流较小，有相当一部分为沿河居民排水，河床裸露现象时有发生。

（3）岸线硬化导致生境缺失

竹金沟部分河段建设直立挡墙或其他型式混凝土护岸，生物生长环境缺失。硬化的河岸无法为植被提供良好生长环境，植被难以生长，岸线裸露。

（4）水生态系统破坏导致廊道功能缺失

由于生境缺失，导致水生动植物减少，岸带植被缺乏，水生态系统破碎化，生物群落结构单一，竹金沟河流生态廊道生物栖息地、生物多样性保护、过滤污染物等功能缺失。

二、设计思路

本工程依托集水范围内截污工程和“东方市北黎河至竹金沟水系连通工程”开展水生态修复，通过清障疏浚工程清除河道杂物、淤泥等，为营造河流良好生态系统提供基本条件。水生态系统构建以满足水体排水防涝要求为前提，扣除排水防涝过水断面后，通过水文计算确定各水体河道范围内可用于恢复或构建多自然型河流生态系统的最大空间。同时结合北黎河至竹金沟水系连通工程拟建补水措施和挡潮闸工程形成的闸前淡水环境、闸后感潮环境，以及不同河段水深情况，通过设置汀步、跌水等生境构建措施，综合分析河道宽度、水深、水流速度、感潮特征等生境条件，选择性构建挺水植物、浮叶植物、沉水植物、红树林植物群落，促进形成多自然型河流生态系统。

三、水生态修复设计方案

1.依托工程

（1）主城区主要排水沟截污工程

该工程针对竹金沟两岸排污口污水进行截流和集中处理，收集两岸污水约4100 m3/d。工程投产后将减少污染物入河量，为竹金沟水生态修复提供基础保障。

（2）拟建补水工程

拟建设北黎河至竹金沟水系连通工程（简称“北竹补水工程”），将北黎河水源引入竹金沟支沟南侧的西湖，改善竹金沟生态环境。该工程规模和内容为：新建1座提水泵站从北黎河提水至竹金沟，于竹金沟下游新建1座拦河闸抬高水位将水引至西湖，拦河闸（挡潮闸）的正常蓄水位为2.60 m（85国家高程，下同）。该工程建成后，正常运行工况下拦河闸（挡潮闸）闸前干沟河段将形成相对静止的淡水水体；闸后为出海口段，保留河口感潮环境。

2.清障疏浚工程

根据河底地形现状，沿堤岸护脚外边线，按1∶1坡度对河床清障疏浚，主要包括生态修复工程范围内芦苇、水葫芦等杂草杂物以及污染底泥清除，为水生态修复提供基本条件。

3.水生态系统构建工程

（1）生境条件分析

①水生态修复工程可利用空间分析。水生态修复工程空间的确定应满足工程实施后不降低河道现状行洪排涝能力。工程设计结合2019年7月实测1∶1000地形图及河道断面资料，采用河网一维非恒定流数学模型基本方程，确定工程可利用空间。

②水深及河口感潮特征分析。结合实测1∶1000地形图，北竹补水工程实施后将形成挡潮闸闸前淡水环境，水位2.60 m。根据清障疏浚后河底高程，闸前各河段将形成不同水深，其中琼西路以上水深低于0.60 m，琼西路至挡潮闸水深0.60～2.00 m不等，水深约1.80 m，闸后为感潮环境，水深受涨落潮影响（多年平均高潮位2.05 m，多年平均潮位0.85 m，多年平均低潮位0.20 m）。

③水流速度特征分析。采用MIKE 21模型计算5年一遇防洪标准工况下流速。

（2）确定修复措施

以水生植物为主的生态构建工程，主要受到水深、流速、水体盐度等因素的影响，不同群落的生长受到不同因子的限制。

水深0.8 m以内适宜挺水植物生长，水深0.5～2.0 m条件下沉水植物、浮叶植物可较好存活。在感潮环境下淡水植物难以存活，但却是红树林植物的分布区域。水生植物尤其是沉水植物生长的适宜流速应小于0.7 m/s，超过该流速对植物生长不利，甚至冲毁生态系统。

综合分析竹金沟生境特征，结合不同河段生境条件选择性构建挺水植物、浮叶植物、沉水植物、红树林植物群落，促进形成多自然型河流生态系统，见表1。

表1 水生态系统构建措施综合分析表

（3）生态系统构建设计

①挺水植物群落构建。结合河道宽度及水深，在平面布置范围内，靠河道中心线一侧采用堆块石或木桩护脚，填种植土约0.3 m，并用土工布护土，局部采取土工格栅抗滑。选取再力花、梭鱼草、香蒲、纸莎草等生长能力、水质净化能力强的多年生挺水植物进行种植，植物群落构建断面示意图见图1。

图1 竹金沟淡水植物群落生态构建断面示意图

②浮叶植物群落构建。根据浮叶植物生物学习性，在挡潮闸前水深大于0.8 m河段，以点缀性丛植为主，兼顾组合后形成的景观轮廓形态，充分考虑周边水面景观搭配，重点结合沿河分布的路桥节点进行布置。在平面布置范围内构建种植区，靠河道中心线一侧采用木桩护脚填种植土厚0.3 m，并用土工布护土。

③沉水植物群落构建。结合水流速度、感潮特征，主要于支沟河段河床构建沉水植物群落，在河床种植区域覆盖0.2 m厚种植土，种植沉水植物。

④红树林植物群落构建。针对感潮河段咸淡水交接的自然现状，在竹金沟出海口段河道两侧合适的区域采用松木桩护脚并覆土构建种植带，覆土后高程介于多年平均高潮位至多年平均低潮位之间，种植面高程约为1.2 m（多年平均高潮位2.05 m，多年平均潮位0.85 m，多年平均低潮位0.20 m），构建红树林湿地生态系统，植物群落生态构建断面示意图见图2。

图2 竹金沟红树林植物群落生态构建断面示意图

四、水生态系统构建设计探讨

根据竹金沟水生态修复工程实践经验，对滨海地区河流生态修复设计工作中植物生境构建影响因子、水生植物的关键作用、植物选择、种植区构建等问题进行探讨。

1.植物生境构建影响因子

影响水生植物群落构建的生境因子主要包括水深、流速因子、盐度、潮位等，在工程应用中应予以充分考虑。

（1）水深因子

水深是对水生植物生长繁殖起关键作用的生态因子，但对不同生活型植物影响不一。漂浮植物生长在水体表面，较少受水深波动的影响。沉水植物和浮叶植物可通过补偿生长调节株高、节间距、地上地下生物量分配和形成异形叶等方式调节对水深变化的适应，因此水深对它们的影响较小。挺水植物对水深的适应性较低，水深是其生长最重要的限制因子，较低水深会限制挺水植物生长，较高水深会淹没植株，造成植物根部缺氧，导致死亡。

（2）水动力因子

水动力是决定河流植物分布的主要因素，不同流速河流的优势植被种类明显不同。当前研究结果表明，只有拖曳系数较小的流线型植物能够在水动力较强的河流中存活，在扰动较强（流速0.4～0.6 m/s）的河流中一般只分布伊乐藻等拖曳系数低的植物，当流速超过1 m/s时已无植被存活。

（3）盐度因子

水生植物是淡水和半咸水生态系统的重要组成部分，其分布、丰度受到水体盐度的强烈限制。在滨海感潮地区水生态修复工程中，尤其应详细调查水生植物耐盐阈值与耐盐性。

（4）潮位

潮位因子是滨海感潮地区红树林群落构建时需重点关注的因子。红树林受潮汐的影响较大，主要分布在平均海面稍上与回归潮平均高的高潮位（相当于正规半日潮型的大潮平均高潮位）之间的滩地上。红树林海岸成带分布特点与海滩潮汐成带特点相一致，红树林大多数分布于潮间带的中潮滩上，少数延伸到低潮滩和高潮滩上。在构建红树林植物群落时应结合种植面高程与潮位特征合理选择种植物种。

2.水生植物的关键作用

在竹金沟水生态修复工程进行了4种植物群落构建设计，不同群落分别承担了不同生态功能。挺水植物群落是水生态系统的重要组成部分，不仅能通过吸收营养盐、促进微生物生长、固定沉积物等方式净化水质，还能给许多其他生物提供生境，增加生态系统多样性和稳定性。浮叶植物是大型水生植物的有益组成部分，尤其是风浪较小的水域往往盖度较大。浮叶植物浮在水面进行光合作用减少了藻类生境，且具有一定观赏价值。沉水植物是淡水生态系统结构和功能的重要组成部分，可为浮游动物、水生动物提供重要的食物来源、栖息地，还可抑制浮游植物生长、固着沉积物、降低水体的营养水平进而净化水质。红树林是海洋与陆地之间一种独特生态系统，在净化水质、防风护堤、调节气温、为陆生和水生生物提供饵料和栖息场地、维护河口海岸食物链等方面具有巨大的生态价值。