生态修复技术在河流湖岸治理中的工程应用

仪慧民

（北京昊能环保科技有限公司，北京 100044）

1 引言

水是人与动植物赖以生存的生命之源，环境是人类存在及发展的基础，因此，人类与环境之间的和谐相处是一个永恒话题。城镇化与工业化进展的加快，给周围环境带来了一定程度的损毁，同时也破坏了人类与自然环境之间的初始动态平衡，导致周围环境中动植物种类及数量减少，水体质量下降及自净化能力弱化等一系列连锁问题。此外，人类早期对自然环境重要性认识不足，环境保护理念不科学，修复技术及措施不合理，人与自然和谐发展意识不强等，最终导致河流湖岸周围生态环境的动态平衡及服务功能遭到破坏。

为了维持人类生存环境，开展河流湖岸生态环境修复迫在眉睫。针对小型河流，张凤英［1］对水生态修复的原理、策略及其配套设施进行分析，探究水生态修复过程中附属设施在修复过程中的作用，最后将相关研究成果应用于七节河项目，取得良好的水生态修复效果。依托重庆御临河水生态修复工程，谢莉［2］对生态修复技术在河道治理过程中的应用进行了总结分析，提炼修复技术要点及优势，并将相关成果应用在具体项目，取得良好的治理效果。许继军［3］对国内外河流生态修复技术的发展、修复技术手段进行系统总结，并对近自然治理理念进行详细阐述，提出基于近自然治理理念下的河流生态修复原则及对应技术。徐林筝［4］以漳州市区内的河流水环境为研究对象，重点对市区河流水质状况进行调研分析，提出针对性的修复措施，介绍了具体项目的实施方案。余强［5］主要针对江西省河道特征，针对性地介绍了河道堤岸的修建技术，以期为江西省河流生态治理提供参考。此外，孙英［6］、江惠霞和肖继波［7］、乐茂华等［8］、刘志龙［9］以及彭攀等［10］分别从不同方面对水环境污染及其治理技术进行研究，取得了丰硕成果。然而，针对生态修复理念和技术在河流湖岸治理中的研究及其应用还不够全面细致。

本文依托拾得湖生态修复工程，在介绍河流湖岸生态修复理念及目标的基础上，将河流湖岸生态修复技术分为物理、化学以及生物修复三大类，并详细阐述了这三大类修复技术中常用的工程技术措施，最后将修复措施应用于依托工程，并取得了良好的实施效果。

2 河流湖岸生态修复理念及目标

河流湖岸生态系统主要由河流湖岸环境与其附近及内部生物群落两大部分共同构成。其中，河流湖岸环境主要包括水资源（数量与质量）、河流湖岸所处地域气象、河流湖岸形态及其结构等；生物群落主要包括动植物及其寄生微生物。河流湖岸环境决定了其附近及内部生物群落的种类、数量及其生存环境，生物群落反过来又决定了河流湖岸环境的生态系统，两者互为依存。河流湖岸生态系统初始是以太阳能为能量交换的内在驱动力，由河流湖岸环境、动植物及其寄生微生物之间进行物质转变与能量交换的平衡系统。在通过植物作为生产者、动物作为消费者以及微生物作为分解者的生物群落与其周边环境相互影响、相互依存的动态过程中，河流湖岸生态系统达到一种内在的发展平衡，进而使得河流湖岸具有自净化能力。

随着城镇化与工业化的迅速发展，河流湖岸生态系统的初始状态及其内在平衡遭到一定程度破坏，进而导致河流湖岸自净化能力减弱以及河流湖岸生态系统完整性缺失。城镇化与人口规模的持续增加使得河流湖岸生态完整性进一步丧失，河流湖岸环境被进一步破坏，原有蓄水、滞水、滞洪功能逐渐消失，进而为城镇洪涝灾害发生以及生存环境破坏埋下隐患。

河流湖岸生态修复理念以重建河流湖岸原始生态环境的内在平衡为基础，基于动植物及其寄生微生物所进行的物理、化学以及生物作用，借助人类干预的各类生态修复技术，进而达到河流湖岸生态环境与人类生存环境之间的二次平衡，最终实现人与自然的和谐相处。

为了实现河流湖岸生态环境与人类生存环境之间的和谐相处，首先要保证河流湖岸水资源污染被控制及其安全性被保障的目标，这是生物群落生存与发展的基础保障；其次要达到河流湖岸形态及其结构多样化的目标，这是生物群落多样性繁衍的生存空间保障；再次要实现河流湖岸环境中生物群落生存动态平衡性的目标，这是生物群落影响河流湖岸环境的方式保障，最终实现人与自然的和谐相处。

3 河流湖岸生态修复技术

为了使遭到破坏的河流湖岸生态系统尽快恢复到初始动态平衡中，就必须采取诸如物理、化学以及生物修复技术，进而弥补人类活动给河流湖岸生态系统带来的破坏及其引起的损失。

3.1 物理修复技术

物理修复技术是基于物理学原理，通过采取一定的工程措施或方法，去除或转变河流湖岸生态系统中受破坏或污染部分的一种技术手段。

3.1.1 截污分流措施

人类生存活动过程中不可避免会产生各类污染物（如污水、垃圾等），这些污染物如直接排入河流湖岸会在一定程度上破坏河流湖岸生态环境的动态平衡。截污分流措施主要是通过建设或设置各类污染物处置系统（如污水处理厂、人工湿地等）或设备（如排污管道、垃圾箱等），对人类活动产生的污染物进行处理达标后再排入河流湖岸，进而最大程度减小污染物对河流湖岸生态系统动态平衡的影响。污染物排河标准及体量应该控制在河流湖岸自净化能力范围之内。

3.1.2 引水稀释措施

河流湖岸生态系统遭到破坏以后，其水资源质量下降，进而导致河流湖岸自身的净化能力减弱。为了恢复河流湖岸自净化能力，可通过向河流湖岸引入未受污染的清洁水或原生态水来降低河流湖岸的受污荷载或单位水体污染物，加速河流湖岸水体的流动速度，提高河流湖岸的自净化能力。典型的“引江济太”工程就是通过将长江原生态水体引入太湖来降低太湖水体的受污荷载，进而恢复太湖的生态环境。引水稀释措施不能从根本上解决河流湖岸生态污染问题，因此其主要作为河流湖岸生态修复的辅助措施。

3.1.3 底泥疏浚措施

河道底泥中的有机物在霉菌作用下会吸收河流湖岸水体中的氧气来进行化学分解，并产生各类恶臭气体（如硫化氢、磷化氢等），进而降低河流湖岸水体的含氧量及其自净化能力。底泥疏浚措施主要是清除河道一定深度的污泥，进而降低底泥对河流湖岸水体及其自净化能力的影响。但是，底泥疏浚过程中可能会破坏河流湖岸生态系统中的既有生物链系统，从而对河流湖岸生态环境产生二次破坏。此外，底泥疏浚的工程量大，投资成本高，施工周期长，因此应该谨慎采用底泥疏浚措施对河流湖岸生态系统进行修复。

3.1.4 人工除藻措施

河流湖岸水体表面的藻类大面积暴发时可能会对河流湖岸水体质量产生一定程度的负面影响。因此，可以对河流湖岸水体表面的藻类采取人工清除措施，进而降低藻类富营养化对河流湖岸水体质量的影响。人工除藻只能暂时性去除河流湖岸水体表面藻类，难以从根本上解决水体富营养化带来的问题，故人工除藻措施主要作为藻类大面积泛滥的紧急或临时性措施。

3.2 化学修复技术

化学修复技术是基于有机化学组分之间相互反应的原理，通过借助各种化学药剂来对河流湖岸生态系统中受破坏或污染部分进行化学组分分解及重组来降低或消除污染物的一种技术手段。

3.2.1 化学除藻措施

化学除藻措施主要是通过向河流湖岸水体中添加各类化学药剂或药品来达到除藻目的。化学除藻措施的操作简单，施工方便，人力成本低，但化学药剂或药品的添加可能会对河流湖岸生态环境造成二次破坏，故应该谨慎使用。相比人工除藻措施，化学除藻措施适用于人力紧张及成本较高、藻类面积巨大的情况。

3.2.2 化学除磷措施

化学除磷措施主要是通过向河流湖岸水体中添加脱磷剂或铁盐来促进水体中磷沉淀，进而达到治理河流湖岸水体富营养化的目的。与化学除藻措施相似，化学除磷措施也可能会对河流湖岸生态环境造成二次破坏，故应谨慎使用。

3.2.3 化学固化措施

化学固化措施主要是通过向河流湖岸水体中添加碱性或酸性物质，调整河流湖岸水体pH，达到河流湖岸水体中重金属盐化的目的，进而降低或阻止重金属融入河流湖岸水体，最终保护河流湖岸生态环境免受破坏。化学固化措施的操作简单、见效快，是治理重金属污染水体的主要措施之一。

3.3 生物修复技术

生物修复技术是基于生物学原理，利用生物的生命代谢活动来减少或消除河流湖岸生态系统中受破坏或污染部分，进而恢复河流湖岸生态系统动态平衡的一种技术手段。

3.3.1 人工曝气复氧措施

人工曝气复氧措施主要是通过各类机械装置或设备来人为向河流湖岸受污水体中添加氧气，提高河流湖岸水体中的含氧量，改善河流湖岸水体中好氧生物的生存环境，进而提高河流湖岸自净化能力，最终实现河流湖岸生态环境改善的目的。

3.3.2 人工投放微生物措施

人工投放微生物措施主要是人为向河流湖岸受污水体中投放各类微生物菌剂，利用微生物菌剂对受污水体中的污染物进行针对性处置，以期净化水体，恢复河流湖岸生态环境动态平衡。

3.3.3 人工设置生物膜措施

人工设置生物膜措施主要是人为在受污染河道中设置各类生物膜来增加受污染河流湖岸中的生物种类与数量，改善河流湖岸水体中微生物的生存环境，提高河流湖岸水体的自净化能力，恢复河流湖岸生态环境的动态平衡。

4 河流湖岸生态修复技术的工程应用

4.1 项目工程概况

拾得湖位于河北省邢台市任泽区，占地面积约6.4万m2，包括东、西两个湖。项目所在地的地下水资源主要以浅层淡水为主，地下水埋深由四周向中间变浅，陆泽洼地的地下水埋深约3.0 m，东西两区水位埋深均大于8.0 m，北部漏斗区水位埋深6.0～18.0 m。拾得湖为建筑垃圾、生活垃圾填埋场所，通过采用各类生态修复技术，拟将其改造为景观湖供游人观赏。

4.2 生态修复技术

为了有效改善拾得湖的生态环境，拟采用物理、化学以及生态修复技术，主要包括人工物质迁移系统+水下森林+挺水植物塘+表流湿地。

4.2.1 人工物质迁移系统

人工物质迁移系统的构建原理比较简单，进入水体的绝大部分污染物通过物理化学作用和生物化学作用，经沉淀吸附被富集在河道底泥中，再通过底泥微生物的矿化作用被转化为无机态化合物，在水生植物生长过程中，伴随光合作用和呼吸作用，底泥无机态营养物质被吸收合成为植物组织，最终通过植物收割移出系统。

4.2.2 水下森林

通过密集种植沉水植物、改善土壤、添加生态矿物基等技术手段，创造一个适合沉水植物生长的良好环境。沉水植物构成的“水下森林”，可以大幅度降低水体氨氮浓度，其通过吸收水中的营养盐，竞争养分和光照，可抑制藻类生长，避免水中富营氧化等；同时为水生动物提供庇护所、食物和产卵环境，从而构建起一个生态链平衡系统，使得流动或封闭的水体保持常年清澈见底。

4.2.3 挺水植物塘

挺水植物塘通常是利用天然沼泽、废弃河道等洼地改造而成的，水深小于0.5 m，填以渗透性良好的土壤，生长着各种挺水植物，污水以比较缓慢的流速和较浅的水深流过土壤表面，经过系统中各种生物、物理、化学作用，从而实现水质净化。

4.2.4 表流湿地

表流湿地类似于天然沼泽湿地，通过湿地中的植物茎叶阻拦、土壤吸附以及水中微生物分解来达到去污效果。湿地中的植物进行光合作用可以有效增加水中含氧量，改善含氧微生物的生存环境，激活含氧微生物的生命活力，进而加快水中去污速度，达到提升水体自净化能力的目的。

4.3 技术实施效果

拾得湖采用生态修复技术前后对比如图1 所示。拾得湖在生态修复之前，水体质量不达标，湖周围的动植物种类及数量匮乏，环境恶劣，水体自净化能力退化严重。在采取各类生态修复措施以后，拾得湖的生态环境得到有效改善，水体质量满足各类规范要求，水体自净化能力得到有效提高。综上，生态修复技术在受污染湖泊水体改善方面具有广阔的应用前景和良好的实施效果。

图1 拾得湖生态修复效果对比

5 结语

依托河北省邢台市任泽区拾得湖生态修复治理项目，在重点介绍河流湖岸生态修复理念及其目标的基础上，对物理、化学以及生物三大类技术的具体工程措施进行阐述，最后将生态修复措施应用于实际项目中，取得了良好的生态修复效果，总结如下：

（1）河流湖岸生态修复理念以重建河流湖岸原始生态环境的内在平衡为基础，结合动植物及其寄生微生物的生长代谢与人类干预修复技术，可以达到河流湖岸生态环境与人类生存环境之间的二次平衡，最终实现人与自然和谐相处的目标。

（2）河流湖岸生态修复技术主要分为物理、化学以及生物修复三大类。其中，物理修复主要包括截污分流、引水稀释、底泥疏浚以及人工除藻等措施；化学修复主要包括化学除藻、化学除磷以及化学固化等措施；生物修复主要包括人工曝气复氧、人工投放微生物以及人工设置生物膜等措施。

（3）基于河流湖岸生态修复理念，将河流湖岸生态修复技术应用于拾得湖生态修复工程，在采取各类生态修复措施以后，拾得湖生态环境得到有效改善，表明生态修复技术在受污染湖泊水体改善方面具有广阔的应用前景和良好的实施效果。