城市水体近自然生态恢复与海绵城市构建

2024-01-02商侃侃赵坤

科学 2023年6期

商侃侃赵坤

“问题在水里，根源在岸上”是水环境治理和保护的重要观点。通过采用近自然的理念和方法开展水体生态修复和海绵城市建设，可以维护城市人居环境的舒适感和宜居程度，有助于人与自然的和谐共生。

城市水体是指位于城市范围内、与城市功能保持密切相关的水域，包括流经城市的河段、市内河流沟渠、湖泊和其他景观水体。由于城市快速发展和人口大量集聚，人们在生产生活中所产生的氮、磷等营养物质大量进入城市水体，引起水体的生态平衡失调和富营养化，使其丧失了自我调节、自我净化和自我维持的能力，出现了季节性或终年黑臭。截至2017年底，全国295个地级及以上城市共排查确认黑臭水体2100个，严重损害城市景观，影响居民生活和危害身体健康。

中华人民共和国建立后，黑臭水体治理最早可追溯到1996年开始的上海苏州河环境综合整治，但它目前仍然只是初见成效。未来要实现水生生态系统的平衡和人与自然的和谐共生，必须将工程措施与自然净化有机结合，实施城市水体近自然生态恢复与海绵城市建设，恢复并重建生物多样性丰富、结构完整、具自我维持功能的健康水生生态系统。

城市水体是城市生态基础设施的重要组成要素，在社会经济和生态环境等方面发挥着重要的复合功能。一是供应生产和生活用水、接纳雨水和排水并自净，以及溝通航运、景观休憩娱乐等社会经济功能。二是调蓄径流量、防水旱灾害、调节小气候等生态功能。三是为水生和湿生动植物提供栖息、繁殖和摄食场所，并为陆生动物提供食物，维持生物多样性等生态功能。

草型清水稳态和藻型浊水稳态是水生生态系统稳态转换过程中的两个典型状态，它们具有不同的反馈机制来维持其生态系统的稳定。城市水体因为所具备的诸多社会经济和生态功能，长期受到强烈的人为干扰和干预，形成了独有的特征：大多为静止或流动性差的封闭缓流水体，具有与人居环境联系紧密、水环境容量小、水体自净能力弱、易污染等特点，往往面临较高的水质恶化和水体污染风险。在人口密集的城市区域，生活污水、工业废水和地表径流携带大量营养盐进入城市水体，导致藻类暴发和水质恶化，水生生物大量死亡，丧失了基本的生态功能，致使水体由最初的草型清水稳态转变为藻型浊水稳态。

城市水体近自然生态恢复是以构建水质良好、生态系统健康、景观自然美丽、人与自然和谐共生的水系为目标，参照自然水系的状态，应用接近自然、模拟自然的方法，重构动植物关系及其食物网，恢复生态系统的合理结构、高效功能和协调关系，并使系统达到自我维持的状态[1]。以城市景观水体为例，采用乡土水生植物和乡土水生动物，配置具有“湿生—挺水—浮水—沉水”多层空间的“水上—水下森林”结构，按比例投放适量滤食性底栖动物和不同食性的鱼类，进而招引鸟类前来栖息和觅食，形成结构复杂的“草—鱼—鸟”水生生物链和地标性生物群落[2]。同时，采用驳岸软化工法增加水陆连通性和生境异质性，尽可能重塑水体的自然形态和生物间的有机联系，最终形成生物友善型城市水生生态系统[3]。

城市水体近自然生态恢复将德国的“近自然”河溪整治的概念和日本“多自然型”河道改造的技术手法相结合，强调以生态系统理论和基于自然的解决方案为指导思想，充分考虑动植物的栖息地条件，将人工构筑物、大自然有机体和水环境要素有机结合，实现人与自然生命共同体的和谐共生理念[4]。城市水体近自然生态恢复的具体手法分为近自然生态护岸、原位生态修复、水质综合控制与管理三大工程技术体系：近自然生态护岸和原位生态修复是恢复城市水生生态系统的组分和结构；水质综合控制与管理以“生态系统循环法”为指导，基于生态系统的物质循环和能量流动原理，恢复由生产者、初级消费者、高级消费者、分解者等组分构成的完整食物网，促进水体中污染物质的迁移和转化，恢复水体的自我净化和自我维持能力，最后通过收获植物体和高级消费者从而移走它们所固定的营养盐和污染物质，实现并维持城市水生生态系统的草型清水稳态。

“海绵城市”作为新出现的城市雨洪管理的重要概念之一，是指城市能像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性。海绵城市的主要建设思想是：保护城市中原有的河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠等生态敏感区，发挥其像海绵一样的吸水和蓄水功能，并利用天然植被、土壤、微生物等物质手段治理水环境，再结合生态基础设施和低影响开发技术，逐步恢复被破坏的城市水生生态系统。“海绵城市”概念确立“以自然为主”“源头控制”和“因地制宜”为基本原则，强调保护自然、师法自然，尽可能保留城市生态空间，恢复生物多样性，营造优美的景观。

海绵城市建设与黑臭水体治理在理念和建设途径上有许多相通之处，可共同考虑、同步建设和融合实施。在城市黑臭水体治理时，通常采用控源截污、内源治理、活水循环、清水补给、水质净化、生态修复等综合措施来消除黑臭。与此相似，海绵城市“控源截污”的重要内容之一是初雨污染的治理与控制，也就是通过植物冠层滞留、雨水弃流设施、植草浅沟、透水铺装和蓄水池调蓄等海绵基础设施的作用，就地过滤、存储和蓄积暴雨径流。在此过程中，大部分雨水通过绿地和透水道路自然渗透，补充到地下水中；少量经过地表径流的雨水收集到雨水管，就近汇入水体；道路和场地集水点则通过设置明沟收集，也就近排入水体。

上海辰山植物园在海绵城市建设方面提供了一个较好的案例。该园先采取屋顶绿化、雨水花园、植草浅沟、透水铺装、生态护岸等雨洪措施，就地存储、过滤和蓄积自然降水；再通过构建人工泵站水处理设施、人工湿地净化系统和原位水体自净化系统，形成了“沈泾河—西湖—水生园—东湖”自循环结构、面积约20万米2的封闭景观水体的水质维护系统[5]。其中，人工泵站水处理设施以园区建设地形、自然流向、水系连通为主导，通过泵站抽取外河水补充园区水量，或抽取园内东湖的水形成内部水循环结构，解决了水量和水动力问题；人工湿地净化系统利用表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、生态氧化塘和絮凝沉淀池，去除水体中的悬浮物、氨氮、总磷和部分有机物，引导净化水进入园区；原位水体自净化系统采用“湿生植物—挺水植物—浮水植物—沉水植物”植被带，放养滤食性和杂食性鱼类以及螺蛳等底栖动物，构建具有完整食物网的水生生物群落[6]。

“基于自然的解决方案”是正在被世界各地广泛应用于受损生态系统的恢复与重建的新理念[7]。水体近自然生态恢复作为一种基于自然的解决方案，可以解锁自然本身具有的内在恢复力量，在自然恢复与人工修复的互鉴互补上下功夫，找到生态修复的最佳策略[8]。针对当前城市水体功能和生态系统特征，应该以生态系统的物质循环和能量流动为原理，采用乡土水生生物实施近自然生态护岸、原位生態修复、水质综合控制与管理等方式，恢复健康的水生生态系统结构和功能，构建人与自然和谐共生的生物友善型城市水生生态系统，为建设生态文明和“人与自然生命共同体”贡献力量。