城市河道生态修复方法初探

第7卷 第2期2009年4月
南水
北调与水利科技
South -to -North Water T rans fers and W ater S cien ce &T ech nology V ol.7N o.2
Apr.2009
收稿日期:2009-03-04 修回日期:2009-03-16作者简介:胡静波(1963-),男,辽宁锦州人,高级工程师,长期从事水利、水土保持技术研究与管理工作。

doi :10.3969/j.i ss n.1672-1683.2009.02.042
城市河道生态修复方法初探
胡静波
(内蒙古通辽市台河口水利枢纽管理处,内蒙古通辽028000)
摘要:城市河道是城市社会经济发展必不可少的要素,是城市水系的载体,同时也是城市生态系统的重要组成部分。

主要针对城市河道的治理,介绍了城市河道现状及国内外河道整治研究进展,详细阐述了城市河道生态修复的理论和内涵,并在此基础上介绍河道生态护坡、景观设计、水质修复等相关技术。

关键词:城市河道;生态河道;生态修复
中图分类号:X320 文献标识码:B 文章编号:1672-1683(2009)02-0128-03
Approach for Ecological Rehabilitation of Urban River Course
H U Jing -bo
(T ongliao M anag ement Of f ice f or the Ir rigation Pr oj ect of T aihekou in Inner M ong olia,T onglia o 028000,China)
Abstract:Th e urban river cours e is th e es sential factor in th e sus tainable developm ent of the urban society and economy,is the carrier of urban river system ,and also is an important component of the urban ecos ystem.T he pap er m ainly introduces the statu s and r esear ch prog ress at home and abr oad of urb an river,elaborates th e th eory and content on the urban ecological restoration of the river.On this basis,it discus ses river eco -logical r estoration and some correlative technology of river ecological s lope protection,lan dscape design an d w ater quality rehabilitation,and also furth er proposes counterm easures and sugg estions,emphasiz es the necessity and urgency of river ecological res toration.Key words:urb an river cou rse;eco -river cour se;ecological reh abilitation
随着经济现代化进程的快速发展,我国城市化进程已进
入快速发展中,然而在多年的城市建设中,对城市自然要素的漠视,特别是对城市河流水环境的漠视,使城市居民生活环境质量下降比较严重。

随着全国范围的科学发展观学习和可持续发展意识的增强,各级政府对破坏河流自然环境状态的河流整治工程进行了反思,包括河道在内的生态系统修复问题,也受到全国科技、环保等社会各界的普遍关注,并逐步对已改造完成的河流进行回归自然状态的再改造。

城市河道是城市社会经济可发展必不可少的要素,是城市水系的载体,同时也是城市生态系统的重要组成部分。

1 城市河道现状及河道整治研究进展
1.1 城市河道现状
1.1.1 河道形状单一,河道硬化结构严重
城市河道整治主要考虑其防洪安全和行洪需要,对河道进行大规模的裁弯取直,对河床进行混凝土衬砌等硬化处理,改变了原河道的天然形态和自然走向,使得河道中许多生物赖以生存的自然特征消失。

1.1.2 河流水环境化,水污染加剧
经济的快速发展、产业结构的不合理配置,大量地使用水资源和过度的开发河道,片面地追求经济效益,废污水的排放及污水处理不达标使河道趋于干枯或者污染严重,各种原因使城市河流的纳污能力远远超过了其自净能力,加剧了水的污染。

1.1.3 河流生态系统严重破坏
河道的硬化断面阻断了河道与生态系统其他成员之间的沟通和交流,河流以物理、化学、生物等形式参与生态系统运动的功能丧失,河流局部变成单纯性过水,河流所在区域的局部生态系统瘫痪。

1.1.4 河道景观丧失严重
城市河流受人为干扰强烈,城市人口密集、基础设施繁多、水电气网络交织,增加了城市河流生态修复工作的难度。

总之,城市河流现状面临的根本问题就是生态环境问题,只有从生态的角度修复和重建生态系统,才能为供水、水环境、水生态、水景观等其他功能奠定基础[1]。

在传统的水利工程设计思想影响下,河道整治主要着眼
于泄洪、航运等功能的要求,河道的护岸、护坡工程主要考虑工程结构的安全性及耐久性,因此治理模式多采用直线型河道和河道渠道化,采用砌石、混凝土或钢筋混凝土等硬化材料,很少考虑河道的生态功能。

这样必然导致鱼类等水生生物栖息、产卵的浅滩结构丧失,其生息繁衍困难。

同时城市用地挤占河道,原有的河道空间变成了道路或其它建筑,自然景观彻底消失。

由此产生的结果是河流生态系统的作用越来越小、水质恶化、生境丧失或被阻断、物种减少等生态系统的退化[2-3]。

1.2 河道整治研究进展
1.2.1 国外研究进展
在建设以既能防洪,又适于生物栖息为目的的生态河流思想指导下,近几十年来,河流生态修复技术得以迅速发展,并积累了大量的成功范例。

20世纪80年代,德国、瑞士等国提出了 重新自然化 概念,将河流修复到接近自然的程度;英国在修复河流时强调 近自然化 时,同时优先考虑河流的生态功能。

在工程实践方面,欧洲实施了 莱因河行动计划 ,该计划不仅要改善河流水质,而且要提高河流栖息地质量,使鲑鱼重回莱因河。

在河道治理方面,提出 多自然型河川工法 ,强调用生态工程方法治理河流环境、恢复水质、维护景观多样性和生物多样性。

总之,国外在修复河流自然形态方面主要成功的措施有:恢复缓冲带;重建植被;修建人工湿地;降低河道边坡;重塑浅滩和深潭;修复水边湿均沼泽地森林;修复池塘[4-7]。

1.2.2 国内研究进展
近年来,国内相关部门吸取了国外生态研究的经验,在城市河道整治中注意河道的生态保护及城市的景观效应,尽量使城市河道景观接近自然景观。

北京、上海、杭州、成都等城市在河道治理中遵循 尊重历史、传统与现代共存;以人为本,提供沟通与交流的平台;恢复生物多样性,回归自然;以亲水为目的,与城市相协调的景观设计;保护水质,扩大水面 的原则,收到了很好的效果。

北京市在1998年治理昆玉河时提出了一个明确的目标: 水清、岸绿、流畅、通航 。

上海的苏州河、杭州的东河、绍兴的城河通过生态整治,也都以崭新的面貌展示在人们面前[8]。

综上所述,国内外对于河道整治的研究已经开展,特别是对于河道生态修复的研究正不断深化,这些研究所形成的理论与技术对于河道整治工作的展开起到了积极的指导与推动作用。

2 城市河道生态修复的内涵
2.1 生态修复的概念
随着人们对传统水利工程给河流生态系统带来胁迫的反思,人们开始认识到恢复河流生态活力的必要性和重要性,于是出现了河流生态修复的概念和相应的工程技术。

美国土木工程师协会对于河流生态修复有以下定义:河流生态修复是这样一种环境保护行动,其目的是促使河流系统恢复到较为自然的状态,在这种状态下,河流系统具有可持续特征,并可提高生态系统价值和生物多样性[9]。

这意味着河流生态修复要尊重物种的多样性,减少对资源的剥夺,保持营养和水循环,维持植物生境和动物栖息地的质量,以有助于改善人居环境及生态系统的健康。

2.2 河道生态修复的涵义
河道是包括土地、动植物、水体的复杂生态系统。

具有调节径流、调蓄水量、去除水中有害物质、提供水生、陆生动物栖息地等生态功能,具有明显不同于其两侧地带的土壤和植被特征,支持着较高水平的物种多样性、种群密度和生物生产率。

河道生态修复是使河道生态系统恢复到与未被破坏前的近似状态,且能够自我维持动态均衡的复杂过程。

河道生态修复开始于认识到自然或人类的扰动破坏了生态系统的结构和功能,或者是这种扰动阻碍生态系统恢复到原来状态,因此生态系统的修复需要对河道生态系统的结构和功能、以及影响生态系统的结构和功能的物理过程、化学过程、生物特征有充分的认识。

2.3 城市河流生态修复的理念
城市河流的修复要以系统论观点为基础,按照生态的系统性来整体考虑,始终着重从整体与部分之间、部分与部分之间、整体与外部环境的相互联系、相互制约、相互作用的关系中进行综合考虑,以期达到最优。

它具有整体性、综合性、层次性、目的性、多目标性的特点,覆盖系统论、水利工程学、生态学、景观学、经济学、社会学等多学科。

涉及城建、水利、园林、土地多个部门,在安全经济的前提下以期满足防洪、输水、生态、景观、历史文化、甚至旅游等多目标,使整体目标达到最优。

3 河道生态修复的技术与原则
3.1 河道生态修复的原则
坚持系统性、整体性原则,对城市河流的生态修复要基于生态系统的尺度,注重流域内水网和绿网的治理修复。

在城市河流工程安全、耐久的前提下,使效益 费用比最大化。

城市河流生态修复工程涉及因素多、面广,是一项耗资巨大的工程。

在规划设计时必须要充分考虑生态修复工程的风险,采取 调查 预案 分析 规划 建设 监测 评估 反馈 调整 的过程。

在修复过程中,要进行长期的监测,及时评估、反馈、调整,采取恰当措施,使生态修复不偏离预定目标。

把不利的风险降到最低。

城市河流自组织、自修复原则。

河流生态系统作为一个开放的复杂系统,满足耗散结构的4个条件,即系统必须开放,远离平衡状态,系统内部各个要素之间存在着非线性的相互作用,涨落导致有序。

人类要为河流生态修复创造积极的条件,使得城市河流自组织过程得以产生;激励城市河流生态系统内部各因素的非线性相互作用,通过循环耦合,使得生态系统得以维持自组织并且发展演化的多样性,增强有序程度和关联程度,将生态系统演化推进到最大的复杂性可能空间,使河流生态系统达到稳定发展。

胡静波 城市河道生态修复方法初探
河流形态多样性与生物群落多样性原则。

河流形态多样性是生物群落多样性的基础,对生态系统的形态起到决定性作用。

河流在纵向、横断面结构的多样性,如河道轮廓、蜿蜒、湿地、深潭、浅滩等,营造水流流速、流态、生物栖息地多样化,为不同植物和动物的生存创造了条件。

生物种群越丰富多样,河流生态食物链就越复杂,生态系统也就越稳定。

河流生态修复要在基于生态系统的尺度和保障生态安全的基础上,综合考虑景观、文化、旅游功能,打造自然的亲水网络空间,张显城市文化,突出城市特色。

要保证河道内基流量至少达到最小生态需水量,充分利用水资源。

如城市雨水和中水的利用。

3.2 河道生态修复技术
3.2.1 生态护坡技术
生态护坡应该是既满足河道护坡功能,又有利于恢复河道护坡系统生态平衡的系统工程。

生态护坡技术可以归纳为2种:一种是单纯利用植物护坡,一种是植物工程措施复合护坡技术。

植物护坡。

植物护坡主要通过植被根系的力学效应(深根锚固和浅根加筋)和水文效应(降低孔压、削弱溅蚀和控制径流)[10]来固土保土、防止水土流失,在满足生态环境需要的同时,还可进行景观造景。

按照不同的施工方法和施工工艺,可将植物护坡分为人工种草护坡、平铺草皮或草毯护坡和液压喷播植草护坡。

目前,国内外很多河流治理及高速公路边坡防护工程中,都使用了这一技术[11-12]。

植物工程复合护坡技术。

植物工程复合护坡是利用工程措施、活性植物与植物生长初期所必需的保水、保肥材料等相结合,在坡面构建利于植物生长的防护系统,通过植物的生长活动,达到根系加筋、茎叶防冲蚀的目的,有效抑制暴雨径流对边坡的侵蚀,减小坡体的孔隙水压力,增加土体的抗剪强度,从而大幅度提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。

植物工程复合护坡技术,有铁丝网与碎石复合种植基、土工材料固土种植基、三维植被网、水泥生态种植基等形式[13]。

3.2.2 河道景观设计
河道景观设计涉及河道平面和断面两方面的问题。

天然的河流有凹岸、凸岸、有浅滩和沙洲,它们既为各种生物创造了适宜的生境,又可减低河水流速、蓄洪涵水、削弱洪水的破坏力。

在设计城市河道平面时,应尽量保持河道的自然弯曲,河道断面收放有致,不必强求平行等宽。

河道断面处理的关键是要设计一个能够常年保证有水的水道及能够应付不同水位、水量的河床。

在城市河流景观设计中,河岸处理是个重点。

由于对城市河流进行人工治理,容易形成呆板的连续护岸,设计时,可采取措施使景观有所变化。

应尽量采用生态堤岸,以代替钢筋混凝土和石砌的硬式护岸。

水 和 绿 是城市中象征自然的要素。

沿河植被具有重要的生态功能,对维持河流生态系统的健康具有特殊意义。

滨河两岸植被是河流景观的基本手段,不应简单地视作绿化。

另外还要考虑重要地点和夜景的设计。

重要地点包括桥、河畔公园、小广场等设计。

过去在建设中往往只重视桥的交通功能,而忽视其景观作用。

桥可以成为从上部眺望水面的视点场,桥本身可以成为地区标志,还可以起到分割河流空间的作用。

要充分考虑城市河流作为开放空间的功能,可设计一些与城市景观相和谐的河畔公园、小广场,使河流两岸周边的空间成为舒适、宜人的休闲娱乐场所。

随着人们生活质量的提高,对城市夜景的要求增加,河流空间夜间景色是一个城市最具特色的内容之一。

可充分利用水的反光、倒影、波动等特性,营造五光十色梦幻般的景象,增添城市夜晚的魅力。

3.2.3 水质生态修复技术
水质修复主要从生态 生物修复技术考虑。

生态调水。

通过水利设施(闸门、泵站等)的调控引入污染水域上游或者附近的清洁水源冲刷稀释污染水域,以改善水环境质量。

曝气复氧。

人工向水体中充入空气或氧气,加速水体复氧过程,以提高水体的溶解氧水平,修复和增强水体中好氧微生物的活力,促进有机污染物的降解速度,从而改善受污染水体的水质,进而修复水体的生态系统。

底泥疏浚。

底泥疏浚是水域污染治理中普遍采用的措施之一,一般而言,疏浚污染底泥意味着将污染物从水域系统中清除出去,可以较大程度地削减底泥对上覆水体的污染贡献率,进而解决内源释放而造成的二次污染。

物理疏浚的方法较为简单,而且应用已较多。

生态疏浚仍处于研究和开发当中,但已经有一些生态疏浚的方法和技术被投入使用。

这种疏浚技术充分遵循了自然界的自身规律,通过强化自然界自身的自净能力去治理被污染水体,这是人与自然和谐相处的治污思路,也是一条新的技术路线,是人们遵循生态系统自身规律达到治污目的的一种尝试。

生物修复技术。

生物修复指生物(特别是微生物)对环境中的污染物进行吸收或氧化降解,从而减少或最终消除环境污染的受控制或自发的过程。

污染水体的生物修复技术主要包括投加菌种、投加营养物、提高生物可利用性、人工投放动物或植入植物等修复方法。

包投菌技术、植物修复技术、生物操纵技术、人工生物膜技术、湿地净化技术等。

4 结语
通过对城市河道的现状、河道整治的研究进展以及河道生态修复理论和内涵的介绍,以及对河道生态修复技术(生态护坡技术、河道景观设计、水质生态修复技术等)的详细阐述,可以发现河流的生态修复是大势所趋,在国内乃至全世界范围内都有广阔的研究和应用前景。

今后对河流的开发和治理一定要在保护河流生态环境的前提下进行,坚决避免先破坏后修复的不合理模式。

河流生态修复具有多学科交叉性,修复方案要从多方面进行完善。

加强宣传,让河流生态修复意识深入人心,特别是在城市河段,呼吁市民自觉爱护河边绿地,共创美好城市景观。

(下转第133页)第7卷总第41期 南水北调与水利科技 2009年第2期
植被多度。

它是反映草地生物多样性的一个因素。

此外还有植物频度,植物生产量和可食率这些能够表示草地生态系统功能的因子。

4.2.2 水源涵养及保土功能监测指标
降雨量和降雨强度。

它们之间与草地泥沙流失量关系非常密切。

采用自动雨量计测定。

每次降雨后读数,再根据降雨持续时间计算降雨强度。

地表径流量和土壤泥沙流失量。

地表径流量用m3/hm2表示。

两指标数据均由每次降雨后分别测定监测小区沉沙池和量水池中的积水量,进行计算得到。

4.2.3 改良土壤作用监测指标
植物的营养主要来自土壤,植物的生存离不开土壤,土壤的水分状况、结构状况、养分状况都在很大程度上影响植物的生长。

作为草原生态系统的分解者 土壤微生物、土壤动物,也都离不开土壤。

所以,土壤因素的监测,是草原长期监测的重要内容。

其中,最重要的就是土壤水分的长期动态监测。

在土壤因素中,土壤养分的动态监测也很重要。

土壤养分主要监测速效性的N、P、K和有机质[6]。

4.3 监测评价体系
只有通过合理的监测评价指标体系,才能对退耕还林还草及草地生态修复的效果、表现、影响等进行度量,从而为监评体系方法系统的分析功能提供素材。

因此,退耕还林还草及草地生态修复监测评价必须选取能客观全面地反映退耕对生态、经济、社会各方面影响的指标群,并广泛征询退耕还林还草相关领域的专家的意见,充分利用专家的知识与经验,建立专家知识库,科学地计算出各指标的权重。

同时运用层次分析法把各监测指标按其相互关系和隶属关系分不同层次聚集组合,形成一个多目标、多层次的监测指标体系,以便对退耕还林还草监测数据进行科学系统的综合分析与评价。

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(上接第130页)
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