城鎮河流生態修復技術
作為城市的生態載體，河流在社會、生態、經濟等方面價值極高，對保障城市水源安全、維護生物多樣性、緩解熱島效應等均具有重大意義。河流生態修復是在不打破原有的生態結構和功能的基礎上，立足江河生態系統現狀，遵循自然規律，運用現有的修復理念和先進技術，達到對河流生態近自然狀態的修復目標，恢復河流生態系統的健康良性循環。我國對河流的生態修復起步于20世紀90年代，逐漸向以流域尺度出發的整體生態修復過渡，但仍以水質恢復為主，河流生態修復研究也多集中于針對某一具體河流或河段的修復工程。從單一方面進行河流生態治理達不到最佳修復效果，缺乏對河流生態修復理念、目標和方法的系統歸納與梳理，尚未建立多層次、多角度、多指標的河流生態修復技術體系，更無可供復制與推廣的生態修復模式。
近年來，通過采取生態護坡、構建濱岸緩沖帶、水生植物生態系統構建等措施，部分河流生態修復工程也取得了不錯的生態改善效果。但由于許多城市河道均采用漿砌石或混凝土護岸，仍呈現出“岸帶景觀綠油油、水體生態光禿禿”“水質良好、水生態不健康”等問題。同時，當前多數河流生態修復仍集中在某項指標的改善，河道生態的系統修復研究涉及較少。本研究構建了一種集“外源污染防控一內源污染抑制一水生態調控一強化水體凈化”為一體的河流水生態修復技術體系，通過重構適合于各類生物生存的生境條件，恢復配比合理、結構優化、功能強大、系統穩定的城市河道良性水生態系統，重建受損河道生態系統的結構和功能。
1、研究區域概況
茅洲河是深圳市第一大河，發源于深圳市境內的羊臺山北麓，地跨深圳、東莞兩市，河長為41.61km，一級支流有23條，二、三級支流有17條，總流域面積為388.23km2(包含石巖水庫以上流域面積)，其中，深圳市境內流域面積為310.85km2，東莞境內流域面積為77.38km。馬田排洪渠是茅洲河的一級支流，全長為2.36km，為城區泄洪渠，周邊環境以工業園區為主，另有少量居民住宅區和生態景觀公園。近年來，相繼開展了防洪工程、河道整治及堤岸建設、截污工程及生態補水等環節綜合整治工程。生態補水水源以上游水質凈化廠尾水與雨季降水為主，水質凈化廠尾水水質達到《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)IV類標準限值(總氮除外)。目前，馬田排洪渠已基本消除黑臭，河流水質得到明顯提升，但仍面臨河道旱季徑流小，水質較差，河道狹窄，水生生物物種單一等問題，具有典型的南方城市河涌特點。
2、河流水生態修復工程設計
馬田排洪渠生態修復示范段河長為380m，上游段長為150m，平均寬度約為3m；下游段長為230m，平均寬度約為6m。主要采用生物修復和工程修復相結合的綜合技術，并充分考慮生態修復的技術和經濟可行性，采用河床基底改造技術、岸帶生態修復技術、水體生態修復技術、水生物種調控技術等四大技術形成的綜合技術體系，實現河流岸帶景觀提升、面源污染攔截能力提升、浮游動植物生境恢復和水體自凈能力提升等目的，最終實現河道健康狀態的提升。
2.1 環境友好型底質改造
馬田排洪渠為底質硬質化河道，河道自然凈化能力基本喪失。為避免河道綜合整治后，河道內淤泥再次淤積，根據示范河段底泥底質現狀，實施河床基底形態多樣化改造，為水生態修復營造適宜生境條件。河道底部鋪設表層包裹摻銀二氧化鈦的碎石材料(Ag-TiO，碎石)的環境友好催化劑。環境友好型基底改造填料采用人工配合機械的方式進行均勻攤鋪，以保證水質凈化效果。鋪設厚度為5~10cm，共投加160m；投加底質凈化劑，投加密度為0.30~0.45kg/m2，共投加850kg。
底質改造后，可激活河道底泥中原本存在的利于水體自凈的微生物，形成生物量大、食物鏈長的生態系統，降解水體中的有機污染，并在一定程度上對河道有機底泥進行消化作用，減少底泥淤積量，實現泥水同治，使水生態系統得到修復。底質改良材料鋪設的大樣見圖1。
2.2 河岸帶生態修復
河岸植被緩沖帶作為河岸生態系統的重要組成部分，是控制水土流失和面源污染、改善水環境的關鍵措施，對河岸生態系統的生態及水文過程具有重要的影響。河岸植被緩沖帶可增加生物多樣性，促進相鄰地區之間物質和能量的交換；為陸地動植物提供棲息地及遷徙通道，為水生生物提供能量及食物，改善生存環境；同時過濾地表徑流，吸收養分，改善河流水質，調節河流小氣候；通過植被緩沖帶的攔截、凈化、吸收等作用，可將大部分泥沙，部分可溶性氮磷養分、有機成分等截留在生態緩沖帶內，緩沖帶種植的植物可吸收徑流中的氮磷養分，減少地表徑流攜帶的氮磷等向水體遷移。結合低沖擊影響開發等技術，開展河岸帶面源污染攔截凈化及河岸帶生態修復，有效解決城市降雨徑流污染，提升河道景觀。
2.2.1 生態植草溝設計。
生態植草溝結構包括種植層、濾料層及滲排水系統，其中種植層為種植土和植被，其植被為馬尼拉草，種植土厚度為20cm；濾料層為礫石和卵石；生態植草溝為狹長結構，結構尺寸為230mx0.4mx0.3m(長x寬x深)，具體見圖2。
2.2.2 植物緩沖帶設計。
植被緩沖帶圍堰采用實心紅磚砌筑，內部填充礫石及種植土，通過表層植被的過濾、截流、吸收等作用可以阻止大顆粒懸浮物、有機成分及氮磷等流入河流，同時內部的礫石填料可供微生物著床，可以起到削減有機污染物的作用。圍堰設計墻體寬度為15cm，高度為30cm。緩沖帶泄水孔布置采樣DN100-PVU管材，泄水孔沿緩沖帶長度方向均勻布設，間距為2~3m。植被緩沖帶主要選擇植被為馬尼拉草皮，并在草皮之上栽植爬山虎、百香果等景觀綠化植被，增加植物多樣性，構建穩定、景觀層次鮮明與優美的復合生態系統。
2.3 水生植物修復方案設計
開展挺水植物精選及配置，恢復河流生態系統；通過水生植物根莖對水中污染物的富集、吸附、吸收、降解、凈化等作用，提高河道自凈能力，改善水體水質狀況。采用水生植物模塊化培育裝置，快速形成良好的生態系統，提高水體的自凈能力，有效提升水體景觀。模塊化種植裝置尺寸為620mmX420mmX170mm，采用尼龍扎帶相連，使其形成一個整體，提高種植裝置的穩定性。同時，每個種植裝置采用4根直徑為10cm的錨桿固定在河底，以防止受洪水沖擊而損毀。共配置塊化種植裝置2400個。種植風車草，株高50~80cm，40000株；再力花，株高30~50cm，1000株；美人蕉，株高30~50cm。1000株裝置具體大樣見圖3。
2.4 水生物種調控方案設計
在底質改造、生態系統恢復的前提下，開展水生物種調控，構建豐富多樣的水生生物群落結構，完善水生態系統，提高水體自凈能力和生態系統的穩定性。首先利用微生物將C、N、P轉化成個級生態鏈能利用的營養成分，然后結合挺水植物的根系能提供優勢微生物大量繁殖及附著生存環境，從而利用微生物的作用使水中的污染物在各個工藝段轉化或利用，從而實現污染物從水體及底泥中分離出來，溶解在水中的氮、磷則被植物所利用，進而使水體得到凈化。
3、實施效果調查與評估
3.1 實施效果調查
3.1.1 生境調查。
通過現場勘查開展示范河段生境調查，主要調查內容包括以下五點。
①河床底質調查須目測河底材料，如卵石河床、沙質河床等，判定河床底質為人工化、半人工化或保持自然狀態。自然狀態保持度越高則水文形態越好。
②河流連續性包括河流的橫向連續性和縱向連續性，主要調查影響徑流、泥沙和生物連續性的工程或行為，用尺測量攔擋建筑物的高度。河流連續性保持度越高則水文形態越好。
③河岸改造須確定河岸的改造狀況，分為保持自然、受寬型護體工程的束窄和受窄型護體工程的束窄3種形式。河岸改造程度越低則水文形態越好。
④外界脅迫因子包括取水、傾倒垃圾、排放污水、采沙等行為。外界脅迫因子干擾越少則水文形態越好。
⑤水文基本信息包括示范河段的水位、流量、泥沙、降水、蒸發、水溫、水質、地下水位等。
3.1.2 水質調查。
根據示范河段情況及《水與廢水監測分析方法》(第四版)相關要求，設定3個水質監測點位，按照評估體系要求，水質監測指標包括溶解氧、pH、總磷、高錳酸鉀指數、氨氮、全鹽量、氟化物、懸浮物、葉綠素a等九項指標。
3.1.3 水生生物調查。
主要調查內容包括兩種。
①浮游生物：參照《河流水生態環境質量監測技術指南(試行)》《湖泊水生態監測規范》(DB32/T3202一2017)、《淡水浮游生物調查技術規范》(SC/T9402一2010)、《全國淡水生物物種資源調查技術規定(試行)》等規范要求，布設3個監測點，點位布設位置與水樣采樣點位相同。
②魚類：按照《水環境監測規范》(SL219-2013)、《淡水生物資源調查技術規范》(DB43/T432-2009)、《內陸水域漁業自然資源調查手冊》的調查方法對魚類樣品進行采集，魚類樣品全部鑒定到種。
3.2 水生態健康評估
馬田排洪渠生態修復工程建設完成6個月后，參考國內外相關河湖健康評價規范，從生境狀況、生物狀況、水質狀況等三個方面，對河流水生態健康狀況進行評估。
河床基底改造工程實施后，示范河段水質清澈見底，示范河段水體的DO、pH、TP、COD等指標有不同程度變好，水環境狀況良好，污泥沉積速度明顯減緩。水生植物栽植后，有效改善了示范河段原來水體“三面光”的現狀，河道內共種植風車草、美人蕉、再力花等水生植物695m，植被存活存活率94.9%，示范河段內水面面積為2472m，植被覆蓋率達26.7%，大幅度提高了河道生物多樣性，極大提升了河道的景觀效果。水生物種調控工程實施后，河道底質污染物濃度明顯下降，表明菌劑的投加對于底泥污染物有一定的降解效果，同時可有效抑制底泥污染物的釋放，有效保證了河道水體質量。此外，示范河段出現一個新物種一攀鱸(AnabasTestudineus)，在同一監測斷面，漁獲物的數量和重量均有所增加，表明經過生態修復后，水體質量和生境狀況得到了一定的恢復，有利于魚類生長繁殖，魚類物種得到了恢復。
由于河床基底改造、岸坡攔截改造等施工，底質、棲境復雜、V/D結合特征等3個生境狀況指標有了明顯改善，示范段河流生境指標從“亞健康”提升到“健康”。修復后水質狀況健康狀態穩定為“健康”，變化不明顯。此外，由于水生植物修復工程的實施，河道生境和植被覆蓋率得到明顯提升，進而對魚類、浮游動物的生長繁殖產生了促進作用，修復后魚類增加一個新物種，河流生態狀況從“不健康”提升到“亞健康”，等級得到明顯提升。
綜上分析，經過生態修復工程的實施改造，營造了更好的水生態環境，生境狀況和生態狀況有了明顯改善，河流水生態系統健康狀態得到明顯提升。但由于修復后時間較短，水生生物的種類及多樣性指數依然較低，當前生物狀況仍然屬于“亞健康”狀態。
4、結語
本研究雖構建了一種集“外源污染防控一內源污染抑制一水生態調控一強化水體凈化”為一體的河流水生態修復技術體系，可快速改善城市河流水生態環境狀況，但由于河流生態修復過程是一個長期過程，河流生態健康可能需要較長的時間才能明顯改善。
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