城市河流的環(huán)境難題與生態(tài)修復(fù)

穿城而過(guò)的城市河流以及沿河建筑景觀，常常成為最富特色的自然人文景觀。城因河而美、河因城而名，比如巴黎塞納河、倫敦泰晤士河、柏林萊茵河，以及國(guó)內(nèi)上海黃浦江、武漢長(zhǎng)江，均因沿岸景觀規(guī)劃建設(shè)而成為構(gòu)建國(guó)際大都市形象的基本要素之一。然而，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市人口急劇膨脹，江景房、湖景房大量侵占了水岸，破壞了水岸植被和水生態(tài)環(huán)境。城市生活污水及工業(yè)廢水排放量大幅增加，而與之相適應(yīng)的治理設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后，污染物未經(jīng)有效處理就直接排放入水體，造成河流水質(zhì)日趨惡化，城市河流普遍遭到嚴(yán)重污染，成為污水排放溝。

城市河流的主要環(huán)境問(wèn)題

自然河流通常是蜿蜒曲折的，具有復(fù)雜多樣的淺灘、深潭、河心洲、水陸交錯(cuò)帶等異質(zhì)生境類型。這些生境類型的存在，能有效降低水流對(duì)河岸的沖刷和侵蝕；增加水中溶解氧含量，促進(jìn)微生物對(duì)有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽的分解；延長(zhǎng)枯枝落葉和水體中水源要素的停留時(shí)間，利于微生物的充分分解。

為了防洪安全與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們興建了大量的工程設(shè)施，改變了河流的地貌特征和水力結(jié)構(gòu)，主要表現(xiàn)在自然河流的渠道化和非連續(xù)化，其直接后果就是破壞了自然河流的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了河流水環(huán)境承載力，加劇了水污染。人類對(duì)河流的改造形式主要有以下方面：

縱向直線化 河流整治往往將一些河段裁彎取直，蜿蜒曲折的天然河流被改造成直線或折線型的人工河流，失去了彎道與河灘相間、急流與緩流交替的格局，對(duì)流速、水深和水溫有不同習(xí)性的水生動(dòng)物失去了原有的棲息地條件，河流廊道的植被單一化。

橫斷面幾何規(guī)則化 梯形、矩形斷面的水力學(xué)斷面過(guò)流能力大，易于施工控制，傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)往往把自然河流的復(fù)雜形態(tài)變成若干種幾何規(guī)則斷面，改變了河流橫斷面深潭淺灘交錯(cuò)的自然格局。

堤防與邊坡硬質(zhì)化 混凝土、漿砌塊石等形式的硬質(zhì)化護(hù)坡結(jié)構(gòu)隔斷了地表水和地下水的聯(lián)系通道，使大量水陸交錯(cuò)帶的植物失去生存條件，同時(shí)影響岸坡內(nèi)土壤內(nèi)大量微生物生存。

河流非連續(xù)化 大壩的構(gòu)建將河流變成了相對(duì)靜止的人工湖，庫(kù)區(qū)和大壩下游河段的流速、水深、水溫及水流邊界條件都發(fā)生了變化，破壞了河流原有的水文連續(xù)性、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸移連續(xù)性、生物群落連續(xù)性和信息流連續(xù)性，引起生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的退化。

河道與洪泛區(qū)隔離 堤防阻止了水流的橫向擴(kuò)展，把干流與灘地和洪泛區(qū)隔離，使岸邊地帶和洪泛區(qū)的棲息地發(fā)生改變，導(dǎo)致灘區(qū)和洪泛區(qū)的生態(tài)功能退化。

其次，河流接納所流經(jīng)區(qū)域的各類污染物，河流的主要外源污染源包括以下3類：

城鎮(zhèn)生活污水 城鎮(zhèn)生活污水主要來(lái)自家庭、機(jī)關(guān)、醫(yī)院、商業(yè)和公共設(shè)施等。生活污水主要是各種洗滌水和糞便污水，其成分有耗氧有機(jī)物、各種無(wú)機(jī)鹽類、病原微生物、合成洗滌劑等，其特點(diǎn)是氮、磷、硫的含量較高，在厭氧條件下易產(chǎn)生硫化氫、糞臭素、硫醇等惡臭氣味的物質(zhì)。

農(nóng)業(yè)面源污染 在河流流經(jīng)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，農(nóng)業(yè)污染源是影響河流水質(zhì)的重要因素，主要包括化肥農(nóng)藥的過(guò)量使用，農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖污染物的直接排放、農(nóng)村生活污水及固體廢棄物污染等。

工業(yè)污染 主要是河流流經(jīng)區(qū)域內(nèi)的中小型企業(yè)產(chǎn)生的未經(jīng)任何處理的工業(yè)廢水。工業(yè)廢水的主要污染物為COD、懸浮物、揮發(fā)酚、六價(jià)鉻和硫化物等。

以上現(xiàn)象對(duì)河流作用的直接后果是河岸帶消失。

河岸帶是河流生態(tài)系統(tǒng)中的重要生態(tài)過(guò)渡帶，也是河流生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)輸移、能量轉(zhuǎn)化最活躍的區(qū)域。河岸帶具有過(guò)濾來(lái)自高地和地表徑流所帶來(lái)的污染物、解緩河岸侵蝕、改進(jìn)鄰近地區(qū)的微氣候并過(guò)濾受污染的空氣、維持地表水的蓄積和地表及地下水的循環(huán)、產(chǎn)生并保持新的水陸交錯(cuò)植被群落、維持生境的離散和濕地之間的連接、維持生物多樣性、維持濕地內(nèi)部的生境結(jié)構(gòu)及其食物網(wǎng)等多種生態(tài)功能。

由于水流帶來(lái)的擴(kuò)散便利，河流生態(tài)系統(tǒng)成為外來(lái)生物的主要入侵地之一，如喜旱蓮子草（水花生）、水葫蘆（鳳眼蓮）等。嚴(yán)重時(shí)這些入侵生物完全覆蓋河面，嚴(yán)重破壞了原有的生態(tài)平衡，給河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能帶來(lái)嚴(yán)重的影響。

城市河流的生態(tài)修復(fù)技術(shù)

河流治理是一項(xiàng)復(fù)雜而又龐大的立體工程，包括流域點(diǎn)、面源污染治理和河道本身的生態(tài)修復(fù)。面源污染治理已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多行之有效的技術(shù)，如針對(duì)城鎮(zhèn)污水和工業(yè)廢水的污水處理技術(shù)、針對(duì)農(nóng)村生活污水的人工濕地技術(shù)等。本文重點(diǎn)針對(duì)河道本身的生態(tài)修復(fù)，包括以下三個(gè)方面：

修復(fù)河道形態(tài) 即把經(jīng)過(guò)人工改造的河流修復(fù)成具有一定自然彎曲形態(tài)的河道，營(yíng)造出接近自然的流路和有著不同流速帶的水流，促進(jìn)河道生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)。

修復(fù)河床斷面 主要是改造被水泥和混凝土硬化覆蓋的河床，恢復(fù)河床的多孔質(zhì)化；改造護(hù)岸，建設(shè)生態(tài)河堤，創(chuàng)造優(yōu)美的水邊環(huán)境，使河流集行洪、降解污染物、景觀于一體。

修復(fù)河岸帶植被 運(yùn)用生物、生態(tài)工程的技術(shù)與方法，恢復(fù)河岸帶植被及自然濕地景觀，充分發(fā)揮河岸帶植被的緩沖帶功能和護(hù)坡效應(yīng)，保護(hù)和提高生物多樣性。

河灘-水洼修復(fù)技術(shù)

連續(xù)的淺灘-水洼能為物種提供多樣的棲息地，維持河流的物種多樣性。水洼和曲流能減少泥沙和降低水流速度，促進(jìn)水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生物去除作用和河床吸附作用。淺灘則能使水流湍急，導(dǎo)致水體經(jīng)常暴露在空氣中，從而促進(jìn)微生物對(duì)水體中各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和污染物的降解和同化作用。

生態(tài)丁壩技術(shù)

生態(tài)丁壩是一種重要的河道治理工程措施。壩根與河岸相連，壩體伸入河道內(nèi)，軸線與河岸構(gòu)成“丁”字形，故稱為丁壩。其主要功能為調(diào)整水流，防止河岸侵蝕，同時(shí)通過(guò)水流的調(diào)節(jié)，在丁壩附近區(qū)域產(chǎn)生沖刷和堆積現(xiàn)象，這種水流與泥沙的協(xié)同作用，能夠形成河床的微地形，重建河床的淺灘-水洼結(jié)構(gòu)，形成紊流水態(tài)，有利于氧溶入水中，增加水中溶解氧。

丁壩配置方向不同，會(huì)使發(fā)生沖刷和堆積的位置不同，充分利用這種現(xiàn)象能夠使河流形態(tài)多樣化，增加了棲息地多樣性，借助了水生植物的凈水能力來(lái)提升水質(zhì)。此外還可以作為親水措施，方便人們接近水面。丁壩可采用拋石加木樁的形式，也可采用生態(tài)袋堆砌。

輔助濕地技術(shù)

利用河道邊洼地，開(kāi)挖新的輔助濕地，平水期在濕地內(nèi)蓄積河水，洪水期提供泄洪空間，對(duì)泄洪有一個(gè)緩沖作用，減緩洪水對(duì)下游的沖刷力。

人工濕地中種植不同生活型和生長(zhǎng)型的水生植物，如香蒲、蘆葦、燈芯草、睡蓮、沉水植物等。充分利于不同水生植物的凈化效果，合理搭配組合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，同時(shí)形成多樣的景觀效果。在面積稍大的濕地中布設(shè)人工木質(zhì)橋、棧道等實(shí)施，為人們提供親水空間。

水質(zhì)凈化輔助技術(shù)

在河道較寬的區(qū)段或者污染較嚴(yán)重的區(qū)段內(nèi)布設(shè)生物浮島、炭素纖維生態(tài)草、“阿科蔓”生態(tài)基、太陽(yáng)能動(dòng)水機(jī)等輔助凈化水質(zhì)措施。

人工浮島通過(guò)水生植物根系的截留、吸附、吸收和水生動(dòng)物的攝食以及微生物的降解作用凈化水質(zhì)。人工浮島可采用無(wú)土壤基質(zhì)的生態(tài)浮島，浮島框架采用具有浮力效果好、結(jié)實(shí)、耐水浸、無(wú)污染、成本低等優(yōu)點(diǎn)的竹子甚至泡沫。浮島底部框架鋪設(shè)孔目為1.5cm的鐵絲網(wǎng)，來(lái)承載植被的生長(zhǎng)基盤(pán)椰子纖維和人工合成纖維。植被生長(zhǎng)基盤(pán)采用椰子纖維和人工合成纖維作為植物的基盤(pán)，因?yàn)榻畷r(shí)間長(zhǎng)椰子纖維會(huì)腐爛，而人工合成纖維可代替椰子纖維繼續(xù)作為植被的生長(zhǎng)基盤(pán)，基盤(pán)內(nèi)也可放置適量的漁網(wǎng)等物質(zhì)作為植物根系固定的載體，這樣構(gòu)建的載體墊子蓬松有利于植物根系的纏繞，使得植物可以牢牢地附著在上面，不易散落，不會(huì)污染水體。

炭素纖維生態(tài)草有著極強(qiáng)的生物親和性，是魚(yú)類產(chǎn)卵孵化的優(yōu)良場(chǎng)所，逐步建立以微生物、魚(yú)為基礎(chǔ)的循環(huán)生態(tài)鏈；同時(shí)炭素纖維上的微生物群難以脫落，其上黏附的污染物難以溶出及擴(kuò)散，抑制了環(huán)境的惡化。水草形狀的“阿科蔓”置入水中，可以成倍地吸附附近的大量的水中微生物，使水質(zhì)變得潔凈。

太陽(yáng)能動(dòng)水機(jī)能夠形成渦流，促進(jìn)水體的微流動(dòng)，達(dá)到增氧的作用，采用螺旋槳式推動(dòng)裝置，并以太陽(yáng)能作為動(dòng)力的浮體式水質(zhì)凈化裝置，節(jié)約能源。

綜上所述，生態(tài)河道的設(shè)計(jì)需要各方面因素的配合，設(shè)計(jì)者要拓寬思路，結(jié)合生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、水利學(xué)的知識(shí)，相互補(bǔ)充，才能形成一套有效的設(shè)計(jì)方法。河道的生態(tài)化治理是一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)工程，要通過(guò)設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等一系列措施模擬一個(gè)生物生長(zhǎng)的適宜環(huán)境，為各類水生、陸生和兩棲類動(dòng)物、植物以及微生物提供棲息、繁衍和避難的場(chǎng)所。除采取工程和植被措施外，還必須有選擇的放養(yǎng)水生動(dòng)物及微生物，恢復(fù)生物的多樣性，重建生物系統(tǒng)的生態(tài)鏈和食物網(wǎng)。