河流生態設計思考
——以新加坡·南京生態科技島為例

李曉東

（遼寧省交通規劃設計院，遼寧沈陽110166）

河流生態設計思考
——以新加坡·南京生態科技島為例

李曉東

（遼寧省交通規劃設計院，遼寧沈陽110166）

本文以新加坡·南京生態科技島的水系生態設計為研究對象，結合國際化生態示范區的遠景目標，在對水質現狀、威脅和原因進行分析的基礎上，制定了水質治理目標，并參考國內外成功經驗與做法，提出了首先控制污染源、其次進行生態河道建設、最后采用綜合生物生態修復的技術路線。

原位治理；控源；生態河道；生物修復

引言

新加坡·南京生態科技島（Si ng a po r e-N a nj i ng E c oH i-T e c h I s l a nd）位于南京市建鄴區江心洲，為長江中的一個洲島，全島面積15.21km2，呈南北走向的長條形，狀若青梅，故又稱梅子洲。2009年，由新加坡仁恒置地集團、江蘇省南京市有關方面合作，共同開發建設新加坡·南京生態科技島項目。項目瞄準國際一流水準，營造優美的自然生態最佳人居環境，定位于國際化示范社區、國際化產業園區、現代生態農業示范區，預計2020年建成。

項目充分借鑒新加坡、歐美等先進國家生態城市的發展經驗，結合江心洲的實際情況，進行了全面而系統的生態專項規劃，并制定了包括環境、經濟、社會和行政管理等各個方面的生態指標體系，水系統為其中的指標之一。

1 現狀、威脅及分析

江心洲為長江沖淤積洲島，區內有池塘星羅棋布，河道水系眾多，水系總長度約40km左右，為洲內農作灌溉的主要水源。

整體現狀是，隨著經濟的迅速發展和居住人口不斷增長，城市化的快速發展，由于污水處理設施的不足，大量的生活污水、垃圾和農業、養殖廢水直接排入河道，河道普遍淤積，河道排水不暢，河道內來水不足，水流流速緩慢，水體自凈能力低，污染物不能及時排出，造成內河水體污染嚴重，藍藻水華爆發等富營養化問題出現，部分河道出現季節性黑臭。

根據有關部門的測定，江心洲支流水質為輕度污染，干流的水質基本保持穩定，支流中少數河道污染情況比較嚴峻，主要污染物為總磷、氨氮。

洲內城鎮河流主要存在兩方面問題：一是河流河道遭到破壞，小河流遭到生活垃圾及廢棄物填埋；上游建設了控制閘壩，河水基本不流動；河流岸坡許多被混凝土或者漿砌石等覆蓋。二是河流水環境污染嚴重，生活污水點源排放、農業面源污染控制較差，河道成為生活污水、農業養殖等廢水的受納體，水體中氮磷污染嚴重。

經規劃SWO T分析，全島水系的劣勢概況為：

（1）污染日趨嚴重，河流逐漸喪失自凈能力；

（2）河道水體嚴重污染，環境衛生安全堪憂；

（3）水體惡臭及富營養化引起的藍藻水華泛濫，給城市水體景觀和居民身體健康帶來嚴重威脅。

具體的污染表現對應為：

（1）河道垃圾堆積，河道生態功能喪失，水生生物基本消亡；

（2）有機污染物嚴重超標，溶氧不足，厭氧分解產生的臭氣和黑液造成水體發黑、發臭；

（3）水體中氮、磷含量增加，造成水體富營養化，藻類大量繁殖形成水華爆發。

結合對島內產業的調研，污染原因分析如下：

全洲以農業、旅游服務業為主，沒有工廠，故工業污染源基本沒有；是傳統的農業生產區，農業面源污染是造成少數支流污染的關鍵污染源；近年來，隨著城鎮化的不斷推進，人口增多，但是基礎設施建設滯后，由于缺乏相應的管理處置，居民生活垃圾及生活廢水處理方式粗放，很多直排河流，因此，居民生活污染源也成為河流污染的又一關鍵點。

2 目標、經驗和治理思路

2.1 治理目標

為實現2020年遠景的生態水洲目標，制定了如下水污染治理技術目標：

（1）削減有機污染物當量、消除黑臭現象；

（2）提高溶氧、水體透明度，消減污泥量，提升水體自凈能力，重建水體生態；

（3）河道流域生態綜合治理，將景觀學、生物科學、美學等相關學科結合，實現河道親水、安全的特性，營造人與河流和諧相處的環境。

其中，第一步計劃是用三年年左右時間，消除黑臭水體，實現“水清、無味”。如何消除河道黑臭的問題，提高和維護景觀水體的質量，以滿足廣大市民的需要，其中水生態修復已經成為水環境治理的重點。

2.2 治理經驗

最近幾年，很多城市都加大了對內河水質進行治理的投入，采取引清潔水進入城市內河，沖走排入內河的城市生活污水，這種治理措施起到了一定的積極效果，在很大程度上改善了內河水質，提高了市民的生存環境。但是，這種治理方法是不值得提倡的，因為沒有治本，只能臨時改善內河的水質狀況，水質很快繼續變壞，而且將污染物沖入下游地區，是一種不負責任的做法。應該提倡污廢水的生態治理措施，水資源達到循環利用。

目前，國內外解決河道、河流污染問題的主要做法和成功的經驗有：

2.2.1 減少外污染源，消除黑臭是修復水生態的前提條件

（1）沿河用串連的形式在河道邊截污，攔截污染物并進行預處理；

（2）農村養殖及生活污染沒有污水收集處理的地方，建設三級化糞池臨時措施減輕河道污染負荷；

（3）采取多種方法溝通水體，調活水體。

2.2.2 原位治理與生態治理的手段，標本兼治，從根本上解決污染問題

利用生物生態治理的手段，通過消化內污染源，以達到消除黑臭并進一步提高水質的目的，在一些相對封閉的水體中取得了比較明顯的效果。

（1）利用生態浮床技術治理污染河道；

（2）利用生態綜合技術治理污染河道；

（3）利用微生物技術治理污染河道；

（4）利用曝氣充氧技術治理污染河道。

2.2.3 通過生物鏈作用，增強水體自凈能力

在河道整治中創造條件，實現水邊、水中、水底的生物多樣性，逐步修復水生態，通過生物鏈的作用，消化和吸收內外污染源，增強水體的自凈能力。

利用微生物技術治理污染河道：微生物技術是在水體中投放經過定向培養和篩選的好氧、兼氧和厭氧微生物工程菌群，通過微生物的呼吸發酵，將有機物等容易發生水體黑臭的物質迅速分解成C O2、H2O或轉化成無害物質，使污染的水體得以凈化。

（1）建設和恢復自然型岸邊，創造水邊生物多樣性的實踐；

（2）水中生物多樣性實踐：水中種植水生植物和放養各種水生動物，修補水中的生物鏈，達到凈化水質的目的；

（3）營造水下森林的實踐：構建水生植被黑藻、伊樂藻、金魚藻、苦草等沉水植物和浮葉植物睡蓮等，以吸收和轉化水中和底泥內的營養物，輔之于構建水生動物種群，維護生態平衡，達到凈化水體的目的。

2.3 治理主要思路

（1）標本兼治，采用自然、生物生態修復的治理方式與生態環境維護技術，恢復河道自然生態系統，完善生態景觀；

（2）常維護河道生態，治理與維護并舉，把長期維護提升到重要地位；

（3）遵循河流自然演變規律，恢復河道自然形態，采用三級技術措施，突出重點，層級互補，逐級推進，以生態修復為長效目標；

（4）注重與流域經濟發展協調，提升河道的生態服務功能，為市民提供適宜的人居環境；

（5）由人為保障向技術保障過渡，建立應急突發事件技術保障。

3 治理技術工藝路線

采取控源—建設生態河道—河道水質提升的工藝路線，分述如下：

3.1 控源

3.1.1 農業污染源控制

（1）加強有條件鄉鎮與村級居住集中區管網建設，逐步完善生活污水處理設施；

（2）在流域周邊有條件的地區，對農業、養殖污染源控制與集中收集，建立區域污水處理系統集中處理；

（3）針對分散式的農村生活、養殖污染，建立污染源單元控制系統。

3.1.2 生活污染源控制

（1）開展河道周邊、流域匯水區域環境綜合整治，嚴格控制直接入河垃圾與其他污染物；

（2）建立鄉鎮和村落固廢收集集中處置系統，完善日常環衛管護機制。

通過控制主要污染源，可有效削減進入河道與流域的污染物當量，增加流域環境容量，為生態恢復創造條件；通過建立城鄉綜合整治體系，可有效改善居住環境，提高居民生活環境質量。

3.1.3 風險分析

（1）在洪水季節，以及其他突發性環境事件影響下，仍存在大量污染物短期集中進入河道的風險；

（2）現有污水處理設施故障或其他原因排放不達標，仍存在污染物過量入河的風險；

（3）對主要污染源進行控制后，仍有一定分散污染源不斷進入河道。

為防控上述污染風險，需在此基礎上引入二級治理控制措施。

3.2 建設生態河道

在控源措施基礎上，在河道周邊實施生態攔截與控制，建設生態河道。

3.2.1 生態攔截帶與生態河堤建設

生態攔截控制帶是在遵循自然生態規律的基礎上，通過適宜的工程措施與恢復技術，因地制宜將退化的生態系統完善為健康生態結構，恢復其應有功能。采用種植植被保護河岸、保持自然堤岸特性。并利用植物根系穩固河堤，增強抵抗洪水、保護河堤的能力。

3.2.2 建設梯級圍堰與鏈式湖泊

引入鏈式湖泊理念，在有條件的支渠、支流河段建立梯級圍堰，或通過翻板壩、漿砌石壩、混凝土壩、橡膠壩、生態型閘壩、跌水壩、汀步等設施，將河道分解為鏈狀連接的湖泊。梯級圍堰與其他相應設施可起到復氧作用，鏈式湖泊可為河道治理與維護創造便利條件。

3.2.3 河道蜿蜒化

在部分有條件的區域，在不影響河道行洪功能的前提下，改平直河道為自然生態河道，增加水生動植物生長空間，完善河道生態系統。

生態河堤的建設，將有效消減進入河道的分散式非主要污染源，恢復河道周邊生態，并提升景觀效果；通過臨時加高圍堰，可有效阻隔或延緩區域突發事故污染物擴散，為處理事故贏得時間，降低事故污染風險；建設梯級圍堰與鏈式湖泊，可有效降低后續治理與維護技術實施難度，減少工程量，提升治理有效性。

在建設生態河道消減入河污染源，采取第三級措施即生物生態與原位治理的創新治污技術，對河道水體水質進行提升，并逐步進行河道生態修復，建立日常維護機制。

3.3 河道水質提升

3.3.1 生物修復技術

河道水質提升主要是：生物操縱為主的核心技術及綜合生態修復技術，目的都是保持生態生物多樣性。

常用生物修復技術有三種：植物修復、動物修復、微生物修復。生物修復技術具有眾多優點：污染物在原地被降解；修復時間較短；就地處理操作簡便，對周圍環境干擾少；較少的修復經費，僅為傳統化學、物理修復經費的30～50%；人類直接暴露在這些污染物下的機會減少；不產生二次污染，遺留問題少。

3.3.2 綜合生態修復技術

綜合生態修復技術有：河流水體曝氣復氧技術、多功能河道生態工程修復技術、微生物應用技術、生物操縱技術、生態基技術、淺流—潛流人工濕地技術等，或分為陸地生態修復、水生生態修復、濕地生態修復，或分為底泥生物氧化、水體生物修復、河道生態恢復。基本都是從生態修復入手，從生物鏈底層微生物開始豐富和完善食物鏈、生態鏈，強化生物多樣性，對污染黑臭污染河道進行生物生態修復，水體中生物多樣性增加，促進水體中有機物的降解，并有助于水體增氧，可有效地消除水體黑臭，恢復并持續提升水體的自凈力，建立起良性循環的生態系統。

根據目標水體馴化和擴繁一些工程菌菌種，實施路線：進行工業化生產→底泥預埋或底表投放工程菌固化顆粒→定期投放工程菌→投放濾食性魚類、配置水生植物→修復生態、重建生物鏈，提高水體自凈力，提升水質，最終實現治理目標。

湖泊水生植被的恢復是湖泊環境綜合治理的一個重要環節。對于淺水湖泊而言，重建水生植被是富營養化治理和湖泊生態恢復的重要措施。我國許多城市湖泊、游覽型湖泊和水源型湖泊已經過治理，但尚沒有湖泊脫離富營養水平，關鍵在于缺乏水生植被的恢復環節。水生植物可以顯著提高富營養水體的水質，對有毒的有機污染也有明顯的凈化作用。恢復以沉水植物為主的水生植被是合理有效的水質凈化和生態系統恢復的重要措施。選擇時要綜合把握好適應性原則、本土性原則、強凈化能力原則和可操作性等原則。主要技術措施有安置生態基、投放工程菌、投放濾食性魚類、安置生態浮島、挺水沉水植物種植等。

4 結語

以上三級治理與控制措施，共同組成了河流的生物生態污染綜合治理技術體系，該技術體系以生物生態污染綜合治理技術為核心，綜合集成其他技術，形成完善的河流技術體系。該技術體系以將治理水污染、水質提升為首要目標，將生態恢復作為長期目標，將水體維護提升到重要地位，具有可持續發展意義。同時，該技術體系可實現對河道、河流污染的原位治理，具有工程量小、投資少的優點，在實踐中已有若干應用，值得借鑒和推廣。

［1］王超，陳衛.城市河湖水生態與水環境［M］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［2］朱亮，黃可談等.模擬河道生物反應器原位修復受污染水源水研究［A］.中國環境科學學會2009年學術年會論文集（第一卷）［C］.2009.

［3］崔偉中.日本河流生態工程措施及其借鑒［J］.人民珠江，2003（05）.

［4］侯俊.生態型河道構建原理及應用技術研究［D］.河海大學，2005.

［5］張振興.北方中小河流生態修復方法及案例研究［D］.東北師范大學，2012.

［6］王文君，黃道明.國內外河流生態修復研究進展［J］.水生態學雜志，2012（04）.

T V 882.8

B

1672-2469（2015）06-0048-03

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.06.016

李曉東：（1987年—），男，助理工程師。