基于生境營造的河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究
——以東莞市人工補水河道為例

毛雪慧，林 靜，彭亞莉

(深圳市碧園環(huán)保技術(shù)有限公司，深圳 518000)

1 引言

當前，城市河流天然地貌特征變化顯著，河流渠道化、河岸硬質(zhì)化和河道景觀的缺失，城市河道水質(zhì)污染和水利工程設(shè)施的建設(shè)，破壞了自然河道的生態(tài)系統(tǒng)，降低了河流生態(tài)環(huán)境承載力。補水型河道雖然已完成截污、水質(zhì)得到改善，但由于沒有適合生物生存的生境，不能建立多樣性的生態(tài)系統(tǒng)，長期下來，會導(dǎo)致生物入侵、水質(zhì)惡化等問題，不能形成良性循環(huán)。

河流生態(tài)修復(fù)工程最早始于歐洲對山溪河流的生態(tài)治理，1938年德國Seifert首先提出近自然河溪治理的概念，它是指能夠在完成傳統(tǒng)河道治理任務(wù)的基礎(chǔ)上，可以達到接近自然、經(jīng)濟并保持河流景觀的一種近自然治理方案。近年來，我國在河流生態(tài)修復(fù)方面的研究日益增加，如成都市府南河多自然護岸工程；河流和河流廊道的完整的生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程；改善水域空間的景觀工程；基于河流系統(tǒng)健康的治理方案；原生態(tài)型、工程生態(tài)型、生物修復(fù)型3種河道生態(tài)治理模式的適用條件。而每一條河流因其獨特的個性，在區(qū)域、地質(zhì)、氣候、植被、土地利用狀況和物種分布等方面存在差異，因此，各地河流生態(tài)修復(fù)方法存在差異。

本文針對補水型河道生物多樣性較差，存在生物入侵、水質(zhì)惡化等問題，通過生境營造，構(gòu)建適合河道小型動物棲息的生存環(huán)境，且能恢復(fù)生物多樣性，改善水體環(huán)境，是抵抗南方洪水要求的生態(tài)修復(fù)組合技術(shù)，為河道生態(tài)修復(fù)提供一種可行方案。

2 工程概況

東莞市犀牛陂排渠起始于大朗鎮(zhèn)犀牛陂村，由南流向北，經(jīng)環(huán)湖路箱涵流入松山湖高新區(qū)境內(nèi)，再折向東北最終匯入松木山總泄洪渠，為松木山水一級支流，寒溪水的二級支流，東江的三級支流。高新區(qū)境內(nèi)排渠全長 4.2 km，河寬 4～8 m，現(xiàn)狀為雨污分流，承擔著園區(qū)南部排水任務(wù)，流域集雨面積 7.74 km2。現(xiàn)狀河道為梯形斷面，河床較低，河床寬約10 m，邊坡已修復(fù)。

由于上游截污，現(xiàn)狀河道干涸，河床有泥沙淤積，少量污水將河床沖出排水溝，河床不平整，水體灰黑色，流動性差，未見水生動物。經(jīng)過東莞松山湖犀牛陂排渠整治工程，在華為4號地塊西面，松木山水庫副壩以南形成一處河灘濕地，設(shè)計犀牛陂排渠水源由南側(cè)連通閘濕地進入河道。犀牛陂排渠環(huán)湖路補水起點下游段全長4.0 km，穿過華為3號和4號地塊長度為2.0 km，本研究生態(tài)修復(fù)范圍按照2.0 km河段實施(圖1、圖2)。

圖1 東莞市犀牛陂生態(tài)修復(fù)示范區(qū)區(qū)域示意

圖2 東莞市犀牛陂河道修復(fù)前現(xiàn)狀照片

3 本河道生態(tài)修復(fù)工程方案

3.1 工程設(shè)計原則與特點

(1)根據(jù)河流生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力，合理利用，適當?shù)倪M行人為改造，保證河流系統(tǒng)自然、健康發(fā)展，構(gòu)建河流與人類的和諧關(guān)系。

(2)在河流的不同時期和不同河段有著不同的功能需求，綜合考慮補水特點，洪水及枯水期水量波動大的特點，主要功能優(yōu)先考慮，各項功能相互協(xié)調(diào)。

(3)生物多樣性是維持河流生態(tài)系統(tǒng)平衡和健康的基礎(chǔ)，增加河流系統(tǒng)的生物多樣性，使河流系統(tǒng)的物質(zhì)和能量處于良性循環(huán)。

(4)經(jīng)過河流生態(tài)修復(fù)后，可以給人們帶來美好的享受，依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理，增加景觀異質(zhì)性，保留原河道的自然屬性，運用植物以及其他自然材料塑造親水的河流景觀，突顯城市地方特色與文化。

3.2 工程方案

首先，構(gòu)建生態(tài)河床。人工恢復(fù)和重建河床布置一定比例的淺灘和深潭結(jié)構(gòu)，在河道設(shè)堰及下挖等方式構(gòu)建淺灘-深潭的河床結(jié)構(gòu)，形成河段水體主斷面構(gòu)造及水深的變化。構(gòu)建一定比例的多樣性的生物棲息地，創(chuàng)造利于底棲動物生存的泥沙堆積層，即設(shè)計岸邊和水中的凹凸人工地形。其次，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)。恢復(fù)河流生物多樣性，為水生、兩棲動物創(chuàng)造棲息繁衍環(huán)境，維持健康良好的水生生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)實現(xiàn)穩(wěn)定的水域生態(tài)系統(tǒng)，突出構(gòu)建水中的生產(chǎn)者(水生植物)、消費者(魚類)、分解者(微生物)的比例的合理配置及生存環(huán)境(圖3)。

圖3 犀牛陂河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)路線

3.2.1 河道生態(tài)補水

犀牛陂河道上游進行了總口截污，將上游支流的旱季河道污水全部截流進入河道右側(cè)的截污管流向下游污水處理廠，枯水期時河道現(xiàn)狀沒有補水，僅靠雨水基流維持河道生態(tài)環(huán)境，為了滿足河道生態(tài)需水量，本方案采取在河道旁的水庫抽水進行河道補水，在河道最上游設(shè)置補水口，同時考慮補水量不大的因素，且避免河道水集中在溝渠中間，采取每隔一段設(shè)置溢流壩的措施存水，使河水滿鋪河道，維持河道生物需水的要求。

(1)上游補水：將水庫的水用抽水泵，泵至河道上游補水口處進行全河道補水，補水河道長度2.0 km，河寬約10 m，補水后河道水深能夠維持約200 mm，為河道提供生態(tài)需水量。

(2)溢流壩：當河道坡降小于等于0.3%時，每隔400～500 m設(shè)置一處溢流壩，當河道坡降大于0.3%時，每隔150～200 m設(shè)置一處溢流壩。溢流壩高出河床10～15 cm，維持一定水位，但不影響行洪。溢流壩的形式有一字型、魚鱗型、S型等形式多樣，維持了河道一定的水位。適當在河道中布置自然大塊石，構(gòu)建聯(lián)系兩岸的生物通道(圖4)。

圖4 犀牛陂河道生態(tài)修復(fù)溢流壩設(shè)計

3.2.2 生態(tài)河床的構(gòu)建

2017年即完成了該河道防洪截污工程，由于洪水暴雨期支流的泥沙遷移至該段河道，使現(xiàn)狀河道淤積泥沙厚度達40～80 cm，因此必須先進行河道清淤，并設(shè)置片石或碎石滿鋪河道，防止河底淤泥的二次污染河道水體水質(zhì)，而該河段整體彎曲度不明顯，且因補水的原因，河道流速均一，為了形成豐富河道流速及環(huán)境，采取在河道中集中拋塊石群的措施，從而形成急流和緩流。

(1) 河床平整及鋪設(shè)碎石：清除河道內(nèi)淤積的底泥及河道垃圾，采用挖掘機清除淤泥，坡腳部位500 mm范圍內(nèi)采用人工清淤的方法，清淤厚度約300 mm，換填300 mm厚的碎石滿鋪河床內(nèi)，碎石粒徑5～10 cm，并零星放置大塊塊石，豐富河床景觀。此技術(shù)構(gòu)建了凹凸不平河床，使通過的水流動提高了河床復(fù)氧能力；為底棲動物提供生境，且形成平整河床，均勻河道斷面流量。

(2) 塊石群：在河道補水起點至下游150～200 m范圍內(nèi)，設(shè)置150 m2的塊石群，修復(fù)河道結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度和水利條件的多樣性，從而形成急流增加水體溶解氧。塊石之間的空隙是良好的生物遮蔽場所，對生物的多度、組成、水生生物群的分布也具有重大影響。

圖5 犀牛陂河道生態(tài)修復(fù)塊石群設(shè)計

3.2.3 深潭淺灘的構(gòu)建

該河道整體坡降比不大，前期為了防洪達標的要求，將河道截彎取直，并漿砌石渠道化了，因此河道的橫縱斷面形態(tài)單一。為了豐富河道空間形態(tài)特征，形成多樣化河道底質(zhì)及環(huán)境，在河道彎曲處開挖深潭，緊跟其后堆積淺灘。

(1)入口深潭：在河道補水口下游500 m處，設(shè)置一個長20 m，寬10 m的大深潭，深潭后布置約150 m2的塊石群，深潭深2 m。因補水量小，且補水口位置單一，此深潭不僅可以存蓄補水口的水，使下游補水均勻分布，還可以存蓄上游洪水期帶來的泥沙，集中清理的一個沉沙池使用，且后面緊跟的塊石群，能為深潭存蓄的水體增加溶解氧，保證了河道的水體質(zhì)量。

(2)淺灘深潭：淺灘與深潭水面比例約為6∶4，淺灘高300 mm，分別設(shè)置細砂淺灘、粗砂淺灘、挺水植物淺灘、濕生植物淺灘等不同類型的淺灘，為不同的生物提供不同的生存環(huán)境。當河床斷面小于等于10 m時，淺灘可按照河床面積的10%～15%設(shè)置，深潭可按照河床面積的3%～5%設(shè)置；當河床斷面大于10 m時，淺灘可按照河床面積的15%～25%設(shè)置。深潭約2～3 m的圓圈形狀，深潭深1.5m，圓圈外圍上邊界處布置大塊石，避免泥沙淤積，部分深潭用漿砌石護底和護壁防坍塌。此技術(shù)分段挖深河床，形成一定水位，為魚類提供生境；補水量小時，仍能維持一定的生物量，形成較穩(wěn)定生境，提供雨季流速較大時生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(3)淺灘的設(shè)計：根據(jù)魚類棲息特性，將灘地建成蜿蜒蜿蜒曲折型，在灘地中設(shè)置積水洼地和池沼地，形成魚類生存的靜水水域，并種植挺水和沉水植物在灘地的深水域中，為肉食候鳥魚類及各類水生生物提供食物及產(chǎn)卵地，同時促進水生植物生長，水生植物又是植食性鳥類的食物，形成有利于珍禽生長的食物鏈。根據(jù)昆蟲及兩棲動物的生存特征，將灘地邊緣構(gòu)建成緩坡型，并設(shè)置大小不一的拋石，適當?shù)胤戒佋O(shè)小面積的砂礫石供動物產(chǎn)卵，種植野生草本，還原自然植被的多樣性，并為動物提供食物來源(圖6)。

3.2.4 生物棲息地的營造

犀牛陂河道位于東莞華為基地附近，周邊有水庫、有濕地公園，景觀樹木眾多，但河道內(nèi)為防洪達標要求，水陸交接處建設(shè)的直立式植草磚，該直立式植草磚阻隔了河道水體與河道護坡之間的連接通道，需對其改造，建設(shè)生物過河通道，如跨河圓木、圓管、拋大塊石形成斜面、設(shè)置魚槽磚等等。同時，為了吸引鳥類、松鼠、魚類、青蛙等生物來河邊飲水及筑巢，種植一些開花結(jié)果的樹木及設(shè)置木樁、石洞等措施，從而達到增加河道生物多樣性的目的。

(1)鳥類棲息：木樁群：按照河道每100 m左右設(shè)置一個木樁群，木樁排長5～8 m，木樁半徑0.1 m，左右岸交錯布置，為鳥類提供休憩地。種樹：在河道護坡上種植開花結(jié)果樹木，樹木種植密度為每100 m2種植3顆樹，為鳥類及魚類提供食物來源，如懂柳、樟樹、黃花風(fēng)鈴木、蒲桃、水翁等。

圖6 犀牛陂河道生態(tài)修復(fù)深潭淺灘設(shè)計

(2)魚類棲息：魚巢：按照河道每100 m設(shè)置一個魚巢系統(tǒng)，一個魚巢系統(tǒng)長度5～8 m，在水陸交錯帶處左右岸交錯布置，為魚類產(chǎn)卵提供場所。

(3)生物通道：在河道過河天橋下，設(shè)置橫跨河道的圓木，或者河道人流量較小處，設(shè)置生物通道，生物通道按照河道每500 m設(shè)置一處，方便小動物過河，在原垂直的水陸交錯帶拋塊石，方便動物下河飲水和產(chǎn)卵。

(4)生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合設(shè)計：在河道設(shè)置了深潭、淺灘、木樁、種植樹木、種植水草、設(shè)置魚槽、設(shè)置塊石群等多樣的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，為鳥類、魚類、蛇、烏龜、昆蟲、底棲動物、浮游生物等多種提供棲息環(huán)境，且形成完整的食物鏈關(guān)系。如護坡的樹開花結(jié)果，為昆蟲和鳥類提供食物來源，果子掉入水體，深潭棲息的魚類可以食用掉入水中的果子；護坡腳的木樁停留的鳥類可觀察水中的小魚覓食；細砂粗砂淺灘上生活著青蛙、烏龜和蛇等動物，上面種植的濕生植物為它們提供遮蔽環(huán)境；河道設(shè)置魚槽磚為魚類產(chǎn)卵地(圖7)。

圖7 犀牛陂河道生態(tài)修復(fù)生物棲息地設(shè)計

4 結(jié)語

本工程使水質(zhì)、水文條件得到改善，生境得到恢復(fù)；使河流生態(tài)系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)(河流地貌)及河流的連續(xù)性和開放性得到恢復(fù)，恢復(fù)河道縱向的蜿蜒性和橫向斷面的多樣性；對生物種群的恢復(fù)，對生境改善使生物的多樣性得到提高。同時，保證河道的生態(tài)系統(tǒng)健康，保證補水景觀河道的水體質(zhì)量，使河道水體形成具有自凈能力的水生態(tài)系統(tǒng)，改善了水體水環(huán)境和河道小型動物棲息的生存環(huán)境，恢復(fù)了生物多樣性，改善了水體環(huán)境，且能抵抗南方洪水水量波動大的特點。