城市河流生態治理措施研究

陳作山

(遼寧省清原滿族自治縣水利事業服務中心，遼寧 清原 113300)

在抗旱抗澇、水資源輸送等方面城市河流發揮著巨大的作用，且現有大多數城市河流屬于人工開挖而成。近年來，隨著人們對生態環境保護意識的增強以及水生態文明城市建設的加快，城市河流生態治理工程逐漸引起工程界的廣泛關注。其中，傳統的河流治理方法比較注重河道的排水能力，而未考慮河道的生態環境、人文景觀和形態布局的整治，這嚴重制約了河流水生態功能和社會服務功能的提升；另外，各種生活垃圾在降水徑流作用下排入河流造成水環境污染，以及水生態系統生物的明顯減少和水體富營養化嚴重等問題非常突出[1-3]。

傳統的河流治理方法主要是利用流水量排導功能沖刷攜帶污染物，采用漿砌石或混凝土改建河道護坡形式以保證河流的順暢運行。然而，對于未考慮生態化的河流治理工程，水體中部分微生物會受到漿砌石或混凝土等硬質化材料的作用，并改變微生物的生長與繁殖環境，降低了水生物種多樣性和存活率，加之城市河流抗生態破壞的能力較弱極易引起水環境的二次破壞[4-5]。為有效解決以上問題，本文結合水生態文明建設理念和水源地保護目標要求，提出河流底泥及水質治理、河道斜堤重新設計、河流監管與水資源優化配置等生態治理措施，通過模擬試驗檢驗了設計方案的科學有效性，可為增強城市河流的防洪能力和整體景觀效果提供科學指導。

1 城市河流生態治理方案

全面調查城市河流的生態環境、施工能力以及河道現狀為實施河流生態治理工程的重要前提，結合河流水環境條件和城市發展對河流的需求狀況，初步擬定河道生態治理方案，對擬定的初始方案利用生態環境樣本調取法加以優化，最終形成一套符合水生態保護要求的治理方案[6]。借鑒現有河道的治理方法和水源地環境保護有關要求，按照流程圖1初步設計河流生態治理方案。

圖1 河流生態治理方案擬定流程

1.1 河道堤坡設計

城鎮河道整治存在的主要矛盾是生態需求與防洪安全，在創造良好生境條件以及滿足城鎮自然生態需求的同時，河道堤坡設計還可在一定程度上提升岸坡的抗沖防洪能力。所以，對于河道整治問題最為有效的解決辦法是合理的設計堤坡工程。最小過水斷面面積和最大排水流量為河道斜坡設計的基本要求，一般情況下城市河流的面積極其有限，垂直于水面或斜坡設計的U型過水斷面為城市內河道比較常見的方式。由于城區內居民活動較為頻繁且人口密度較大，為便于人或小型動物不慎落水時實施救援可將河道設計成斜坡，這種緩坡形式能夠為搭救活動創造一定的空間，并且為居民活動提供較好的聚集地；同時，為了保證城市河流的水體量選取的河低防滲材料為植生型材料，河低設計形式為“包堤”式。

1.2 城市河道修復

對于河道底泥以及水環境的治理為河流生態修復的核心內容，其中水體富營養化為城市河流普遍存在的問題，若突然截斷或減少輸入河流中的營養物質，則很可能導致依附于此類物質生存的系統崩潰，從城市河流長遠生態治理的角度分析，改善水體環境的有效措施為控制營養物的輸入。本文以先治理后修復作為河流生態整治理念，為了從根本上阻斷污染物進入水體嚴格控制外源性營養物的輸入，通過實施除磷、污水過濾、截污等技術手段凈化內源污染物，在此基礎上實現凈化水體的目的。長期以來，城市河流基本可以維持微度污染源的相對穩定排放，其排放量、種類、特性可以達到一定的平衡，由此可以依附于污染物成一個小范圍的非良性循環的生態圈，此生態圈對水體環境產生逆向的影響。實踐表明，滋生于污染富集地的生態圈并不會因營養物的截斷而發生破壞，同時污染物的減少可以明顯改善水體環境。通過系統分析城市河流的水質特性，為更好的創造修復河道環境的條件必須嚴格控制排入水體的營養物總量。

采取一系列生態措施有效治理城市河流水體環境后，可以實施修復水底泥沙措施。水底泥沙組成因河流地質環境的不同而存在較大差異，加之不同的水體凈化特點和多樣化的水環境類型，當前可用于改善水底泥沙的治理方法較多。根據城市河流的特點和工程治理投資情況，對水底泥沙選用疏浚法改善，該方法對水底泥沙的挖掘不會造成河流水環境中磷、氮等元素的富集；另外，底泥疏浚期間不會嚴重影響河流的蓄水能力和過水流量，保持一定的水流量可以有效防止營養物的聚集和底泥對水體的二次污染。工程前期治理雖然一次性投資較大，但是底泥疏浚治理方式發揮的效果最好，可以保持較長時間的水環境質量。

1.3 河道生態修復系統

生態修復技術的完善和河道治理研究的深入發展，使得河流生態治理技術體系日趨成熟，為保證城市河流能量物質交換、環境、生物、水質的良性循環，就必須形成一套完整的河流生態修復的生物圈。

為了從根本上解決對河道生態有毒害作用的重金屬元素以及水環境中氮、磷等物質的富集問題，可以充分應用綜合吸附形式和植物的吸收作用降解。其中，氮、磷等第一類營養物質在植物吸收降解后可以將其轉化為能量、原料，從而為水生物種的生長和繁殖提供基礎養料；重金屬元素等第二類物質經生物的綜合吸附作用產生沉積或儲藏于生物體內，即使河流生態系統與水生植物發生了剝離也不會對河道的正常運行造成不利影響。

水生植物群落穩定后會滋生許多的微生物，而河流生態環境能夠為水生微生物創造良好的棲息空間，這些微生物通過對水體中懸浮物的轉化或形成有機膠體，為植物群落提供其生長所需的養分，該過程可以顯著增強生態系統的良性循環能力以及減少污染物截留的生態修復時間。

在長期的作用下微生物發生沉積，由此可增大河流水體與浮水植物根系之間的接觸面積，當達到一定密集程度后水生植被將形成具有過濾功能的網絡系統，水流經過后會沉積許多不溶性膠體和帶電粒子，隨著時間的積累可以再次為水生生物創造一個生長、繁殖的環境，尤其是有機碎屑的沉淀會滋生浮游細菌，這為附著于水植物根部的小型水生動物提供了充足的養料，小型動物待河流生態進入內源生長階段后以凝聚的形式進入生態系統，由此完成河流生態系統的重建。

2 試驗驗證

為進一步驗證生態治理方案的有效性設計了仿真模擬試驗，以大凌河某河段治理工程為例，運用設計的治理方案綜合整治河流的生態系統。為保證試驗數據的可靠性與精準度，本文運用基于水生態文明建設的治理方案和傳統的城市河流治理方法，對比分析兩種方法試驗結果，以揭示生態河流治理方法的優點和可行性。

2.1 數據準備

合理設置試驗參數以保證仿真試驗的精度，城市河流治理過程為本次試驗的研究對象，河流治理過程中不同的整治方法其作用程度存在差異，因此仿真試驗時應確保河流內外環境參數不變。結合待模擬河段的水體環境、水勢狀況和仿真試驗條件，設置的參數如表1。

表1 仿真試驗參數設置

2.2 試驗分析

考慮到無法直接比較聯眾河流治理方案，所以對試驗過程可以選用第三方軟件紀錄，不同試驗次數的河流有機生態循環率變化特征如圖2。

圖2 不同河流生態治理方案的結果分析圖

從圖2可以看出，城市河流的生態運行能力可以利用有機生態循環率來衡量，系統穩定性與循環率呈正相關性，較傳統的河道治理方法本文設計的方案具有明顯優勢，可見在恢復河流生態完整性方面文中設計的方案比較完整穩定；城市生態狀況引入ARR評估指數，城市河流整治的徹底程度隨ARR指數變化幅度的增大而增加。通過對比分析圖2可知，較傳統的治理方法本文設計方案的ARR指數變化幅度明顯較大，其波動區間達到傳統方法的2倍。總體而言，基于水生態文明建設的治理方法較傳統的河流治理方案具有較強的適用性和可靠性，其生態治理成效極其顯著。

3 結語

(1)為更好的滿足河道景觀、濱河生態和水自然環境修復要求，將河流水環境修復和河道防洪功能相結合的綜合治理技術的應用將更加廣泛。因此，本文結合水生態文明城市建設理念和水源地環境保護相關要求，提出河流底泥及水質治理、河道斜堤重新設計、生態群落凈化以及水生植物吸附等多種生態治理措施，該技術方案以創建和諧的自然景觀區、改善水體環境、修復水生態及增強自然景觀效果等功能為總體目標，可為改善河流水體環境和提升水系統承載力提供保障，對促進水系統良性循環和美化河道自然景觀等發揮著顯著成效。

(2)以大凌河某河段治理工程為例，通過試驗仿真模驗證了所設計方案的有效性，結果顯示，基于水生態文明建設的治理方法較傳統的河流治理方案具有較強的適用性和可靠性，其生態治理成效極其顯著，可為規劃城市河流治理藍圖和制定合理的河道治理方案提供決策依據。