河流生态修复技术研究概述

李 晋

(西北大学城市与环境学院，陕西 西安 710127)

河流生态修复技术研究概述

李 晋

(西北大学城市与环境学院，陕西 西安 710127)

河流在人类社会发展中扮演着重要的角色，但由于人类的过度使用以及随意将污染物排放入河流中，造成河流的生态破坏、水体污染。对于河流的治理，国外已从传统的“污水处理、达标排放”治理目标转变为以水质再生为核心的“水的循环再利用”，由单纯的“污染控制”技术发展为“水生态的修复与恢复”。本文介绍了河流生态修复的理念及其修复技术。

河流;生态修复;河流污染

河流是水循环中重要的一环，河流系统是自然界最重要的生态系统之一。人类不仅依傍河流而生，而且利用和开发河流，谋求社会经济的发展。水体污染、断流与生态破坏是我国河流面临的主要环境问题。随着经济快速发展、城市扩张和人民生活水平的提高，水资源的需求量也越来越大，对河流的水质要求也越来越高，因此河流污染治理和生态恢复迫在眉睫。

发达国家在河流污染治理和生态修复中，发展了多种值得借鉴的技术，并积累了宝贵的实践经验。在水环境污染治理技术方面，国外已将传统的“污水处理、达标排放”治理目标转变为以水质再生为核心的“水的循环再利用”，由单纯的“污染控制”技术发展为“水生态的修复与恢复”［1］。

1 河流的现状

1.1 自然河流的渠道化

人们出于行洪安全的考虑，对河道进行裁弯取直，并对河床加以混凝土衬砌，改变了原来河道的天然形状和走向，致使原本属于河流的“曲折蜿蜒”的形状和“深潭”、“浅滩”等许多生物赖以维持生存的自然特征消失。堤防与边坡护岸材料的硬质化的护坡结构隔断了地表水和地下水的联系通道，使大量水陆交错带的植物失去生存条件，同时影响岸坡内土壤内大量微生物生存［2］。另外，人工护坡的光滑表面也改变了原来天然多孔岸坡的特性，破坏了鱼类原有的产卵场所。

1.2 河流水环境质量恶劣

随着城市的发展，城市生活用水量日益增加，挤占了城市河流自身的生态需水，严重影响河流生态系统中水生生物、岸边植被生长，降低河流自净功能，造成河流两岸植被衰退、河床淤积、生物多样性锐减，河流生态系统遭到严重破坏。另外，部分城市生活污水、初步处理后的工业废水和农灌污水，直接排入城市河流，导致河流水水质下降。

1.3 河流生态系统损坏严重

构筑水坝引起顺水流方向的河流非连续化。大坝的构建将河流变成了相对静止的人工湖，库区和大坝下游河段的流速、水深、水温及水流边界条件都发生了变化，破坏了河流原有的水文连续性、营养物质输移连续性、生物群落连续性和信息流连续性，导致陆生生物生存环境发生巨大变化，引起生态退化、物种消失。因此，健康河流以物理、化学、生物等形式参与生态系统运动的功能丧失，致使河流所在区域的局部生态系统瘫痪。

1.4 河道景观缺乏

多数城市河流出于防洪安全的需要，两岸的堤防都修建得笔直高大，且水面单调划一、水流速度慢、水环境质量恶劣等造成了河道景观的严重不足。

2 河流生态修复理论

河流生态修复技术的主要理论基础是20世纪50年代德国创立的“近自然河道治理工程学”，工程设计理念中吸收生态学的原理和知识，改变传统的工程设计理念和技术方法，使河流的整治要符合植物化和生命化的原理［3］。在修复目标上，强调河流自然的健康状态;在修复方法上，强调人为控制和河流的自我设计相结合。

河流生态恢复应遵循的原则:

2.1 以生态学原理为指导

按照河流自身结构特点及健康运转需求，对河流生态系统的原有结构和功能进行恢复和保护，创造自然、协调的人类生存环境。

2.2 因地制宜

河流的地理位置、水文气候自然条件有较大差异，河流的污染原因和人类活动的影响也不尽相同，不同地区社会经济发展水平差别也有较大。因此，河流生态修复必须坚持因地制宜的原则，根据本地区和本流域的具体情况和特点，制定合乎流域自然地理条件、适应流域经济发展需要、符合当地经济承受能力的修复方案和措施［4］。

2.3 景观异质性原则

选择合适的尺度，合理配置景观格局，提高景观空间异质性，有利于增强生物多样性，有利于生态修复。

2.4 亲水性原则

按照景观生态学原理，增加景观异质性，保留原河道的自然线形，运用植物以及其他自然材料构造河流景观，增强河流亲水性，为人类提供生息休养的空间，带给人们美好的享受。

2.5 工程措施和非工程措施并举

河流生态修复在注重工程措施的同时，如果能加强管理，充分利用宣传教育、法律法规、经济杠杆等非工程措施的积极作用，往往达到事半功倍，标本兼治的效果。

2.6 系统规划和综合治理

河流生态修复是一个复杂的工程，周期长、风险大、投资高，要从流域系统出发进行整体分析，兼顾自然环境和社会发展等各个方面，将河流修复与防洪、城市用水等结合起来，优化整治，突出整体利益。

3 河流生态修复技术

河流生态修复是在遵循自然规律的前提下，控制待修复生态系统的演替方向和演替过程，把退化的生态系统恢复或重建到既可以最大限度地为人类所利用，又保持了系统的必要功能，并使系统达到自维持的状态。

河流污染治理与生态修复技术种类繁多，但从技术原理上看，可分为物理、化学和生物/生态技术三大类。各种技术具有不同的经济特点和使用条件。因此，客观、系统地分析各种技术的适用条件和经济性，具有重要意义。

3.1 物理技术

3.1.1 调水

通过改进水库调度，可以避免和挽回大坝对自然环境的潜在危害，恢复河流已丧失的生态功能或保持自然径流模式。但改进后的调度不宜显著改变传统水利工程的功能，即减小原有的灌溉、发电和防洪效益［5］。另外，通过水利设施(如闸门、泵站)的调控引入上游或附近的清洁水源还可改善下游污染河道水质，其实质是由于清洁水的大幅增加使污染水质得到改善，未减少河道的污染物通量(总量)。对于上游或附近具有充足清洁水源、水利设施较完善的河网地区，该技术不失为一种投资少、成本低、见效快的治理方法。

3.1.2 河道曝气技术

河道曝气技术是根据河流污染缺氧的特点，人工向水体中连续或间歇式充入空气(或纯氧)，加速水体复氧过程，提高水体的溶氧水平，恢复水体中好氧生物的活力，使水体自净能力增强，从而改善河流的水质状况［6］。应用形式主要有固定式充氧站和移动式充氧平台两种。主要应用于过渡性措施使用和对付突发性河道污染使用。该技术由于设备简单、易于操作而被许多国家优先选用净化中小型河流。

3.1.3 底泥疏浚

底泥疏浚是解决河流内源污染的重要措施，其主要是通过底泥的疏挖去除底泥中所含的污染物，清除污染水体的内源，减少底泥污染物向水体的释放，主要适用于富营养化河流的治理。应用形式有放水作业和带水作业两种。

3.1.4 河道规划

在进行河道规划时，要以全局的眼光对整个流域进行整体规划。根据河段的功能需求不同，有针对性地采取治理措施，全方位综合整治，恢复和提高河道的综合功能。由于城市河流完全被人工化，人工与自然比例失调，破坏了原有的生态平衡。因此，在保证防洪和排涝安全的前下，河道整治工作还要使河流恢复其天然形状。

3.2 化学技术

3.2.1 CEPT 技术

化学絮凝处理技术(CEPT)是一种通过投加化学药剂(一般为混凝剂)去除水体污染物，改善水质的处理技术，较适用于污染严重、较为封闭的地表水体。且由于其除磷效果良好，也适用于富营养化河流［7］。一般通过直接将药剂投加到水体中或者是将河水用泵提升至建于岸边的永久(或临时)构筑物中，再投加药剂进行河水的化学一级强化处理。

3.2.2 化学除磷

化学除磷技术的主要优点是除磷效率高，去除率可达85%以上，并能去除一般方法很难处理的溶解性与胶体性磷盐，对控制水体富营养化具有积极意义，适用于胶体状和溶解性无机磷含量较高的封闭或缓流水体。但该法成本较高，同时有二次污染的可能，因此，在饮用水源地应禁止使用。

3.3 生物/生态技术

3.3.1 生物修复技术

生物修复技术可分为:1.生物强化技术，通过向污染水体中接种外源的污染降解菌，利用其唤醒或激活水体中原本存在的、但被抑制而不能发挥其功效的微生物，并通过它们的迅速增殖，强有力地钳制有害微生物的生长和活动，从而消除水体有机污染及富营养化，消除水体的黑臭以及硝化底泥［7］。2.生物促进技术，通过向污染河流投放解毒剂、降解污染物的多种酶、有机酸、微量元素、常量元素、微生素等营养物质、电子受体等，减轻环境中的毒性，对自然界中污染物降解土著微生物起到促生作用，为之创造一个能顺利完成其自然降解功能的环境，强化污染环境的自净能力，加速对有机污染物的分解。

3.3.2 人工浮岛技术

人工浮岛技术是利用生态工学原理，在受污染河道，用木头、泡沫等轻质材料搭建浮岛，以浮岛作为载体，在水面上种植高等水生植物，通过植物根部的吸收、吸附作用和物种竞争相克机制，削减富集水体中的氮、磷及有机质，从而净化水质，并可创造适宜多种生物生息繁衍的栖息地环境。该技术主要适用于富营养化及有机污染的河流，工程量小，维护简单，处理效果好，避免重复污染，可实现资源持续利用。

3.3.3 生物膜技术

生物膜法是根据天然河床上附着的生物膜的净化及过滤作用，人工填充填料或载体，供细菌絮凝生长，形成生物膜。利用滤料和载体比表面积大，附着微生物种类多、数量大的特点，从而使河流的自净能力成倍增长。它具有较高的处理效率，对受有机物及氨氮轻度污染水体有明显的效果，适合于城市中小河流的直接净化。

3.3.4 生态混凝土技术

生态混凝土技术是利用1989年日本研制出一种生态混凝土材料对水体进行净化。这种材料是一类特种混凝土，其内部具有大量的连通孔，依靠大孔混凝土的物理、化学及生物化学作用，达到净水作用［1］。使用这种混凝土建造净水渠，污水在其中停留一定时间即可去除水中40%～50%的BOD5，长时间停留可去除80% ～90%。

3.3.5 人工湿地技术

人工湿地一般由人工基质和生长在其上的水生植物(如芦苇、香蒲等)组成，形成基质 －植物 －微生物生态系统，利用湿地中填料、水生植物和微生物之间的相互作用，通过一系列物理、化学及生物过程实现对污水的净化。

3.3.6 河内水生植物栽培技术

水生植被有利于固持底泥，吸收净化底泥中的营养物质，同时对面源污染物的去除和沉降及抑制蓝藻生长也有一定的作用。通常可根据不同生态类型水生植物的净化能力及微生物特点，设计建造由不同类型微生物组成的人工复合生态系统。

3.3.7 土地处理技术

土地处理技术是指利用土壤－微生物－植物系统的陆地生态系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能来净化被污染的河水，使河水水质得到不同程度的改善，同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产实现污染河水的资源化和无害化。

3.3.8 生态护岸的建设

生态护岸是指恢复自然河岸或具有自然河岸"可渗透性"的人工护岸。生态护岸在治理水土污染、控制水土流失、加固堤岸、增加动植物种类、提高生态系统生产力、调节微气候和美化环境方面都有着巨大作用。其特点是进一步加固堤防，滞洪补枯;修复水域生态系统;为城市景观添光增色。生态护岸可分为3种:①自然原型护岸，只采用种植植被保护河岸、保持自然河岸特性的护岸，但此护岸抵抗洪水的能力较差。②自然型护岸，不但只种植植被，还采用石材、木材等天然材料，增强了护岸抗洪能力。③多自然型护岸，在自然型护岸的基础上再用混凝土、钢筋混凝土等材料，确保了护岸抗洪能力。

4 总结

河流的不合理利用、随意排放污染物，使河流的生态功能遭到破坏，水体受到污染。随着对河流的认识加深，人们已认识到河流的重要性。国外对于河流的生态修复早在50年代就开始了，而我国的生态修复还处在起步阶段。对于我国目前的河流污染严重的问题，要结合我国的实际情况，借鉴国外的技术，进行对我国河流的治理。

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Overview of Technoloy Study on River Ecosystem Restoration

LI Jin
(Urban and Environmental College，Northwest University，Xi’an 710127，Shannxi)

The river plays a important role for development of the human society，but because of the over－used or free of pollutants discharged into the rivers，which caused to its ecological damage，water pollution. For river management，the traditional sewage treatment，discharged standard and control goal are changed to the water recycling as the core of the“water recycling”. A sample“pollution control”technology develops as“the water ecological restoration and recovery”.The article analyzes and summarizes the concept of river ecological restoration and repair technology.

river;ecological restoration;river Polluted

P641.69

A

1004－1184(2011)06－0060－03

2011－06－21

李晋(1987－)，男，山西太原人，在读硕士研究生，主攻方向:环境科学。