流域生态修复技术探讨

马新萍

(西北大学城市与环境学院，陕西 西安 710127)

近年来，随着我国人口的增加和社会经济的快速发展，一方面，城市污水处理设施的建设严重滞后于工业化和城镇化的进程，导致大量未经处理的工业废水和生活污水排入自然水体;另一方面，农业生产中过量施用农药化肥，导致更为广泛的非点源污染不断汇入自然水体;此外，为了过度追求经济利益，自然河流不断被人为渠道化、直线化以及硬质化，导致自然河流的自净能力和纳污能力减弱［1］。因此，保护和改善河流水资源的整体质量，保护河流生态系统的良性循环成为亟待解决的问题。20世纪60年代后期，许多国家开始采用生态修复技术取得了显著地效果，近几年来我国也开始研究并采用河流生态修复技术，有些河流也因此得到保护。

河流生态修复是利用生态系统原理，采取各种方法修复受损伤的水体生态系统的生物群体及结构，重建健康的水生生态系统，修复和强化水体生态系统的主要功能，并能使生态系统实现整体协调、自我维持、自我演替的良性循环。河流生态修复的主要技术方法包括缓冲区恢复、植被恢复、河道补水、生物-生态修复、生境修复等技术。目前，河流退化已被公认是一个全球性的生态环境问题，社会对修复严重受损的河流生态系统的要求越来越迫切，因此很有必要对河流开展生态恢复的措施［2］。现行的生态修复措施为:(1)在一个地区单独实行，而不是站在战略角度上;(2)主要集中在防洪、发电和旅游功能上，忽视了河流和漫滩的基本生态过程;(3)基于整个流域空间的外在信息［3］。从概念和理论上讲生态修复是目前河流环境状况下比较适用的一种修复方法，它遵循生态系统的原则和特点，很好的实现了人与自然的和谐这一思路，所以，大力发展研究河流生态修复技术对我国建设环境友好型社会是十分必要的。以下是对国内外流域生态修复技术的分析以及适应于我国生态模式的介绍，最后是对目前的流域生态修复技术作以总结。

1 国内流域生态修复技术

我国传统水利工程技术的核心是工程结构的安全性及耐久性，材料主要是混凝土或浆砌石，没有考虑人工构造物对生物及其生态环境的影响，由此产生的结果是河流廊道的作用越来越小、水质恶化、生境的丧失或被阻断、物种减少等生态系统的退化［4］。近年来，我国对自然河岸带植被结构和功能以及管理的生态学研究非常关注，正在努力探索修复受损河流生态系统的新理论和技术手段。

河流水系生态恢复的任务有三大项:一是水质条件、水文条件的改善;二是河流地貌特征的改善;三是生物物种的恢复［5］。针对河流健康出现的不同问题，采取的修复方法也不同，将其归结为4个方面:水文特征的修复、水环境质量的修复、结构形态的修复和种群结构的修复.水文特征的修复是恢复由于水利工程的建设造成的河流水文模式的改变，改善下游生态和环境条件，主要采取调节水利工程的运行调度方式.水环境质量的修复方法较多，包括物理修复、化学修复和生物修复.河流结构形态的修复是要尽可能恢复河流的纵向连续性和横向连通性，保持河流纵向和横向形态的多样性，防止河床材料的硬质化等，目前主要是采用近自然生态工法.种群结构的修复主要是采用各种生物技术.对于特定的河流，应具体分析河流健康的受损方面和受损程度，然后根据河流所处的状态因地制宜地选择合理、有效的修复方法。

2 国外流域生态修复技术的创新之处

国外修复受损河岸生态系统的研究发展很快。20世纪60年代后期，德国及瑞士认识到传统的水利设计及管理思想是导致河流自然生态系统受损的根本原因，开始进行如何把生态学原理应用于土木工程，修复受损河岸生态系统的实验研究;1989年美国Mitsch和Jorgensn正式探讨1962年由H.T.Odum等首次提出的生态工程(ecological engineering)概念并赋予定义，正式诞生了生态工程［6-8］之后不断论证了生态学原理运用于土木工程中的理论问题，奠定了“多自然型河道生态修复技术”的理论基础。日本也很早就开始学习欧洲的河道治理经验，并在理论、施工及高新技术的各个领域丰富发展了“多自然型河道生态修复技术”，由此诞生了生态学与土木工程学有机融合的“应用生态工学”及其理论［9］。

上世纪60年代，德国、瑞士兴起了顾虑生态系统的河川建设。70年代，德国、瑞士、澳大利亚开始了近自然工法的河川建设。欧洲的近自然工法和治水相结合的治水对策，把很多以前的泛滥源的农地、住宅区再恢复到原来的状态，从而达到治水的目的。这对美国、亚洲等国的影响很大。日本以近自然工法的河川建设盛行。在日本，科学家减少对自然环境损害和避免自然环境恶化发生的方面包括四项。第一，提供科学的证据。第二，根据这些证据给国家的管理部门提供科学的水利工程建设方法;有时可以达到立法。第三，直接参与各个河川流域的评委会。第四，直接参与河川水利建设工程［10］。

3 生态修复的模式

生态修复模式是指人们在生态修复活动中所采取的定型的修复方式、生态要素的组织形式、生态演替所遵循的理论以及经济状况和政策等的总称。它具有稳定性、完整性和系统性的特点。生态进展演替的途径则是生态修复模式的具体实现过程。生态修复包括生态自然修复和人工修复两个部分。它是一个规模庞大、结构复杂、功能综合、因素众多的系统工程［4］。1995年，为改善科罗拉多河生态和环境问题，美国首先提出格伦峡大坝适应性管理程序(Glen Canon A-daptive ManagementPr ogramme)，并于1996年和2000年进行试验，通过改变大坝调度方式，模拟建坝前的自然水文模式，达到输沙、恢复生态环境和保护鱼类等综合效果［11］.2001年，美国工程兵团为提高密苏里河生态条件，也提出修改大坝操作手册(Master Manual)，建立大坝科学适应性管理模式［12］.根据我国河流的生态环境现状，比较适用的生态模式有:

(1)水土保持型精耕细作和种植业集约经营型生态修复模式，这种模式的主要特点是从主要依靠农业生产技术和增加物质能量投入，上升到主要应用生态农业思想和系统工程方法对作物布局进行科学运筹，充分发挥种植结构的合理性和时间利用的科学性，从而在单位面积的空间和时间上形成若干类“优化组合”，使农作物合理利用光、热、水、土资源，发挥最大的生物效应、生态效益和经济效益。

(2)农、林、牧协调发展的立体生态修复模式，这种模式的科学机理是从合理组织农林牧之间物质能量循环转化的网络结构出发，利用“食物链”的内在关系，把农林牧三者紧密结合起来，提高太阳能的利用率和生物能的转化率，从而在提高经济效益的同时实现农林牧的合理结构和生态平衡。

(3)种养加密切结合的复合生态修复模式，将人类不能直接利用的植物、动物和微生物提供的多种有机物，如根、茎、叶、花、果、实、皮以及锯末、残渣和粪便等变废为宝，应用生态经济学原理，按照多层次大循环利用方式使这些物质得到重新利用，不仅能获得比农林牧本身的经济价值还要大得多的经济效益，而且可实现生态平衡和社会文明。

(4)转移农村剩余劳力的生态修复模式，将项目区剩余的农村劳力向沿海发达地区输出，同时，政府出台一系列的税费优惠政策，鼓励农民到县城经商办企业，发展私营经济。另一方面，政府要千方百计发展小城镇、小集镇，让农村剩余劳力向城镇转移。只有转移了农村剩余劳力，生态系统所承受的超负荷压力才能解除，生态修复才可能实现。

(5)生态移民搬迁生态修复模式，在生态环境脆弱、生态平衡失调的地方，人们生活往往很贫困，实施生态移民工程，可减少人为干扰，确保植被恢复。

(6)农业生态旅游生态修复模式，农业生态旅游是以生态农业建设为基础，发展农业观光、农艺与科技示范、休闲度假等旅游活动，并提供游客围绕农产品采摘、加工等广泛参与和体验的新型旅游业，是农业与旅游业相结合的交叉性产业，其效益高、风险低［4］。

4 讨论

河流生态修复工作最早从德国的“近自然河道治理工程”概念到现在众多的流域生态修复技术，这说明流域生态修复技术逐渐趋于成熟。由以上对生态修复技术的探讨，可以看出，水生态修复技术大体可划分为两类:

4.1 利用生物生态方法治理和修复受污染水体的技术

该类技术是利用培育的高等植物或培养、接种的微生物的生命代谢活动，对水体中污染物进行富集、转化、吸收及降解而使水体净化的技术，具有处理效果好、低耗能或不需耗能，工程造价相对较低，运行成本低廉以及不能形成二次污染等特点，强调对水质的净化效果。主要用于受污染而失衡的自然水生生态系统的修复。按照与水生态系统融合的程度大小，生物生态治理技术又可细分为生物修复及生态修复技术。其中生态修复技术对于我国的潜水型湖泊的富营养化防治是一项应用潜力很大的技术，通过生物操纵或沉水植物重建，减轻营养负荷的再悬浮程度，促使藻型富营养化水体向草型富营养化水体演替，抑制蓝藻暴发，达到提高水质安全性的目的。

4.2 生态友好的水利工程技术

污染水体生物生态治理技术:生态水利工程技术:最早由欧美发达国家针对河流整治带来的“平面直线化、断面规则化和河岸硬质化”问题。于20世纪80年代提出，目前生态水利工程技术按照技术布置的位置进行分类，大体可分为何到修复、河道内栖息地修复、河岸修复、流域内栖息地修复和流域内土地利用修复等。发展到现在河流生态修复工程技术包括有曝气技术、湿地生态工程、生态浮岛技术和微生物技术。

［1］洪昌红，邱静，刘达.河流生态修复技术浅议［J］.广东水利水电，2010，10:33-35.

［2］罗波.河流生态恢复的基本思路与对策［J］.中国农村水利水电，2008，7:22-23.

［3］燕文明、刘凌、王建中、陈娟.长江流域与罗纳河流域生态修复对比探讨［J］.水电能源科学，2009，27(1):58-61.

［4］金家琪，何丙辉，吕树鸣.长江流域水土保持生态修复及其模式探讨［J］.贵州林业科技，2005，33(2):11-14.

［5］赵楠，张睿，尚磊.河流生态修复的研究内容和理论技术［J］.河南水利与南水北调，2010，5:55-57.

［6］Mitsch，W.J.，1989，Ecological engineering:An introduction to Ecotechnology，Wiley，New York.

［7］Mitsch，W.J.，1996，Ecological engineering:a new paradigm for engineers and ecologists，National Academy Press，Washington D.C.

［8］Mitsch，W.j，1998，Econogical engineering the 7-year itch，Ecological Engineering，10:119-130.

［9］李永祥，杨海军，河流生态修复的研究内容和方法［J］.人民珠江，2006，2:16-19.

［10］张裕平，任红，漫谈日本河流的生态修复［J］.中国三峡，72-75.

［11］Panel on Adaptive Management，Water Resources Project Planning，etc.Adaptive Management for Wat er Resources Project Planning［M］.The National Academies Press，2004.

［12］Science and Technology Board，Division on Earth and Life studies，National Research Council.The Missouri River Ecosystem［M］.Washington，D.C.:National Academy Pr ess，2002:100-150.

［13］廖文根，杜强，谭洪武，水生态修复技术应用现状及发展趋势［J］.中国水利，2006，563，61-69.