城市河流健康威胁与生态修复

林茂森 ,王殿武,刘玉珍,翟　佳,杨婷婷,王安志

(1.中国科学院沈阳应用生态研究所森林与土壤生态国家重点实验室,辽宁沈阳　110016;

2.中国科学院大学,北京　100049;3.辽宁省水利厅,辽宁沈阳　110003;

4.辽宁省水利水电科学研究院,辽宁沈阳　110003)



城市河流健康威胁与生态修复

林茂森1,2,王殿武3,刘玉珍4,翟佳1,2,杨婷婷1,2,王安志1

(1.中国科学院沈阳应用生态研究所森林与土壤生态国家重点实验室,辽宁沈阳110016;

2.中国科学院大学,北京100049;3.辽宁省水利厅,辽宁沈阳110003;

4.辽宁省水利水电科学研究院,辽宁沈阳110003)

摘要:论述了在城市化的进程中,由于人类对河流的过度开发和管理措施的欠缺,使城市河流健康受到的多方面威胁:水资源开发量过大,水体污染严重,河流渠道化,河岸硬质化,生态系统全面退化等.认为河流的生态修复作为一种科学环保、经济可靠的治理方式应得到重视.作为河流治理的主要趋势,城市河流生态修复应本着尊重自然的原则,通过人工干预,利用生态学手段,最大程度上消除河流的健康问题,恢复河流的自然功能与状态,最终达到城市与河流的和谐相处与可持续发展.

关键词:河流健康; 城市河流; 河流功能; 河流保护; 生态修复

随着生产力水平的提高和城市化的加剧,人类社会对河流的需求越来越多,对河流的开发程度越来越大,工农业生产的发展,生产生活用水量激增,消耗了大量水资源的同时,又产出了大量的废、污水,所引发的水污染成为城市河流健康的最大威胁[1].但这绝非是唯一的问题,城市土地利用方式的改变和工业化规模的扩大,导致城市需水量激增,完全不顾水资源承载能力和水环境承载能力,严重损害城市河流健康.城市河流的不合理开发和整治,也对河流生态系统造成了不可弥补的影响.总而言之,河流健康危机是由于不当的人类活动引起的,其中城市河流受到的健康危机最为强烈[2].

1　城市河流健康现状及原因

1.1城市河流水量开发过大

中国工业生产技术与发达国家有着一定的差距,工业用水消耗量大,效率低;农业灌溉的管理水平较低,很多农田的灌溉方式仍为落后粗犷的漫灌形式,农业灌溉水利用系数均值约为0.45,而先进国家可以达到0.7~0.8.为满足工农业取水用水的需求,修建大量水库水坝等水利设施,在引发生态问题的同时,导致利用量远远超过河流的水资源承载能力,城市河流出现断流,河槽萎缩等状况[3].中国多数河流的水资源利用率过高,如黄河水资源利用率已达70%,淮河为60%,辽河为65%,海河则高达近100%.研究表明,若一条河流的水资源开发利用率超过40%,将会对该条河流的健康造成不利影响[4].

1.2城市河流水体污染严重

中国城市河流健康最大的威胁是水体污染.大量的污染物已经远远超过河流的自净能力,河流生态系统难以良性运转.2003年全国废污水排放总量达680亿t(其中工业废水占2 /3,城镇生活污水占1 /3),比1980年增加了2倍多[5].2006年中国七大水系的197条河流408个监测断面中,Ⅰ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为4%、23%、19%、23%、5%和26%[6].工业和城市生活废水与废弃物的不达标排放导致很多河流基本丧失使用功能[7],加剧了水资源亏缺的问题,进而限制了城市的发展.

1.3城市河流渠道化严重

人类出于城市规划布局、交通、安全的考虑,常将城市河流进行渠道化改造,即将蜿蜒曲折的天然河流改造成直线或折线形的人工河流或人工河网,把自然河流断面的复杂形状变成梯形、矩形及弧形等规则几何断面,将自然河床、边坡用混凝土等材料硬质化[8].直线化、平面化、硬质化改造后的城市河流,对城市防洪、航运等方面有着积极影响,但是河流自然弯曲所呈现的急流、缓流、弯道及浅滩相间的格局和深潭、浅滩交错的形势将消失,生境的异质性降低,水域生态系统结构与功能随之发生变化,生物群落多样性随之降低,可能引起淡水生态系统退化[9].另外,渠道化使城市河流自然美学性降低,弱化了城市河流的美学功能.

1.4城市河流的纵向间断

为了利用水资源的能量属性及出于城市防洪安全的考虑,人类在河流上构建了过多的拦蓄水工程,其中一些设计本身欠缺环境影响评价和长远发展考虑,会对河流生态系统造成很大的影响.城市河流的橡胶坝、混凝土水坝在阻断河流自然流路、造成河流淤积的同时,引起了流速、水深、水温等河流要素的变化,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,致使一些生物生境骤变,种群退化,物种消亡.

1.5城市河流的横向阻隔

混凝土护坡和堤防的修建目的是提升城市的安全性,使城市免于洪水侵害,但所造成的河道硬化与河道狭窄,极大地限制了河流的发展空间,断绝了河流与河岸生态系统的物质、能量与生物交互.河岸与河床分离的生态阻隔致使一些生物的营养、生存与繁衍受到限制,河流周围湿地退化,景观消失.

2　城市河流生态修复

2.1城市河流修复的原则

城市河流的生态修复,目的就是恢复河流生态系统的良性循环[10].所以,对城市河流修复的指导思想应该是河流生态系统的健康与“城-河”关系的可持续发展.修复过程中应该注意一些原则.

(1) 整体和局部共治的原则.在注重河流整体恢复的同时,密切关注局部河段可能出现的问题,严格控制点源污染和个别河段的生态危机.

(2) 尊重自然原则.河流自然状态的最大化,是治河的根本目标,城市河流由于人类社会的种种原因,虽不能完全还原自然状态,但是城市治河的根本原则是尊重河流的自然发展,为河流自然存在提供最大的支持.

(3) 和谐共处与长远发展的原则.既要注重河流的自然功能,又要让河流为人类社会服务,就需要从根本上做到人与河和谐共处.在开发治河之前,要做长远考虑,既明确未来发展需求,又不过度开发现有资源,做到发展与环境共进.

2.2城市河流修复的措施与方法

河流的生态修复是恢复和维持河流健康的重要措施之一,可以改善城市河流生态系统的结构和功能,最大程度还原河流的自然状态,达到城市与河流共同长期稳定的发展.

2.2.1改善城市河流水质

改善城市河流水质污染状态的方法有很多,其中生态修复具有经济性、节能性、负作用小、可持续等优势,这类技术实质上是通过利用自然生态系统的自净能力来净化水体,主要有以下几种方法.

(1) 水生动植物、微生物修复.水生植物有着发达的根系,可吸收大量污染物质,还是众多异养微生物的栖息地,并为其提供丰富的营养物.而根系微生物协同效应也使水体得到净化.水生动物使河流生态系统物种多样化,维护各个营养级的平衡,也会增加水质的净化效果.在水生动植物和微生物的综合作用下,水中的污染物和毒害物质能逐步被吸收、降解.这种修复方式高效经济实用,对原水体无副作用,比较适合污染程度较轻的水体[11].

(2) 底泥疏浚方法.底泥疏浚是将河床底部的污染物质挖出,摒除河流内部的污染源,从而降低有毒有害物质向水体扩散[12].

(3) 外流冲刷技术.外部冲刷技术,称为引清冲淡技术,是通过引进附近更大水系水质较好的水与污染较严重的内河水体进行混合稀释,增加河道的水体自净能力和环境容量[13].此方法虽然在短期内使污染物含量降低,但会在一定程度上干扰原有水体.

(4) 严格控制污水排放.在生态修复的同时,在制度上加强管理,严格控制工农业和生活污水的直接排放,才能从根本上发挥生态修复的效果,消除污染.

2.2.2保证城市河流生态需水

河流生态需水是指为了维持河流特定的生态环境功能所需的最小水量.城市河流生态需水主要包括:维持水生生物生存需水、河道的稀释自净需水、维持岸边植物生长需水、河流蒸发及渗漏需水、景观效应需水[14].

城市水资源的开发、利用,要以城市河流的生态需水量为指导,工农业用水要以节约为前提,提高水利用效率,这是保持河流环境自净水量和水生生物生态需水量的根本途径,也是保持河流水资源可持续利用的根本手段.

2.2.3城市河道的自然化改造

一些人为的不合理的城市河流线性改造和截断,破坏了原有的水生态系统,为了恢复城市河流的健康活力,在满足基本的城市防洪要求前提下,需对城市河流进行自然化改造,具体方法有:

(1) 拆除废旧的、不合理的拦河建筑,增加水流的通过性和连续性.

(2) 人工填挖滩涂和河底沟壑,重现水流多样性.

(3) 适度增高或降低河岸护坡,为河流创造更多发展空间,以便能够提高河流的调蓄和泄洪能力.

2.2.4城市河流的生态河堤护岸

城市河流生态护岸即利用天然材料,如沙石堆砌、木材积累、植被覆盖等手段建造的护岸形式,既可以保证水流的贯通,又可以减少水土流失,还能增强水陆生态系统物质、能量的交换,有利于微生物和水陆植被的生长,也为水生动物提供更多的营养物质和栖息环境,是河流与陆地间良好的缓冲地带.

2.2.5恢复城市河流生态系统、景观与文化

人类的治河理念应该是在河流满足城市交通、安全和供水等服务功能后,做到城市河流生态系统物种多样化、水量充盈化、水质清洁化和功能自然化;在保证河流生态系统健康的前提下,尽力发挥河流的美学价值和文化价值,展现自然河流景观,发掘河流的人文历史精神,创造良好的人居环境[11].

2.3城市河流生态恢复的评价指标

城市河流生态系统恢复包括水质指标、生物指标和生境指标.水质指标主要检测水体中有害物质的浓度(详细指标参见GB3838—2002地表水环境质量标准);生物指标是调查本地物种多样性、种群数量的恢复程度;生境指标主要是评估河流水文条件和河流地貌学特征对于生物群落的适宜程度.

3　城市河流治理的发展方向

在未来的城市河流建设与治理工作中,尊重自然,爱护环境,促进城市与河流和谐共处一定会成为工作的指导思想与人类的核心价值观,生态修复将成为治河的主流手段.对河流的直流不再分段化,整体系统的长远规划将是河流得到长治久安、更好地为人类社会服务的保证.河流的自然美学也会成为未来城市河流规划与治理的重要方面.河流文化内涵的开发,会使人类对自身历史、城市历史以及社会发展有更深远的认识.

4　结　　语

城市快速发展带来了一系列的生态问题,以城市河流生态健康破坏最为显著.随着城市河流健康问题的增多与严重程度的加深,人类越发意识到拯救河流、修复河流的重要性.河流的修复方法和技术有很多种,生态修复作为最经济、高效、无副作用的方式,越来越得到河流治理学者与工作者的注意.虽然现在河流生态恢复的理论基础比较完善,但在实际工作中还会受到重重阻碍,河流的生态恢复之路任重而道远.所以必须控制污水排放,提高用水效率,保护城市河流的生态系统健康.相信随着人类社会的进步,生产力与生产技术的提高及人类生态意识的觉醒,河流的生态修复将取得相当的成效,城市与河流将会和谐相处,共同发展.

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【责任编辑:祝颖】

(ZhangXuemei.StudyonUrbanRiverEcologicalRestoration[J].ScienceandTechnologyofWestChina, 2008,7(21):46-47,44.)

UrbanRiverHealthandEcologicalRestoration

Lin Maosen1,2, Wang Dianwu3,LiuYuzhen4,ZhaiJia1,2, Yang Tingting1,2, Wang Anzhi1

(1.StateKeyLaboratoryofForestandSoilEcology,InstituteofAppliedEcology,ChineseAcademyofSciences,Shenyang110016,China; 2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China; 3LiaoningProvincialDepartmentofWaterResources,Shenyang110003,China; 4ResearchInstituteofWaterResourcesandHydropower,Shenyang110003,China)

Abstract:It discussed that, in the process of urbanization, the urban river health is facing a wide range of threat caused by the over-exploitation of rivers and the lack of management measures, such as excessive development of water resources,water pollution, river channelization,river banks harden and water ecosystem degradation,etc. Ecological restoration of the river, as a scientific environmental,economical and reliable way of governance, should be taken seriously. As the main trends of river management, urban river restoration in line with the principle of nature respecting, using ecological means by human intervention, eliminate health problems of the river and restore the natural function and status of rivers in the maximum extent, and ultimately achieve harmony between city and the river along with the sustainable development.

Key words:river health; urban river; function of river; river protection; ecological restoration

作者简介:林茂森(1987-),男,辽宁朝阳人,中国科学院沈阳应用生态研究所博士研究生.

基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2013CB429902);国家自然科学基金资助项目(31370614,41371064);《河流生命理论与治理保护模式研究》项目资助.

收稿日期:2014-12-18

文章编号:2095-5456(2015)03-0197-04

中图分类号:TV213.4

文献标志码:A