上海市中小河道生态治理集成技术应用研究

徐后涛++赵风斌++郑小燕++王丽卿++孔皓

摘要：指出了河道生态治理集成技术包括污染源控制技术、生境条件改造技术、生物强化技术等。根据上海市河道的特点，提出了不同类型河道生态治理的重点：中心城区和郊区城镇区河道形态宜遵循河道现有形态布局，生态治理重点放在河道内部的微地形构建、护岸改造、水质净化及生态绿化；新城新镇和大型居住区河道治理重点宜放在河道生境多样性的营造、水质净化、水生动植物的恢复及生态景观营造；农村河道生态治理重点宜放在生境多样性的保护及营造、水生动植物的恢复及生态绿化。在此基础上，结合上海市河道生态治理的效果，总结了适合上海市不同类型河道生态治理的组合技术。

关键词：中小河道； 生态治理；生境；上海

中图分类号：X826

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）16002204

1引言

上海快速的城市化进程对河网的影响较大，区域水系的破坏程度较为严重，城市河流的自然生态环境功能部分丧失。在这一背景下，上海市政府大力推进河道综合整治项目。河道水环境综合治理包括了清淤、护岸、截污、景观建设等内容，对河道的护岸形式如何满足生态要求也有了一定研究。基于目前城市河道治理技术众多但缺乏体系的实际状况，特别是随着中国建设海绵城市及消除黑臭河道工程的不断推进，迫切需要梳理在河道生态治理中成熟的技术，形成共性技术体系。研究在对上海市及周边省市河道治理和效果调查的基础上，系统梳理上海市及周边省市河道生态治理的技术应用情况，并在查阅大量国内外相关技术文献的基础上，构建适合上海市河道生态治理的集成技术体系，以期为以后上海市河道生态治理过程中关键技术的研发和应用提供服务和参考。

2上海市中小河道的特征

（1）水动力条件差，往复流。上海属于地势低的感潮型平原河网地区，水流缓慢，流向不定，水体自净能力弱，河道水体循环受水闸、水道等人工控制，具有很大程度的人为性[1]。

（2）易受台风影响。上海夏秋季易受台风、热带风暴等袭击，并常常伴有暴雨及风浪，形成涝灾，给人民生命财产造成损失[2，3]。

（3）城市化特征明显。上海是高度城市化的特大型城市，“雨岛效应”明显[4]，城市下垫面多以硬化为主，植被截留、渗水区域较少。

（4）人为污染较为严重。上海污水排放量为21.17×108 m3/年，其中工业占49.4%，居民生活及企事业占49.7%。进污水厂处理仅占9.7%，59.3%的污水未经处理，直接排入河道，是河道污染的主要原因[5]。

（5）水系存在萎缩现象。由于历史原因，与水争地，盲目填河，原有的自然水系遭到破坏， 加之水体遭到污染，越填越差，形成恶性循环。

3河道生态治理的概念

河道生态治理是在传统河道整治过程中加入生态学原理，在遵循自然规律的前提下，利用生态系统的自我恢复能力，通过减轻或消除人为干扰压力，辅以适当的人工引导措施，协助退化的、受损的、被破坏的生态系统逐步恢复到接近于它受干扰前的自然状况，或使生态系统向良性循环方向发展的操作及管理过程[6， 7]。

4河道生态治理技术思路

河道生态治理首先开展资料收集、现状调查，分析相关规划对工程河道建设的要求，对河道的水文情势、水工构筑物及引排水、防洪调度、污染源、水质、水生态、底质及陆域植物群落等现状及历史资料进行调查，诊断河道存在的问题。综合工程河道的特点、现状调查分析成果及相关规划等，确定河道生态治理的具体目标，并明确工程的建设任务。根据工程河道不同河段的特点及问题，进行分段治理，确定不同河段的建设内容和重点。根据河道现状形态及相关规划，确定河道平面布置。根据水系规划或防洪规划等对河道断面的基本要求，结合河道生态治理的需要，在确保河道防洪、排涝及引调水等基本功能的条件下，优化河道断面形式，合理选择适宜的护岸材料。根据确定的河道平面布置及断面形式，设计适合生物多样性需要的河道微地形改造形式。根据不同河段的建设内容及重点，确定河道动植物恢复重点，提出陆生植物群落恢复、水生植物配置及水生动物放养方案。根据拟定的河道生态治理方案，复核河道引排能力，验证岸（坡）强度和结构稳定，确保河道规划功能和结构安全可靠。

5河道生态治理技术措施

上海市各类型河道主要建设内容包括生态护岸、水生植物种植、生态浮床等，各河道生态治理措施详见表1。

5.1污染控制技術

5.1.1外源污染控制技术

河道周边有市政污水管网时，对入河点源主要采取截污措施；河道远离市政污水管网时，对入河点源主要采取现地处理措施，如地埋式微动力膜、MBR一体化处理或A/O一体化处理装置、沼气池、三格化粪池或人工湿地等处理方式[8， 9]。

5.1.2内源污染控制技术

徐后涛，等：上海市中小河道生态治理集成技术应用研究

环境与安全

底泥中的营养物质随着环境的变化会不断地释放到水体中对河道水体产生一定的污染，使得水体处于污染状态。研究表明，在河道外源污染得到控制后，底泥成为主要污染源。河道污染底泥的处理主要有原位处理和异位处理两种方式[10，11]。异位处理主要是将底泥挖掘出来后运输到其他地方处理；原位处理主要有生态疏浚及生物修复技术。

生态疏浚技术：根据河道功能需求和底泥淤积情况，在河道规划断面确定的清淤深度基础上，结合底泥柱状样监测结果分析的受污染底泥的厚度及位置，将工程清淤与生态清淤相结合。清淤方式主要可分为：排水干挖、水力冲挖、绞吸式挖泥船3种。

底泥生物修复技术：利用生物的生命代谢对底泥污染物进行吸收、转化或降解，降低底泥环境中氮磷营养盐、重金属或有毒有害物质含量。常用的包括微生物修复技术、高效复合菌及植被恢复技术。

5.2河道生境改造技术endprint

生境即栖息地，指生物体的生存环境，是河道生态系统的重要组成部分，为河道生物的生存提供相关的综合条件[12，13]。目前，我国河道生境条件受损严重，人类对河道的改造活动，如裁弯取直、渠道道、护岸硬质化，改变了河道的基本形态，使得生境异质性降低，从而导致生物群落多样性降低，最终引起河道生态系统退化，河道功能简单化或完全丧失[14～16]。河道生境条件改造包括河道平面形态改造、河道断面改造[17，18]、河底微地形改造、生态护岸等[19～22]。

5.3河道生物强化修复技术

5.3.1人工浮床技术

人工浮床是经过人工设计，以高分子材料为载体和基质，将水生植物种植在浮于水体的床体上，利用水生植物的吸收、吸附、截留及植物根系附着微生物对污染物的降解作用，起到净化水体、增加水体透明度的生态修复技术[23，24]。人工浮床一般运用于水深较深、透明度较低，水生植物种植及存活较困难的河道；在水质较差的河道中可以作为先锋技术逐步改善水体的水质。人工浮床应用时需注意：浮体的结构稳定性及耐久性；浮床植物的配置合理性；浮床的固定，需考虑风浪及河道流速的影响；浮床的管理维护，特别是冬季浮床的管理等。

5.3.2人工增氧技术

适用于河道相对较窄（宽30 m以内），通过人工向水体中充入空气，增加水体中溶解氧含量，改善水体缺氧状态，通过恢复和增强水体中微生物的作用，去除水体中的污染物[25，26]。人工曝气措施包括：①叶轮增氧机、微泡增氧机等设置在河道内的原位增氧；②利用水泵以喷泉形式或跌水坝溢流增氧；③岸边设置鼓风机，将空气通过管道输送至河道进行微孔增氧；④太阳能循环复氧等。

人工增氧曝气是一项借助人工手段向河流中充入空气或氧气技术，具有效果好、投资和运行成本低，对周围环境影响小等优势，但实际应用过程中还具有一定的局限性，在低水位（低于30 cm）、通航的河道中不宜使用（图1）。

5.3.3生物膜技术（人工介质）

生物膜是指微生物（包括细菌、放线菌、真菌及微型藻类和微型动物）附着在固定表面生长后形成的黏薄膜。生物膜在自然界广泛存在，如河流中水生植物的茎叶及根系、砂石和沉积物表面都生长着大量生物膜。生物膜通过吸附、过滤和微生物生长代谢对水体中污染物具有很强的净化作用[27，28]。

近年来，在水体污染净化和生态修复中有“人工水草”，是通过人工制造，外形类似水草的生物膜载体。生物膜技术一般应用于水质较差的河道水质净化，其使用方式有：①与浮床结合使用，悬挂在浮床下方；②与鱼巢结合使用，直接把含填料的框架放置在河底，起到既净化水质，又发挥类似人工鱼巢的作用。该方式应防止框架及填料被水流冲倒或冲走；③将尼龙绳或者纤维绳等跨河面分别固定在两岸，绳上按一定距离垂挂填料。生物膜适用于不通保洁船的狭窄河道。

5.3.4陆域植物群落恢复技术

陆域植物群落具有缓冲带、水土保持、生物栖息地、小气候改善等生态服务功能。植物群落修复是在遵循土著物种优先、提高生物多样性等基本原则的基础上，注重植物的生态习性、空间配置和时间配置，提高陆域植物群落植物的拦截净化功能，改善河道生态景观效果。

5.3.5水生植物构建技术

水生植物按生态习性分为四大生态类群：挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物。河道内水生植物类群配置原则一般是从河道沿岸向水体深处依次为挺水植物、浮叶植物和沉水植物，漂浮植物的配置不受水体深度的影响。

5.3.6水生动物构建技术

水生动物是水生态系统的重要组成部分，可以摄取水体中的营养物质，有效降解水体中的污染物，明显改善河道水质。水生动物构建技术分为经典生物操纵技术和非经典生物操纵技术[29～32]。

5.3.7其他辅助技术

根据工程特点及治理目标，针对现场实际情况，可利用生态悬床技术、微生物技术、生物控制技术等其他的辅助技术，加速恢复生态系统及改善水质。

2017年8月绿色科技第16期

6结论

上海市生态治理对改善河道水质状况和生态系统结构具有积极的作用。相对而言，新城新镇和大型居住区及农村地区河道生态治理效果最为明显，中心城区及郊区城镇区河道生态治理效果一般，主要是因为中心城区周边条件已经较为成熟，截污难度大，由于截污不彻底影响了河道生态评价的整体，因此在河道生態治理过程中截污是前提。

综合河道生态治理评价结果，上海市不同类型河道生态治理重点亦应该有所不同。

6.1中心城区和郊区城镇区河道

中心城区和郊区城镇区河道形态宜遵循河道现有形态布局，生态治理重点放在河道内部的微地形构建、护岸改造、水质净化及生态绿化。

6.2新城新镇和大型居住区河道

新城新镇和大型居住区河道治理重点宜放在河道生境多样性的营造、水质净化、水生动植物的恢复及生态景观营造。河道生境多样性宜充分考虑河道形态、地貌及河道内微地形等因素，营造多样的河道生境系统；适当增加河道的蜿蜒性，断面形式宜多采用复式断面；水生动植物的恢复宜通过适度的人工干预手段，加速恢复进程。

6.3农村地区河道

农村河道生态治理重点为生境多样性的保护及营造、水生动植物的恢复及生态绿化。河道生境多样性的营造宜充分考虑河道形态、地貌及河道内微地形等因素，适当增加河道的蜿蜒性，断面形式宜采用斜坡或复式，并因地制宜构造河塘湿地、人工岛等；河道护岸宜以天然土质护坡为主，需结构护岸的河道，护岸材料优先采用天然材料，减少人工材料的使用。水生动植物的恢复宜通过适度人工干预手段，加速恢复进程。

参考文献：

[1]

徐祖信.上海城市水环境质量改善历程与面临的挑战[J].环境污染与防治， 2009（12）：8～11.endprint

[2]陈璟.台风降雨使上海成涝原因分析与排涝对策研究[J].城市道桥与防洪， 2007（04）：86～87.

[3]王同生.我国沿海地区台风暴雨灾害及减灾措施[J].上海水利， 1996（01）：11～15.

[4]曹琨，葛朝霞，薛梅，等.上海城区雨岛效应及其变化趋势分析[J]. 水电能源科学， 2009（05）：31～33.

[5]黄长缨，杨凯.上海水系污染分析及其保护对策[J].上海环境科学， 2002（01）：58～60.

[6]杨海军，内田泰三，盛连喜，等.受损河岸生态系统修复研究进展[J]. 东北师大学报（自然科学版）， 2004（01）：95～100.

[7]Nakamura F. The Significance of Meander Restoration for the Hydrogeomorphology and Recovery of Wetland Organisms in the Kushiro River， a Lowland River in Japan[J]. Restoration Ecology， 2014. 22（4）：544～554.

[8]谢爱军，周炜，年跃刚，等.人工湿地技术及其在富营养化湖泊污染控制中的应用[J]. 净水技术， 2005（06）：49～52.

[9]梁鸣. 我国城市湖泊富营养化现状及外源控制技术[J]. 武汉理工大学学报， 2007（8）：194～197.

[10]柳惠青， 湖泊污染内源治理中的环保疏浚[J].水运工程， 2000（11）：21～27.

[11]郑金秀，胡春华，彭祺，等.底泥生态疏浚研究概况[J].环境科学与技术，2007（4）：111～114.

[12]郑丙辉，张远，李英博. 辽河流域河流栖息地评价指标与评价方法研究[J].环境科学学报， 2007（6）：928～936.

[13]王建华，田景汉，吕宪国.挠力河流域河流生境质量评价[J].生态学报，2010（2）：481～486.

[14]封福记，杨海军，于智勇. 受损河岸生态系统近自然修复实验的初步研究[J]. 东北师大学报（自然科学版）， 2004（1）：101～106.

[15]杨海军，封福记，赵亚楠，等.受损河岸生态修复技术[J]. 东北水利水电， 2004（6）：51～53.

[16]赵亚楠，杨海军，内田泰三，等.受损河岸生态系统生态修复材料的研究[J].东北师大学报（自然科学版）， 2004（1）：107～113.

[17]朱文锦，介子林，胡亚东，等.人工鱼巢作为黄河鱼类增殖措施试验研究[J].河南水产， 2012（2）：29～30.

[18]谢三桃，朱青.城市河流硬质护岸生态修复研究进展[J].环境科学与技术，2009（5）：83～87.

[19]李小平，张利权.土壤生物工程在河道坡岸生态修复中应用与效果[J]. 应用生态学报，2006（9）：1705～1710.

[20]赵广琦，崔心红，张群，等.河岸带植被重建的生态修复技術及应用[J].水土保持研究， 2010（1）：252～258.

[21]T， O.H.， Ecological engineering and self-organization[J]. New York：John Wiley&Sons. 1989（13）：79～101.

[22]王富欣，李甲荣，郭瑞，等.白马湖堤防生态护坡设计[J].中国水利， 2014（16）：31～33.

[23]黄文丹.人工生态浮床技术在水环境修复中的应用进展[J].四川环境， 2015. 34（2）.

[24]Hu G J. An ecological floating-bed made from dredged lake sludge for purification of eutrophic water[J]. Ecological Engineering， 2010，36（10）：1448～1458.

[25]黎镜中，代庆军，李文奇， 离式螺旋微气泡泵人工增氧技术[J]. 通用机械， 2011（11）：73～74.

[26]王小晓，龚珞军，韩炜，等.自然复氧人工湿地处理农村污水动力学研究[J]. 环境科学与技术， 2014（02）：143～148.

[27]田伟君，翟金波. 生物膜技术在污染河道治理中的应用.环境保护，2003（08）：19～21.

[28]张美兰，何圣兵，项颖颖，等.生物膜技术原位处理有机污染河道研究[J]. 净水技术， 2009（3）：32～35.

[29]闫玉华， 钟成华，邓春光.非经典生物操纵修复富营养化的研究进展[J].安徽农业科学， 2007（12）：3459～3460.

[30]王瑜，刘录三，方玉东，等. 生物操纵方法调控湖泊富营养化研究进展[J].自然科学进展， 2009（12）：1296～1301.

[31]姚雁鸿，余来宁. 生物操纵在退化湖泊生态恢复上的应用[J]. 江汉大学学报，2007（2）：81～84.

[22]刘恩生.生物操纵与非经典生物操纵的应用分析及对策探讨[J]. 湖泊科学， 2010（3）：307～314.endprint