基于生境营造的河流生态修复技术研究——以东莞市人工补水河道为例

毛雪慧，林 静，彭亚莉

(深圳市碧园环保技术有限公司，深圳 518000)

1 引言

当前，城市河流天然地貌特征变化显著，河流渠道化、河岸硬质化和河道景观的缺失，城市河道水质污染和水利工程设施的建设，破坏了自然河道的生态系统，降低了河流生态环境承载力。补水型河道虽然已完成截污、水质得到改善，但由于没有适合生物生存的生境，不能建立多样性的生态系统，长期下来，会导致生物入侵、水质恶化等问题，不能形成良性循环。

河流生态修复工程最早始于欧洲对山溪河流的生态治理，1938年德国Seifert首先提出近自然河溪治理的概念，它是指能够在完成传统河道治理任务的基础上，可以达到接近自然、经济并保持河流景观的一种近自然治理方案。近年来，我国在河流生态修复方面的研究日益增加，如成都市府南河多自然护岸工程；河流和河流廊道的完整的生态系统修复工程；改善水域空间的景观工程；基于河流系统健康的治理方案；原生态型、工程生态型、生物修复型3种河道生态治理模式的适用条件。而每一条河流因其独特的个性，在区域、地质、气候、植被、土地利用状况和物种分布等方面存在差异，因此，各地河流生态修复方法存在差异。

本文针对补水型河道生物多样性较差，存在生物入侵、水质恶化等问题，通过生境营造，构建适合河道小型动物栖息的生存环境，且能恢复生物多样性，改善水体环境，是抵抗南方洪水要求的生态修复组合技术，为河道生态修复提供一种可行方案。

2 工程概况

东莞市犀牛陂排渠起始于大朗镇犀牛陂村，由南流向北，经环湖路箱涵流入松山湖高新区境内，再折向东北最终汇入松木山总泄洪渠，为松木山水一级支流，寒溪水的二级支流，东江的三级支流。高新区境内排渠全长 4.2 km，河宽 4～8 m，现状为雨污分流，承担着园区南部排水任务，流域集雨面积 7.74 km2。现状河道为梯形断面，河床较低，河床宽约10 m，边坡已修复。

由于上游截污，现状河道干涸，河床有泥沙淤积，少量污水将河床冲出排水沟，河床不平整，水体灰黑色，流动性差，未见水生动物。经过东莞松山湖犀牛陂排渠整治工程，在华为4号地块西面，松木山水库副坝以南形成一处河滩湿地，设计犀牛陂排渠水源由南侧连通闸湿地进入河道。犀牛陂排渠环湖路补水起点下游段全长4.0 km，穿过华为3号和4号地块长度为2.0 km，本研究生态修复范围按照2.0 km河段实施(图1、图2)。

图1 东莞市犀牛陂生态修复示范区区域示意

图2 东莞市犀牛陂河道修复前现状照片

3 本河道生态修复工程方案

3.1 工程设计原则与特点

(1)根据河流生态系统的自我调节能力，合理利用，适当的进行人为改造，保证河流系统自然、健康发展，构建河流与人类的和谐关系。

(2)在河流的不同时期和不同河段有着不同的功能需求，综合考虑补水特点，洪水及枯水期水量波动大的特点，主要功能优先考虑，各项功能相互协调。

(3)生物多样性是维持河流生态系统平衡和健康的基础，增加河流系统的生物多样性，使河流系统的物质和能量处于良性循环。

(4)经过河流生态修复后，可以给人们带来美好的享受，依据景观生态学原理，增加景观异质性，保留原河道的自然属性，运用植物以及其他自然材料塑造亲水的河流景观，突显城市地方特色与文化。

3.2 工程方案

首先，构建生态河床。人工恢复和重建河床布置一定比例的浅滩和深潭结构，在河道设堰及下挖等方式构建浅滩-深潭的河床结构，形成河段水体主断面构造及水深的变化。构建一定比例的多样性的生物栖息地，创造利于底栖动物生存的泥沙堆积层，即设计岸边和水中的凹凸人工地形。其次，构建生态系统。恢复河流生物多样性，为水生、两栖动物创造栖息繁衍环境，维持健康良好的水生生态系统，应实现稳定的水域生态系统，突出构建水中的生产者(水生植物)、消费者(鱼类)、分解者(微生物)的比例的合理配置及生存环境(图3)。

图3 犀牛陂河道生态修复技术路线

3.2.1 河道生态补水

犀牛陂河道上游进行了总口截污，将上游支流的旱季河道污水全部截流进入河道右侧的截污管流向下游污水处理厂，枯水期时河道现状没有补水，仅靠雨水基流维持河道生态环境，为了满足河道生态需水量，本方案采取在河道旁的水库抽水进行河道补水，在河道最上游设置补水口，同时考虑补水量不大的因素，且避免河道水集中在沟渠中间，采取每隔一段设置溢流坝的措施存水，使河水满铺河道，维持河道生物需水的要求。

(1)上游补水：将水库的水用抽水泵，泵至河道上游补水口处进行全河道补水，补水河道长度2.0 km，河宽约10 m，补水后河道水深能够维持约200 mm，为河道提供生态需水量。

(2)溢流坝：当河道坡降小于等于0.3%时，每隔400～500 m设置一处溢流坝，当河道坡降大于0.3%时，每隔150～200 m设置一处溢流坝。溢流坝高出河床10～15 cm，维持一定水位，但不影响行洪。溢流坝的形式有一字型、鱼鳞型、S型等形式多样，维持了河道一定的水位。适当在河道中布置自然大块石，构建联系两岸的生物通道(图4)。

图4 犀牛陂河道生态修复溢流坝设计

3.2.2 生态河床的构建

2017年即完成了该河道防洪截污工程，由于洪水暴雨期支流的泥沙迁移至该段河道，使现状河道淤积泥沙厚度达40～80 cm，因此必须先进行河道清淤，并设置片石或碎石满铺河道，防止河底淤泥的二次污染河道水体水质，而该河段整体弯曲度不明显，且因补水的原因，河道流速均一，为了形成丰富河道流速及环境，采取在河道中集中抛块石群的措施，从而形成急流和缓流。

(1) 河床平整及铺设碎石：清除河道内淤积的底泥及河道垃圾，采用挖掘机清除淤泥，坡脚部位500 mm范围内采用人工清淤的方法，清淤厚度约300 mm，换填300 mm厚的碎石满铺河床内，碎石粒径5～10 cm，并零星放置大块块石，丰富河床景观。此技术构建了凹凸不平河床，使通过的水流动提高了河床复氧能力；为底栖动物提供生境，且形成平整河床，均匀河道断面流量。

(2) 块石群：在河道补水起点至下游150～200 m范围内，设置150 m2的块石群，修复河道结构的复杂度和水利条件的多样性，从而形成急流增加水体溶解氧。块石之间的空隙是良好的生物遮蔽场所，对生物的多度、组成、水生生物群的分布也具有重大影响。

图5 犀牛陂河道生态修复块石群设计

3.2.3 深潭浅滩的构建

该河道整体坡降比不大，前期为了防洪达标的要求，将河道截弯取直，并浆砌石渠道化了，因此河道的横纵断面形态单一。为了丰富河道空间形态特征，形成多样化河道底质及环境，在河道弯曲处开挖深潭，紧跟其后堆积浅滩。

(1)入口深潭：在河道补水口下游500 m处，设置一个长20 m，宽10 m的大深潭，深潭后布置约150 m2的块石群，深潭深2 m。因补水量小，且补水口位置单一，此深潭不仅可以存蓄补水口的水，使下游补水均匀分布，还可以存蓄上游洪水期带来的泥沙，集中清理的一个沉沙池使用，且后面紧跟的块石群，能为深潭存蓄的水体增加溶解氧，保证了河道的水体质量。

(2)浅滩深潭：浅滩与深潭水面比例约为6∶4，浅滩高300 mm，分别设置细砂浅滩、粗砂浅滩、挺水植物浅滩、湿生植物浅滩等不同类型的浅滩，为不同的生物提供不同的生存环境。当河床断面小于等于10 m时，浅滩可按照河床面积的10%～15%设置，深潭可按照河床面积的3%～5%设置；当河床断面大于10 m时，浅滩可按照河床面积的15%～25%设置。深潭约2～3 m的圆圈形状，深潭深1.5m，圆圈外围上边界处布置大块石，避免泥沙淤积，部分深潭用浆砌石护底和护壁防坍塌。此技术分段挖深河床，形成一定水位，为鱼类提供生境；补水量小时，仍能维持一定的生物量，形成较稳定生境，提供雨季流速较大时生态系统的稳定性。

(3)浅滩的设计：根据鱼类栖息特性，将滩地建成蜿蜒蜿蜒曲折型，在滩地中设置积水洼地和池沼地，形成鱼类生存的静水水域，并种植挺水和沉水植物在滩地的深水域中，为肉食候鸟鱼类及各类水生生物提供食物及产卵地，同时促进水生植物生长，水生植物又是植食性鸟类的食物，形成有利于珍禽生长的食物链。根据昆虫及两栖动物的生存特征，将滩地边缘构建成缓坡型，并设置大小不一的抛石，适当地方铺设小面积的砂砾石供动物产卵，种植野生草本，还原自然植被的多样性，并为动物提供食物来源(图6)。

3.2.4 生物栖息地的营造

犀牛陂河道位于东莞华为基地附近，周边有水库、有湿地公园，景观树木众多，但河道内为防洪达标要求，水陆交接处建设的直立式植草砖，该直立式植草砖阻隔了河道水体与河道护坡之间的连接通道，需对其改造，建设生物过河通道，如跨河圆木、圆管、抛大块石形成斜面、设置鱼槽砖等等。同时，为了吸引鸟类、松鼠、鱼类、青蛙等生物来河边饮水及筑巢，种植一些开花结果的树木及设置木桩、石洞等措施，从而达到增加河道生物多样性的目的。

(1)鸟类栖息：木桩群：按照河道每100 m左右设置一个木桩群，木桩排长5～8 m，木桩半径0.1 m，左右岸交错布置，为鸟类提供休憩地。种树：在河道护坡上种植开花结果树木，树木种植密度为每100 m2种植3颗树，为鸟类及鱼类提供食物来源，如懂柳、樟树、黄花风铃木、蒲桃、水翁等。

图6 犀牛陂河道生态修复深潭浅滩设计

(2)鱼类栖息：鱼巢：按照河道每100 m设置一个鱼巢系统，一个鱼巢系统长度5～8 m，在水陆交错带处左右岸交错布置，为鱼类产卵提供场所。

(3)生物通道：在河道过河天桥下，设置横跨河道的圆木，或者河道人流量较小处，设置生物通道，生物通道按照河道每500 m设置一处，方便小动物过河，在原垂直的水陆交错带抛块石，方便动物下河饮水和产卵。

(4)生态修复技术组合设计：在河道设置了深潭、浅滩、木桩、种植树木、种植水草、设置鱼槽、设置块石群等多样的生态修复技术，为鸟类、鱼类、蛇、乌龟、昆虫、底栖动物、浮游生物等多种提供栖息环境，且形成完整的食物链关系。如护坡的树开花结果，为昆虫和鸟类提供食物来源，果子掉入水体，深潭栖息的鱼类可以食用掉入水中的果子；护坡脚的木桩停留的鸟类可观察水中的小鱼觅食；细砂粗砂浅滩上生活着青蛙、乌龟和蛇等动物，上面种植的湿生植物为它们提供遮蔽环境；河道设置鱼槽砖为鱼类产卵地(图7)。

图7 犀牛陂河道生态修复生物栖息地设计

4 结语

本工程使水质、水文条件得到改善，生境得到恢复；使河流生态系统空间结构(河流地貌)及河流的连续性和开放性得到恢复，恢复河道纵向的蜿蜒性和横向断面的多样性；对生物种群的恢复，对生境改善使生物的多样性得到提高。同时，保证河道的生态系统健康，保证补水景观河道的水体质量，使河道水体形成具有自净能力的水生态系统，改善了水体水环境和河道小型动物栖息的生存环境，恢复了生物多样性，改善了水体环境，且能抵抗南方洪水水量波动大的特点。