城市河流生态治理措施研究

陈作山

(辽宁省清原满族自治县水利事业服务中心，辽宁 清原 113300)

在抗旱抗涝、水资源输送等方面城市河流发挥着巨大的作用，且现有大多数城市河流属于人工开挖而成。近年来，随着人们对生态环境保护意识的增强以及水生态文明城市建设的加快，城市河流生态治理工程逐渐引起工程界的广泛关注。其中，传统的河流治理方法比较注重河道的排水能力，而未考虑河道的生态环境、人文景观和形态布局的整治，这严重制约了河流水生态功能和社会服务功能的提升；另外，各种生活垃圾在降水径流作用下排入河流造成水环境污染，以及水生态系统生物的明显减少和水体富营养化严重等问题非常突出[1-3]。

传统的河流治理方法主要是利用流水量排导功能冲刷携带污染物，采用浆砌石或混凝土改建河道护坡形式以保证河流的顺畅运行。然而，对于未考虑生态化的河流治理工程，水体中部分微生物会受到浆砌石或混凝土等硬质化材料的作用，并改变微生物的生长与繁殖环境，降低了水生物种多样性和存活率，加之城市河流抗生态破坏的能力较弱极易引起水环境的二次破坏[4-5]。为有效解决以上问题，本文结合水生态文明建设理念和水源地保护目标要求，提出河流底泥及水质治理、河道斜堤重新设计、河流监管与水资源优化配置等生态治理措施，通过模拟试验检验了设计方案的科学有效性，可为增强城市河流的防洪能力和整体景观效果提供科学指导。

1 城市河流生态治理方案

全面调查城市河流的生态环境、施工能力以及河道现状为实施河流生态治理工程的重要前提，结合河流水环境条件和城市发展对河流的需求状况，初步拟定河道生态治理方案，对拟定的初始方案利用生态环境样本调取法加以优化，最终形成一套符合水生态保护要求的治理方案[6]。借鉴现有河道的治理方法和水源地环境保护有关要求，按照流程图1初步设计河流生态治理方案。

图1 河流生态治理方案拟定流程

1.1 河道堤坡设计

城镇河道整治存在的主要矛盾是生态需求与防洪安全，在创造良好生境条件以及满足城镇自然生态需求的同时，河道堤坡设计还可在一定程度上提升岸坡的抗冲防洪能力。所以，对于河道整治问题最为有效的解决办法是合理的设计堤坡工程。最小过水断面面积和最大排水流量为河道斜坡设计的基本要求，一般情况下城市河流的面积极其有限，垂直于水面或斜坡设计的U型过水断面为城市内河道比较常见的方式。由于城区内居民活动较为频繁且人口密度较大，为便于人或小型动物不慎落水时实施救援可将河道设计成斜坡，这种缓坡形式能够为搭救活动创造一定的空间，并且为居民活动提供较好的聚集地；同时，为了保证城市河流的水体量选取的河低防渗材料为植生型材料，河低设计形式为“包堤”式。

1.2 城市河道修复

对于河道底泥以及水环境的治理为河流生态修复的核心内容，其中水体富营养化为城市河流普遍存在的问题，若突然截断或减少输入河流中的营养物质，则很可能导致依附于此类物质生存的系统崩溃，从城市河流长远生态治理的角度分析，改善水体环境的有效措施为控制营养物的输入。本文以先治理后修复作为河流生态整治理念，为了从根本上阻断污染物进入水体严格控制外源性营养物的输入，通过实施除磷、污水过滤、截污等技术手段净化内源污染物，在此基础上实现净化水体的目的。长期以来，城市河流基本可以维持微度污染源的相对稳定排放，其排放量、种类、特性可以达到一定的平衡，由此可以依附于污染物成一个小范围的非良性循环的生态圈，此生态圈对水体环境产生逆向的影响。实践表明，滋生于污染富集地的生态圈并不会因营养物的截断而发生破坏，同时污染物的减少可以明显改善水体环境。通过系统分析城市河流的水质特性，为更好的创造修复河道环境的条件必须严格控制排入水体的营养物总量。

采取一系列生态措施有效治理城市河流水体环境后，可以实施修复水底泥沙措施。水底泥沙组成因河流地质环境的不同而存在较大差异，加之不同的水体净化特点和多样化的水环境类型，当前可用于改善水底泥沙的治理方法较多。根据城市河流的特点和工程治理投资情况，对水底泥沙选用疏浚法改善，该方法对水底泥沙的挖掘不会造成河流水环境中磷、氮等元素的富集；另外，底泥疏浚期间不会严重影响河流的蓄水能力和过水流量，保持一定的水流量可以有效防止营养物的聚集和底泥对水体的二次污染。工程前期治理虽然一次性投资较大，但是底泥疏浚治理方式发挥的效果最好，可以保持较长时间的水环境质量。

1.3 河道生态修复系统

生态修复技术的完善和河道治理研究的深入发展，使得河流生态治理技术体系日趋成熟，为保证城市河流能量物质交换、环境、生物、水质的良性循环，就必须形成一套完整的河流生态修复的生物圈。

为了从根本上解决对河道生态有毒害作用的重金属元素以及水环境中氮、磷等物质的富集问题，可以充分应用综合吸附形式和植物的吸收作用降解。其中，氮、磷等第一类营养物质在植物吸收降解后可以将其转化为能量、原料，从而为水生物种的生长和繁殖提供基础养料；重金属元素等第二类物质经生物的综合吸附作用产生沉积或储藏于生物体内，即使河流生态系统与水生植物发生了剥离也不会对河道的正常运行造成不利影响。

水生植物群落稳定后会滋生许多的微生物，而河流生态环境能够为水生微生物创造良好的栖息空间，这些微生物通过对水体中悬浮物的转化或形成有机胶体，为植物群落提供其生长所需的养分，该过程可以显著增强生态系统的良性循环能力以及减少污染物截留的生态修复时间。

在长期的作用下微生物发生沉积，由此可增大河流水体与浮水植物根系之间的接触面积，当达到一定密集程度后水生植被将形成具有过滤功能的网络系统，水流经过后会沉积许多不溶性胶体和带电粒子，随着时间的积累可以再次为水生生物创造一个生长、繁殖的环境，尤其是有机碎屑的沉淀会滋生浮游细菌，这为附着于水植物根部的小型水生动物提供了充足的养料，小型动物待河流生态进入内源生长阶段后以凝聚的形式进入生态系统，由此完成河流生态系统的重建。

2 试验验证

为进一步验证生态治理方案的有效性设计了仿真模拟试验，以大凌河某河段治理工程为例，运用设计的治理方案综合整治河流的生态系统。为保证试验数据的可靠性与精准度，本文运用基于水生态文明建设的治理方案和传统的城市河流治理方法，对比分析两种方法试验结果，以揭示生态河流治理方法的优点和可行性。

2.1 数据准备

合理设置试验参数以保证仿真试验的精度，城市河流治理过程为本次试验的研究对象，河流治理过程中不同的整治方法其作用程度存在差异，因此仿真试验时应确保河流内外环境参数不变。结合待模拟河段的水体环境、水势状况和仿真试验条件，设置的参数如表1。

表1 仿真试验参数设置

2.2 试验分析

考虑到无法直接比较联众河流治理方案，所以对试验过程可以选用第三方软件纪录，不同试验次数的河流有机生态循环率变化特征如图2。

图2 不同河流生态治理方案的结果分析图

从图2可以看出，城市河流的生态运行能力可以利用有机生态循环率来衡量，系统稳定性与循环率呈正相关性，较传统的河道治理方法本文设计的方案具有明显优势，可见在恢复河流生态完整性方面文中设计的方案比较完整稳定；城市生态状况引入ARR评估指数，城市河流整治的彻底程度随ARR指数变化幅度的增大而增加。通过对比分析图2可知，较传统的治理方法本文设计方案的ARR指数变化幅度明显较大，其波动区间达到传统方法的2倍。总体而言，基于水生态文明建设的治理方法较传统的河流治理方案具有较强的适用性和可靠性，其生态治理成效极其显著。

3 结语

(1)为更好的满足河道景观、滨河生态和水自然环境修复要求，将河流水环境修复和河道防洪功能相结合的综合治理技术的应用将更加广泛。因此，本文结合水生态文明城市建设理念和水源地环境保护相关要求，提出河流底泥及水质治理、河道斜堤重新设计、生态群落净化以及水生植物吸附等多种生态治理措施，该技术方案以创建和谐的自然景观区、改善水体环境、修复水生态及增强自然景观效果等功能为总体目标，可为改善河流水体环境和提升水系统承载力提供保障，对促进水系统良性循环和美化河道自然景观等发挥着显著成效。

(2)以大凌河某河段治理工程为例，通过试验仿真模验证了所设计方案的有效性，结果显示，基于水生态文明建设的治理方法较传统的河流治理方案具有较强的适用性和可靠性，其生态治理成效极其显著，可为规划城市河流治理蓝图和制定合理的河道治理方案提供决策依据。