基于生态近自然理论的城市河流修复技术

李 新，蒋 辉，孙 源，马 勇，李子豪，练琪琪

（1.江苏建筑职业技术学院，江苏 徐州 221116；2.徐州市水利工程建设有限公司，江苏 徐州 221006；3.苏州荣帆建设工程有限公司，江苏 昆山 521300）

河流生态景观主要是指生态景观的演变和发展［1］，河流是城市景观的重要组成部分，具有巨大的景观价值和生态功能［2-4］。近年来，我国经济飞速发展，一方面造就了社会的繁荣，另一方面，对环境造成了巨大压力，城市河流污染日趋严重，对居民的生活质量产生了较大影响［5］；人类活动侵占了河流的生态空间，致使部分河流丧失了基本生态功能［6］。在以往的治理中，河流人工化问题十分突出，主要表现为渠道化、园林化、商业化，使原本自然、生态的河流愈发单调和千篇一律，回归自然和生态也成为现代治理方向的理性选择。因此，有必要通过改善和修复河流，使水资源可持续发展，这也是河流生态景观营造的重要目标［7］。另外，将现有条件下的景观环境进行模拟，使其趋近于自然状态，不仅可使生态系统趋于平衡，还具有自我调节的能力［8］。

1 生态水利理论

1.1 自然化原理

自然河流保留了原始河流大量的天然因素，成为特定条件下生物群落的栖息地，从而构造出较为健康的水生态系统。水生态修复的主要目标是恢复自然河流的生态要素。河湖自然化的措施是多方面的，在改善水文条件方面，恢复自然水文情势的部分特征；在地貌修复方面，遵循生境多样性原理，恢复河流形态的蜿蜒性、空间异质性和连通性；在物理化学特征方面，通过防污治污等措施，满足生物群落的生存、繁殖要求；在生物方面，通过恢复河流自然栖息地的部分特征，促进生物多样性的恢复。

1.2 水环境修复技术

1.2.1 自然生境构建

水环境修复要尊重规划，因地制宜，将水利、水生态等多专业进行融合，营造出符合控制条件的近自然生境，尽量不要对现状河道裁弯取直，对于河道原本要填埋的河道进行保留，形成天然凹岸，创造自然的缓流区域。

1.2.2 护岸材料选取

河流是重要的引排水通道，如果流速较大，采用传统的硬质驳岸会彻底截断水生动植物和护岸物质交换的通道，尽量选用空隙率较大的柔性护坡，如水土保护毯等，利用根系和护坡材料共同作用，保证河岸的抗水流冲击能力；可根据景观设计塑造微地形，材料隐藏于土面以下，兼顾安全性、生态性、自然性。

1.2.3 近自然风貌运用

在水环境修复中，除了要体现当地自然风光外，还要发掘周边的历史文化背景，重现历史文化风貌。同时，考虑到与项目周边历史文化古迹的协调性，在河道治理过程中，可选用带有地域特色、鲜明历史痕迹的仿古青砖、块石等作为护岸。

1.2.4 近自然植物搭配

近自然植物配置主要包括两个目标：①建立由陆生植物、挺水植物及沉水植物构成具有完整生境功能的植物群落体系；②构建层次鲜明、四季景色各异的全周期自然风貌展示的植物群落体系。

2 典型工程应用

2.1 工程背景

某城市河流长约3.3km，河底宽度15～25m。主要污染物由城镇生活污水、工业废水、农村生活污水及面源污染组成，其中城镇生活污水为主要污染源。

2.1.1 水质现状

对河流典型断面进行水质监测后，发现主要污染物指标超标较多，采样点分布如图1，现状水质情况如表1。

图1 采样点分布

表1 现状水质 单位：mg/L

2.1.2 河道生态现状

2.1.2.1 河道生境单一

为保证行洪、防洪要求，将河道截弯取直、两岸硬化，河漫滩、水陆交错带等生境受到破坏至消失，只剩下单一的底泥-河水生境。

2.1.2.2 沉水植物系统缺失

由于生活污水、养殖废水、工业废水等污染源的不断排入，河道沉水植物净化系统受到破坏，水体开始富营养化甚至黑臭。

2.1.2.3 挺水植物缓冲带缺失

挺水植物对污染物的耐受性较高，但大部分驳岸过于陡峭，无法为挺水植物生长提供合适的水深。

2.1.2.4 水生动物多样性缺失

由于生境受到破坏以及污染源超标，河内水生动物种群变成单一耐污种群，失去了推动河流生态系统循环和能量流通的功能。

2.1.2.5 厌氧型微生物成为优势种群

由于污染物负荷过大，河道中溶解氧被消耗殆尽，厌氧型微生物成为优势种群，有机物通过厌氧途径分解，从而造成河道水体黑臭。

2.1.3 水质提升技术

水质提升措施主要包括底泥预处理、沉水植物、挺水植物、微生物应急调控，各段水系情况如表2。

表2 各段水系情况

2.1.3.1 底泥预处理

种植沉水植物前，需对底泥进行处理，投放弱氧化剂和改性沸石颗粒对底泥强化处理，提高泥水分界面的氧化还原电位，抑制池底厌氧菌的繁殖，进一步微生物强化处理，投加微液体菌剂，削减底泥污染物，微生物菌液主要是光合细菌、硝化细菌、EM菌和芽孢杆菌的复合菌。

2.1.3.2 沉水植物

沉水植物是河道生态生态系统的重要组成，在自净能力强的自然河道中，沉水植物有很高的生物量。沉水植物以苦草为主，种植面积为10483m2。植物种植密度：20丛/m2，5株/丛，高度20～60cm。

2.1.3.3 挺水植物

挺水植物在河道生态系统中也有很重要，不仅能初步净化面源污染，还能为水生动物提供栖息场所，同时还具有景观功能。挺水植物种植面积为水域面积的2%，即800m2。种植密度：20～30株/m2，高度20～60cm；植物种类：水生美人蕉、菖蒲、鸢尾和水芋等。

2.1.3.4 微生物应急调控

微生物可分为好氧型、厌氧型和兼性营养型，在生态系统正常的河道中，好氧微生物占据主导地位，为优势种群。投放面积为沉水植物种植区域，投放次数按3次计算：微生物液体菌剂投放规格20g/m2，3次共计0.64t，固化微生物颗粒投放规格100g/m2，3次共计3.20t。

工程量统计如表3。

表3 工程量统计

2.2 水景观方案

2.2.1 栈道景观

栈道景观包括长度约145m的步栈道，以及两座跨越河道的栈桥；节点景观包含675m2的铺装平台及一座构筑物景观，其间设置坐凳等休憩设施。水景观效果如图2。

图2 亲水景观效果

2.2.2 景观绿化

河道植物设计主要包括3个区：道路梳理区、原有植被区、驳岸喷草区。道路梳理区尽量保留原有乔木，对绿道及人行道两侧2~3m范围内因道路施工造成的植被破坏进行修复，补铺大叶油草；原有植被区尽量保留，维持生物多样性；为防止水工清淤造成岸上原有植被破坏，驳岸喷草区采取喷播草种的方式进行恢复，草种配比为香根草∶百喜草∶水竹叶∶多花木兰=5∶2∶2∶1。植物分区平面如图3。

图3 植物分区平面

3 结语

水资源是人类生存与发展所需的重要条件，在水环境的治理与修复中，应充分遵循与运用生态水利的基本原理。城市河流水环境修复理论主要包括自然化原理、自然生境构建、护岸材料选取、近自然风貌运用、近自然植物搭配等方面。典型工程应用表明，采用基于底泥预处理、沉水植物、挺水植物、微生物应急调控的水质提升技术，并合理构建栈道景观、河道植物绿化景观，可以营造出生态宜居的生活环境，生态水利修复技术具有广阔的应用前景。