王艷春

1 河道生態(tài)修復(fù)概述

河流穿越我們的土地，是我們生活、生產(chǎn)的主要依賴。在《詩(shī)經(jīng)》的《關(guān)雎》《黍苗》等篇章的描述中，河流是“河水清且漣猗”“原隰既平，泉流既清”的。

然而現(xiàn)代河流由于受到人類生產(chǎn)和生活的頻繁擾動(dòng)，存在著諸如河流水體污染、生態(tài)系統(tǒng)退化、生態(tài)系統(tǒng)破碎，以及過(guò)渡帶逐漸消失等問(wèn)題。西方國(guó)家在經(jīng)歷對(duì)河流大規(guī)模開發(fā)利用的工程建設(shè)之后，從20世紀(jì)50年代開始，逐漸把重點(diǎn)從河流的開發(fā)利用轉(zhuǎn)向?qū)恿鞯谋Ｗo(hù)修復(fù)上，將河流作為生態(tài)系統(tǒng)中重要的一環(huán)展開研究[1]。

學(xué)術(shù)界對(duì)于河流生態(tài)修復(fù)的定義表述不盡相同，如2003年，美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)(ASCE)認(rèn)為：河流恢復(fù)是一種環(huán)境保護(hù)行動(dòng)，其目的是促使河流系統(tǒng)恢復(fù)到較為自然的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，河流系統(tǒng)具有可持續(xù)特征，并可提高生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值和生物多樣性[2]。

綜合學(xué)術(shù)界的觀點(diǎn)，筆者認(rèn)為：河流生態(tài)修復(fù)是指在遵循自然規(guī)律的前提下，為了滿足河流生態(tài)需求，采用多種工程及生物輔助措施，循環(huán)利用資源，達(dá)到恢復(fù)、改善和促進(jìn)河流生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和多樣性的目的。

日本和西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家在河流生態(tài)修復(fù)上起步較早，致力于修復(fù)和消除人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響。國(guó)際上河流生態(tài)修復(fù)大致分為3個(gè)階段：第一階段(20世紀(jì)50年代)，關(guān)注河流水質(zhì)恢復(fù)；第二階段(80年代初)，關(guān)注中小型河流的生態(tài)恢復(fù)；第三階段(90年代)，關(guān)注大尺度河流生態(tài)整體恢復(fù)，并取得了相應(yīng)成效[2]。成功的河流生態(tài)修復(fù)案例有：德國(guó)索姆河道生態(tài)綜合性修復(fù)工程、德國(guó)萊茵河修復(fù)計(jì)劃、美國(guó)丹佛櫻桃溪生態(tài)廊道項(xiàng)目，以及韓國(guó)清溪川復(fù)原和再發(fā)展項(xiàng)目等?？傮w而言，國(guó)際上河流生態(tài)修復(fù)有三大類任務(wù)：改善水質(zhì)水文、改善河流地貌特征和恢復(fù)生物物種；8種方式：緩沖帶恢復(fù)、植被重建、馬蹄形濕地修復(fù)、邊坡控制、彎曲河谷重塑、淺灘和深塘修復(fù)、水陸交界帶修復(fù)，以及河塘修復(fù)[3]。這些修復(fù)成果的核心是：控源、截污、清淤、增容、拓岸、筑綠、造景、營(yíng)棲，為人們提供良好的生態(tài)環(huán)境，確保經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

隨著我國(guó)人口的快速增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)尤其是水生態(tài)系統(tǒng)所承受的壓力越來(lái)越大，出現(xiàn)了水源枯竭、水體污染和富營(yíng)養(yǎng)化等問(wèn)題。河道斷流、濕地萎縮消亡、地下水超采、綠洲退化等問(wèn)題[4]主要表現(xiàn)為：城市河流開發(fā)過(guò)度，城市對(duì)飲用水、工業(yè)用水、綠化用水、景觀用水等的需求擠占了城市河流自身生態(tài)恢復(fù)需水，造成水源枯竭、濕地萎縮消亡等現(xiàn)象；城市河流受到嚴(yán)重污染，成為生活污水、工業(yè)廢水和農(nóng)灌污水等的主要納污載體，導(dǎo)致城市河流自凈能力降低，水質(zhì)不斷惡化和富營(yíng)養(yǎng)化，魚類和微生物大量死亡，生物種數(shù)急劇下降。

中國(guó)從20世紀(jì)90年代起開始對(duì)城市河流的近自然化治理和生態(tài)修復(fù)進(jìn)行廣泛探索[5]。在隨后的20多年中，國(guó)內(nèi)研究主要集中在河流生態(tài)修復(fù)理念、修復(fù)方法與評(píng)價(jià)，以及河流水質(zhì)凈化等方面，相關(guān)實(shí)踐工程有：上海夢(mèng)清園水系生物凈化、浙江海寧河道生態(tài)整治、重慶苦溪河生態(tài)治理，以及上海世博園后灘濕地生態(tài)修復(fù)等[6]。其中，上海夢(mèng)清園和世博園后灘濕地采取生物方式修復(fù)和凈化水體[7]；浙江海寧河道和重慶苦溪河則采取了豐富斷面形式、營(yíng)造水域棲息地和岸坡防護(hù)等措施。這些項(xiàng)目的實(shí)施有效改善了水質(zhì)，修復(fù)了生態(tài)棲息地。

國(guó)內(nèi)外河流生態(tài)修復(fù)案例研究表明：河流生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)是要解決3個(gè)方面的問(wèn)題：“一是水質(zhì)條件、水文條件的改造；二是河流地貌特征的改善；三是生物物種的恢復(fù)[4]”。當(dāng)然，國(guó)內(nèi)河道生態(tài)修復(fù)方面的研究還處于初級(jí)階段，除理論研究外，工程技術(shù)方面主要圍繞護(hù)岸改造技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)開展。因此，從宏觀視角來(lái)看，全方位、多層次、多學(xué)科的共同協(xié)作是河流修復(fù)研究發(fā)展的重要方向。

圖1 區(qū)位圖

圖2 原狀照片(潘怡寧攝)

2 合肥四里河項(xiàng)目概況及問(wèn)題

2.1 四里河概況及存在的問(wèn)題

四里河位于安徽省合肥市廬陽(yáng)區(qū)，又名三岔河。其發(fā)源于長(zhǎng)豐縣土山鄉(xiāng)青峰嶺，南流至大楊店鄉(xiāng)趙山村進(jìn)入合肥郊區(qū)，最后注入南淝河，全長(zhǎng)約5.45km，常水位時(shí)河道平均寬度約為25m，生態(tài)修復(fù)及景觀提升工程規(guī)劃設(shè)計(jì)范圍約87萬(wàn)m2(圖1)。自20世紀(jì)90年代起，由于城市建設(shè)的發(fā)展，四里河在見證了合肥古城興衰更迭的同時(shí)，也變成了一條水體污染嚴(yán)重，獨(dú)立于城市生活之外的密閉廊道。

為了切實(shí)解決和修復(fù)四里河的生態(tài)問(wèn)題，本研究選取四里河具有代表性的3個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)河底底泥進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要測(cè)試指標(biāo)包括pH值、汞、鉛、鉻、砷、銅、鎳、鋅、總氮和總磷。參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果詳見表1、2。

圖3 攔水壩分布圖

圖4 浮選系統(tǒng)圖

圖5 生態(tài)護(hù)岸剖面圖

監(jiān)測(cè)報(bào)告表明，四里河水體污染情況如下：1)河道水環(huán)境質(zhì)量較差，屬于地表水V～劣V類，3號(hào)區(qū)域水質(zhì)最差；2)底泥中的各項(xiàng)重金屬污染物含量不高，但河道水體中總氮和總磷嚴(yán)重超標(biāo)，即有機(jī)物和氮污染嚴(yán)重；3)河道水體營(yíng)養(yǎng)水平處于輕度至中度富營(yíng)養(yǎng)化，存在爆發(fā)藍(lán)綠藻的隱患。

2.2 問(wèn)題分析

通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)踏勘及社會(huì)調(diào)查，分析四里河水系存在的主要問(wèn)題及成因如下。

1)污水納管建設(shè)滯后，污染直排。

河道周邊不少區(qū)域生產(chǎn)生活污水未納管處理，部分污水處理系統(tǒng)破損廢棄，產(chǎn)生的污水直接匯入河道。

2)水生態(tài)結(jié)構(gòu)紊亂，富營(yíng)養(yǎng)化。

四里河整體生態(tài)結(jié)構(gòu)紊亂，水系自凈能力弱，水質(zhì)惡化，浮葉類植物缺失，有機(jī)物、總氮超標(biāo)嚴(yán)重，造成水體營(yíng)養(yǎng)狀況呈現(xiàn)輕度至中度富營(yíng)養(yǎng)化水平，有爆發(fā)藍(lán)綠藻的隱患(圖2)。

3)水陸過(guò)渡帶消亡，設(shè)施陳舊。

在城市開發(fā)建設(shè)進(jìn)程中，硬質(zhì)駁岸代替了自然生態(tài)水系駁岸，雖然解決了防洪問(wèn)題，但也造成水陸過(guò)渡帶消失，影響了生態(tài)環(huán)境。在四里河與南淝河相連處，原有的攔水壩工程及其他相關(guān)設(shè)施建設(shè)年代較早，現(xiàn)已破損銹蝕，需要頻繁維修。

3 解決策略

四里河生態(tài)問(wèn)題是我國(guó)城市河流存在的典型問(wèn)題。本研究的目標(biāo)是從河流水質(zhì)水文整治、多樣性地貌恢復(fù)和鄉(xiāng)土生物恢復(fù)三大方向立體、多層次地展開研究，尋求恢復(fù)四里河“源清流潔，本盛木榮”的生態(tài)系統(tǒng)措施，為同類型城市河流生態(tài)修復(fù)提供數(shù)據(jù)參考和經(jīng)驗(yàn)啟發(fā)。

3.1 研究方法及解決策略

四里河生態(tài)修復(fù)技術(shù)方法及措施主要包括河流水質(zhì)水文整治、多樣性地貌恢復(fù)，以及鄉(xiāng)土生物恢復(fù)3個(gè)方向。其中，河流水質(zhì)水文整治方向包含改善水體質(zhì)量措施；多樣性地貌恢復(fù)方向包含恢復(fù)堤岸過(guò)渡帶、修復(fù)濕地地形地貌2項(xiàng)技術(shù)措施；鄉(xiāng)土生物恢復(fù)方向包含恢復(fù)鄉(xiāng)土植物種群的技術(shù)措施。

3.1.1 改善水體質(zhì)量措施

改善水體質(zhì)量措施包含2個(gè)技術(shù)點(diǎn)：一是從源頭控制水質(zhì)；二是對(duì)水質(zhì)進(jìn)行凈化。

1)源頭控制。

河道底泥監(jiān)測(cè)表明，四里河受到的污染主要源于周邊未經(jīng)處理的生活污水和淝南河不良水質(zhì)的交換。因此，生態(tài)修復(fù)的首要任務(wù)是進(jìn)行水質(zhì)凈化工程，以物理干預(yù)方式，會(huì)同相關(guān)部門協(xié)調(diào)整治周邊污水排放管網(wǎng)系統(tǒng)，要求未經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)的污水不得排入河道。

圖6 河洲濕地科普?qǐng)@剖面圖

攔水壩按形式可分為土石壩、重力壩、拱壩、支墩壩和橡膠壩等。考慮到豐水期和枯水期地表降水會(huì)使整個(gè)城市水網(wǎng)的水位變化明顯，因此，四里河需要設(shè)置專門的橡膠壩代替原有攔水壩(圖3)，達(dá)到與其他城市河道隔離，旱季攔蓄水體，隔離污水交換，汛期打開堤壩，防汛行洪的作用。

2)凈化措施。

四里河河道水系流速緩慢，長(zhǎng)年積累造成淤泥層較厚，藻類大量繁殖，水質(zhì)惡化。針對(duì)淤積問(wèn)題，在測(cè)算出四里河總清淤量約為13.597萬(wàn)m2的基礎(chǔ)上，本研究采用移動(dòng)式脫水站進(jìn)行機(jī)械清淤。由絞吸船吸入的底泥，經(jīng)管道壓入岸上移動(dòng)式脫水站的污泥脫水設(shè)備中，分離砂石、垃圾及淤泥。針對(duì)四里河藻類蔓生的問(wèn)題，采用富氧浮選系統(tǒng)，分別在上游、中游和下游定點(diǎn)設(shè)置充氧循環(huán)浮船和增氧機(jī)，通過(guò)內(nèi)循環(huán)水泵帶動(dòng)四里河內(nèi)部循環(huán)，提高河水活性，打破靜態(tài)水體的垂直分層現(xiàn)象，抑制藍(lán)綠藻生長(zhǎng)(圖4)。

3.1.2 恢復(fù)堤岸過(guò)渡帶措施

雖然在物理干預(yù)下，四里河水質(zhì)總氮、總磷含量迅速降低，減少了淤泥層，控制了水質(zhì)，但由于行洪及航道要求，四里河的原狀駁岸多為直線化、硬化處理，由此造成水陸交錯(cuò)過(guò)渡區(qū)域生態(tài)結(jié)構(gòu)紊亂和過(guò)渡帶消亡，使植物生存條件降低，魚類生存和產(chǎn)卵的場(chǎng)所受到破壞?；謴?fù)河岸自然的植被緩沖帶、構(gòu)建生態(tài)河堤、恢復(fù)河道的自然形狀和自然的河床物質(zhì)組成可以恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的活力和生態(tài)服務(wù)功能[8]。為此，需要人工修復(fù)和改善較陡處的直立式硬質(zhì)駁岸，在駁岸外側(cè)增加水生植物植栽帶，形成水陸交錯(cuò)的植物帶(圖5-1)。具體措施為拆除硬質(zhì)護(hù)岸，改為自然緩坡駁岸，增加水與土壤、空氣的接觸面，利于物質(zhì)交換，通過(guò)植物完成水體凈化，為微生物和魚類提供生存空間(圖5-2)。新增加的水陸交錯(cuò)帶營(yíng)造出植物層次豐富的景觀效果，同時(shí)為人們提供親水活動(dòng)平臺(tái)。

表1 四里河底泥原狀監(jiān)測(cè)(單位：mg/kg)

表2 《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4284-84)

表3 四里河底泥現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)(單位：mg/kg)

圖7 修復(fù)后現(xiàn)狀(王艷春攝)

3.1.3 修復(fù)濕地地形地貌措施

為了修復(fù)四里河多樣性地貌景觀，確保河流水質(zhì)得到長(zhǎng)期、穩(wěn)定控制，因此在河道上游和中游水面開闊區(qū)域修復(fù)和重建濕地。其中，上游保留原有濕地，改建為凈化濕地生活園；中游根據(jù)河道改道情況，增設(shè)河洲濕地科普?qǐng)@。濕地的恢復(fù)既可增加河流的蜿蜒性，又可豐富四里河地貌，使河道具有曲水之美。

1)凈化濕地生活園。

保留和適當(dāng)重建基地最北端的濕地，使之成為凈化濕地生活園。園內(nèi)由多個(gè)小的濕地水塘組成，在現(xiàn)有濕地植物基礎(chǔ)上增加水生植物種類，改善水生植物的搭配方式和群落關(guān)系，在上游形成多樣的地形地貌，凈化水質(zhì)。

2)河洲濕地科普?qǐng)@。

在四里河中游地帶，由于河流改道，形成多個(gè)生態(tài)濕地小島，由此構(gòu)成花園、荷塘、綠島等景觀，同時(shí)在濕地中適當(dāng)增加木棧道，使市民可以在濕地中自由穿行，在欣賞濕地之美的同時(shí)，科普濕生植物知識(shí)，觀賞鳥類活動(dòng)(圖6)。

3.1.4 恢復(fù)鄉(xiāng)土植物種群措施

水生植物種群修復(fù)對(duì)日常河道水質(zhì)凈化作用明顯，實(shí)驗(yàn)表明，水生植物中的蘆葦、香蒲、美人蕉、風(fēng)車草、花葉蘆竹等在污水中均能正常生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)于去除氮、磷，控制藍(lán)藻大面積爆發(fā)作用明顯[9]。如美國(guó)NASA在密西西比州建立的人工濕地處理系統(tǒng)，在濾床上種植蘆葦、香蒲等植物能在12～14h將生活廢水中的生化需氧量(BOD5)濃度從110ml降低到102ml，并能快速去除苯、甲苯[10]；中國(guó)科學(xué)院武漢水生生物研究所建立的人工濕地系統(tǒng)，采用茭白-石菖蒲系統(tǒng)，苦草-苔草組合，對(duì)城鎮(zhèn)生活污水中總磷、無(wú)機(jī)磷的去除率在冬季可達(dá)40%以上，夏季60%以上，出水達(dá)到國(guó)家地面水3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11]；云南滇池種植美人蕉去除的總氮、總磷含量，分別達(dá)到70.60%和88.27%[12]。

因此，在四里河上游凈化濕地生活園和中游河洲濕地科普?qǐng)@形成的復(fù)雜地貌的基礎(chǔ)上，建立各種生物濾池和植物凈化水系統(tǒng)模塊，種植經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的千屈菜等7種凈化功效不同的植物，達(dá)到降低河道水體中氮、磷含量的作用。而水生植物也為微生物及魚類提供了良好的生境，確保四里河生態(tài)系統(tǒng)不再需要人工措施，靠自身就能完成日常自我循環(huán)凈化的運(yùn)轉(zhuǎn)(表3)。同時(shí)，水生植物群落和重新繁殖的魚類又成為自然生態(tài)景觀中的一環(huán)，為人們提供觀賞動(dòng)植物形態(tài)，觀察葉色、花色變化和體驗(yàn)生態(tài)水環(huán)境的場(chǎng)所。

在眾多措施的聯(lián)合干預(yù)下，四里河河水恢復(fù)清澈。經(jīng)監(jiān)測(cè)，河水中各類污染元素含量均有所下降，總氮、總磷含量降為0，河水無(wú)黑臭現(xiàn)象，達(dá)到IV類水標(biāo)準(zhǔn)(表2)。四里河重現(xiàn)了其原有的自然風(fēng)貌，成為合肥市濱水生態(tài)公園(圖7)。

4 結(jié)語(yǔ)

“源清流潔，本盛木榮”，河道生態(tài)系統(tǒng)是完整的生態(tài)系統(tǒng)，是水-土-生物之間物質(zhì)、信息和能量合理交換、循環(huán)的結(jié)果。通過(guò)四里河生態(tài)修復(fù)案例研究，我們認(rèn)識(shí)到河流生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)和保護(hù)不應(yīng)以短期治理為終點(diǎn)，而應(yīng)以“先治污，后生態(tài)”的長(zhǎng)期治理和控制為目標(biāo)，綜合運(yùn)用多種技術(shù)措施，從立體、多層次的角度建立健康的河道生態(tài)系統(tǒng)。

本文只是根據(jù)四里河存在的問(wèn)題，選取改善水體質(zhì)量、恢復(fù)堤岸過(guò)渡帶、修復(fù)濕地地形地貌，以及恢復(fù)鄉(xiāng)土植物種群4項(xiàng)技術(shù)措施進(jìn)行了研究。對(duì)于重塑彎曲河谷，修復(fù)淺灘、深塘、河塘和生物系統(tǒng)等更宏觀、更大規(guī)模的河道修復(fù)技術(shù)措施仍有待進(jìn)一步深入研究。

注：文中圖片除注明外，均引自四里河生態(tài)修復(fù)工程及景觀提升工程設(shè)計(jì)方案。