（环境工程专业论文）李村河生态整治对策及适用技术的研究.pdf

青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 近年来，越来越多的城市管理者意识到河流环境与居民生活的息息相关，河 流治理逐渐引起人们的重视，各城市纷纷开展河流治理工程，以满足美化城市景 观、防洪排涝和接纳污水的需求。但是，由于受传统理念和认识的限制，整治工 程中忽略了河流的自然属性，偏重于城区段河道的景观建设，或者一味的追求形 象工程，投入巨资打造景观建设，这不仅不能有效缓解城市河道污染问题，而且 更加严重的破坏了河流的自然生态系统，导致河流生态功能丧失殆尽，这已严重 威胁到人民群众的身体健康与国家的可持续发展。河流作为城市生态环境的重要 组成元素，如何通过河流治理来改善城市景观环境、提高居民生活质量、带动城 市发展，正在成为城市规划与建设的重点和聚焦点。 本研究以青岛市建设委员会及青岛市科技局关于环胶州湾河道生态整治技术 研究及应用课题为依托，在对国内外河道治理资料进行收集和分析的基础上，曾 先后对国内外多条河流进行实地调研，并参加了包括2 0 0 9 、2 0 1 0 年韩国国际水环 境论坛等在内的多次国际学术交流活动，通过总结分析，识别出目前我国河道治 理工程中存在的主要问题，结合国内外治河的成功经验，提出了以恢复河流原生 态为目标的河道生态整治理念、原则及适用技术，并以青岛市典型河流李村 河为例，针对李村河水量不足及水质污染问题开展了李村河生态整治对策及适用 技术的研究，并应用水质模型及模糊综合评价法等数学方法，对生态整治工程实 施后李村河的水量和水质情况进行了预测评价与分析。研究结果表明，本论文中 提出的生态整治对策及适用技术能够保障河流水质达到功能区水质标准要求，验 证了本研究成果实施的可行性。 目前我国，尤其是北方地区多数河流普遍存在着水量短缺和水质污染双重问 题，本研究成果可从技术角度指导河流治理工作，为国内同类地区的河道生态整 治提供示范，同时也为我国下一步制定河道生态整治技术导则和技术规范提供科 学依据。本研究成果己通过科技成果鉴定，并在青岛市多项规划中被采纳实施。 本论文共分五章： 第一章分析了国内外河道治理的现状，归纳总结了我国河道治理工程中存在 的主要问题，论述了本研究的目的及意义，提出了研究的主要内容； 青岛理工大学工学硕士学位论文 第二章分析了河道生态整治理念提出的背景，阐述了该理念形成的理论基础， 提出了河道生态整治的原则及适用技术； 第三章针对李村河水量不足及水质短缺问题，多次对李村河流域进行实地调 研与采样分析，在此基础上开展了李村河生态整治对策及适用技术的研究，提出 了通过彻底截污控制河流污染、通过城市再生水的应用保障河流生态水量、通过 生态措施保障河流水质的李村河生态整治技术对策。同时应用水质模型及模糊综 合评价等数学方法对整治工程实施后的水量及水质效果进行预测分析，研究该理 论实施的可行性。 第四章对本研究中提出的河道生态整治理论的实施应用情况进行总结分析， 并对其成功应用案例李村河上游综合治理工程进行剖析，分析河道生态整治 理论在该工程中的应用情况，并简要分析了该工程实施后所取得的成效； 第五章总结分析了本研究取得的成果，并提出了本研究领域今后需进一步深入 研究的内容。 关键词河道生态整治；李村河；水质模型；模糊综合评价 i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，m o r ea n dm o r eu r b a nm a n a g e r sa w a r eo ft h ec l o s er e l a t i o n s h i p b e t w e e nr e s i d e n t sa n dr i v e r s ，f i v e rr e g u l a t i o nh a sa t t r a c t e dp e o p l e sa t t e n t i o na n dr e l a t e d e n g i n e e r i n gh a sb e e nc a r r i e do u t h o w e v e r , d u et ot h el i m i to ft r a d i t i o n a lc o n c e p t , i n p r e v i o u sf i v e rt r a i n i n ge n g i n e e r i n g ，i tp a y sm o r ea t t e n t i o nt ol a n d s c a p ec o n s t r u c t i o n ，b u t t h en a t u r eo fr i v e ri sn e g l e c t e d t h i sc a l ln o tr e l i e v ep o l l u t i o np r o b l e m s ，b u tc a u s em o r e s e r i o u sd a m a g et or i v e rn a t u r a le c o s y s t e m r i v e rp o l l u t i o nh a sb e c o m eas e r i o u st h r e a t t op e o p l e sp h y s i c a lh e a l t ha n dt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y a sa l l i m p o r t a n td e m e n to fu r b a ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n t , h o wt oi m p r o v et h eu r b a n l a n d s c a p ee n v i r o n m e n t ，t h eq u a l i t yo fl i f ea n dp r o m o t eu r b a nd e v e l o p m e n t 、7 l ，i t l lr i v e r e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o nh a sb e c o m et h ef o c u sp o i n tf o ru r b a np l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o n s u p p o r t e db yt h es u b j e c to f “r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o nd 厂e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n t e c h n o l o g y f o ，r i v e ra r o u n d j i a oz h o ub a y ”，t h i sp a p e rb a s e do nr e l a t e dd a t ar e s e a r c ha n d s u c c e s s i v e l yi n v e s t i g a t i o n so fm a n yr i v e r si na n do u to f0 1 2 1 c o u n t r y ，t h es h o r t c o m i n g s o ff i v e rr e g u l a t i o na tp r e s e n ta r ei d e n t i f i e d c o m b i n e dw i t hs u c c e s s f u le x p e r i e n c e ，t h e c o n c e p t i o no ff i v e re c o l o g i c a lr e s t o r a t i o ni sc a r r i e do u t i no r d e rt oi m p r o v et h e m a n e u v e r a b i l i t y ，t h i sp a p e rc h o s et h et y p i c a lm e r 叫，i c u nr i v e ri nq i n g d a oa sa l l e x a m p l e ，a c c o r d i n gt ow a t e rs h o r t a g ea n dp o l l u t i o np r o b l e m s ，t h ee c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n c o u n t e r m e a s u r e sa r ep u tf o r w a r d r e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a t , e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n c o u n t e r m e a s u r e sa n da p p l i c a b l et e c h n o l o g i e sp u tf o r w a r di nt h i sp a p e rc a l lg u a r a n t e e t h eq u a l i t yo fr i v e rw a t e rm e e tr e l a t e ds t a n d a r d s n o w a d a y s ，m a n yr i v e rb a s i n sf a c et h ed o u b l ei s s u e so fw a t e rs h o r t a g ea n dw a t e r p o l l u t i o n ，e s p e c i a l l yi n t h en o r t ho fc h i n a t h i sr e s e a r c hr e s u l t sc a ni n s t r u c t r i v e r t r a i n i n gf r o mt h ea n g l eo ft e c h n i c a l ，p r o v i d ee f f e c t i v er e f e r e n c ef o rt h ep o p u l a r i z a t i o n a n da p p l i c a t i o no ft h i sr e s e a r c h , a n dp r o v i d es c i e n t i f i cb a s i sf o rf o r m u l a t i n gt e c h n i c a l g u i d e l i n e sa n ds p e c i f i c a t i o n sf o rr i v e re c o l o g i c a lr e g u l a t i o n t h i sr e s e a r c hh a sb e e n i d e n t i f i e db yq i n g d a os c i e n c e & t e c h n o l o g yb u r e a u , a n di th a sb e e na d o p t e di nm a n y p l a n n i n g si nq i n g d a o t h e r ea r e5c h a p t e r si nt h i sp a p e r ： i i i 青岛理工大学工学硕学位论文 i nc h a p t e r1 ，t h ec u r r e n ts i t u a t i o n so fr i v e rt r a i n i n ga r ei n t r o d u c e d , t h em a i n p r o b l e m se x i s t i n ga tp r e s e n ta r ee x p o u n d e d ，a n dt h ec h i e fc o n t e n t so ft h i sr e s e a r c ha l e a l s op u tf o r w a r d i nc h a p t e r2 ，t h eb a c k g r o u n do fr i v e re c o l o g i c a lr e s t o r a t i o ni sa n a l y z e d ，t h eb a s i c c o n c e p t i o n sa r ei n t r o d u c e d ，a n dt h ep r i n c i p l e sa n ds p e c i f i cm e t h o d sa r ep u tf o r w a r d i nc h a p t e r3 ，a c c o r d i n gt ot h ep r o b l e m so fw a t e rs h o r t a g ea n dp o l l u t i o n , i tt a k et h e t y p i c a lr i v e r i i c 强r i v e rf o re x a m p l e t h r o u g hi n v e s t i g a t i o na n ds a m p l i n ga n a l y s i s ， t h ee c o l o g i c a lr e s t o r a t i o ni sa n a l y z e d ：i m p r o v i n gt h es e w a g ep i p en e t w o r kt oc o n t r o l w a t e rp o l l u t i o n , u s i n gr e c l a i m e dw a t e rt os u p p l e m e n tr i v e rw a t e ra n dt h r o u g ht h e e c o l o g i c a lm e a s u r e st og u a r a n t e et h eq u a l i t yo fr i v e rw a t e r f i n a l l y ，w a t e rq u a l i t ym o d e l a n dt h ef u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o da r ea p p l i e dt oe v a l u a t et h eq u a n t i t ya n d q u a l i t yo fr i v e rw a t e rt ov 翻矽t h ef e a s i b i l i t yo ft h i sr e s e a r c h i nc h a p t e r4 ，t h ei m p l e m e n t a t i o no fr i v e re c o l o g i c a lr e g u l a t i o nt h e o r yi sa n a l y z e d ， a n dt h el i c u nr i v e ru p s t r e a mc o m p r e h e n s i v ec o n t r o lp r o j e c ti si n t r o d u c e d ，e s p e c i a l l y f o rt h ea p p l i c a t i o no ft h i st h e o r y f i n a l l y ，t h ea c h i e v e m e n t so ft h i sp r o j e c ta r eb r i e f l y a n a l y z e d i nc h a p t e r5 ，t h er e s u l t so ft h i sr e s e a r c ha r ea n a l y z e d ，a n dt h e nt h ed e v e l o p i n g d i r e c t i o na n df o c a lp o i n t si nt h i sf i e l da r ep o i n t e do u t k e y w o r d s r i v e re c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ；l i c u nr i v e r ；w a t e rq 砌i t ym o d e l ；f u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n i v 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 本研究来源于2 0 0 9 年度青岛市建设科技发展项目( 0 9 - 8 ) “环湾区域河道 生态化综合整治试点研究 、青岛市科技局( 0 9 1 1 1 0 2 ( 2 ) z h c ) “青岛市环湾河 流上游生态环境综合整治对策方法及适用技术的研究 及2 0 10 年国际水环境论坛 共同研究课题。 1 1 研究的背景、目的及意义 1 1 1 研究的背景 1 1 1 1 国外河流治理现状f l - 1 7 l 目前世界上很多发达国家都在对河流进行回归自然的改造。瑞士、德国等于 8 0 年代末提出了全新的“亲近自然河流 概念和“自然型护岸”技术。所谓“自 然型护岸 技术，就是放弃单纯的钢筋混凝土结构，采用无混凝土护岸或钢筋混 凝加外覆土植被的非可视性护岸。据有关资料显示，欧洲的m e l k 流域经过近自 然治理后，每百米河段的鱼类从治理前的1 5 0 个、1 9 公斤提高到治理后的4 1 0 个、 5 5 公斤，治理成果显著。 德国境内的莱菌河段，1 9 9 3 年和1 9 9 5 年发生过两次洪灾，洪水淹没了一些城 市，造成约几十亿欧元的经济损失，分析其主要原因是由于莱菌河流生态遭到破 坏、莱茵河的水泥堤岸限制了水向沿河堤岸渗透所致。为此，德国逐步开展起河 流回归自然的改造，将水泥堤岸改造成生态河堤，重新恢复河流两岸的储水湿润 带，并对流域内支流实施“裁直取弯”的措施，延长洪水在支流的停留时间，降 低主河道的洪峰量。 日本于9 0 年代初就开始了“创造多自然型河川计划”，1 9 9 1 年开始推行重视 创造变化水边环境的河道治理方法，即“多自然型河道建设”。仅1 9 9 1 年，全国 就有6 0 0 多处试验工程。在日本建设省推进的第九次治水五年计划中，将对5 7 0 0 千米河流进行多自然型河流治理，其中2 3 0 0 千米为植物堤岸，1 4 0 0 千米为石头及 木材护底的自然河堤。对于必须使用混凝土的部分，都将按“多自然型护堤法 进行改造，覆盖土壤，并大量种植植被。实践表明，该工程有效地促进了地下水 的渗透和水的良性循环，保护了河流的生态系统，提高了河流的自净功能。 青岛理工大学工学硕士学位论文 瑞士境内环境优雅，空气新鲜，河流纵横交错、湖泊星罗棋布，旅游业成为 其支柱产业之一。随着旅游业的发展，景点的深入开发，以及外来旅游人员的增 多，自然生态环境遭到了严重破坏。莱茵河发源于瑞士境内的阿尔卑斯山，为了 保护莱茵河上游水质，瑞士联邦政府先后颁布了森林法、环境保护法、 水资源保护法、 环保法、水体资源免遭污染和空气保洁法等数十部 涉及保护水体的法律法规，并努力恢复源头自然地貌，建设大片湿地和恢复森林 植被，上游河道两岸为防止水土流失而修筑的水泥护坡重新被草木替代，部分曾 被裁弯取直的人工河段又重新恢复其自然弯曲的形态，莱茵河上游河流生态系统 得以恢复。 除此之外，9 0 年代以来，德国、美国、日本、法国、瑞士、奥地利等国纷纷 大规模拆除以往在河床上铺设的硬质材料，修建生态河堤，恢复河岸水边植物群 落与涵养林等，开展维持河道自然属性的河流治理工程。总之，国外许多国家都 在对破坏河流自然属性的治理工程进行反思，都在努力向着回归自然的河流治理 方向改造，这已成为目前国际河流治理的总趋势。 1 1 1 2 我国河流治理现状 随着人口的激增和城镇规模的日益扩大，越来越多的自然河流被进行了人工 改造，以满足美化城市景观、防洪排涝和接纳污水的需求。这种河道改造多受传 统理念和认识的限制，改造中忽略了河流的自然属性，偏重于城区段河道的景观 建设，并对其进行河床硬化、裁弯取直甚至将河床覆盖用做城市交通干道等，严 重破坏了河流的自然生态系统，导致河道生态功能丧失殆尽【l 引。目前我国河流治 理存在的主要问题包括以下几个方面： ( 1 ) “治河”多注重“治景 ，大搞形象工程 多数河道治理工作偏重于搞形象工程，河道的亲水功能、生态景观功能、服 务功能较差。大多数河道未能提供丰富自然的亲水空间，不能获得良好的亲水性， 如河道两岸的护栏、雕塑等成为人与水之间的屏障，同时由于河岸垂直陡峭，落 差大，存在安全隐患，使得人们对河流敬而远之；大部分河道的生态景观性差， 如桥的结构、瀑布的造型、植物的选择、护坡的层次等缺乏视觉美感，部分河道 过宽，导致河水流动速度较小，水流形式单调；河道治理后由于水源不足或水源 引用不合理等造成河中生物种类和数量锐减，河流的亲水性、景观功能、自净功 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 能丧失；河道的服务功能差，过城河的河道作为城市的天然通道，其缓解交通压 力的潜力并未被充分挖掘，河道内没有人性化的过河通道和步行道，步行道与行 车道在河岸并行的方式导致交通拥挤混乱。 ( 2 ) 截污不彻底，治理工程不断返工 长期以来，由于大量生活污水、工业废水的随意排入及随意弃置的生活垃圾 污染，国内多数河流污染严重，河道水质极差、蚊虫滋生，严重制约了区域经济 发展，影响了城市景观生态环境和居民的身体健康。虽然许多城市相继开展了河 流治理工作，但是由于受理念及资金等因素的影响，以往河道治理工程都只注重 河道的美化和亮化，缺乏生态的理念和环保的意识，没有对沿河流域各入河污染 源进行彻底的截污，导致许多治河工程“前功尽弃”，污染“死灰复燃 ，河水 水质不稳定，既浪费了大量的人力、物力和财力，也不利于人居环境的改善。为 彻底改善河流水质，全面开展河道治理工作，首先必须要对河流沿岸区域进行彻 底的截污，截污工程的成败将直接影响河道治理工程的效果。 。 ( 3 ) 缺乏生态水源，河流水量少，缺乏生气【1 9 1 河流之美并不在于它水量的多少，而在于其灵动活泼的姿态。目前我国北方： 多数河流自然水源水量不足，在枯水期河流断流现象严重( 图1 - 1 ，图1 - 2 ) 。在 河流治理过程中，一味重视修砌河岸护坡等的建设，却忽视了河流主体“水 的 重要性。河流的流动过程就是河水不断进行自我修复和自我净化的过程，即所谓 的“流水不腐”，流动性是保持水质良好的重要条件；在河道上建设橡胶坝，虽 然可以拦截河水，抬高水位，形成宽阔的水面景观，但与此同时也使得河流成为 死水或半死水状态，河道被割裂成为若干个“人工池塘 ，削弱了河流的自净能 力，减少了河水中溶解氧的含量，加剧了河流的水质恶化程度，使众多水生生物 失去栖息地，对河流生态系统造成了严重破坏( 图1 3 ，1 - 4 ) 。此外，河道上的橡 胶坝阻碍了鱼类的觅食、洄游通道，威胁到鱼类及其他水生物的繁衍生息，不利 于河道生态系统的稳定性。 ( 4 ) 生态理念在治理工程中不能得到体现【2 0 】 目前河流多采用浆砌或干砌块石、现浇混凝土、预制混凝土块体等硬化的河 床和护坡，采用这些结构形式割裂了水体与土壤的关系，使水系与土地及其生物 环境相分离，水、土、水生生物之间形成的物质和能量循环系统被破坏，加剧了 水质的污染，降低了河流的自净能力，在不同程度上对景观环境和生态产生了不 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 良的影响；河床底泥层被覆盖，河中生物的种类和数量大幅减少，导致城市水生 态系统严重退化；硬化的河床会在阳光照射下使河水水温迅速升高，导致传染性 病菌和病虫在水中大量繁殖，危害沿河流域居民的健康；硬化的河床和河底阻止 了河水渗入地下，使得雨水通过排水管道及硬化的河道流失，而一些城市愈来愈 严重的“城市地下漏斗”却无法得到补充；硬化的护岸整齐划一，改变了在多种 自然力作用下形成的河岸自然特征和重要功能，削弱了视觉美感，同时由于河岸 垂直陡峭，落差大，使得人们对河流敬而远之，不能获得良好的亲水性。 图1 - 1 北方城市河道缺水严重图1 - 2 治理后的河道成为硬化的水渠 图1 - 3橡胶坝形成的“死水” 图l - 4生态河道流动的“活水一 ( 5 ) 雨污水未分流 多数城市老城区的污水管道是采取雨污合流式排水，对于一般的污水，需要 经过初次沉淀、生化( 去除有机物) 、再次沉淀等环节，而处理雨水就相对简单 些。因此，采用雨污合流，不仅增加了污水处理厂的运行负荷，而且增加了处理 成本。在降雨量较多的季节，污水处理厂满负荷运行，大量的雨污混合污水直接 排放入海或入河，其造成的污染不容忽视。 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 综上所述，目前各城市进行的河流治理工程，由于受传统治河思维的影响， 大部分工程还停留在“就河治河 的落后理念上，治理工程注重形象工程和景观 建设，忽视了河流的生态属性，河流治理工程完工后生态破坏和环境污染严重的 现象没有得到根本的转变、河流变成了硬化的“水渠 、污水横流的局面也不能 得到彻底改善，对城市总体形象产生了较大的负面影响，重复多次的河流治理必 将造成人力、财力和物力的大量浪费。 1 1 2 研究的目的及意义 由于我国长期粗放型的经济发展模式，导致河流水质严重污染，脏、烂、差 的生态环境已成为阻碍城市经济社会可持续发展的瓶颈。目前我国城市河流治理 工程虽已全面展开，也取得了一定的成就，但是治理过程中缺乏生态的理念，治 理工程实施后仍然面临着“水量短缺和水质无法保障”双重问题，造成河流的多 次重复治理，浪费了大量的人力、财力和物力。本研究旨在探索如何在河流的治 理过程中落实生态的理念，保障河流获得充足的水源、保障河流水质能够达到功 能区标准要求，以从根本上解决河流屡次被治理，而生态环境却得不到彻底改善 的现状，实现河流治理环境效益、经济效益和社会效益的最大化，这是目前进一 步开展河流治理工作的关键任务。 在钢筋混凝土大厦林立的现代城市中，流经其中的河流是大自然赐予人类享 受自然的重要载体，城市河道生态环境的优劣、河道生态景观的建设对提升城市 形象、优化沿河居民的生活环境、加快城市的经济发展具有重要作用。为避免“治 河仅治景 的传统模式及盲目决策所造成的资金浪费，避免人为污染对河流生态 环境造成破坏，本研究提出具有前瞻性、先进性和实用性的河道生态整治方法、 原则及适用技术。研究结果可改善河流水环境质量及沿岸流域景观，提高河流的 功能性和环境承载力，提高沿河流域居民的生活质量，提高周边经济社会发展水 平，增强河流的集聚功能，为实现河流的环境价值、社会价值及经济价值提供有 力保障，为我国各城市河道治理提供有效的技术指导与借鉴。 1 2 研究的主要内容 本研究在城市生态学、城市生态规划、水力学等理论研究的基础上，提出了 河道生态整治理论、原则及适用技术，着重解决在河流治理过程中河流水量和水 质保障问题。论文中以青岛市典型河流李村河为例，在对李村河进行多次实 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 地调研和资料收集的基础上，针对李村河水量不足及水质污染的现状开展李村河 生态整治对策及适用技术研究，提出李村河生态补水和水质保障的具体措施，并 应用水质模型及模糊综合评价等数学方法，对生态整治工程实施后的水量和水质 情况进行预测评价与分析，为河道生态整治理念的推广应用提供了典型案例参考。 同时，河道生态整治理念虽提出时间不久，但已在青岛市多项规划中被采纳应用， 本论文中选取该研究成果的实际应用案例之一青岛市李村河上游综合治理工 程进行深入分析，通过介绍李村河上游综合治理工程的实施情况，总结分析河道 生态整治理念在该工程中的实践应用情况，并对该工程实施后的效益进行了简要 分析，为更好的推广和应用河道生态整治适用技术提供案例支撑和技术指导。 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 第2 章河道生态整治及适用技术相关理论研究 目前河道治理偏重于景观建设，忽视了河流自身的生态属性，治理工程实施 后，多数河流仍然面临着“水量短缺和水质污染 双重问题。为有效恢复和保障 河流生态系统，本研究提出了河道生态整治理念、原则及适用技术，它不仅强调 河流景观建设，更注重河流的生态补水及水质保障，以有效恢复和保障河流生态 系统的稳定性。河道生态整治理念的提出打破了传统治河思想，将有效的改善河 流生态环境，保障河流水环境质量，有效推动城市生态化建设。 2 1 河道生态整治提出背景 目前，越来越多的自然河流被进行了人工治理，以满足美化城市景观、防洪 排涝和接纳污水的需求。这种河道治理多受传统理念和认识的限制，治理过程中 忽略了河流的自然属性，偏重于城区段河道的景观建设，并对其进行河床硬化、 裁弯取直甚至将河床覆盖用做城市交通干道等，这不仅不能够缓解城市河道污染 问题，而且更加严重的破坏了河流的自然生态系统，导致河流生态功能丧失。r 随着人们对自然环境认识的不断深入，对河流，尤其是流经城市的河流提出 了更高的功能要求：河流不仅要满足防洪要求，还应具有旅游、娱乐、景观、生 态、改善人居环境等多方面的功能。尽管国家十分重视民生问题，各城市也都投 入过大量的财力物力对河流进行治理，但是由于缺乏经济的视野和生态的理念， 治理效果却不尽如人意。为有效改善城市环境质量及生态景观，提高城市整体价 值，促进经济社会又好又快发展，应总结国内外河流治理的成功经验，更新理念， 在充分科学论证的基础上，以生态学理论为指导，采用“生态+ 经济 的手法对河 流进行生态整治，以恢复河流外在“贯通”，内在“流动 的特质【2 1 1 。 2 2 河道生态整治理论基础研究 2 2 1 城市生态学理论 城市生态学研究起源于欧洲，是一个多学科交叉的、发展迅速的新兴领域。 由于人是城市中生命系统的主体，因此，城市生态学可以说是研究城市居民与城 市环境之间相互关系的学科。城市生态学以生态学理论为基础，应用生态学和工 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 程学的方法，通过多学科的综合与融会，研究以人为核心的城市生态系统的结构、 功能以及系统组成成分间和系统与周围生态系统间相互作用的规律，并利用这些 规律优化系统结构，调节系统关系，提高物质转化和能量利用效率以及改善环境 质量，实现结构合理、功能高效和关系协调，从而为城市环境、经济和社会的可 持续发展寻求对策和出路。 城市生态学是依据生态学原理研究城市居民与城市环境之间相互关系的学 科，它研究的主要内容包括城市居民数量变动及其空间分布特征，城市物质和能 量代谢功能及其与城市环境质量之间的关系，城市自然系统的变化对城市环境的 影响，城市生态的管理方法和有关交通、供水、废物处理等，城市自然生态的指 标及其合理容量等。 城市生态学不仅研究城市生态系统中的各种关系，而是为将城市建设成为一 个适合人类生活的生态系统寻求良策。城市中的河流是连接城市居民与自然环境 的纽带，河道的治理牵涉到多个学科、多个领域，要处理好城市居民与河流之间 的关系，既要尽量保持河流原有的自然形态，又要让河流承担起一定的功能，为 市民提供更高品质的生活环境。 2 2 2 城市生态规划 城市生态规划就是对一定时期内城市生态环境建设的对策、目标和措施所作 的规划，其目的在于提高环境质量，维持生态平衡，实现城市的可持续发展。它 遵循生态学与城市规划学有关的理论与方法，应用系统科学、环境科学等多学科 的手段，辨识、模拟、设计人工复合生态系统内的各种生态关系，掌握城市生态 系统的演变规律及其影响因素，以环境容量、自然资源承载能力和生态适宜度为 依据，通过对城市生态系统中各子系统的综合布局与安排，提出切实可行的生态 规划方案，其目的是改善城市生态环境质量，寻求最佳的城市生态位，不断地开 拓和占领空余生态位，充分发挥生态系统的潜力，促进城市生态系统的良性循环， 以维护城市生态系统的平衡，实现城市的和谐、高效、持续发展。 城市生态规划是与可持续发展概念相适应的一种规划方法，它强调规划的能 动性、协调性、整体性和层次性，其目标是追求社会的文明、经济的高效、生态 环境的和谐。它将生态学的原理和城市总体规划、环境规划相结合，同时又将经 济学、社会学等多学科知识以及多种技术手段应用其中，对城市生态系统的生态 8 青岛理工大学工学硕士学位论文 开发和生态建设提出合理的对策，辨识、模拟、设计和调控城市中的各种生态关 系及其结构功能，合理配置空间资源、社会文化资源，最终达到正确处理人与自 然、人与环境关系的目的。在生态规划中，体现着一种平衡或协调型的规划思想， 综合时间、空间、人三大要素，协调经济发展、社会进步和环境保护之间的关系， 促进人类生存空间向更有序、稳定的方向发展，实现人和自然的和谐共生。 2 2 3 河道生态环境需水理论 2 2 3 1 河道生态环境需水量及其组成 河道生态需水量是指维系河道生态系统健康所必需的水量，其对河流生态系 统的结构、功能、形态的维护具有重要的意义。从维护水生态环境的天然结构与 功能的目标出发，河流系统生态环境需水量主要是由河道内生态环境需水量、河 道外生态环境需水量和维持景观、水上娱乐的环境需水量三类组成【2 2 2 4 】。 ( 1 ) 河道内生态环境需水量 河道内生态环境需水量的研究范围包括河道及连通的湖泊、湿地和洪泛区范 围内的陆地。其生态环境需水量包括以下几个方面：维持水生生物栖息地生态 平衡所需水量；维持合理的地下水位，保护河流湿地、沼泽生态平衡，保持与 地表水转换所需的入渗补给水量和蒸发消耗量；维持河口淡、咸水平衡和生态 平衡所需的水量；维持河流水沙平衡和水盐平衡的入海水量：使河流保持 稀释和自净能力的最小径流量；防止河道断流、湖泊萎缩所需的最小径流量： 多功能河流还应包括维持航运的最小水深。 ( 2 ) 河道外生态环境需水量 河道外生态环境需水量包括：天然和人工生态保护植被、绿洲防护林带的 耗水量。主要指地带性植被所消耗的降水和非地带性植被通过水利工程直接或间 接消耗的径流量；在水土保持治理区域，采取生物措施治理所需的水量；维 持特殊生态环境系统安全的紧急调水量( 生态恢复需水量) 。 ( 3 ) 维持景观、水上娱乐等环境需水量 维持景观、水上娱乐等环境需水量是为保持自然景观功能、绿地、水上娱乐 面积和水环境良好条件等所需的水量。随社会文明程度和人们生活质量的提高， 这部分需水量的地位将越来越重要。 2 2 3 2 河道生态环境需水量特征 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 河道生态环境需水是一个涉及生态、环境和自然属性的概念，既反映了水生 生态系统的可持续性、水环境系统的承受和恢复能力，又反映了水生生态维持社 会发展的能力，河流生态需水量具有以下三个特征口5 之8 】： ( 1 ) 可持续性 生态需水中“维持河流或区域特定的生态环境功能 充分体现了可持续性。 为维持生态系统的良性循环，满足人与自然和谐生态环境标准，必须要明确树立 和遵循人类各种用水、排污等经济和社会活动对水生生态系统的影响不能超过其 承载力的原则。 ( 2 ) 时空性 由生态环境需水量的定义可以看出，河道生态环境需水量具有明显的空间性 和时间性。不同地理分布区域及同一河流的上、中、下游，河口不同地段等，对 维持生态系统平衡的水量分布需求有明显差异。此外，在水生生态系统现状的不 同时段，生态需水的分布特性也各有差异；在未来某个特定时段内，随着环境治 理工程的开展，自然生态逐步恢复，生态环境需水量的外延和内涵也会有所改变。 ( 3 ) 临界性 生态环境需水量是一个临界值，包括最大、最小两个阈值。研究重点是对最 小阈值讨论，旨在确定某一具体的历史阶段和特定区域，保证生态系统平衡所必 须的最低下限值。因为地域最小阈值，生态系统结构与功能将受到不可逆的损害。 2 2 4 水体自净理论 水体自净【2 9 】是指受污染的水体在其环境容量范围内，经过水中物理、化学与 生物作用，使污染物浓度降低，并恢复到污染前的水平。实际上，水体自净可以 看作是污染物在水体中的迁移、转化和衰减变化过程，其中包括物理输移过程、 化学转化过程和生物降解过程。 ( 1 ) 物理过程 物理过程是指污染物质由于稀释、扩散、混合和沉淀等过程而降低污染物的 浓度。污水进入水体后，可沉性固体在水流较弱的地方逐渐沉入水底，形成污泥。 悬浮体、胶体和溶解性污染物因混合、稀释等作用浓度逐渐降低。污水稀释的程 度通常用稀释比表示。对河流来说，用参与混合的河水流量与污水流量之比表示。 污水排入河流经相当长的距离才能达到完全混合，因此这一比值是变化的。达到 1 0 青岛理工大学工学硕士学位论文 完全混合的距离受许多因素的影响，主要有稀释比、河流水文情况、河道弯曲程 度、污水排放口的位置和形式等。在湖泊、水库和海洋中影响污水稀释的因素还 有水流方向、风向和风力、水温和潮汐等。 ( 2 ) 化学过程 化学过程是指污染物由于氧化还原、酸碱反应、分解化合和吸附凝聚等化学 或物理化学作用而使浓度降低的过程。流动的水体从水面上大气中溶入氧气，使 污染物中铁、锰等重金属离子氧化，生成难溶物质析出沉降。某些元素在一定酸 性环境中，形成易溶性化合物，随水漂移而稀释；在中性或碱性条件下，某些元 素形成难溶化合物而沉降。天然水中的胶体和悬浮物质微粒，吸附和凝聚水中污 物，随水流移动或逐渐沉降。 ( 3 ) 生物过程 生物过程又称生物化学净化，是指生物活动尤其是微生物对有机物的氧化分 解使污染物质的浓度降低。它的基本过程是水中微生物( 尤其是细菌) 在溶解氧 充分的情况下，将一部分有机污染物当作食饵消耗掉，将另一部分有机污染物氧 化分解成无害的简单无机物。影响生物自净作用的关键是：溶解氧的含量、有机 污染物的性质、浓度以及微生物的种类、数量等。生活污水、食品工业废水中蛋 白质、脂肪类等极易分解，但大多数有机物分解缓慢，更有少数有机物难分解， 如造纸废水中的木质素、纤维素等，需经数月才能分解，另有不少人工合成的有 机物极难分解并有剧毒，如滴滴涕、六六六等有机氯农药和用做热传导体的多氯 联苯等。水生物的状况与生物自净有密切关系，它们担负着分解绝大多数有机物 的任务。此外，水体温度、水流状态、天气、风力等物理和水文条件以及水面有 无影响富氧作用的油膜、泡沫等均对生物自净有影响。 2 3 河道生态整治原则及具体对策研究 河道生态整治是以城市生态学【3 0 】、城市生态规划、水力学等理论为基础，对 河道进行有助于经济、社会与自然生态环境相协调的结构、设施、功能、景观等 方面的改造，修复河流的生态功能【3 1 1 ，将城市住宅、交通、基础设施及消费过程 与自然生态系统融为一体，为城市居民提供适宜的人居环境，促进流域经济发展， 并最大限度的减少环境负面影响，提升河流生态服务功能，促进环境友好型城市 和生态文明建设 3 2 - 3 3 】。 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 3 1 控制排污 控制排污是河道生态整治的首要任务。近年来，许多城市相继开展了河流治 理工作，但是由于对沿河污染源的截污和治污不彻底，导致许多治河工程“前功 尽弃”，污染“死灰复燃”，河水水质不稳定，造成了财政资金和大量人力、物 力的浪费p 4 】。为彻底改善河流水质，全面开展河道治理工作，首先必须要对河流 沿岸区域进行彻底的截污，截污工程的成败直接影响河流功能的发挥，而截污工 程的核心是污水收集管网以及污水集中处理设施的建设。 ( 1 ) 完善截污管网及污水处理设施的建设 对沿河流域实施彻底的截污工程，贯通河流上下游截污干管，完善跨区域管 网的衔接，扩大生活污水、工业废水的集中收集处理范围，提高污水处理能力并 完善再生水回用设施【3 5 】。同时，在对旧城区改造的过程中，要完善流域内雨、污、 中水等管网的铺设，合理利用河道及地下空间。另外，要注重对沿河流域潜在污 染源的控制，全面、彻底地实施河道截污工程。 ( 2 ) 提高城市污水处理能力 加快城市污水集中处理、中水回用等环境基础设施建设3 6 1 。目前我国多数城 市的污水处理能力在质和量上均不能满足经济和社会发展的需求，市政管网建设 滞后，截污系统不完善，污水处理规模及水平与国内发达地区仍有一定差距，导 致部分污水直接或未达标排入就近水体中。此外，污水处理能力的提高可有效改 善河流的水质和城市生态环境，我国各城市在污水深度处理的能力建设方面仍具 有较大的发展空间。 2 3 2 保障水量 保障水量是河道生态整治的重要内容。我国水资源短缺问题严重，尤其在北 方缺水城市，河流“有河必干、有水必污”的现象比较普遍，创造流动的水景仅 依靠天然水源极不现实。为获得清洁、充足的水源，满足城市河流生态需水的要 求，应根据河流本来的自然地貌特征，充分利用各种水资源，构建充足、多源的 水资源保障体系，适量为市区河道、滞留区补充水源，使市区河道变“干河”为 “水河”、变“死水”为“活水 ，发挥出城市河流景观、生态、防洪等功能【3 7 1 。 再生水，它的水质介于污水和自来水之间，是城市污水、废水经净化处理后 达到国家标准，能在一定范围内使用的非饮用水，可用于城市景观和居民生活的 1 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 诸多方面，考虑将再生水引入河道中作为景观用水具有一定的可行性1 3 8 - 3 9 1 。 ( 1 ) 提出背景 城市污水是水量稳定、供给可靠的一种潜在水资源。加大再生水利用力度， 既是开源节流、避免各城市陷入“有水不用 、“有水难用 尴尬境地的需要， 更是减轻水体污染、改善生态环境、解决城市缺水问题的有效途径。当今世界各 国在解决缺水问题时，都将再生水选为可靠且能够重复利用的第二水源。近年来， 再生水回用一直是国内外研究的重点，从水资源相对短缺的日本、以色列到水资 源丰富的苏联、美国等，都建设了相当规模的污水再生利用工程，显现出明显的 经济和环境效益。我国早在1 9 5 8 年就开始将城市污水处理与利用的研究列入国家 科研课题，至今已有较为成熟的污水再生利用工艺技术，在二级生化处理的基础 上，采用混凝、沉淀、过滤、氧化、消毒、膜技术、活性炭吸附等技术，这些技 术可根据再生水利用的用途单独或组合