河流生态修复技术现状及展望

1、 河流生态修复技术现状及展望水利部国际合作与科技司2005年10月    目前，我国江河、湖泊和水库普遍受到污染，并仍在迅速发展。水污染加剧了水资源短缺，直接威胁着饮用水的安全和人民的健康，影响到工农业生产和农作物安全。据初步估计，水污染造成的经济损失约为国民生产总值的1.5%3%。水污染已成为不亚于洪灾、旱灾甚至更为严重的灾害。水污染防治已成为国民经济可持续发展的关键保障。    随着温饱问题的基本解决，人民对生活质量的要求日益提高，改善生态环境，修复污染水体，恢复优美的自然景观已成为建设小康社会、和谐社会的重要内容，是摆在各级政府

2、部门面前的一项重要任务。    水利部高度重视河流健康生命和河流生态修复问题。汪恕诚部长在2004年全国水利厅局长会议上的工作报告中明确指出，“流域机构要义不容辞地担负起河流生态代言人的重任。要从生态保护和维护河流健康生命的角度来确立工作方针、原则和规划，正确处理好开发与保护的关系，把工作的制高点放在维护河流的健康生命上”。过去的几年，水利部及省市水利部门在河流生态系统的保护和修复方面进行了很多有益的探索。通过河流源头的水土保持、调水、湿地修复等措施，使一些地区的生态系统得到明显改善。很多科研单位针对一些关键科学技术问题也开展了很多研究工作，在河流水质调查、采用生

3、物措施进行河流污染防治、河流生态系统修复技术措施及示范工程建设等方面均取得了很多有价值的成果。    一、国内外河流生态修复技术现状及发展趋势    河流生态修复是指使用综合方法，使河流恢复因人类活动的干扰而丧失或退化的自然功能。河流生态恢复的任务，一是水文条件的改善，二是河流地貌学特征的改善，目的是改善河流生态系统的结构与功能，标志是生物群落多样性的提高，与水质改善为单一目标相比更具有整体性的特点，其生态效益更高。水文条件的改善包括：通过水资源的合理配置维持最小生态需水量；通过污水处理，控制污水排放以及提倡清洁生产改善河流水质；水库

4、的调度除了满足社会需求外，尽可能接近自然河流的脉冲式的水文周期等。河流地貌学特征的改善包括：尽可能恢复河流的纵向连续性和横向连通性;尽可能保持河流纵向和横向形态的多样性;防止河床材料的硬质化。    （一）国外河流生态修复技术现状    上世纪90年代，水生态与水环境问题已经成为世界水论坛会议、国际大坝会议、国际水利学会议等一系列国际学术会议的核心议题，这些会议有力地促进了水生态与水环境科学在全球的交流与发展。上世纪70年代以来，一些发达国家的科技界和工程界针对水利工程对于河流生态系统产生的负面影响，提出了如何进行补偿的问题，在此基础

5、上产生了河流生态修复的理论与工程实践。    目前国外河流生态修复技术有很多种，主要包括：在河流整治中，结合洪水管理，贯彻“给河流以空间”的理念，通过建设分洪道和降低河漫滩高程等措施予以实施；河流连续性的恢复，包括纵向的连通和河道与河漫滩区的横向连通，包括建设低坝并设置鱼道、堤防拆除或后退等；河流蜿蜒性的恢复；河道岸坡生态防护；河流深槽和浅滩序列的重建；洪泛区湿地特征的创建；河流内栖息地加强结构（如遮蔽物、遮荫、导流设施等）；亲水设施的建设；河道浚挖泥土的利用；多孔和透水护岸材料和结构的开发和应用及工程施工技术等。此外，结合河流生态修复规划和设计，一些规划设计模型

6、和方法也被提出。在筑坝河流上，针对改善下游河流的生态系统状况，有关水库优化调度方式的研究和示范在一些国家也进行了一些研究，并初步取得一些成果，如河流生态需水量评价技术，洪水过程对鱼类繁殖的影响，自然水文过程模拟等。    同时，国外很多国家利用生态学理论，采用生态技术修复河道内受污染水体，恢复水体自净能力，具有工程造价少，能耗和运行成本低、净化效果显著等特点，积累了很多实践经验。生态方法修复受污染水体主要包括人工湿地处理系统、河道直接净化技术、氧化塘处理系统、植物-土壤处理系统、水生植物处理系统、生物操纵技术等。如美国的北卡罗来纳州的摩罗赫德市的氧化塘污水处理、日

7、本霞浦湖边上的生物公园、波兰Wariak湖中放养鱼类控藻等工程。    19世纪中期，在欧洲阿尔卑斯山区，大规模的河流整治工程造成了生物多样性降低，人居环境质量有所恶化，河流生态工程设计理念和方法开始引起人们的重视。20世纪50年代德国创立了“近自然河道治理工程”，提出河道的整治要符合植物化和生命化的原理。其突出特点是流域内的生物多样性有了明显增长，生物生产力提高，生物种群的品种、密度都成倍增加。治理后另一个特点是河流自净能力明显提高，水质得到大幅度改善。    20世纪80年代开始的莱茵河治理，为河流的生态工程技术提供了新的经验。莱

8、茵河保护国际委员(ICPR)于1987年提出了莱茵河行动计划（Rhine Action Program），以生态系统修复作为莱茵河重建的主要指标，到2000年鲑鱼重返莱茵河，这个河流治理的长远规划命名为：“鲑鱼一2000计划”。沿岸各国投入了数百亿美元用于治污和生态系统建设。到2000年莱茵河全面实现了预定目标，沿河森林茂密，湿地发育，水质清澈洁净。鲑鱼已经从河口洄游到上游（瑞士）一带产卵，鱼类、鸟类和两栖动物重返莱茵河。    2000年，欧共体颁布了“水资源框架指南”，其目标是在2015年之前，使欧洲所有的水体具有良好的生态状况或具有这方面的潜力。每个成员国必

9、须针对本国情况制定具体目标，并采取各类措施确保目标实现。英国早在20世纪90年代就在一些河段进行生态修复工程建设，获得了广泛关注并最终得到了大多数人的认同。成立了英国河流修复中心，制定了“河流修复指南”，在流域尺度下进行河流的生态修复。    在美国，有关河流生态修复的研究和实践也取得了很好的经验。1992年出版了“水域生态系统的修复”。1998年出版了“河流廊道修复”，指导河流修复工作。美国陆军工程师团水道试验站在1999年6月完成了河流管理河流保护和修复的概念和方法研究报告。日本，澳大利亚等国，也进行了大量研究。日本建设省发布的河川砂防技术标准（案）及解说，提

10、出河道岸坡的防护结构有生态和自然景观等环境功能，护岸应采用与周围自然景观协调的结构形式，即“近自然工事”，或“多自然型建设工法”。澳大利亚水和河流委员会于2001年4月出版了河流修复一书，为河流修复工作提供技术指导。    （二）国内河流生态修复技术现状    近年来，水利部在治水中坚持按自然规律办事，在防止水对人的侵害的同时，特别注意防止人对水的侵害。在重视生活、生产用水的同时，注重生态用水。特别是通过调水改善河流、湖泊和湿地生态功能，做了很多工作。从2001年开始，连续组织了几次规模比较大的调水工程，博斯腾湖向塔里木河输水、引岳济

11、淀、黑河调水到居延海、珠江压咸补淡应急调水等，为保护生态系统，促进人与自然和谐相处做了有益探索。正在实施的规模宏大的南水北调工程，将生态用水放在优先考虑的位置，届时将不仅有效缓解北方地区水资源短缺矛盾，还将对改善这一地区的生态系统产生巨大的作用，支撑这一地区的经济社会可持续发展。    2004年8月，水利部印发了关于水生态系统保护与修复的若干意见。明确指出水资源保护和水生态系统保护工程是水利基本建设工程的重要组成部分。2004年2月，水利部举办了全国水资源与水生态系统保护的培训班。 8月又举办了“水生态系统保护与修复”论文征集活动，全国百余名专家、学者和工程技术

12、及专业工作者踊跃参加了“水生态系统保护与修复”论文征集活动。    各流域机构和地方对水生态系统的保护与修复工作也逐渐展开。首先是制定规划，海河水利委员会制定了海河流域生态与环境恢复水资源保障规划，科学制定了流域生态与环境恢复目标和生态与环境需水量，提出相应的生态修复水资源配置方案及工程措施，为切实当好河流生态代言人，保护和修复流域生态与环境提供了依据。武汉市水生态系统保护与修复规划通过审查，桂林市水生态系统保护与修复规划提出的漓江大水系"六江四库四湖一湿地"的整体生态修复规划得到批准。     在制定规划的同时，

13、各流域机构和地方根据国家建设和地方的实际需求，从改善河流水质和生态环境的角度出发，也开展了大量的科研和示范研究工作。北京市自1998年以来，先后治理了长河、昆玉河、清河、转河等河道，在如何处理好城市防洪和改善生态环境之间的关系方面进行了有益的实践和探索，积累了很多经验，总结出了“宜弯则弯、宜宽则宽、人水相亲、和谐自然”等先进理念。浙江省启动“万里清水河道”工程，用10年左右的时间，全面开展以河道综合整治为主的城乡水环境建设。山东省在南四湖建设了较大规模的人工湿地示范工程，规划建设面积3000亩，对改善南水北调东线工程调水水质起到了很大作用。    但总的来说，在河

14、流生态修复方面，目前国内仍处于起步和技术探索阶段，河流整治工作基本处于水质改善和景观建设阶段。缺乏传统水利、生态系统栖息地和景观的有机结合。多数地方的河道整治，尤其对于中小型河流，其理念仍停留在渠道化、衬砌等已被许多发达国家舍弃的做法。近年来，一些经济发达的城市结合河道整治开展城市园林景观建设，注重河流的美化绿化。但当前的倾向，一是注重园林景观效果较多，重点放在河流岸边的绿化，而对河流生态整体恢复考虑较少；二是发掘历史人文景观较多，建设了大量楼台亭阁和仿古的建筑物，而对于发掘河流自然美学价值较少涉足。特别是继续采用浆砌条石护岸和几何规则断面，使河流的渠道化进一步加剧。  &

15、#160; （三）河流生态修复技术发展趋势    目前国内外河流生态修复技术的发展呈现以下趋势：    1、河流生态修复的实践从小的区域和河段向流域尺度转变    在过去的几十年中，虽然一些经济发达国家针对河流生态问题所进行的研究也涉及了比较大的时间和空间尺度，但实践则主要局限于一些小的区域和河段。实践表明，小尺度下河流生态修复措施效果对于生态系统状况改善或生物多样性提高的效果是有限的。同时，河流水生态系统易受岸上周边地区影响，包括人类活动和自然过程。因此，将流域视为一个复合生态系统，将河流生态系统和陆地

16、生态系统的研究结合起来，在流域尺度下进行河流生态修复的研究，在理论及实践上都是十分必要的，并正在成为新的发展趋势。美国已经按照流域生态保护和修复的思路进行了部分河流恢复规划，已经开展的大型河流按流域整体生态恢复工程的实例有上密西西比河、伊利诺伊河和凯斯密河。英国政府机构以及一些非政府组织，联合成立了一个指导委员会，根据多目标要求，探讨流域尺度下的示范工程建设问题。    2、河流生态修复的相关政策法规日益健全    国际上发达国家在经历了发展经济、破坏环境、经济发达、重建生态的曲折发展历程之后，已经将水生态系统保护和修复从基础研究、技

17、术层次提升到国家政策和立法的高度，十分重视相关规划、规范、机制、政策等有关研究。发展中国家也在积极寻找适合各自国情的策略，以保障经济可持续发展。    3、加强生态友好型水利工程建设    河流生态修复工程实践中，常常涉及对已建工程的改造甚至拆除。但并意味着不能新建水利工程，而是要建设生态友好型水利工程，这也是河流生态修复今后发展的一项重要内容。一方面重视已建大型水利工程的河流生态恢复问题。另一方面，更要重视新建水利工程的生态补偿问题。目前，国际上非常重视研究水利工程的长期生态环境影响，兼顾生态环境的多目标规划、设计、调度、运行及管理

18、成为发展趋势。我国对水利水电工程带来的生态问题给予了高度重视。汪部长在2005年厅局长会报告中强调，要深入研究水利工程对生态环境的影响，规划设计、工程建设、运行管理等各个阶段都要重视生态环境保护工作。    4、水环境管理从水质管理向水生态管理的转变速度加快    河流生态恢复的目的是改善河流生态系统的结构与功能，标志是生物群落多样性的提高，与水质改善为单一目标相比更具有整体性的特点，其生态效益更高。随着“人与自然和谐共处”理念的不断落实，水环境管理正加速从水质管理向水生态管理转变。    二、我国河流生

19、态修复技术展望    近年来，水利科技工作高度重视生态问题，把改善和修复生态作为水利科技工作的重要任务之一，保护河流的健康生命，深入研究水利工程对生态环境的影响。针对水利工程的规划、设计、建设、运行管理等各个阶段研究与生态环境保护有关的技术问题和相应的对策和措施，积极探索水利工程有利于生态的调度和使用模式等。    自2002年开始，水利部国际合作与科技司组织有关科研、生产单位，积极开展受污染水体修复技术的专项研究、示范以及河流生态修复理论和技术研究工作。在水利部科技创新、成果推广计划等科技计划中，安排了一批受污染水体生物生态修复技术

20、研究和示范、生态水工学关键技术问题研究、河道整治生态水工技术的开发与推广等。同时，为促进相关技术研究、示范工作的进展，专门成立了由相关领域院士、专家组成的专家组，负责技术咨询和指导。这些项目目前正在组织实施，有的已取得了阶段性成果，在生态水利工程的规划设计原则、河流生态恢复的评估方法、河流生态恢复模型的研究、河流廊道栖息地建设的技术方法、水体修复的生态工程等方面取得了很多创新性成果。    在受污染水体生物生态修复技术研究方面，选择了水库、城市河湖、山峡河段、行洪河道等典型水体，开展建设人工湿地、稳定塘、生物浮床、生物廊道、橡胶坝、生物隔栅等，种植水生植物，采用生

21、物膜处理、生物操纵等技术措施修复受污染水体，对于净化水体、提高自净能力、恢复水域失衡的生态系统等，发挥了重要作用。    在生态水工学关键技术研究方面，作为水利工程学的一个新的分支，主要研究水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统健康与可持续性需求的原理及技术方法。阐明了生态水利工程学的内涵、理论框架和工程设计原则。    在河道整治生态水工技术的开发与推广方面，研究开发了一些生态型护岸技术和产品，如生态混凝土，鱼巢砖，净水石笼、植物纤维垫，土工植草固土网垫，土工网复合技术，土工格栅等。很多产品已经在河道整治工程中得到广泛应

22、用，效果良好。    同时，在“十五”国家重大科技计划中，专门设置了“水污染控制技术与治理工程”重大专项，目标是开发出适合我国国情的湖泊污染治理技术、城市生活污水处理成套技术与装备、安全饮用水保障技术，并在难降解有机废水处理高技术研究开发方面取得重大突破，形成我国水污染控制核心技术的研究开发基地和自主创新体系。目前，已初步形成了太湖河网地区面源污染控制、水源地水质改善和重污染水体底泥环保疏浚与生态重建技术系统和成套技术方案，并进行了工程示范；在武汉、镇江等城市进行以构建人水协调的良性城市水生态系统为目标，构筑以生态工程为核心的城市水环境改善技术平台示范；开展饮用水

23、及其净化技术的安全评价方法，饮用水安全保障示范工程正在上海、深圳和天津建设；低温多效海水淡化技术，为解决沿海地区的淡水短缺提供了强有力的技术支撑。    （一）重点方向    在我国河流生态修复技术研究取得初步进展的基础上，借鉴国外技术发展方向，今后一定时期，我国河流生态修复的首要任务之一是在流域尺度下，积极采取措施遏制流域内引起生态系统退化的污染。同时，结合水利工程的建设，引入生态设计的理论和方法，发展生态水利的创新学科理论和工程技术方法。要选择重点方向，深入开展研究，争取较大进展。    1、流域水生

24、态系统状况分析及发展趋势预测    针对我国自然、经济及社会属性在时空分布上的差异，从流域整体出发，深入研究并掌握我国不同流域水生态系统的现状、特点以及演变趋势，建立水生态系统状况评价方法，构建流域水生态系统监测与管理信息化的技术框架体系。具体包括流域水生态系统状况、发展趋势及演变机理研究，流域水生态系统监测信息技术研究，流域水生态系统状况评价方法研究等。    2、与生态环境友好的水利水电工程技术    系统研究水利水电工程对生态环境的影响，建立完善水利水电工程生态环境影响的评价方法，研究开发与生态环境

25、友好的水利水电工程技术体系，降低和缓解工程对于生态环境负面影响。具体包括水工程对生态系统影响的评价方法研究，水库多目标优化调度研究，生态友好的水利水电工程技术研究开发，雨洪资源化的生态环境影响研究等。    3、流域水环境保护与生态建设规划    根据自然、社会、经济及技术的发展特点，研究完善流域水环境保护与生态建设的规划方法和不同阶段流域水环境保护与生态建设的目标，从流域整体的角度出发，研究流域上下游及区域间相互协调的水环境保护与生态建设规划。具体包括水功能区的生态指标扩展研究，流域水环境保护与生态建设规划方法研究，流域水环境保护与

26、生态建设规划研究等。    4、流域水污染控制及生态修复的技术与管理    结合我国流域水环境与水生态系统状况，因地制宜地开发我国流域水污染控制技术和生态修复技术，研究适合我国国情的水环境与水生态系统管理方法，加强流域生态环境保护技术支撑体系建设，提高流域生态环境保护与管理水平。具体包括水污染控制研究、受损水体生态修复技术及应用研究、流域水生态系统保护及管理研究等。    （二）基本原则    在河流生态修复技术的研究和实践中，应遵循以下基本原则：  &#

27、160; 1、技术引进和自主研发相结合的原则    河流生态修复技术在国外发展得比较早，现在已形成了一定的工程规模，有很多成功的经验和先进的技术。充分借鉴国外的经验教训，大力引进先进技术，对于快速提高我国河流生态修复整体水平，具有重要意义。但是，由于地域不同、自然条件的差异，外国的经验和技术并不能完全适用于我国。此外，提高自主创新能力是我国科技面临的首要任务，掌握核心技术可以降低成本，极大促进科技成果的推广应用。    2、因地制宜的原则    生态系统具有很强的复杂性和不确定性，不同的地域，气候、水文等

28、自然条件不同，污染原因和人类的活动规律也有很大差异，这都决定了河流生态修复技术的复杂性和多样性。此外，外来物种入侵问题日益显著，有可能对本地生态系统造成长期的毁灭性破坏。因此，必须坚持因地制宜的原则，在借鉴吸收国外和其他地区先进经验的基础上，探索研究适合于本地区、本流域的河流生态修复技术和方法。对引入外来物种一定要采用极为慎重的态度。    3、多学科交叉融合的原则    河流生态修复技术发展涉及生态学、水文学、地貌学、工程学、社会学、经济学等众多学科，必须坚持多学科交叉融合的原则，将多个学科的理论原理、发展思路、技术手段进行融合，以

29、建设生态水工学这一新兴学科为依托，促进河流生态修复技术水平的不断提高。    4、政府引导与市场投入相结合的原则    作为一种新理念，一项新技术，政府部门应积极引导提倡，加大投资进行研究示范，并制定相关规划和规章规范。同时充分发挥市场机制，通过建设生态公园、人工湿地、城市景观、小区环境等工程，进行市场运作，吸引企业等社会力量投入。最终形成政府制定规划规范、企业投入为主体的发展模式。    5、生态修复与控制排污相结合的原则    修复与控制排污相结合是水污染防治的一项大原则，河流生态修复也不例外。应该认识到，依靠人工湿地等生态工程自净能力，处理高度污染的水体是不可能的。因此，必须提倡清洁生产，大力控制污水的排放和处理。在保证一定水质的基础上，采用河流生态修复技术，进一步提高水质，美化环境。    三、保障措施