河流生态修复

1、河流生态修复摘要：河流生态修复的理念逐渐被人们所认知，一些符合生态修复理念的规划设计方法在工程建设中被逐步采用。在水利部科技创新项目和地方政府的支持下，一些河流生态修复示范工程取得了很好的建设效果并发挥了良好的示范效应。文中结合几个案例，介绍近几年在河流生态修复技术和实践方面所取得的部分进展。关键字：生态 修复 技术 20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，在此基础上产生了河流生态修复的理论与工程实践。我国的河流生态修复正处于起步阶段，在理论和实践方面也进行了有益的探索。按照生态水利工程学理论，河流生态修

2、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(董哲仁，2003，2004)。其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。一些地区结合河流整治和城市水利工程建设，即与防洪、排水、疏浚、供水、城市景观、水文化、人文历史等工程相结合，开展了河流生态修复示范工程建设。这类工程既具备特定的水利功能，可以满足经济社会发展的需求，同时也兼顾河流生态系统健康和可持续性的需求，以实现水利功能与生态系统功能的统一。本文主要介绍我国近几年在河流生态修复技术和实践方面所取得的部分进展。1.水库多目标生态调度河流是生态系统物质流、能量流和信息流的载体，是一个连续的系统。自然河流的连续性不

3、仅包括水文过程的连续性，还包括营养物质输移的连续性、生物群落的连续性和信息流的连续性。大坝工程对河流生态系统的影响主要表现在顺水流方向的非连续化问题，即水文过程和营养物质输移的非连续化。大坝对于河流生态系统的影响包括两个方面：一是大坝与水库本身带来的负面影响；二是在大坝运行过程中对生态系统的胁迫。前者的影响主要造成大坝上下游河流地貌学特征的变化，后者的影响主要造成自然水文周期的人工化。通过改善水库调度进行筑坝河流的生态修复是河流生态修复工作的一项重要内容。通过改进水库调度，可以避免和挽回大坝对自然环境的潜在危害，恢复河流已丧失的生态功能或保持自然径流模式。但改进后的调度不宜显著改变传统水利工程

4、的功能，即减小原有的灌溉、发电和防洪效益。目前，我国在水库多目标生态调度技术方面的研究仅处于初步阶段，有很多关键性课题需要结合具体水库工程深入开展研究，概括为如下几方面的内容：(1)水库下游维持河道基本功能的需水量确定方法；(2)模拟自然水文情势的水库泄流方式；(3)水库泥沙调控及水库富营养化控制技术；(4)大坝孔13的合理运用模式及克服温度分层影响的技术；(5)恢复增强水系连通性的调度方法；(6)应对水污染突发事故的水库应急调度预案；(7)水库多目标生态调度法规体系和协调机制。2.河道整治工程随着生态水利工程学和河流生态学理念逐步被人们认知和接受，在我国的一些河道工程规划中，强渊自然河道平面

5、形态的保护和修复，遵循宜弯则弯 宜宽则宽的原则。堤防工程建没要兼顾防洪和生态保护，正确处理土地利用和生态保护的关系，尽可能保留河漫滩区域。岸坡侵蚀防护采用生态工程技术，如植被护坡、具有良好反滤结构的抛石和空心混凝土块等。以下结合3个案例说明这些理念和技术的应用情况。21 浙江辛江塘河道整治工程辛江塘河道位于浙江省海宁市，河道全长22.5 km，是海宁市“六横九纵”河道网络框架中西引东泄的主干河道，亦是横贯东西的一条水上运输通道。辛江塘常水位时水面宽27.0 m，河道总宽度42.5 m。辛江塘河道为平原河网水系，平时水流流速较缓，且河道通航功能在逐渐消退。因此，辛江塘河道岸坡侵蚀的主要原因是水位

6、变动区以上部分雨水冲刷引起表层土流失和水位变动区处波浪淘刷造成边坡坍塌。据初步统计，河道淤积中约60 为边坡崩塌，30为表层土流失、10为动植物腐烂物。211 工程规划设计在辛江塘的河道治理规划设计中，遵循了5个方面的设计要点：(1)保持河道自然平面形态。在辛江塘建设中，本着尊重历史、尊重自然的原则，基本保持现有河道平面形态。拆除阻水建筑物，以满足河道排涝泄洪过水和抗旱引水要求。河道宜弯则弯，宜宽则宽，并增设河滩和岸边湿地等。(2)采用多样性断面。在满足河道功能的前提下，尽可能保持辛江塘天然断面，在保持天然河道断面有困难时，按复式断面、梯形断面、矩形断面的顺序选择。辛江塘大部分河段可用天然河道

7、断面，在通过主要集镇时采用梯形、矩形断面。(3)增加水域栖息地多样性。在治理规划中，保留了一些河边静水区和湿地，营造多样性水域栖息地环境，使之具有不同的水深、流场和流速，适于不同生物发育和生长需求，如图1所示。(4)采用植被进行岸坡侵蚀防护。通过引入植被，应用生态工程技术措施进行岸坡侵蚀防护是辛江塘河道整治的中心环节之一。河岸带植被虽对行洪具有一定影响，但它有很多其他功能，这些功能源自于河岸带生态系统内的环境过程，如正常发育的河岸带植被对河道岸坡有一定的加固作用，可以提供遮阴从而降低河流水温，在营养物质循环和水质改善方面也具有重大作用，为野生动物提供多种栖息地环境，并可以增加河道两岸的美学价值

8、。(5)选择适宜的植物物种。河道植物的选择以辛江塘和邻近河道自然植被的植物种类为主体，如杉类、松类、竹类、桑、栾树、椿类等，它们经过了自然界适者生存、劣者消亡的过程，最能适应河道边生态环境、且病虫害较少。根据水位变动情况，进行植物分区。在河道常水位线以下种植水生植物，它的功能主要是净化水质和为水生动物提供食物和栖息场所。沉水植物、浮水植物、挺水植物按其生态习性混合种植和块状种植相结合。高杆、蔓延快的植物(如芦苇等)控制种植。在常水位至洪水位的区域下部以种植湿生植物为主，上部以中生但能短时间耐水淹植物为主。植物配置种植应群落化，物种问生态位互补，上下有层次，左右相连接。种植多年生草本、灌木和乔木

9、树种(如水杉、垂柳、落羽杉、枫杨等)。洪水位线以上配有占总量50 60的常绿树种以增加河道观赏性。212 施工技术草本植物通过种植种子进行培育，乔木则通过移植进行培育，灌木则通过栽种活枝条进行培育，如图2所示。施工中，将活体枝条(长0.81.0 m、直径1025mm)置于填土土层之间或埋置于开挖沟渠内。从边坡的底部开始，依次向上进行施工。用上层开挖的土料对下层进行同填，依次进行。填土坡和开挖坡的施工程序有所不同，但其原则是一致的。梢料层安放层面应该稍微倾斜(水平角约10°30°)。枝条以与岸线正交的形式安放，并使其顶端朝外，其后端应插入未扰动土20cm左右。在枝条上部进行回

10、填，并适当压实。为兼顾岸坡稳定和植物生长，土坡表层压实度应比常规堤防工程设计规范要求(压实度为95)适当降低。借鉴美国陆军工程师团的经验，压实度按照80一85控制(Wendi Goldsmith，et a12001)。213 治理效果工程的后期监测说明，水生植物基本沿河道两侧均衡生长，灌木、树根等降低了暴雨对土层的冲蚀，草皮等对坡面流水也有过滤作用，发挥了一定的水质改善功能。治理后，水华问题基本得到有效控制，水体悬浮物减少了约60 ，水体透明度提高了20cm。生物多样性水平明显提高，过去很少出现的一些物种如蛙类、蜻蜓等经常出现，野兔、鸟类等活动频繁。根据该工程地区其他河道的治理经验，传统景观河

11、道工程(如砌石护岸工程)投资约为124万km，而按照生态修复理念建设的河道工程投资为81.21万元km，大大节约了工程建设费用。此外，通过对工程区其他历史治河成果的观察、分析及比较，只进行清淤河道的使用周期大约为lO一2O年。而清淤与利用生态工程技术进行岸坡防护相结合，能有效稳定河道形态，据初步分析，其生命周期约为3540年，延长近一倍。同时，今后的治理工作重点是清淤，从而可以节约工程投资，使河道的治理走上一条良性循环之路。22 北京市北护城河北护城河全长5.96km，起自海淀区新街口豁口暗沟出口，终点为东城区东直门闸，穿越海淀、西城、东城三个区。1981年因为修建环线地铁，曾进行改造，缩窄了

12、宽度，加建了直立的混凝土岸墙。20多年来，两侧混凝土岸墙有局部倒塌、裂缝、侵蚀剥落、风化等现象发生。加之河中有污水排人，造成水质恶化。在北护城河的改造工程设计中，从生物多样性恢复、自然景观、水文化和防洪等多目标出发，在规划建设范围，把原来单一的断面形式改变为复式断面或缓坡(图5和6)，并进行岸坡植被，设置亲水平台和台阶。目前工程正在施工中。23 北京市转河转河的起点为西直门外的高粱桥，终点为北护城河的起点，全长3.7km。在1975年到1982年间这一段河道被填埋。2002年始进行转河整治工程建设，恢复其历史原貌(邓卓智，2004)，其工程建设目标除防洪外，主要是改善河道景观，为本地居民提供一

13、个优良的休闲娱乐环境，并发展旅游。防洪排水标准按20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。河道整治要求严格控制污水排放，并扩大水面，水面宽度为l525 113。为了发展旅游，本河段全线通航。为此，新建船闸1座、桥梁l3座、码头2座、补水闸1座。在河道管理范围内形成历史文化园、生态公园、叠石水景、滨水游廊、亲水家园和绿色航道6个景区。断面图如图7所示。转河整治后，生物多样性水平也有所提高，河道内明显可见到鱼、青蛙等生物物种，植被和人文景观也获得了大多数居民的认可。3.生态修复江西样本4月27日至28日，科技部组织专家对由省科技厅组织、省山江湖开发治理委员会办公室牵头实施的“十一五”国家科技支撑计

14、划鄱阳湖生态保护与资源利用研究项目进行验收。验收专家对鄱阳湖生态修复和保护现状赞叹不已，一致认为：该项目将为保护鄱阳湖生态安全、促进鄱阳湖区可持续发展提供科技支撑，同时为中国湖泊水环境保护与水生态安全提供借鉴。项目为鄱阳湖生态经济区建设服务鄱阳湖生态经济区建设是江西发展的时代主题，也是山江湖工程当前最主要的目标和任务。鄱阳湖生态保护与资源利用项目，就是山江湖工程为促进鄱阳湖生态经济区建设而实施的“十一五”国家科技支撑计划项目，这也是科技部对我省科技投入最大的项目。鄱阳湖是我国第一大淡水湖，承担着调洪蓄水、调节气候、降解污染等多种生态功能，年均入江水量约占长江径流量的15.6%。保护好这“一湖清

15、水”，对推进鄱阳湖生态经济区建设，对我国水资源安全、生态安全、粮食安全、公共卫生安全，以及经济和环境的可持续发展具有重要战略意义。专家组组长、中国科学院院士孙鸿烈表示，当前，转变经济发展方式，走生态环境和经济社会协调发展的新路，是当今世界发展的潮流。许多经济发达地区的湖区发展都经历了先污染后治理的老路，如美国的五大湖区、日本的琵琶湖区等，不仅治理成本大、时间长，对湖泊生态环境造成的危害还不能完全清除。在这种背景下，江西策应鄱阳湖生态经济区建设，针对鄱阳湖水环境保护与水生态安全中的重大问题进行鄱阳湖生态保护与资源利用研究，在国内、国际上都具有极大意义的创新性和示范性，为“世界从山江湖看到希望、江

16、西从山江湖走向世界”提供了又一典范。攻克鄱阳湖生态修复难题鄱阳湖生态保护与资源利用研究项目设立了湿地生态修复、重建技术集成研究与示范、水污染控制及水质保护技术研究与示范、沙化土地与水土流失区治理技术研究与示范、血吸虫病防控技术集成研究与示范、鄱阳湖水生态安全监测预警技术研究等5个课题，探索生态恢复路径。项目同时在鄱阳湖区周边市县进行样板示范。运用生态技术治理规模猪场粪污水，净化农村生活污水就是其中的重大课题。在星子县泽泉乡的御景养猪场，生猪规模已经超过1.5万头，每天产生的大量猪粪水流经酸化池到沼气池再到沉淀池，经过一系列化学反应降低氨氮含量后，再进入梯级人工湿地层层净化。水质达标后，流入鄱阳

17、湖。而项目实施以前，这里的猪粪污水未经任何处理直接向鄱阳湖区排放，成为当地的一大污染源。农药化肥残留等农业面源污染是鄱阳湖区涉及面积最广、危害最大、治理最难的生态难题。在九江市庐山区姑塘镇沿湖村，试验田四周摆挂着放了“性诱剂”的方盒，以生物防虫技术诱杀雌虫，大大减少了农药的使用。“通过生物防虫技术和平衡施肥，农药化肥的使用量至少能减少20%。”庐山区农业局副局长刘卫东说，这意味着，从农田排往鄱阳湖的污水将大大减少。治理沙山是湿地生态修复的又一主题。位于鄱阳湖北岸的都昌县多宝乡排上许家自然村，2007年被江西省山江湖办确定为湿地植被恢复与重建模式示范点。如今，示范区内绿草茵茵、水鸟争鸣，而仅数百

18、米之隔的栅栏外却草木稀疏，沙丘连绵，内外对比鲜明。经过5年的科技攻关，整个项目已建成鄱阳湖水生态监测的相关数据库及监测和预警平台，使示范区内受损湿地基本恢复天然景观，沙化土地植被覆盖率达80%，示范乡血吸虫病达到传播控制标准，示范区经济效益提高15%，多元化种植也使村民多了一条增收致富的途径。治理模式需要迅速推广验收会上，专家组认为，鄱阳湖生态保护和资源开发项目的研究与应用取得了显著成效，而且鄱阳湖区生态修复和污染治理成果已开始推广，产生经济社会效益，但放眼全省，全面推广依然任重道远。中国工程院院士李佩成表示，鄱阳湖区生态退化是自然和人为因素长期共同作用的结果，存在水质污染、湿地退化、土地沙化

19、等多种生态环境问题，“点多面广”，涉及地方政府、企业、农户等多方利益，生态修复工程仅仅靠科技和农业部门的单兵作战显然力量单薄。专家组建议，项目在今后的实施中，除中央和省级财政加大预算内财政投入和财政转移支付外，通过财税和信贷政策优惠，引导社会资金和外部企业参与生态修复项目中来，集合资金、人力、科技优势，形成生态修复规模效益。与此同时，借力科技创新，重视生态修复技术人才培养和队伍建设，加大对环保科技研发投入，利用好高校和科研院所的研发力量，对重点项目以产学研合作的形式进行集中攻关，建立起生态修复科技支撑体系。4. 结语由于忽视了河流生态系统健康的需求，传统的水利工程建设对河流生态系统形成了不同程度的胁迫。这些胁迫主要来源于筑坝和筑堤造成的河流非连续性和自然河流的人工改造形成的渠道化。发展生态水工学，推广河流生态修复理念和技术，对于维系水利工程传统功能、保护河流生态系统、改善人居环境和强化文化景观均具有重要意义。目前，浙江辛江塘和北京河道整治的工程建设经验正在各地进行推广。浙江省结合2006年的河道整治计划，在8个县的一些河道整治工程建设中推广辛江塘