天津空港经济区河道生态修复工程运行管理研究

1、天津空港经济区河道生态修复工程运行管理研究论文摘要：近年来国内外愈加重视河道生态修复方面的研究，根据天津空港经济区河道水环境的实际情况，同时借鉴国内外经验，采用了植物修复、人工曝气、生态护岸等生态修复技术对河道进行修复，并提出了相关的运行管理措施，旨在有效恢复水体的生态功能和景观效果，为此类河道的修复及后期的水质保持提供一定的参考。论文关键词：河道,再生水回用,生态修复,运行管理城市河道景观是现代化城市的重要组成局部，因而许多大城市都对原有的河流进行了疏通改造，使其成为风景亮丽的景观水体。但相对一般自然水体而言，它们是经过人工改造的，在短期内很难形成完整的水生态系统，因此稳定性较差，加之城市化

2、进程的加快和长期疏于管理，城市河道水体水质出现明显的下降趋势，河道生态系统的平衡遭到严重破坏，河道脏、乱、臭、黑、塞等现象普遍存在，从而使城市河道逐渐丧失城市景观水体的功能。水环境的这种持续的恶化很大程度上给城市人居环境造成严重的影响，同时也给人类的生存与健康带来潜在的威胁，因此，对城市河道水体水质和生态功能进行恢复显得非常必要。目前国内外在污染河道的修复治理上存在着许多不同的方法。上海苏州河的综合调水工程和福州内河的引水冲污工程采用了物理方法进行修复，并在短期内取得了一定的效果，但治理上往往治标不治本。而王曙光等那么利用化学强化一级处理(CEPT)技术对深圳市受污染的龙岗河、观兰河、燕川河、

3、大茅河河水进行了处理试验研究，效果良好，该方法的药剂用量较少但存在易造成二次污染的缺点。在城市河道的整治中，以生态学为根底、追求人与自然和谐开展的河流近自然治理研究已成为国内外研究的热点。生态修复技术作为近几年开展很快的一种新技术，处理效果好、工程造价相对较低、不需耗能或低耗能、运行本钱低廉，同时不会对水体造成二次污染。其中的河道曝气技术已在英国的泰晤士河、美国的Homewood运河、北京的清河和上海的上澳塘等河流上得以应用；王丽卿等、娄敏等分别采用了几种沉水植物和漂浮植物对富营养化水体进行处理，都取得了很好的净化效果；Furukawa，Kenji等人那么运用了生物膜技术来去除河流中的氨氮，也

4、获得了显著的效果。天津空港经济区河道水生态系统自主维系能力弱，水体黑臭、富营养化等问题十分突出，大大降低了河道的景观价值，很大程度上造成了空港经济区内水系的破损。因此，本文以天津空港经济区河道为研究对象，采用了适应于该区域水体特点的修复技术及相关维系和运行管理措施对河道进行修复，为形成一个人与自然和谐的河道生态系统以及推动再生水回用河道的修复及后期的水质保持提供一定的依据。1河道概况1.1自然背景天津空港经济区地处渤海西岸、海河流域下游，其用地由海退成陆，属于海积冲积平原地貌，地势广袤低平，海拔均在13m，大致由西向东微微倾斜，地面坡降1/5000左右。地面组成物质以粘土和砂质粘土为主。该地区

5、属于暖温带半湿润季风气候，由于濒临渤海，受季风环流影响很大，因而四季清楚，春季干旱、多风、冷暖多变；夏季气温高、湿度大、雨水集中；秋季天高云淡、风和日丽；冬季寒冷枯燥、少雪。多年平均降水量为590mm，多年平均蒸发量为18001900mm，年蒸发量为降水量的3倍以上。浅层地下水主要为潜水和微承压水，地下水位埋深1.31.5m，深层地下水为淡水，为本区可利用的地下淡水资源。该区属海河水系，区域内有东减河和新地河，区域周边有西减河、北塘河等二级河道，另外还有一级河道海河、金钟河及东丽湖等水体，区域内自建景观河道(湖)。1.2现状20032004年间，天津空港经济区利用原有坑塘、鱼池、河道，沿津汉快

6、速路东起贯庄至空港1号桥，沿京津塘高速路至世联精密仪器公司疏浚贯穿形成13公里的景观河道，河道上口宽度10280m，底宽6270m，形成水体面积约为72.8万m。景观水体枯、平水期平均水位1.82.0m(大沽高程)，丰水期平均水位2.22.5m(大沽高程)，平均水深2.5m，蓄水量约为182万m。在空港经济区1号桥附近，设置了4根连结景观河道与北塘排污河的泄水管道。在中心大道以西建有16.7万m的景观西湖，并规划在其东侧建景观东湖，景观河道通过沿西四道、东四道的河道与景观湖相连通。规划景观河道长度约为20km，水体面积约为90万m，景观湖水体面积约为30万m，合计约为120万m。枯、平水期平均

7、水位1.82.0m(大沽高程)，丰水期平均水深2.22.5m(大沽高程)，最低蓄水量为216万m，汛期最高蓄水量为300万m。规划沿景观河道布置四座雨水泵站，除已建成的西南、南部雨水泵站和东部雨水泵站(尚未与景观河道相连)，还要建设北部雨水泵站。其中西南雨水泵站设计流量为15.45m/s，设计汇水面积为7097100m，南部雨水泵站设计流量为6.15m/s，设计汇水面积为1370600m，东部雨水泵站设计流量为16.12m/s，北部雨水泵站设计流量为11.57m/s。空港经济区结合非传统水资源的开发利用，河道以区域范围内的雨水径流和再生水为补充水源，这在一定程度上解决了区域内景观水体水源缺乏的

8、问题，但再生水污染物本底值相对较高，且再生水回用的景观水体比天然河流、湖泊更容易发生富营养化，同时河道水体的流动呈非连续性且流速滞缓，自净能力也较差，这就使得河道水体逐渐出现浑浊、黑臭和富营养化等现象，水环境状况不断恶化。城市河道水环境的持续恶化会在很大程度上制约城市经济、资源、环境等多方面的可持续开展，并给人类的身体健康带来极大的危害，而河道生态修复技术作为一种环境友好型的修复技术，包含了河道曝气复氧、生态护岸、水生植物净化法等技术，这类技术主要是利用微生物、植物等生物的生命活动，对水中的污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化，创造适宜多种生物生息繁衍的环境，重建或恢复水生生态系

9、统。天津空港经济区景观河道在方案设计、实施过程中，即按照生态型水体要求，合理配置生态护岸、河岸带和水体生态系统，并以人与自然和谐为理念，采取了适合本区域水环境特点的技术措施来预防景观水体富营养化，到达有效恢复区域内河道水体的目的。2.1水生植物修复技术该方法是充分利用水生植物的自然净化机能来对河道水质进行净化的生态修复技术。水生植物主要通过吸收水体中的N，P等营养物质和局部重金属来控制水体富营养化，同时，利用其根系寄居的众多异养微生物的同化及异化作用来去除水中的有机污染物。此外，它们对藻类具有克制效应，可以有效抑制藻类生长，从而净化河道水质、提高透明度、改善河道景观。水生植物的引进需要遵循外乡

10、化的根本原那么，其对河道环境有高度的适应性，生长速度较快，植物群落亲和能力强，既不会被原有群落的植物所抑制而不能正常生长，也不会因它的生长而过分影响其他种类的生长，因而有利于形成物种之间良好的相互促进，相互制约的机制。在植物的配置过程中主要从水生植物的总面积、覆盖率以及其在空间和时间上的分布方面进行考虑。在空间上，根据河道水深的差异，水深1.5m内以种植水葱、香蒲和荷花等挺水植物为主；水深1.52.0m内以种植芦苇、菹草、金鱼藻、苦草、黑藻、黄丝草等沉水植物为主。在时间上，春、夏、秋三季主要种植水浮莲、凤眼莲、浮萍等喜温水生植物，冬季那么种植耐寒水生植物如浮萍、西洋菜、菹草等，从而构成一个在时

11、间与空间上立体交叉的人工生态系统，到达净化与景观的双重功能。此外，柳骅指出：水生植物设计中要适度控制总面积。水生植物在净化水体方面具有重要作用，但假设不加限制任由其生长那么有可能不利于河道水质保持，水面覆盖较密那么会影响水生动物的呼吸，不利于整体的生态平衡。同时，由于挺水植物的腐烂分解过程进展缓慢，容易引起湖泊淤积和菱黄水;等环境灾害，因此，应该适当限制其分布面积和密度，并定期进行收割和打捞。王春树等根据上海市曹杨环洪河道水环境整治工程经验，认为通过不同植物的生长特点进行合理搭配，能使水生植物的覆盖率始终保持在较高的水平，从而保证水生植物的竞争优势，抑制藻类的生长。而Lauchlan等认为，尽

12、管混合植物对污水中氮、磷的去除有显著效果，但是与单一植物的效果并没有明显差异。因此，混合植物对净化污水的效果并不是均高于单一植物，需要对不同的条件、搭配比例等进行深入的研究，才能找出混合植物的最正确组合，进一步提高其净化效果。空港经济区水体含盐量较高，所以在植物的选择上注重耐盐性较好的植物，如黄色的美人蕉植物群落、香蒲植物群落、水葱植物群落、芦苇植物群落、三棱草植物群落、鸢尾植物群落等。目前空港经济区景观河道以芦苇和香蒲植物群落为主，沉水植物以菹草、苦草和金鱼藻为主，在局部河段还配置少量的漂浮植物，为了保证水面植物景观疏密相间，不影响水体岸边其他景物的欣赏，防止了满河道种植，保证了1/3到1/

13、2水面的绿化，种植密度控制在以13株/m。2.2生态护岸技术生态护岸是把河堤由过去的混凝土人工建筑改造成为水体和土体、水体和植物或生物相互修养，适合生物生长的仿自然状态的护坡。它具有适合生物生存和繁衍、增强水体自净能力、调节水量与滞洪补枯等优点，在稳固堤岸、防止冲刷、拦截污染物、提供栖息地等方面发挥着巨大的作用。生态护岸的构建主要是通过撤除原有的石块、混凝土结构，将其改造成适合生物生长的仿自然状态的护坡，护岸材料通常采用具有耐久性、抗侵蚀性、抗冲性，同时具有渗透性和亲水性的材料，最好为天然材料如木桩、竹笼、卵石等，而有些是采用混凝土制成的生态砖;材料。目前常用的生态型护岸主要有干砌块料加草皮护

14、坡、纯生态沙丘护岸、人工隔栅固岸插杞柳、护岸植草砖等几种形式。目前，经济区内景观河道大局部采用的是护岸植草砖形式如图1。在护坡植物的配置中，以50m为一个单位，依次种植或铺设乔木(或灌木)、草地、护坡、芦苇、香蒲、车前子等。图1空港加工区河道生态护岸类型Fig.1EcologicalRevetmentTypesofAirportIndustrialParkRiverCourse2.3曝气复氧技术曝气复氧是根据水体受到污染后缺氧的特点，人工向水体中充入空气或氧气，加速水体复氧过程，以提高水体的溶解氧水平，恢复和增强水体中好氧微生物的活力，促进有机污染物的降解速度，从而改善受污染水体的水质，进而恢

15、复水体的生态系统。需氧量=复原物质耗氧+生化耗氧+硝化耗氧+底泥耗氧-大气复氧-藻类复氧对于城市中小河道，一般水体较浅、水面较窄，往往适合采用机械曝气的形式。空港经济区在西南雨水泵站和南部雨水泵站都采用了推流曝气装置如图2，西南雨水泵站附近设置了六台推流曝气机，每台间隔为1020m，为保证水体溶解氧不低于4mg/L，每台曝气量为1.01.2kgO/h，曝气机的运行时间为58h/d，夏秋季节控制在8h，春冬季节控制在5h左右。采用推流曝气方式，在对底层水体复氧同时，推动雨水泵站附近水体的流动，从而加快了污染物的输送与稀释，到达水质净化的目的。图2空港加工区的推流曝气方式Fig.2Plug-flo

16、wAerationofAirportIndustrialParkRiverCourse2.4水生动物修复技术水生动物是水生态环境中的消费者，在河道中投放适量水生动物可有效地减少水体中的悬浮物，去除水体中的绿藻类物质，增加水体透明度。投放数量适宜、物种配比合理的水生动物，可延长生态系统的食物链、提高生物净化效果。通过控制浮游生物、捕食性鱼类、鱼食性鱼类、草食性鱼类的结构、比例以及定期打捞浮游动物和底栖动物，可以防止其过量繁殖造成的污染，同时也可以将已转化成生物有机体的有机质和氮磷等营养物质从水体中彻底去除。目前空港经济区景观水体中鱼类以鲫鱼为主，其属于杂食性鱼类，对藻类、水草等生产者的控制能力有

17、限，水体底部由于缺氧很少有蚌、虾类底栖动物，对底泥几乎没有去除能力。因而可以首先捕捞水体中现有的鲫鱼，将鲫鱼控制在一定密度以下，然后放养鲢鱼和草鱼以控制藻类和水草密度，同时放养一定比例的黑鱼以控制草食性鱼类的数量。在水体持续改善底层DO大于2mg/L时，放养蚌、虾等底栖动物，构建完整的水生生态系统。2.5湿地水处理技术人工湿地具有独特而复杂的净化机理，能够利用基质微生物植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对水体的高效净化。鉴于景观河道的北部和西南部局部河道尚未实施，建议利用其中局部水面较宽河道建成自然湿地，种植芦苇、香

18、蒲、水葱等植物，结合水体循环及河道两岸水生植物的自净能力进一步改善景观水体水质。3河道四季生态变化及其运行管理河道生态系统的演替是一个动态过程，而不是静止的。再加上其在在时间和空间上的不确定性，必须进行长期的监测和管理。因而，城市河道生态修复并不是城市河道治理的终结，相反，生态修复完成仅仅是河道生态保护的开始。在城市河道治理中，必须将生态修复和生态保护紧密结合起来，在河道生态修复完成后必须根据区域四季水体生态系统的变化，利用生态稳定化技术，进行维护管理，将生态管理作为城市河道管理的重要组成局部，使生态系统能有效运行，保证其生态承载能力，从而促进城市、社会、经济的可持续开展。3.1河道四季生态变

19、化状况空港经济区景观河道水体在夏末、初秋和冬季，易形成水体分层，限制垂直方向物质的混合，而在春季、夏季、秋冬季以及冬春季交替时，由于受刮风、降雨和温度的影响易形成乱层，发生垂直方向物质的传递，尤其是冬春季节交替时，河道表层水体温度随着气流温度的上升而首先上升，当温度到达4左右时，表层水体密度大于深层水体密度，由此又导致表层水下沉，深层水上浮，发生垂直方向的混合传质，俗称翻底;现象，此时释放的磷通过循环比拟快地进入表层，造成表层水体的磷浓度加大，从而易加快水体的富营养化。3.2河道修复工程运行管理城市景观河道水环境应遵循人与自然和谐与协调开展;以及以人为本;总的原那么，要提升河道长效管理的水平与

20、档次，不仅要对河道进行表观上的保洁，更要积极采取合理的措施保证景观河道水体修复的长期效果。因此，根据河道四季水体生态的上述变化，进行以确保水平安，节约水资源，保护水环境，营造水景观为原那么的长效的运行管理与维护尤为重要。对空港经济区景观河道来说，存在着由点源;和面源;所引起的水体污染，点源;包括雨水收集、再生水生态补充用水、偷排污水、事故排放污染物以及倒灌雨水管网后重新排放的景观水(主要是厌氧)；面源包括河岸渗透、地下水、河道两侧绿化排盐水、渗滤水以及降雨径流冲刷、钓鱼投放的饵料等。其中以雨水收集、排污、绿地排水等与人类活动相关的来源影响最大，对其进行有效地管理对河道水质保持十分重要。1补充水

21、源管理空港经济区主要以再生水和雨水为补充水源。对于以再生水为主要补充水源的水体来说，没有污水直排的情况下，暴雨径流污染是景观水体有机质、总氮及总磷污染输入的主要来源，也是其水质恶化的主要原因。采取离线处理措施对污染最重的初期污染径流进行控制，以及构建完整的河岸交错带都是再生水景观水体水质保持的有效手段。而当有大量污水直排时，再生水景观水体将受到快速、强烈的冲击，水质将急剧恶化。因此，为了控制再生水景观水体的水质，必须有效控制降雨径流面源污染，同时更需对污水直排、偷排现象进行严格控制。空港经济区再生水水质保障对象主要是金威啤酒公司、空港经济区再生水利用工程(即将投入使用)排入景观河道的水源，为确

22、保水源满足?城市污水再生利用景观环境用水水质标准?(GB/T18921-2002)欣赏性湖泊类用水标准和全盐含量1000mg/L，采取出水在线监测、生态化深度处理以及超标处分的行政管理手段。其雨水保障对象主要是进入景观水体的地表径流，相关的控制措施是在雨水泵站进水井设置在线TOC监测装置，并与增设的污水泵实现联动。如遇到水质较差的初期雨水或者因企业排污、交通事故等引起的进水超标，可通过污水泵排入污水管网进入污水处理厂进行处理，防止造成景观水体的污染。2地表径流污染物控制在对地表径流污染物进行控制的过程中要注意从以下几个方面进行管理，首先是要提高绿化管理技术和水平，多采用有机肥，限制采用抛撒化肥

23、方式，并推广喷灌浇水方式，禁止采用漫流浇水；同时要加大机扫，及时去除路面垃圾或者污染物；最后应从雨水收集和利用方面考虑，对新建工程要求建成后的径流量不得高于建设前的径流量。对植物生长的管理，要按照所选植物的生态学要求和生长习性，精心管理。河道中的生物生长对温度有一定的适应范围，如芦苇在温度低于8时，生命活动明显降低；在夏季6月份，要及时将快要衰退腐烂的菹草收割、清理出水体，在11月份要及时将已经枯槁的芦苇、香蒲以及水草收割、清理出水体。水生植物在冬季死亡之后，由于温度比拟低，腐烂分解速度比拟缓慢，并不会立即产生水质污染。到了来年晚春季节，随着水温的上升，植物残体的腐烂速度加快，迅速释放出大量的

24、有机物和营养盐，使河道水色加深，有时还伴随着藻类及原生动物的大量生长，严重时下层水缺氧，引起鱼虾死亡。因此，必须定期对水面漂浮的腐叶枯枝及垃圾杂物进行去除。重视对大型水生植物收获利用，防止水生植物死亡后营养物质重新回到水体，减少自然凋落量，减轻因凋落物腐烂分解引起的二次污染。河道中的水生动物的生长对温度也有一定的适应范围，鱼类在温度过低时无法生存。此外，溶解氧含量也直接影响水生动物的生存，当溶解氧低于34mg/L时，水中缺氧就会使鱼类窒息死亡，甲壳类动物、轮虫、原生动物和好氧微生物也无法生存。因此，应认真研究水生动物的习性，密切关注鱼类生长、藻类和水草控制情况，监测浮游生物捕食性鱼类、鱼食性鱼

25、类、草食性鱼类的生物量结构，假设发现某种鱼类数量增多以至影响到水生态平衡，需及时进行捕捞，控制其生物种群数量，将多余的营养盐和有机物移出河道生态系统，以维持其种群在适度水平上，保证河道水生态系统的平衡。除了上述几个局部的具体管理之外，还必须加大以下几个方面监管力度：按照相关法律法规，结合城市河道的特点，把河道割草，动物捕获等相关作业纳入河道管理标准，制定并不断完善河道管理规定，实行依法管理；景观河道的长效维护必须考虑突发事件，应该制定完备的突发事件应急预案；城市河道管理涉及面广，建设维护投资大，必须给予必要的经费保障，以保证河道维护与管理工作的顺利展开。4结论随着科学技术的开展与水环境治理的大规模进行，对城市河道的修复逐渐强调人与自然的和谐，空港经济区河道在方案设计、实施过程中，即按照生态型水体要求，采用了植物修复、人工曝气充氧、生态护岸等技术措施对河道进行修复，有效地恢复了河道水体的生态功能，提高了人工河道的景观价值。但由于城市河道水环境是一个开放的系统，其周围环境及水体的污染具有复杂性，要做到完全截污是不可能的。这就需要对区域内水体四季生态的变化进行及时监测，掌握河道生态的动态变化过程和趋