陳作山

(遼寧省清原滿(mǎn)族自治縣水利事業(yè)服務(wù)中心，遼寧 清原 113300)

在抗旱抗?jié)?、水資源輸送等方面城市河流發(fā)揮著巨大的作用，且現(xiàn)有大多數(shù)城市河流屬于人工開(kāi)挖而成。近年來(lái)，隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)以及水生態(tài)文明城市建設(shè)的加快，城市河流生態(tài)治理工程逐漸引起工程界的廣泛關(guān)注。其中，傳統(tǒng)的河流治理方法比較注重河道的排水能力，而未考慮河道的生態(tài)環(huán)境、人文景觀和形態(tài)布局的整治，這嚴(yán)重制約了河流水生態(tài)功能和社會(huì)服務(wù)功能的提升；另外，各種生活垃圾在降水徑流作用下排入河流造成水環(huán)境污染，以及水生態(tài)系統(tǒng)生物的明顯減少和水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重等問(wèn)題非常突出[1-3]。

傳統(tǒng)的河流治理方法主要是利用流水量排導(dǎo)功能沖刷攜帶污染物，采用漿砌石或混凝土改建河道護(hù)坡形式以保證河流的順暢運(yùn)行。然而，對(duì)于未考慮生態(tài)化的河流治理工程，水體中部分微生物會(huì)受到漿砌石或混凝土等硬質(zhì)化材料的作用，并改變微生物的生長(zhǎng)與繁殖環(huán)境，降低了水生物種多樣性和存活率，加之城市河流抗生態(tài)破壞的能力較弱極易引起水環(huán)境的二次破壞[4-5]。為有效解決以上問(wèn)題，本文結(jié)合水生態(tài)文明建設(shè)理念和水源地保護(hù)目標(biāo)要求，提出河流底泥及水質(zhì)治理、河道斜堤重新設(shè)計(jì)、河流監(jiān)管與水資源優(yōu)化配置等生態(tài)治理措施，通過(guò)模擬試驗(yàn)檢驗(yàn)了設(shè)計(jì)方案的科學(xué)有效性，可為增強(qiáng)城市河流的防洪能力和整體景觀效果提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 城市河流生態(tài)治理方案

全面調(diào)查城市河流的生態(tài)環(huán)境、施工能力以及河道現(xiàn)狀為實(shí)施河流生態(tài)治理工程的重要前提，結(jié)合河流水環(huán)境條件和城市發(fā)展對(duì)河流的需求狀況，初步擬定河道生態(tài)治理方案，對(duì)擬定的初始方案利用生態(tài)環(huán)境樣本調(diào)取法加以?xún)?yōu)化，最終形成一套符合水生態(tài)保護(hù)要求的治理方案[6]。借鑒現(xiàn)有河道的治理方法和水源地環(huán)境保護(hù)有關(guān)要求，按照流程圖1初步設(shè)計(jì)河流生態(tài)治理方案。

圖1 河流生態(tài)治理方案擬定流程

1.1 河道堤坡設(shè)計(jì)

城鎮(zhèn)河道整治存在的主要矛盾是生態(tài)需求與防洪安全，在創(chuàng)造良好生境條件以及滿(mǎn)足城鎮(zhèn)自然生態(tài)需求的同時(shí)，河道堤坡設(shè)計(jì)還可在一定程度上提升岸坡的抗沖防洪能力。所以，對(duì)于河道整治問(wèn)題最為有效的解決辦法是合理的設(shè)計(jì)堤坡工程。最小過(guò)水?dāng)嗝婷娣e和最大排水流量為河道斜坡設(shè)計(jì)的基本要求，一般情況下城市河流的面積極其有限，垂直于水面或斜坡設(shè)計(jì)的U型過(guò)水?dāng)嗝鏋槌鞘袃?nèi)河道比較常見(jiàn)的方式。由于城區(qū)內(nèi)居民活動(dòng)較為頻繁且人口密度較大，為便于人或小型動(dòng)物不慎落水時(shí)實(shí)施救援可將河道設(shè)計(jì)成斜坡，這種緩坡形式能夠?yàn)榇罹然顒?dòng)創(chuàng)造一定的空間，并且為居民活動(dòng)提供較好的聚集地；同時(shí)，為了保證城市河流的水體量選取的河低防滲材料為植生型材料，河低設(shè)計(jì)形式為“包堤”式。

1.2 城市河道修復(fù)

對(duì)于河道底泥以及水環(huán)境的治理為河流生態(tài)修復(fù)的核心內(nèi)容，其中水體富營(yíng)養(yǎng)化為城市河流普遍存在的問(wèn)題，若突然截?cái)嗷驕p少輸入河流中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，則很可能導(dǎo)致依附于此類(lèi)物質(zhì)生存的系統(tǒng)崩潰，從城市河流長(zhǎng)遠(yuǎn)生態(tài)治理的角度分析，改善水體環(huán)境的有效措施為控制營(yíng)養(yǎng)物的輸入。本文以先治理后修復(fù)作為河流生態(tài)整治理念，為了從根本上阻斷污染物進(jìn)入水體嚴(yán)格控制外源性營(yíng)養(yǎng)物的輸入，通過(guò)實(shí)施除磷、污水過(guò)濾、截污等技術(shù)手段凈化內(nèi)源污染物，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)凈化水體的目的。長(zhǎng)期以來(lái)，城市河流基本可以維持微度污染源的相對(duì)穩(wěn)定排放，其排放量、種類(lèi)、特性可以達(dá)到一定的平衡，由此可以依附于污染物成一個(gè)小范圍的非良性循環(huán)的生態(tài)圈，此生態(tài)圈對(duì)水體環(huán)境產(chǎn)生逆向的影響。實(shí)踐表明，滋生于污染富集地的生態(tài)圈并不會(huì)因營(yíng)養(yǎng)物的截?cái)喽l(fā)生破壞，同時(shí)污染物的減少可以明顯改善水體環(huán)境。通過(guò)系統(tǒng)分析城市河流的水質(zhì)特性，為更好的創(chuàng)造修復(fù)河道環(huán)境的條件必須嚴(yán)格控制排入水體的營(yíng)養(yǎng)物總量。

采取一系列生態(tài)措施有效治理城市河流水體環(huán)境后，可以實(shí)施修復(fù)水底泥沙措施。水底泥沙組成因河流地質(zhì)環(huán)境的不同而存在較大差異，加之不同的水體凈化特點(diǎn)和多樣化的水環(huán)境類(lèi)型，當(dāng)前可用于改善水底泥沙的治理方法較多。根據(jù)城市河流的特點(diǎn)和工程治理投資情況，對(duì)水底泥沙選用疏浚法改善，該方法對(duì)水底泥沙的挖掘不會(huì)造成河流水環(huán)境中磷、氮等元素的富集；另外，底泥疏浚期間不會(huì)嚴(yán)重影響河流的蓄水能力和過(guò)水流量，保持一定的水流量可以有效防止?fàn)I養(yǎng)物的聚集和底泥對(duì)水體的二次污染。工程前期治理雖然一次性投資較大，但是底泥疏浚治理方式發(fā)揮的效果最好，可以保持較長(zhǎng)時(shí)間的水環(huán)境質(zhì)量。

1.3 河道生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)

生態(tài)修復(fù)技術(shù)的完善和河道治理研究的深入發(fā)展，使得河流生態(tài)治理技術(shù)體系日趨成熟，為保證城市河流能量物質(zhì)交換、環(huán)境、生物、水質(zhì)的良性循環(huán)，就必須形成一套完整的河流生態(tài)修復(fù)的生物圈。

為了從根本上解決對(duì)河道生態(tài)有毒害作用的重金屬元素以及水環(huán)境中氮、磷等物質(zhì)的富集問(wèn)題，可以充分應(yīng)用綜合吸附形式和植物的吸收作用降解。其中，氮、磷等第一類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在植物吸收降解后可以將其轉(zhuǎn)化為能量、原料，從而為水生物種的生長(zhǎng)和繁殖提供基礎(chǔ)養(yǎng)料；重金屬元素等第二類(lèi)物質(zhì)經(jīng)生物的綜合吸附作用產(chǎn)生沉積或儲(chǔ)藏于生物體內(nèi)，即使河流生態(tài)系統(tǒng)與水生植物發(fā)生了剝離也不會(huì)對(duì)河道的正常運(yùn)行造成不利影響。

水生植物群落穩(wěn)定后會(huì)滋生許多的微生物，而河流生態(tài)環(huán)境能夠?yàn)樗⑸飫?chuàng)造良好的棲息空間，這些微生物通過(guò)對(duì)水體中懸浮物的轉(zhuǎn)化或形成有機(jī)膠體，為植物群落提供其生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，該過(guò)程可以顯著增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)能力以及減少污染物截留的生態(tài)修復(fù)時(shí)間。

在長(zhǎng)期的作用下微生物發(fā)生沉積，由此可增大河流水體與浮水植物根系之間的接觸面積，當(dāng)達(dá)到一定密集程度后水生植被將形成具有過(guò)濾功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，水流經(jīng)過(guò)后會(huì)沉積許多不溶性膠體和帶電粒子，隨著時(shí)間的積累可以再次為水生生物創(chuàng)造一個(gè)生長(zhǎng)、繁殖的環(huán)境，尤其是有機(jī)碎屑的沉淀會(huì)滋生浮游細(xì)菌，這為附著于水植物根部的小型水生動(dòng)物提供了充足的養(yǎng)料，小型動(dòng)物待河流生態(tài)進(jìn)入內(nèi)源生長(zhǎng)階段后以凝聚的形式進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，由此完成河流生態(tài)系統(tǒng)的重建。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證生態(tài)治理方案的有效性設(shè)計(jì)了仿真模擬試驗(yàn)，以大凌河某河段治理工程為例，運(yùn)用設(shè)計(jì)的治理方案綜合整治河流的生態(tài)系統(tǒng)。為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性與精準(zhǔn)度，本文運(yùn)用基于水生態(tài)文明建設(shè)的治理方案和傳統(tǒng)的城市河流治理方法，對(duì)比分析兩種方法試驗(yàn)結(jié)果，以揭示生態(tài)河流治理方法的優(yōu)點(diǎn)和可行性。

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

合理設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)以保證仿真試驗(yàn)的精度，城市河流治理過(guò)程為本次試驗(yàn)的研究對(duì)象，河流治理過(guò)程中不同的整治方法其作用程度存在差異，因此仿真試驗(yàn)時(shí)應(yīng)確保河流內(nèi)外環(huán)境參數(shù)不變。結(jié)合待模擬河段的水體環(huán)境、水勢(shì)狀況和仿真試驗(yàn)條件，設(shè)置的參數(shù)如表1。

表1 仿真試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

2.2 試驗(yàn)分析

考慮到無(wú)法直接比較聯(lián)眾河流治理方案，所以對(duì)試驗(yàn)過(guò)程可以選用第三方軟件紀(jì)錄，不同試驗(yàn)次數(shù)的河流有機(jī)生態(tài)循環(huán)率變化特征如圖2。

圖2 不同河流生態(tài)治理方案的結(jié)果分析圖

從圖2可以看出，城市河流的生態(tài)運(yùn)行能力可以利用有機(jī)生態(tài)循環(huán)率來(lái)衡量，系統(tǒng)穩(wěn)定性與循環(huán)率呈正相關(guān)性，較傳統(tǒng)的河道治理方法本文設(shè)計(jì)的方案具有明顯優(yōu)勢(shì)，可見(jiàn)在恢復(fù)河流生態(tài)完整性方面文中設(shè)計(jì)的方案比較完整穩(wěn)定；城市生態(tài)狀況引入ARR評(píng)估指數(shù)，城市河流整治的徹底程度隨ARR指數(shù)變化幅度的增大而增加。通過(guò)對(duì)比分析圖2可知，較傳統(tǒng)的治理方法本文設(shè)計(jì)方案的ARR指數(shù)變化幅度明顯較大，其波動(dòng)區(qū)間達(dá)到傳統(tǒng)方法的2倍?？傮w而言，基于水生態(tài)文明建設(shè)的治理方法較傳統(tǒng)的河流治理方案具有較強(qiáng)的適用性和可靠性，其生態(tài)治理成效極其顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)為更好的滿(mǎn)足河道景觀、濱河生態(tài)和水自然環(huán)境修復(fù)要求，將河流水環(huán)境修復(fù)和河道防洪功能相結(jié)合的綜合治理技術(shù)的應(yīng)用將更加廣泛。因此，本文結(jié)合水生態(tài)文明城市建設(shè)理念和水源地環(huán)境保護(hù)相關(guān)要求，提出河流底泥及水質(zhì)治理、河道斜堤重新設(shè)計(jì)、生態(tài)群落凈化以及水生植物吸附等多種生態(tài)治理措施，該技術(shù)方案以創(chuàng)建和諧的自然景觀區(qū)、改善水體環(huán)境、修復(fù)水生態(tài)及增強(qiáng)自然景觀效果等功能為總體目標(biāo)，可為改善河流水體環(huán)境和提升水系統(tǒng)承載力提供保障，對(duì)促進(jìn)水系統(tǒng)良性循環(huán)和美化河道自然景觀等發(fā)揮著顯著成效。

(2)以大凌河某河段治理工程為例，通過(guò)試驗(yàn)仿真模驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)方案的有效性，結(jié)果顯示，基于水生態(tài)文明建設(shè)的治理方法較傳統(tǒng)的河流治理方案具有較強(qiáng)的適用性和可靠性，其生態(tài)治理成效極其顯著，可為規(guī)劃城市河流治理藍(lán)圖和制定合理的河道治理方案提供決策依據(jù)。