張彥東，陳 璐，仵 朝，韓 一，劉保國

（1.河南農業(yè)大學風景園林與藝術學院，鄭州 450002；2.河南城鄉(xiāng)園林景觀規(guī)劃設計有限公司，鄭州 450002；3.阿圖什市阿扎克鄉(xiāng)人民政府，新疆 阿圖什 845000）

趙家渠位于河南省鶴壁市淇縣境內，屬于海河流域，是淇縣境內的主要河流，趙家渠的生態(tài)修復與景觀改善對于其周邊居民有著重要意義。由于早期中國河道治理以水利工程為主，采取縮窄河道，硬化河岸等方式，使得自然型河流逐漸轉變?yōu)閱我坏呐藕?、泄洪的功能型河流，導致河流喪失了自我調節(jié)能力，生態(tài)多樣性遭到破壞，同時對周邊經濟、人文的發(fā)展也產生了一定的阻礙作用。如何通過河流生態(tài)修復技術，恢復河床面貌，改善水環(huán)境，提高景觀環(huán)境質量，建立一個具有自我調節(jié)能力的、可持續(xù)性的河流生態(tài)型景觀成為趙家渠面臨的首要問題。

河流生態(tài)修復技術的研究，最早由德國Seifert于1983 年提出了“近自然河溪治理”的概念，指出河流治理工程應在實現(xiàn)傳統(tǒng)的各種功能如防洪、供水、水土保持等基礎上，達到接近自然的目的，這是學術界首次提出河道生態(tài)治理方面的有關理論［1］。隨著德國河流工程實踐與生態(tài)修復技術理論的發(fā)展，20世紀50 年代，德國也正式創(chuàng)立了“近自然河道治理工程學”，為日后的河流生態(tài)修復技術工程學奠定了基礎。核心思想是河道的整治要符合植物化與生命化的園林。并且以河道最原始的自然狀態(tài)為受損河流修復的最終目標［2］。1965 年德國Ernst Bittman 提出了河流生態(tài)修復策略，采用蘆葦和柳樹對萊茵河進行生物護岸實驗［3］。20 世紀70 年代瑞士Zurich逐漸將“近自然河溪理論”豐富并發(fā)展為“多自然河道生態(tài)修復技術”，重視恢復植被與建設自然護岸［4］。1986 年日本開始學習并應用“多自然河道生態(tài)修復技術”，并提出“親水”概念［5］。相比國外，國內的生態(tài)修復技術研究起步較晚，2003 年董哲仁［6］融合了水工學與生態(tài)學理論，建立起了“生態(tài)水工學”理論框架。并且研究了河流生態(tài)修復技術方法與理論，為之后的河流生態(tài)修復技術研究打下了基礎，也引發(fā)了不同領域的學者對于水生態(tài)環(huán)境的研究。國內河流生態(tài)修復的進展為中國的河流修復提供了寶貴的理論支撐。

趙家渠作為淇縣濱河公園的起點，已被納入城市高標準水生態(tài)環(huán)境治理工程，如何落實水環(huán)境、水景觀、水生態(tài)三位一體的建設思路已成為未來幾年的主要研究方向。因此，本文從河床自然化、河流面源污染控制、河流生境構建三方面提出河流生態(tài)修復策略，為趙家渠水生環(huán)境治理提供參考。

1 項目概況

趙家渠位于河南省北部鶴壁市淇縣，古稱“朝歌”，是中國商代的古都。趙家渠生態(tài)修復治理是淇縣百城提質重點工程、民生工程。趙家渠水域發(fā)源于上游紅衛(wèi)水庫，由西北至東南流經淇縣城區(qū)，與思德河匯合，是淇縣內河最大河流。項目起點為107國道，終點為衛(wèi)都路，總共分為K0+000～K0+750 城市郊野段、K750～K2+050城市中心段及K2+050～K3+300 城鄉(xiāng)結合段，長度為3.3 km，總面積307 970 m2，總投資35 716.51 萬元。

1.1 背景分析

趙家渠是淇縣最大的人工渠，是為了滿足淇縣北部農田灌溉系統(tǒng)的建設而開挖的引水灌溉工程，隨著城市向北發(fā)展，趙家渠逐漸成為淇縣城區(qū)內河，也成為了主要的排洪、泄洪河流。趙家渠濱河公園南臨衛(wèi)國故城遺址公園，北臨朝歌公園，擁有獨特的自然資源與人文資源，城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃的趙家渠兩岸為城市濱河綠色廊道，與南北公園相連接，起到城市“綠心”的功能，是未來城市發(fā)展的重要一環(huán)?，F(xiàn)如今淇縣是中原城市群核心發(fā)展區(qū)與北部跨區(qū)域協(xié)同發(fā)展示范區(qū)銜接的縣級節(jié)點，鶴壁市城市副中心，是生態(tài)宜居的文化旅游城市。

1.2 現(xiàn)狀分析

1.2.1 河道底部結構單一，水域狹窄，涵養(yǎng)面積較小 趙家渠在城市中主要功能為排洪、泄洪，單一的功能需求導致了河道結構過于簡單，硬質化面積較多，阻礙了河流的健康發(fā)展。趙家渠流域位于北溫帶，年平均降水量為602.5 mm，且逐年降低，水資源的減少引起上游紅衛(wèi)水庫水源地對下游河流的節(jié)流控制，導致趙家渠水源嚴重不足，河道變窄、自然流域縮小，常年處于干涸狀態(tài)，河流涵養(yǎng)面積逐漸減小（圖1）。

1.2.2 河流污染源較多，污水處理不完善 趙家渠周邊環(huán)境存在少量工廠與農田，多數為居民區(qū)（圖1）。由于工廠缺乏完備的污水排水系統(tǒng)，趙家渠成為了工廠的主要排污河道，也是河流污染的主要來源；由于城市污水管道基礎設施不完善，河流周邊有少量居民生活污水直接排入趙家渠河流，成為了河流污染的重要因素；另外田間農藥隨意丟棄，使得大量的地表徑流污水直接排入河道，導致河流污染加劇，水體富營養(yǎng)化日益嚴重，河道水質變?yōu)榱覸 類。

1.2.3 植物群落單一，物種多樣性不足 趙家渠河流兩岸僅有堤頂存有少量的單一行道樹種，形式與種類過于單調（圖1）；河道上游分布大量外來水生植物，過于雜亂，植物的無止境生長影響了河流的正常流通，降低了河流的物種多樣性。城市居民空間與河流空間距離過短，河流缺乏足夠的植物空間與涵養(yǎng)林，導致生物沒有適宜的棲息地，無法形成生態(tài)群落，降低了河流兩岸的生物多樣性，河流生態(tài)自我調節(jié)能力失衡。

2 趙家渠生態(tài)修復策略

趙家渠生態(tài)修復策略以生態(tài)修復為核心，以生態(tài)優(yōu)先為原則，營造河流空間、濱河景觀空間。從河流生態(tài)修復的角度出發(fā)，提出三條策略：河床自然化、面源污染控制策略、河流生境構建策略。

2.1 河床自然化策略

2.1.1 改善河道結構，擴展河流寬度 趙家渠現(xiàn)狀河道平均寬度不足6 m，且過于平坦，河道底部缺乏動植物掩藏空間，不利于底棲動物的生存。通過規(guī)整兩岸建筑，擴大河流兩岸綠地范圍，將河道寬度擴展為40 m。保留河流主河道，建立河流漫灘與小島，并且擴大河岸兩側的植被空間，豐富植被類型，在保證河流正常排洪、泄洪的同時，也能夠為動植物營造豐富的生存空間，改善生態(tài)環(huán)境。

2.1.2 運用城市中水，補充河流水源 由于趙家渠河流常年處于干涸狀態(tài)，嚴重破壞了河流生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性。為了保證趙家渠水域有充足的水量，采用中水補充河流水源不足的方案，經過計算，趙家渠每天大約要從污水處理廠補充5 t 中水于上游K0+075（圖2）處流入河道，才能正常達到景觀水位線，形成穩(wěn)定的河流。為了避免引入的中水對駁岸的沖蝕，在出水口位置采取工程措施，設置鋼筋混凝土臺階達到消能、保護駁岸的作用。

2.1.3 設置液壓壩 趙家渠河流寬度的增加，使得河流的需水量增加，為了保證河流能夠正常流動，提高水域的涵養(yǎng)面積，在河道中設置了4 個液壓壩，分別位于K0+650、K1+250、K2+350 和K3+200 處（圖2）。液壓壩的建立，不僅能夠更好地留存河流內的水量，提高河流流域內的空氣濕度與環(huán)境質量，也能增強水體的流動性與水體的自凈能力，為動植物提供穩(wěn)定的生存環(huán)境，提高河流的生態(tài)自我調節(jié)能力。

圖2 趙家渠河床自然化工程措施

2.2 面源污染控制策略

2.2.1 切斷外源污染物 當前趙家渠的水質為Ⅴ類水，距離地表水質Ⅳ類水有較大差距，搬遷河流周邊工廠，建立完善的生活污水排放管道，切斷外源性污染源的直接排入，是解決河流污染與水體富營養(yǎng)化的最有效的方式。另外場地建設中的休閑驛站、公共廁所以及管理房等建筑物，會產生一定的生活污水，在設計之初將污水管道與城市污水管道相結合，避免生活污水排入河道，并對綠地內的垃圾進行分類處理，禁止排入河道。

2.2.2 建立植物緩沖帶 河岸緩沖帶是由土壤、植物、微生物等組合而成的復合生態(tài)系統(tǒng)，利用植被緩沖帶可以有效截留農業(yè)等面源污染物，改善地表徑流進入河湖的水質，可有效控制入河污染物含量［7］。植物緩沖帶的植物密度與植物寬度越高，根系能夠更好地吸收氮、磷等物質，進入河流的營養(yǎng)物質就越低，可以有效避免水體富營養(yǎng)化。地表徑流污水通過多層次的植物緩沖帶空間，經過植物的根系過濾到淺灘沉淀池完成初級過濾，最后通過煤渣等材料塑造的潛流介質使水體在地表下流動再次過濾之后，形成清澈水流入河道，增強水體自凈能力（圖3）。

圖3 植物緩沖過程

2.3 河流生境構建策略

圖4 研究區(qū)趙家渠水系

2.3.1 建立人工生態(tài)濕地 趙家渠上游寬度大（圖4），外來水生植物泛濫，富營養(yǎng)化較為嚴重，嚴重阻塞了河流的正常流通。在趙家渠河流源頭建立人工生態(tài)濕地，實現(xiàn)水質的凈化。趙家渠河流經濕地中的水壩控制與爆氧進入生態(tài)濕地中，通過沉淀池的凈化與過濾作用流入濕地植物淺灘區(qū)，利用具有高凈化能力的水生植物與水生物的能量交換與信息交流，對水質產生一定的吸收與凈化作用，最后再經過水壩流入趙家渠河流的主河道中（圖5）。人工生態(tài)濕地系統(tǒng)的建立、基礎設施的完善，能建立可持續(xù)的河流生態(tài)環(huán)境，形成一個具有集雨洪調蓄、污染阻隔、循環(huán)利用、生態(tài)修復功能于一體的生態(tài)濕地公園，提高趙家渠河流凈化能力。

圖5 趙家渠濕地調蓄過程

2.3.2 動植物群落的營造 穩(wěn)定的動植物群落是河流生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的重要前提。水生植物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有水質凈化的能力，其在生命周期中不斷從水體中吸收所需營養(yǎng)元素、有機質以及各種污染物和重金屬［8］。根據趙家渠場地關系，提煉出植物規(guī)劃策略，主要以生態(tài)密林、疏林草地、河濱灌草、水緣濕生植物、水生植物這5 種典型的植物群落為主，發(fā)揮不同的生態(tài)作用，同時也能夠營造出優(yōu)美的植物景觀，為游人提供良好的生活休閑場地。

生態(tài)密林型的植物群落增加了單位面積上植物的層次和數量，單位面積土地上植物的葉面積指數高，光合作用能力強，對城市生態(tài)環(huán)境改善作用比單層的植物大，如喬灌草相結合的植物群落所發(fā)揮的生態(tài)效益是同面積草坪的4 倍。同時，植物群落結構復雜、穩(wěn)定性強，防風、防塵、降低噪音，減少有害氣體、保持水土等作用也明顯加強［9］。因此生態(tài)密林區(qū)域主要選擇適合當地區(qū)域生長的落葉喬木、常綠喬木與耐陰性灌木及地被形成上中下三層的復合植被空間。上層主要為柳樹、懸鈴木、雪松、水杉、白蠟、銀杏，中層為珍珠梅、金銀木，下層為二月蘭、濱菊（圖6）。通過符合空間的植被種植，不僅改善生態(tài)環(huán)境，也能為生物提供更多的棲息地，提高物種多樣性。

疏林草地是在草本植物基質上稀疏分布有喬灌木樹種的一種特殊生態(tài)系統(tǒng)類型，其中木本植物和草本植物是兩個最基本的組成部分。在該生態(tài)系統(tǒng)中，木本植物群落因其對微氣候因子、土壤理化特性以及林下草本植被結構與生產力的影響較大，因而在疏林草地生態(tài)系統(tǒng)中所起的作用尤為重要［10］。因此疏林草地選用高大的闊葉落葉喬木與常綠喬木局部圍合開場草地，草地品種以宿根花卉為主，同時點綴大規(guī)格喬木，總共分為上下兩層，上層為雪松、烏桕、楓楊、紅櫸，下層為金雞菊、白三葉、野花組合。

河濱灌草一般生長在地面或者水體邊緣濕潤的土壤，但是根部不能浸泡在水中，具有一定的耐水濕能力。當植物根部淹水時長小于6 h，選擇本地植物樹種為主；當植物根部淹水大于6 h 且小于12 h，選擇具有一定耐水濕能力的喬灌草，如白蠟、旱柳、連翹、蛇鞭菊、孔雀草；當植物淹水時長大于24 h，則需要選擇適合當地環(huán)境的濕生植物，如千屈菜、黃菖蒲、美人蕉。濕生型灌草作為生態(tài)護坡，可以使得坡面與當地生態(tài)環(huán)境融為一體，具有保水、抗蝕、增加坡面強度以及截流面源污染等多項功能，不僅能為植物生長持續(xù)提供充足穩(wěn)定的養(yǎng)分和良好的生長環(huán)境，同時很好地聯(lián)系了土壤與水體的關系，使河流與土地及生物環(huán)境相結合，擴大了生物的棲息活動空間。

水緣濕生植物主要以人工濕地與部分淺灘地為載體，種植濕生植物，達到水質凈化作用，此區(qū)域主要突出下層植物特點，局部點綴高大喬木，上層以水杉為主，下層以挺水植物，如蘆葦、蒲葦、香蒲與梭魚草營造植物空間。挺水植物作為水源濕生植物的主要組成部分，能給許多其他生物提供生長環(huán)境，增加生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性。大型水生植物淹沒在水中的根、莖、葉為細菌等微生物的生長提供了巨大的生活空間，植物殘體又為微生物提供食物，大大豐富了水生態(tài)系統(tǒng)中的微生物種群，能幫助分解進入水體的污染物［11］。挺水植物可以通過根系向沉積物輸送氧氣，改善沉積物氧化還原條件，減少氮、磷等營養(yǎng)鹽的釋放及沉積物再懸浮，增加水體的凈化能力。

圖6 趙家渠人工生態(tài)濕地植物層次配置

水生植物在其生長發(fā)育過程中可以直接從水體和底泥中吸收氮、磷，同化為自身所需要的物質（蛋白質和核酸等），很多種類的植物還有過量吸收營養(yǎng)物質的特性，改變了營養(yǎng)物質的形態(tài)和含量，從而降低環(huán)境中營養(yǎng)物質的水平［12］。水生植物主要選擇具有較強凈化能力的沉水植物、浮葉植物，其中沉水植物是河流生態(tài)修復的核心部分。李文朝［13，14］的研究結果表明沉水植物能通過促進沉積和降低再懸浮作用以及吸附、離子交換等物理過程來促進淤積物中磷的積累。沉水植物作為初級生產者，在生產發(fā)育過程中，能夠很好地吸收與吸附營養(yǎng)鹽等污染物質，從而凈化水質。另一方面，沉水植物的根、莖、葉均可為微生物提供良好的附著環(huán)境，在植物體上形成高凈化效率的微生物，在植物葉片、根際光合作用下，為水生生物在植物體周圍及根際處形成良好的生存環(huán)境。

底棲動物在水體修復中也有重要作用［15］。底棲動物不僅能通過新陳代謝增加水體營養(yǎng)鹽含量，刮食也能直接影響水生植物的生長，同時還能通過分泌物質，促使水體懸浮物絮凝沉降，提高水體的透明度，改變局部水環(huán)境，間接影響挺水水生植物的生長［16］。生物群落的構建分為底棲動物群落構建與魚類群落構建。河流生態(tài)系統(tǒng)運行過程中，通過投放魚類而逐步建立起種群，尤其是小型魚類和底棲雜食性魚類。因此在不同的功能區(qū)投放一級、二級消費者進而吸引更高級消費者，營造多種生物生存的濕地生境，豐富濕地內動植物群落，形成穩(wěn)定的河流生態(tài)景觀群落（表1）。

表1 動物投放

2.3.3 修復底泥 底泥作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，也是沉積物-水界面物質交換的過渡帶［17］。底泥是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，河流基底健康是保持水質穩(wěn)定和防控水生生物病害的基礎，也是水體富營養(yǎng)化防治的關鍵。趙家渠水域在自然狀態(tài)時，底泥釋放出的營養(yǎng)鹽等營養(yǎng)物質能夠維持水中生物的生長發(fā)育，但隨著外源污染源的進入，大量的N、P 等物質進入河流，導致水體富營養(yǎng)化，使得原本為水中生物供給營養(yǎng)的底泥基質變成了污染物的儲存庫。運用原位生物刺激技術對河流底部進行改善，來刺激土著微生物繁殖，提高其活性，從而促進有機物生物降解［18］。在底泥基質中使用一些具有高效降解能力的植物、動物及微生物，通過其生命活動將底泥中的營養(yǎng)物質吸收、轉移、轉化，進而達到修復效果［19］。

2.3.4 建立生態(tài)駁岸 生態(tài)駁岸是指恢復后的自然湖岸或具有自然湖岸“可滲透性”的人工駁岸，它可以充分保證湖岸與湖泊水體之間的水分交換和調節(jié)，除具有護堤、防洪的基本功能外，可通過人為措施重建或修復水陸生態(tài)結構，岸棲生物豐富，景觀較自然，形成自然岸線的景觀和生態(tài)功能［20］。駁岸屬于水陸交錯地帶，是兩棲動物最為活躍的地帶，也是影響物種多樣性的主要因素。生態(tài)駁岸的建立能夠滿足河道的排洪，同時駁岸灌草植物組團也能為生物提供生命活動空間，促進水陸生物的信息交流，使得生態(tài)可持續(xù)性更加的平衡與穩(wěn)定。

1）植生式擋土墻駁岸。由于河道兩岸建筑或橋梁的因素，導致河道寬度變窄，駁岸面積縮小，河流流動容易使得駁岸遭到嚴重沖蝕，植生式擋土墻駁岸（圖7）分別應用于K0+750（泰山路口）、K1+300（人民路橋）、K2+050（淇河路橋）、K2+750（淇水路橋）兩側50 m 內，不僅能夠起到固土護堤、穩(wěn)定河岸的作用，也能在在護坡磚上種植水生植物，軟化生硬的駁岸線，形成近自然的景觀。同時在擋土墻的背后搭建土工布以及填充砂礫石料，能有效過濾地表徑流，阻止污水直接進入河流引起水體富營養(yǎng)化。

2）原木駁岸。原木駁岸（圖7）分布于K0+000～K0+750 城市郊野段，此區(qū)域內為趙家渠的上游，背靠云夢山，周圍居民較少，人為干擾因素低，植被生態(tài)系統(tǒng)較為健康，因此以建立與自然較為親近的原木生態(tài)駁岸為主。原木駁岸通過將原木插入或者埋入河岸起到固定支撐作用，上方搭建方格網原木，通過植物材料與木樁進行捆綁，在方格網上部通過碎石壓載固定，同時在河流旁種植水生植物，提高原木駁岸的穩(wěn)定性。原木生態(tài)駁岸能為水生生物創(chuàng)造掩藏區(qū)，提供棲息空間，提高水生生物的物種多樣性，形成穩(wěn)定的生存環(huán)境。

3）草坪駁岸。草坪駁岸（圖7）是在眾多湖泊、河流中被廣泛應用的一種生態(tài)駁岸，主要分布在K750～K2+050 的城市中心段。因其景觀效果突出，不需要太多維護成本，具有開敞的視野與空間，能夠拉近人與河流的距離，提高城市中心的景觀效果。草坪根系能夠有效過濾與吸收地表徑流污水，起到凈化水質的效果。

4）置石駁岸。置石可以隨意散置，其間種植各種各樣適宜生長的鄉(xiāng)土水生植物，既能抵抗沖蝕，也能提高生物多樣性，改善濕地生態(tài)環(huán)境［20］。置石駁岸（圖7）主要分布于K2+050～K3+300 城鄉(xiāng)結合段，選取當地石材，通過群石、疊石、置石等方式與河流相結合，并配置植物，如蘆葦、蒲葦等，營造一種近自然的風光。景石的應用間接增大了河流的親水性，也為水生植物的生長營造了更好的空間，同時也提高了城鄉(xiāng)結合處的整體活力。

圖7 駁岸類型

3 小結

趙家渠景觀生態(tài)修復過程以河流生態(tài)修復為核心，人為適當干預群落結構優(yōu)化調整，有效改善了水環(huán)境、水景觀、水生態(tài)，使河流恢復一種近自然的，以自然河流演變的可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)型河流。建成后的趙家渠能夠承擔起城市排洪的要求，同時，河流生態(tài)系統(tǒng)的建立使物種多樣性均衡健康發(fā)展，植物群落生長良好、水生物增多、水質不斷改善，逐漸形成可持續(xù)發(fā)展的循環(huán)體。河流的生態(tài)修復為淇縣的城市發(fā)展建設帶來了新的契機，健康的河流綠地系統(tǒng)為城市的可持續(xù)發(fā)展提供源源不斷的動力，良好的生活環(huán)境也給人們的美好生活向往帶來了活力。