水生态修复技术在河道治理中的应用

曾燕燕 刘丽敏

浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院） 浙江 杭州 310020

由于各种污染因素的影响，我国河道水环境受到了不同程度的污染，例如出现蓝藻水华等现象。河道水环境的破坏既是一个水污染问题，也是一个水生态失衡问题[1]。对污染河道进行水体修复已迫在眉睫，经过多年的工程实践，各种河道修复治理技术得到广泛应用。其中，在河道水污染治理中，水生态修复技术的应用已显有成效并成为最常用的技术之一，不仅应用成本低，其应用处理效果也极为显著，在一定程度上能有效地控制河道污染。

1 水生态修复的概念

生态修复是指采用物质循环、生态平衡以及生态工程学的原理及方法，对受污染水环境生物的生存及发展进行改善、恢复或重现[2]。水生态修复，亦称“水生态恢复”，其修复河道的本质是根据生态学原理，借助物理、生物等有关技术手段对受损、退化或被破坏的水域生态系统进行部分或全部恢复的过程。水生态系统是由水中的动植物、微生物，以及其他的水中原生动物组成的。水生态系统是一个完整的水生物群落，水生态系统是有自身降解能力的，依靠的就是水生态系统当中的水生动物，还有极其多的微生物。这些水生动植物和微生物能够对水中的污染物进行吸收和降解，从而保护水生态系统的完整。水生态修复技术就是工作人员在河水中种植水生的植物或者放养一些水生的动物，让他们发挥降解作用，从而让水生态环境得到改善，净化水源。对于水生态系统来说，一个完整稳定的系统需具备一定数量的水生植物群落、水生动物、微生物、原生动物等，才能发挥其对水中污染物质的降解、吸收及转化作用，而水生态修复技术就是利用水中各种生物的不同特性，有计划地在水中进行培养来达到降解污染物的目的，从而降低水体污染，保证水质的一种水生态治理技术[3]。

2 水生态修复技术的类型

2.1 生物修复技术

随着我国河流污染形势越来越严峻，研发适宜的生物修复技术已成为当前研究的热点和难点。生物修复技术是指通过水体中的植物、动物及微生物，对水体内部的有毒有害污染物质进行吸收转化，从而实现水环境的净化，使水生态环境得到恢复[4]。目前，各地区都在加大河道治理力度，应用多种修复技术恢复河道生物多样性，提升河道生态系统的稳定性以使其恢复到更佳状态。因此，在应用生物修复技术过程中，可以从水生动物以及水中的微生物菌群进行分析，对二者进行有效的培养从而来治理污染河道。河道周围所进行的农业生产活动在一定程度上会伴随化肥及农药等污染物质进入到河道中，引起水体含氧量增加，从而导致水生植物迅速生长，最终破坏河道水生态系统。为有效预防该类现象的发生，可以将一些适应能力强、存活能力强的水生动物，比如鲫鱼和草鱼等食草性动物，投入到河道中来保证水生态系统的平衡。此外，微生物菌群对水中的污染物也具有一定的降解作用，可以通过培养微生物菌群的方式来净化河道水体，但在实际应用中需注意对水体进行人工曝气加氧以维持微生物菌群分解污染物质的能力[5]。

2.2 生态岸坡修复技术

生态岸坡修复技术就是对河道两侧的生态环境进行修复，比如运用植草护坡以及植树造林等方法有效地保证水生态系统的多样性。传统的河道岸坡都是用来服务水利工程，其主要体现在用于防洪排涝等方面的水利调节，而现如今的岸坡还能发挥保护生态环境的作用。例如将抓地能力强的植物种植在水流湍急的河岸，不仅在一定程度上可以有效地保护当地的水土，还可以使得整体的工程系统处在更加环保的状态，同时结合当地河道的实际情况来选择种植适宜的植物类型，进而可以保证生态和经济的双重效益。另外，在实际的护坡工程中可以结合当地生物栖息的特点选择种植一些灌木以及乔木等根系发达的植物来对岸坡的结构进行固定，从而为水生物提供一个良好的栖息繁衍场所。此外，在岸坡上布置绿化系统在一定程度上可以改善河道周围的土质情况，比如树叶在腐烂后可以为水生动物提供养分，使得河岸和河流成为一个整体，从而有效地修复水生态系统[6]。

2.3 物理修复技术

在实际河道治理工程中，利用生物修复技术和生态岸坡修复技术均需要较长的治理周期，因此可先应用物理修复技术来改善河道污染的现状。例如在非降雨季节，水土流失严重的污染河道因其河流内部的泥沙量大，水生物存活困难，则难以采用生物修复技术，在这种情况下，就可以考虑采用物理修复技术来治理河道。建议先加固河道周围的河岸以预防更多的泥沙再次流向河道，同时根据河道的实际情况采用适当的加固技术对河岸两侧进行加固；再对河道进行全面清淤，并结合其他修复技术对河道进行全面的整治，对其进行大清理，在整体上提升河道的治理效果[7]。

2.4 人工浮岛技术

人工浮岛技术也称为生态浮床技术，是应用于污染河道治理的有效方法之一。其原理是应用无土栽培技术，人工将水生植物或陆生植物栽培到漂浮于水面的浮岛上，通过根系吸收等作用达到水质净化的目的。该技术利用历史悠久，早期多用于农业种植等方面，但随着水环境问题的浮现，其水质修复效果显现并被逐渐应用于河道治理工程中，该技术在富营养化问题严重的水体治理工程中应用效果较好[8]。在实际工程应用中，无论是在初期的培养、投放，还是过程中的操作和维修都非常便捷，人工浮岛技术所涉及的工作量低，具有较强的机动性。该技术不仅具有较好的河道治理效果，又可以美化河道环境，起到河岸装饰及维护的作用，同时也能为河道中多种生物的栖息繁衍提供优质的场所。

2.5 人工湿地技术

与人工浮岛技术一样，人工湿地技术也是一项具备综合性质的水生态修复技术。在应用人工湿地技术过程中，需要有机整合生态系统中的物理、化学、生物等各方面的相互作用，从而实现水体净化，进而提升河道生态环境。人工湿地系统主要由植物和填料构成，由土壤或混合料制成填料床放置在洼地中，并在填料床上方种植水生植物而形成，利用湿地中的填料、微生物和水生植物之间的相互作用来实现水体的净化修复[9]。人工湿地的合理布置对河道水生态修复工作意义重大，并在水生态系统的恢复过程中起到良好的推动作用。但是在实际应用中，该技术对河道坡度等方面具有较高的要求，恰当的水力坡度可以防止湿地内部发生回水，进水产生滞留阻塞等问题。人工湿地的构建不仅能提高水体净化能力，在一定程度上也能调节河道周围的大气、环境等，结合专业设计后还具备一定的观赏性。目前，该项技术已在多地实现应用并取得明显成效，例如南京江心洲。

3 水生态修复技术在河道治理中的应用建议

3.1 合理选择与配置植物种类

不同地区河道污染类型及污染程度不同，在实施污染河道治理时，需根据河道的实际污染情况，选择适宜的水生态修复技术，制定恰当可靠的水生态修复方案。然而地理生态环境于不同地区其特点各异，不同水生植物对受污染水体的适应性不同且对污染物的降解能力也不同，因此在实际工程实践中，需结合考察污染河道的特点、植物生态学特性等因素，选择与种植最为适宜的植物，保证植物能在种植地生长良好，以此体现水生态修复技术所具备的各种优势，进而在正常发挥河道主导功能的基础上，持续优化和改善河道的生态功能。例如耐干旱、耐寒冷的植物适宜种植在降水偏少的北方地区，而在相对于降水偏多的南方地区则应优先选择耐涝且对水质有一定净化作用的植物种类。此外，在实际种植实施中，还需考虑植物配置的多样化，既要有低矮的灌木、草植等，也要有高大的乔木，合理地将多种植物搭配使用，最大程度地发挥植物的净化能力，从而形成多样良好的水生态系统，保障污染河道的治理效果[10]。因此，在为河道进行生态环境修复过程中，需对植物类型的选择、配置及种植工作引起充分的重视。

3.2 选择合适的护坡形式

过去河道主要采用混凝土或浆砌块石护坡，缺乏良好的透水性及柔韧性，对水陆物质和能量的交换也会产生不良的影响，与生态要求不相符合。因此，近些年来生态护坡的形式被广泛应用，其在一定程度上减少了工程结构对河流生态系统的冲击，避免了过于干涉河道水流的流速、环境外观以及冲淤平衡，满足了河道护坡的需求，还形成了河道周围空间的多样性以满足动植物等的栖息生长需求。生态护坡的形式多样，各具特点，在实施应用过程中应灵活选择。例如，人工种草护坡技术，其施工效率高，喷播的草籽发芽速度快、出苗整齐，具备较高的生态价值，适用于坡度相对低缓的土质路堤边坡；植被性生态混凝土护坡技术能明显提高河道边坡的植被覆盖率，缓冲河道中水流的冲击力，适宜在城市河道中应用[11]；生态联锁式护坡不仅能提高护坡的耐久性和稳定性，更能起到保护河道生态环境的作用，适用于中小河流等等[12]。

3.3 营造生物群落的多样性

河流生态系统是河流内生物群落与河流环境相互作用的统一体，系统复杂，在一定程度上具有抵挡外界破坏的能力，但一旦遭遇污染和外力破坏后，往往需要很长的周期才能得到一定程度的恢复。不同河流具备不同的生态系统，因此在利用水生态修复技术治理污染河道的过程中，应结合考虑河流生态系统自身的差异性，合理选择水生动物、水生植物、微生物等来共同构建一个生物群落多样且良好的水生态系统。例如，可通过植物种植的方式为微生物提供良好的繁衍场所，同时投放适量的虾、鱼等动物来营造一个多样性的生物群落，形成一个完整的食物链，以此来实现水体的净化，提升河道水环境。

3.4 科学的配置人工湿地

湿地，也称为“地球之肺”，对保护生态环境具有重要的作用。在河道水生态修复工程中，人工湿地技术的应用优势不容忽视，是一种最为常见且应用相对广泛的水生态修复措施。由于河道原始地形及其环境的不同，部分人工湿地可以通过人工改造出来，部分则是通过对原有的地形进行重新布局得到的。在布置人工湿地时，要注意以下几方面内容：第一，在构建人工湿地前，应认真分析所选用的植物是否具有较好的观赏性；第二，在构建人工湿地时，应认真分析湿地中各种生物的存在关系以构成完整的食物链，从而确保系统中所有生物的良好生长；第三，在人工湿地构建结束后，应进行定期的运行维护以确保系统中动植物的良好生长，从而促进微生物的生长，以提高对河道中污染物的吸收降解能力。在实际应用中，人工湿地技术因其产生的作用全面、极具运用及投资价值等优势被普遍运用到河道污染治理工程中，但仍需考虑该技术在运用中存在的占地面积大、易受环境病虫害影响、生物和水力的复杂性、运行稳定周期较长等问题，因此需要科学合理地配置。

4 结束语

总而言之，水生态修复技术在污染河道治理工程中具有较强的应用优势，其利用水生态系统中的动植物、微生物等吸收转化有毒有害物质，从而实现河道净化目标。水生态修复技术类型多样，在实际应用过程中，如何因地制宜并科学运用，需同时考虑工程效果、养护成本及其对原生态系统的影响等各因素，以充分发挥水生态修复技术的实际作用和价值，有效保护河道治理效果，助力河道水生态系统的健康稳定、可持续发展。