河道水生态修复研究

刘大亮，焦奕程，蒋潇

摘要：经济社会的快速发展带来严重的环境问题，我国十分重视河道治理问题，目前多数河道工程能够满足景观观赏和基础使用需求，但是仍缺乏生态效益。一个良好的生态系统能够保持水体自净能力，可以有效降低养护管理成本。文章以济南市杨家河为例，从河道污染源头、净化策略和工程措施三个方面进行分析，结合现状加以配合利用，以期保护河道环境，构建可持续发展的人居环境。

关键词：河道治理;水质净化;生态修复;济南市杨家河

中图分类号：TV85 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）24-0-03

0 引言

近年来，国家高度重视环境问题，提出了“绿水青山就是金山银山”的发展理念，而河流作为城市景观的重要组成部分，肩负着景观、生态、文化三大功能，对周边的环境净化、农业生产、蓄洪排水都起着不可或缺的作用。河道治理工程此起彼伏，治理手段也多种多样，但在治理的过程中都应当充分考虑生态环境的营造。水体污染的源头和类型也各不相同，都具有不同的特点，在实际情况中，应对其进行合理分析之后再提出相应的解决措施。文章从具体河道的研究出发，以济南市杨家河河道为例，分析其水体受污染原因，通过工程技术手段恢复水体自净功能并提升环境容量，提出相应的解决措施，营造一个良好的水生态环境，为其他相似的工程提供借鉴。

1 工程概况

杨家河位于山东省济南市历城区，河流发源于彩石街道办事处西彩石村南，流经历城区和高新区，于临港街道办事处鸭旺口村东入小清河，河道全长21.7千米，流域面积74平方千米。南高北低，河谷呈浅U字形，现河床宽5.1～12米，河床底高程33.2～53.9米不等，河道坡降较大，水体流速快，水体停留时间短，较难净化。上游段为自然冲沟，两岸无堤防，坡度较陡，下游段地势低洼，坡度较缓，现河型萎缩，河口宽10～30米[1]。

调查河道现状发现，河道的主要污染来源为周边城中村及企业单位的散排偷排污水，周边区域并未设置污水干管，导致污水无法排入城市的排水管网。村庄的农田含有各种氮磷钾和重金属等农药残留，在雨季会和城市下垫面累积的各种污染物一起冲刷进入河道，造成河道的面源污染[2]。当前水体本身清洁度及透明度较低，含有各类垃圾、淤泥、腐烂的水生动植物遗体等，经过自然分解形成黑臭底泥，导致水体发黑发臭。河道周边有三处排水口，出水水质要求为一级A类，而排水口附近水体的全氮全磷含量分别为26.6mg/L、2.67mg/L，均高于一级A类水的标准，存在严重污染和不达标排放的现象。

2 技術路线

水体质量是河道净化的重点难点，需要根据当前存在的问题有针对性地提出解决策略。水体污染的治理手段主要分为三种，分别是物理方法、化学方法和生物—生态方法[3]。

物理方法是通过人工进行水体除藻、清理水底淤泥等，或者通过颗粒物的重力沉降、河道内基质或植物根部过滤去除。向水体中增加曝气的方法由于见效快、投资少、无二次污染的特点而被广泛使用。原理是人工向水体中充入氧气，进一步提高水体的溶解氧水平，加速水体中的污染物分解净化。除此之外，设置高差、跌水、水坝等也可以提升水中的溶解氧水平，进一步减少水底淤泥污染物。

化学方法则是通过向水体中投放电解盐类物质促进水体中的污染物沉淀，与不同溶解物相结合生成不溶物，不稳定的化合物会在氧化还原的条件下分解[4]，但这种方法并不能从源头消除污染，只能暂时改善水体质量，治标不治本。

生物—生态方法是通过投放菌株以增强水体中微生物的活性，利用微生物去除胶体颗粒物和溶解性有机物，促进对污染物的进一步转化。这种方法虽然能提升水体质量，但是不具有可持续性。较为常见的措施是选用生态护坡的形式，同时在河道中设置生态浮床、稳定塘、生态渗流等，这些措施更加稳定有效。

3 水生态修复策略

河道作为一个完整的生态系统，具有丰富的层级结构，不同部分对污染物的净化具有不同的效力和作用，其组成主要为基质、水环境系统以及生物系统，其中最重要的部分是基质、植物和微生物，这三方面对污水的处理具有重要作用。针对杨家河污染现状，可从这三个方面提出策略。

3.1 基质

基质是河道占地面积最大的部分，主要由各种透水性材质按照不同的铺设厚度组成，较常使用的传统基质材料有土壤、沙石、砾石等。随着人们的不断研究探索，一些新型的基质材料也逐渐被广泛应用到实践中，如陶瓷、电弧炉钢渣、矿渣、贝克砂等[5]。基质在净化水体时会产生物理和化学反应，水体中的污染物能够与基质中的无机或有机胶体相结合，产生络合、沉淀反应，依附于基质生长的植物能够对污染物起到固定、转化等作用。

每种基质都拥有自己独特的理化性质，所以在处理污染物时也会有不同的选择类型。例如，砾石、矿渣等颗粒直径较大的基质材料具有较强的渗透性，而土壤、细沙等的渗透性相对较弱。不同的污水中含有的污染物种类也不相同，以这样具有针对性的材料为基质，不仅能减少资金的投入，还能保证净化效果和较长的使用年限。

3.2 植物

河道的植物配置要根据实际的河道状况来选择，针对不同坡位的河道并结合乔灌草的原则搭配。杨家河河道水流速度较快，可在一定程度上冲刷驳岸及水底，因此要选择具有较强耐冲刷性和净化能力的植物。

植物在河道中占有较大比重，不仅具有美学特征，还能为生态系统提供重要保障。在降解处理污染物的时候需要大量的氧气，而氧气的来源除了大气复氧以外，主要依靠植物的输氧作用。当植物的根系在向基质传送氧气时，植物根毛附近会具有较高的氧气浓度，形成一个好氧区域，随着距离的增加，氧气浓度逐渐降低，在植物根系附近形成好氧—缺氧—厌氧的单元体，这种小单元体为硝化反硝化细菌提供了良好的温床，有利于进行硝化—反硝化反应[6]，进一步降解湿地的污染物。

植物通常具有错综复杂的网络状根系，根系之间形成了许多微小的通道，促进了空气和水体在河道内部的传递，提升了水体的传输能力，避免了基质板结、淤积，还能促进植物吸收小分子可溶性氮磷化合物。分析河道中含有的各种活性酶发现，微生物的含量和活性在不同季节或者基质的不同位置存在显著差异，通常是冬春季节较低，河道上层部位则高于河道中层和下层部位基质。

由于植物与浮游藻类具有相似的生长习性，河道植物会和浮游藻类发生种间竞争，可以有意栽培根系发达、净化能力强、抗逆性强的植物，抢夺河道内的生存资源和营养物质，从而抑制浮游藻类的繁殖。

3.3 微生物

微生物广泛存在于河道环境中，河道中的污染物大多由微生物去除。河道中的微生物主要为细菌或真菌，而植物群落复杂的环境就是微生物生长繁衍的温床，微生物通过污染物吸取对自身生长发育有用的营养物质，与此同时完成对污染物的降解。不同种类的微生物处理的污染物质也有所不同，如好氧微生物会将有机物作为碳源，将其降解为二氧化碳和水;而厌氧生物则会将有机物进行发酵处理，分解为甲烷和水。

4 修复性措施

4.1 水生态链技术

河道作为一个大的整体，含有众多动植物和微生物，不同区域和环境条件下可以形成多个小型生态系统，而动植物在保护生物多样性和维持生态系统稳定方面具有重要的作用。通过动植物种类的投放引导，从而完善和调整原有动植物结构，增加物种多样性，促进生态链稳定，形成一个个稳定的小型生态群落，引导区域进入良性循环，达到净化环境的目的。可以重新规划水体中的动物群落，在水体中建立微生物—藻类—浮游生物—鱼类的食物链[7]，通过不同物种间的捕食及摄取，有效防止植物的过度繁衍形成的水华现象，提升水体的自我净化能力，能够使水体长期保持清澈，同时具有一定的抗干扰能力。

4.2 生态拦截技术

通过生物或者工程手段过滤、净化和拦截外界流入湿地内的水体，主要是防止外来水体中含有的氮、磷、钾等元素的进入，保护原有水环境结构和功能的稳定。其中使用的工程措施包括建立生态沟渠、设置植草沟和植草过滤带、构建生态沉降池等方法，搭配抗污染性较强和吸收污染能力较强的植物，结合自然做工拦截、净化污染物，达到保护水环境的目的。

4.3 人工生态浮岛技术

人工生态浮岛又被称为植物浮床、生态浮床等，其原理是在水体表面设置漂浮物，将其作为浮床，并在漂浮物上种植植物，通过植物在水体中的根系和根际微生物的吸收、吸附等作用，对流经的水体进行净化，还原水中的氮、磷、有机物等，最终通过植物收割、移除水体中的污染物。浮床一般选择环保型PE材料，具有稳定性、耐久性、漂浮性等特点[8]。浮岛上的植物，除了可以向水体中输送氧气外，还可以为各种微生物和动植物种群营造生存环境，提供其生长、附着、繁衍的场所，有利于生物多样性的稳定。

4.4 生物膜技术

生物膜净化原理是利用附着在滤料表面的微生物所形成的生物膜，接触流经表面的水体，通过好氧和厌氧微生物摄取、吸收水体中的有机物等物质，进而达到净化水体的目的[9]。

對河道进行人工或行船泼洒复合液体微生物菌剂以调控水质，用微生物对水质进行干预，能够有效降低水体中氮磷钾的含量，进一步抑制水体中的蓝绿藻，提高水体安全。除此之外，还能有效提高水体中的溶解氧含量和微量元素，促进水生动植物生长，达到藻相平衡。泼洒完毕之后，微生物也能够长期与河道共存，既能改良水质又能防控疾病，同时提升河道生态系统的抗污染能力，净化水体，提升水体透明度。

4.5 河道底质改良

杨家河河道为人工新开挖的河道，其河底的土壤为粉质黏土，颗粒较小，土质细密，营养物质含量低，可投放底质改良剂对其进行优化。底质改良剂是一种载体化的微生物，应用广泛且易于操作，成本低廉，无污染，只需要泼洒即可起到作用，泼洒后能够快速与底泥结合，不被水流冲走，同时形成覆盖层，抑制淤泥中污染物的释放，净化水质，降低氮磷钾含量，有利于沉水植物的生长。

5 治理效果

通过一系列工程措施治理杨家河之后，河道状况明显改善，水体透明度显著提升，水下植被森林初具规模，水中动植物生长状况良好，溶解氧浓度提升，河底淤泥及悬浊物净化完成，已具备自我净化能力。河道两岸的植被景观层次也得到了提升，增强了景观效果。对改进后的河道进行勘察发现，附近已有水鸟栖息，再经过一段时间的繁衍，生态系统将对周边生态环境的改善发挥更大的作用。这种具有完整生态系统的净化体系，具有比单纯的药剂措施更加稳定可持续的效果，为杨家河周边景观群的形成奠定了基础，对未来开发旅游业具有积极意义。

6 结语

通过调研济南市杨家河河道现状，提出了微生物修复、构建生态链等方法，同时根据河底现状提出底质改良措施，净化水体内源污染。杨家河水体情况通过科学的治理已经有了明显好转。治理前期，要对河道进行详细的调查分析，弄清河道污染源、周边环境的影响等。根据河道的实际功能，制定一河一策的实施方案，结合水利、水务部门要求，种植合适的植物，利用水生植物吸收、净化水体中的污染物和富营养元素。

实践证明，选用合理的工程措施搭配水生植物净化，能够有效改善水质状况，保证水生态系统的稳定性。生态修复是一项长期的工程，应当统筹规划，充分考虑实际情况，搭配技术辅助，维持河流的良性循环和健康发展，进而将河道建设为功能多样且能可持续发展的优美景观。

参考文献：

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[2] 代婷婷，刘加强.城市河道生态治理与环境修复研究[J].中国资源综合利用，2021，39（6）：186-188，192.

[3] 项昌胜，俞戎博，夏晨.城市河道水环境生态修复的研究[J].皮革制作与环保科技，2021，2（9）：77-78.

[4] 赵腊梅.探究城市河道污染控制与生态修复对策[J].资源节约与环保，2021（5）：17-18.

[5] 张晏.人工湿地水体净化方法研究[D].天津：天津大学，2018.

[6] 李亚娟，杜彦良，毕二平，等.妫水河湿地植物作用及调水水质响应模拟[J].环境科学，2020，41（9）：219-228.

[7] 李胜男，崔丽娟，赵欣胜，等.湿地水环境生态恢复及研究展望[J].水生态学杂志，2011，32（2）：1-5.

[8] 金星，强超，闫东宇，等.水生态修复技术在河道治理中的应用与研究[J].珠江水运，2021（13）：6-8.

[9] 蒋宇豪，李敏，唐明哲.微污染河道修复技术及其应用[J].环境生态学，2019，1（8）：83-87.

作者简介：刘大亮（1980—），男，山东威海人，硕士，副教授，研究方向：风景园林规划设计。

焦奕程（1997—），男，山东济南人，硕士在读，研究方向：风景园林规划设计与理论。

蒋潇（1997—），女，山东济南人，硕士在读，研究方向：风景园林规划设计与理论。