河流生态修复河流生态修复

1、生态水利学论文（1班） 时间：2014.6.20河 流 生 态 修 复摘要：河流是陆地表面上经常或间歇有水流动的线形天然水道，河流是人类赖以生存的水环境，河流系统是自然界最重要的生态系统之一。在人类生产活动过程中，特别是现在经济高速发展下，人类在对水需求加剧条件下修建的取水、防洪、发电等工程措施都不同程度地损伤了河流生态系统。随着地球上出现各种极端环境和重大自然灾害的发生,人们意识到与自然和谐共处的重要性，维护河流生态的重要性。关键词：修复 防治 整治（求索溪水污染治理）1 河流治理和修复河流是人类赖以生存的水环境, 是人类社会生存和发展的摇篮。自20世纪90年代我国开始河流生态修复技术的探索

2、,目前在水质净化、生态河堤建设、生态景观设计和新材料应用等科研领域取得了大量成果。提出应该从河流特点、生态学过程、河流流域等方面综合考虑,开展河流生态修复研究。受损河流修复的核心并不简单地意味着使河流恢复到原始状态而是使河流受损功能恢复到接近期望的理想状态,使河流生态系统恢复健康, 进而在遵循河流自身发展规律的条件下持续地满足人类社会发展的需要。然而, 河流生态修复不能脱离人类和河流关系的发展阶段。在原始纯自然阶段、工程控制阶段、污染治理阶段和生态修复等不同阶段, 河流治理与修复的理念和任务有很大不同。原始自然阶段作为人类与河流关系的最初阶段虽未因人类活动受损, 但对于河流历史而言, 这一阶段

3、忠实地记录了河流生态系统追求动态。从而为生态修复研究留下了宝贵的参照体系。 1.1 河流生态恢复工程技术分类：化学工程法、物理工程方法、生物工程法一、化学工程法：如加入化学药剂杀藻，加入铁盐促进沉淀，加入石灰脱氮二、物理工程法：如疏挖底泥、机械除藻、引水冲淤等。更专业且系统的说法有“河道控制工程”，包括1、全宽结构；2、河岸侵蚀控制的半宽结构；3、纵向河岸防护；4、河床补给；5、裁弯河流的恢复；6、鱼类保护层；7、投放漂石；8、鱼道设置；9、沙子河砾石分选三、生物工程法：如生物膜工程（降解污染物）、滨河带植被恢复工程、构建人工湿地与水渠、水生动植物恢复工程、生态清淤工程、生态景观恢复等等1.2

4、受损河流生态修复原则( 1) 自然循环原则。自然循环原则是生态修复的基本原则。利用河流生态系统的自我调节能力, 因势利导地采取适当的人为措施,使河流系统朝着自然和健康方向发展, 最大限度地构造人类和河流融洽和谐的环境。自然循环受到众多条件的约束, 如气候、地质地貌、植被条件、河流状况、土地利用、城市规划、人口社会、产业结构、污染特征和管理机制等。全面综合考虑这些因素方可查明河流受损的程度和原因, 并据此明确河流治理修复的阶段和相应措施。( 2) 功能性需求原则。河流系统健康依赖于河流各项功能的满足。为了科学评估河流主要功能的状况, 需要制定合理的表述各项功能的指标体系, 明确各项指标对应平衡状

5、态的标准, 建立基于功能需求的受损河流修复的目标函数。( 3) 主功能优先原则。河流系统各项功能在不同阶段和河段的重要程度有所不同。对于一些经济发展迅速、开发过度、污染问题突出的地区, 需要优先恢复其自净功能。对于经济发达但污染问题不突出的地区, 可以优先考虑满足生态功能的需求, 改善河流生态系统结构和功能。当各项功能不能同时满足时, 可以优先考虑河流的主功能, 并依此来确定相应的功能指标。( 4) 多功能协调原则。河流系统健康所需满足的各项河流功能具有不同的指标要求, 需要在单项功能指标分析的基础上, 按照多功能协调的原则考虑各项功能、各项指标值之间的相互协调。( 5) 分时段考虑原则。在不

6、同的时间尺度或不同时段, 河流系统会因外部条件改变或各项功能主导作用的交替变化而具有不同的动态变化特征。从较长的时段来看, 河流系统功能的生态修复不可一蹴而就, 对于受损程度不同、约束条件不同的河流, 应该根据实际情况合理规划治理修复进程, 明确河流当前所处的修复阶段。从每一具体阶段来看, 应明确该阶段的治理修复目标, 采取恰当的修复措施。对于重度污染、人口密集的城市河流, 首要任务是污染控制和水质改善, 其后方宜按照更高的修复目标进行生态修复。( 6) 分河段细化原则。一条河流的不同河段可能在河道比降、河道断面和平面形态等方面存在很大差异, 而且各项功能在不同河段的指标值以及满足( 受损)

7、程度也不尽相同。因此, 应该按照分河段细化的原则选择最具优先权的河段入手进行生态修复, 通过局部细化与整体优化的结合达到满意的修复效果。处于不同治理阶段的河流, 有不同的河段优先次序。对于处于生态修复阶段的河流, 有限保护尚处于良好条件的河段, 比关注那些已经受损的河段要有效得多。( 7) 生物多样性原则。生物多样性是河流生态系统平衡和河流系统健康的基础。因此, 河流生态修复应该遵循生态学中的生物多样性原则, 在防止生物入侵的前提下, 引入本土生物, 构建生境廊道, 保护和增加河流系统生物多样性。( 8) 景观美化原则。河流生态修复的结果应该带给人们美好的享受。因此, 生态修复应按照景观生态学

8、原理, 增加景观异质性, 保留原河道的自然线形, 运用植物以及其他自然材料构造河流景观( 9) 综合效益最大化原则。河流生态系统的复杂性决定了最终修复结果和演替方向的不确定性, 从而使得河流生态修复具有周期长、风险大、投资高的特点。因此, 需要从流域系统出发进行整体分析, 将近期利益与远期利益相结合, 通过费用效益分析对现有货币条件下的费用、效益进行比较, 根据河流所处的治理修复阶段提出河流修复的最佳方案, 获得最大的河流修复成效, 实现社会、经济和生态环境效益的最大化。( 10) 利益相关者有效参与原则。河流生态修复需要考虑大众的接受、认同和支持。因此, 在整个河流修复的过程中都应贯穿利益相

9、关者有效参与的原则最大限度地反映不同利益相关者的需求, 从而使各方面的利益得以有效协调,使生态修复计划得以顺利实施, 使河流系统得以健康维护。1.3河流生态修复技术河流生态修复的目标是恢复河流系统的各项功能, 从而恢复河流系统的健康;而河流系统的健康最终是由各项功能指标来体现的。因此, 各项河流生态修复技术也应该具有针对性, 从修复各项功能指标入手, 修复河流系统健康。河流生态修复的主要技术方法包括缓冲区恢复、植被恢复、河道补水、生物-生态修复、生境修复等技术。其中, 生物-生态修复技术是目前河流生态修复的重要方法。缓冲区是河流与陆地的交界区域, 如河边湿地、河谷或洪泛平原。河流两岸各设置一定

10、宽度的缓冲区是重要的河流生态修复方法。缓冲区修复可起到分蓄和削减洪水的功能。其次, 河流与缓冲区河漫滩之间的水文连通性是影响河流物种多样性的关键因素。此外, 河岸缓冲区还具有其他修复作用, 包括将洪水中污染物沉淀、过滤、净化, 改善水质；截留、过滤暴雨径流, 净化水体；提供野生动植物的生息环境; 保持景观的自然特征；为人类提供良好的生活、休闲空间等。植被恢复是最普遍的河流修复的重要技术方法。植被可以通过影响河流的流动、河岸抗冲刷强度、泥沙沉积、河床稳定性和河道形态而对河流产生很大影响。同时, 合理分布的植被还有助于减轻洪水灾害、净化水体, 提供景观休闲场所和多种生态服务功能。水是河流生态系统中

11、最重要的环境因素, 也是维持河流系统健康的重要因素。不论是规定水库最小下泄流量, 还是引水、废水回用补水等, 都有利于增加河流流量, 提供输沙、自净、供水和生态功能需水量。对于水量不能满足其基本功能的河流, 补水措施尤为重要。生物-生态修复技术主要包括人工曝气复氧、底泥污染控制、生物强化人工河道、自然河道生态塘、生态沟渠、生态修复耦合系统、生态护岸等技术, 是生态修复和构建自然环境和人居环境和谐统一的主要技术。裁弯河流的恢复则可利用弯曲河流消耗河流能量强化河流的自净功能, 同时恢复河流的天然景观, 是实现流域中河流回归自然的重要改造措施。鱼道恢复则是近年来河流系统生态修复中最受关注的问题之一。

12、西方国家在进行河流修复时普遍注意了鱼类通道的重建。水生生物群落修复技术利用生态学基本原理以及水生生物的基础生物学特性, 以人工和生物调控相结合的方式改善水体生态环境条件, 通过引种移植、保护和生物操纵等技术措施, 系统重建水生生物多样性。河流生态修复技术是与河流各项功能相对应的。通过这些修复技术, 使得各项功能恢复到可以接受的程度, 从而达到恢复河流系统健康的目标。由于生态修复技术是将河流作为一个生态系统进行整体考虑, 因此每一项恢复技术都可能对多项功能修复产生作用。1.4河流生态修复的步骤(1) 制定总体目标(2) 协调分目标(3)分析目标要素(4) 确定修复方案。河流生态修复的总体目标是恢

13、复河流系统健康, 实现河流和人类的和谐发展。对于特定的河流, 应具体分析河流的主要功能以及它们之间的关系, 明确各要素对诸项河流功能的重要性以及各项功能对河流系统健康的权重。功能分析的主要工作是功能指标的亏值比较和约束条件分析, 明确受损的河流功能要素及其受损程度。约束条件分析重点对气候、地形条件, 河流现状, 污染源状况, 人口规模和结构, 社会经济水平, 利益相关者, 土地利用, 城市规划, 城市相关管理机制等九个方面进行分析, 以便确定河流治理修复的阶段和相应的修复措施。修复方案的确定需要括四个步骤: 明确修复阶段, 排列优先次序, 制定修复措施, 维护修复成果。在搞清具体河流的受损功能

14、、受损程度和河流所受的约束条件后, 便可首先确定河流修复所处的阶段。然后, 据此根据对各个河段特征和问题的认识、受损程度和修复的难易程度对河段修复次序进行排列,因地制宜地选择合理、有效的修复方法。受损河流系统修复是一个十分复杂而漫长的过程, 各种措施带的最终效果具有一定的不确定性。为了全面、谨慎地考虑各种可能的负面效果, 避免或减小负面影响, 必须对河流进行适时的监测和评估,以便在必要的时候及时更改修复措施, 调整和完善修复工程。另外, 河流系统非常复杂, 它对各种措施所作出的反应非常慢, 这就需要对河流治理和修复给予长期、持续的监测和评估, 判断河流治理修复的成效, 总结治理修复工程的经验教

15、训。河流生态修复的总体目标是恢复河流系统健康, 但河流的生态修复实际上是一个多目标、多层次、多约束条件的综合问题。在目标层面, 需要通过协调满足河流各项功能获得相对满意的优化结果; 在措施层面, 需要有针对性地找到有利于河流各项功能修复的有效措施。1.5生物对水环境的检测生物监测将更多的目光集中在多种生态胁迫对水环境造成的累计效应上。而对于应用生物方法评价河流健康的方法，选择何种指示生物是生态系统健康评价的关键。目前研究中，用的较多的水生生物主要是藻类（以硅藻为主）、无脊椎动物和鱼类。如，使用硅藻相关指数ISP和GDI反映水环境的腐生程度、TDI反映水环境的营养程度。尽管关于河流健康评价的方法

16、很多，但从评价原理上，主要可分为两类：一类是预测模型方法（Predictive Models）。这类方法通过把某些研究地点实际的生物组成与在无人为干扰情况下该点能够生长的种进行比较而对河流健康进行评价。另一类方法称为多指标方法（Multimetrics），该方法通过对观测点的一系列生物特征指标与参考点的对应比较并计分，累加得分进行健康评价。它构建了基于河流水文学、形态特征、河岸带状况、水质及水生生物5方面、共计22项指标的评价指标体系。这一方法是对河流各方面特征的综合评价，其结果更加全面、客观。植物修复功能性微生物，又称为促植物修复微生物，从广义上讲，是指存在于植物体内、体表或体外，通过自身行

17、为或与修复植物共同作用，能够对植物修复过程产生直接作用或间接促进作用的各种微生物的总称；狭义上讲，目前主要指参与植物修复的植物内生微生物、根际微生物和菌根真菌三大类群。目前，植物修复功能性微生物主要按其作用方式进行分类。植物内生细菌可以在植物维管柬中降解有毒有机污染物而促进植物对污染物的代谢。2生态水力学应用：2.1关于三峡大学求索溪的综合治理 主要问题：求索溪是三峡大学校园内连接莲心湖与文思湖之间的一条校园景观水系。求索溪两岸绿树成荫、百花似锦，远处深林密菁、错落有序地排列着教学建筑群体。求索溪上还建有五座世界著名的不同坝型的水坝和水电站微缩景观，将水电工程知识寓于风光之中，是小规模的世界水

18、电之窗，充分体现了三峡大学突出水电的办学特色。但是由于求索缺乏活水，而且东苑，生命科学楼，沁苑的生活废水都直接排往求索溪，出太阳时，溪水散发出难闻的气味。由于求索溪水体的富营养化，造成水中水生植物疯长，水体发绿，很多鱼都由于缺氧而死亡。求索溪的现状严重影响了学校的整体面貌。现结合实际情况，对求索溪的生态水利治理主要从雨水收集（解决缺少源头活水问题）和污水处理方面进行设计。2.2各个点代表的含1.东苑山区的蓄水池，可以把以后收集到的多余雨水储存到这里2.雨水收集池的闸门口3.机械学院处的排污口（主要污水汇集区）4.生命科学楼排污口（主要污水汇集区）5.沁苑主要排污口（主要污水汇集区）6.雨水收集区7.小型污水处理厂的位置（核心）2.3主要设计方案首先由于东苑和南苑地势都较高，所以污水或雨水汇集到7点的污水处理厂都不需要提供任何辅助设备。在该处设置小型污水处理厂，是因为这是学校唯一还可以修建筑的地方，且环绕翠屏山，依山而建，周围又有很多树，不会影响学校的整体建筑布局。在污水雨水的收集方面。按照上面各个雨水收集点的位置，他们高程都比这污水处理厂高很多，所以不用借助任何设备都可以把水收集到这里。还有就是它离各个污水 雨水收集点都很近，收集也方便。由于各个输水管道都不经过大马路，直接用塑料管子就可以，减小了工程的造价