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中图分类号:X171.4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)22-0301-01
1.引言
城市河流对社会、经济发展以及生态保护具有十分重要的地位。城市生活环境具有密集性,对与人类关联密切等特点,一旦出现城市河流水环境污染并且污染超出自然消化能力则导致城市河流区域乃至整个城市出现生态平衡损害[1]。因此,研究城市河流水环境生态修复途径与模式,对于城市水污染治理,维护自然生态平衡,具有重要的意义。
2.传统修复途径存在的问题分析
传统的城市河流水环境修复途径一般为截污和清淤,这两种途径都存在着很大的局限性。因为河流为开放性系统,其受到外部相关联环境因素的影响而无法“独善其身”。比如,河道沿岸种植物,城市地下污水排放,沿岸雨水汇集等因素都将可能将氮、磷、碳乃至重金属元素带入河流之中,从而导致河流水质环境被动恶化。
针对上述问题采取截污措施仍然无法有效的解决氮元素污染难题。这是因为大气中的氮元素仍然可以通过河流中的藻类植物进行吸收。所以,要想精确调节住氮的关联源,对富营养化水体来说,是非常困难的。除了氮元素的关联污染之外,磷元素也具有类似效应,磷元素与藻类互相作用以至于富磷情况下水体磷元素过量储集而造成污染。
根据以上分析,采取传统的截污和清淤途径难以有效修复城市河流水环境生态。
3.城市河流水环境生态修复模式
城市河流水环境生态的修复难以简单地通过人类活动的退缩而恢复到过去的状态。概括来说,水环境生态的修复有四种模式可以选择,即复育、修整、改善与再造,这四种模式的概念及特性如下:
1)复育。对现有水环境生态经过人工措施,使其各种组成、条件、功能、景致等都能恢复到未受干扰前的状态。
2)修整。针对城市河流某个特定的生态环境扰前应具有的部分重点特征,经过人工措施,使其能重现这部分的功能、特性。
3)改善。采取人工方式改进城市河流水环境生态中某些功能,但无须考虑是否为原有的环境特性。
4)再造。又称重构,即重新“构造”一个城市河流水环境生态,即使此环境中所包含的特性从来未出现在原区域中。
无论是复育或修整原有的水环境生态,还是改善或再造新的城市河流生态,均须考虑河流区域气候、水纹环境特点,将生态安全作为水环境生态修复的前提,包括:一、增强对城市河流生态的调控能力,将污染负荷的变化控制在水环境生态系统可承受能力之内;二、强化、改进城市河流生态系统的自我修复能力,使水环境能够抵御环境变化的不利影响[2]。
4.城市河流的生态修复措施
岸堤是城市水环境的基本要素,对河坡与浮石带、湾区和等部位进行结构研究的基础上,设计城市河流地带的生态工程和宜居景观。
分别针对城市河流的各段岸线采取引水冲污措施即通过清洁江河水置换河道的污染河水,从而实现生态岸堤的滞洪补枯,涵养水源、改善生境以将原污染河道中的污染物稀释或带入下游,在护坡上种植柳树芦苇等耐湿喜水性植物降低河道的污染负荷以提高河水的自净能力。
城市河流岸堤的生态修复关键一点是护岸设计。针对底泥中的有机物在细菌作用下发生分解使河水变黑变臭问题,采用“设计遵从自然”的城市河流规划的新观念和新方法降低水中的溶解氧浓度,同时产生硫化氢、磷化氢等恶臭气体。选用改进岸堤技术新建河堤解决常年冲刷和上游环境的恶化造成的严重水土流失问题。改进的岸堤采用前缘为砂质河滩,可以单一出现也可成为一组大致平行的堤出现,构建岸堤的材料可以为砂质、砾石材料、水泥材料等结合混凝制成。才去的方案充分考虑城市河道的生态、经济和社会效益,达到生物多样性显著提高,重建强有效的水环境自然生态平衡。
河流进入城市中心区后,鉴于城市用地的局限,无法采用宽体式斜坡护岸技术,主要是采用立体式石砌生态护岸技术,并辅助种植耐阴植物以调节环境温度、湿度、吸附消化有害气体和灰尘,建设形成滨水生态空间,丰富水景景观。
在植被选择上,综合搭配基本草种、树种和花形成具有不同高度、适应四季、错落有致的植物区。利用植物区实现气复氧技术用于应对河道的突发污染即在适当的位置针对河水进行人工复氧,提高水体的溶解氧水平。选用沉淀剂净化水体,恢复水体中好氧生物的活力,用活性炭吸附污染物质使水体自净能力增强,从而改善河流的水质状况,并配以微生物降解水中的有机物质重建提水、沉水植物群落吸附过量盐质。
综合采用生态清淤、底泥干化与资源化利用造岛一体化技术实现城市河流生态修复,并辅以生态工程技术措施,有效滞纳、吸收、转化、降解各种污染物,改善水环境;同时遵循生态适应性原则,因地制宜配置功能植物,恢复湖滨带自然景观格局和生境类型,发挥滨岸湿地植被的截污去污功能,为水生动物提供适宜的栖息和繁衍场所,完善入湖河道生态系统。
5.结论
针对城市河流水环境生态修复问题,概括了四种修复模式,并进行了分析,给出河流地貌特征的修复、河岸带的整治和重建、水文特征及生物物种的恢复途径。所提模式在城市河流生态修复实践中提供思路和借鉴。
参考文献
关键词:河道治理;河流生态修复;治理原则
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.244
1 河道治理存在的困难
我国非常注重对水资源的利用,并采取多种措施进行了河道整治,让河道为城市化进程发展发挥作用。但随着人为且不符合自然规律的干涉整治,河流生态系统遭受到乐氐钠苹担即河流出现污染、干涸等问题。因此为了使河道以正常的生态特征促进我国经济的发展,人类需要进行河流生态修复。河道属于自然生态系统中的重要组成部分,其本身具备自我生态修复的能力,然而人们常常采用人为治理的方式,对河道自我生态修复造成影响,致使河流生物逐渐迁徙,甚至死亡。人们在对河道进行整治时,会使河流、水质、植被等都产生影响,这些都是保障河流生态环境的因素,如果其受到影响,则河流生态环境则会受到破坏。
随着社会的发展,人们针对河道治理的措施越来越多,如采用各种技术和设施,使河流转向、断开、加深、拉直等,导致河道的形态被强行改变。河道形态的改变,会影响城市地下水的生态性,使城市供水出现问题。河道本身蜿蜒曲折,符合自然规律,但采用人为整治的方式,导致河道储蓄洪水能力遭受到破坏。人们采用混凝土进行改造,致使自然水体之间不能完成互动,增加洪水发生期间洪水的破坏力,同时也会增加泄洪难度。因此在进行河道治理和改造时,要考虑河道原本的形态,满足自然规律下河流本身的形态。
人为进行河道治理,势必会对自然生长的植物产生影响,很多植物会因为河道改造而逐渐死亡,对自然环境产生不良影响。如果城市主张发展旅游经济,被破坏后植物会影响城市的美感,导致其旅游经济受到影响。而且如果不针对河流和植物进行修复,则会导致城市自然环境越来越差。
2 河道治理的原则
如今人类的生产生活对自然环境的影响越来越大,且人类为了加大水资源的利用率,而采用人为整治的方式,强行对河道进行改造,致使河道生态系统受到严重的破坏。因此在进行河道治理时,不能够强行采用人为方式进行生态修复,而是需要满足自然规律和河流原本生态系统的情况下,适当地采用人为方式进行生态修复。如通过植物改造河岸的方式,进行河道的治理。河道治理工程比较复杂,且需要耗费较大的精力和较长的时间。我国应当注重对各个国家先进治理经验的学习,根据河道实际情况,制定详细的治理规划。除了考虑河道的特征外,还需要结合城市特征和发展规划,进行河道治理规划。在进行河道治理时,不能单单只考虑河道生态系统或城市经济发展,应当综合考虑所有的因素,保障各个因素的协调发展。人们之所以进行河道治理,是希望河道能够最大化满足人们的需求,因此在进行河流生态修复时,要考虑人类的需求。如果城市发展和生态环境出现矛盾,则需要着重考虑生态环境,避免生态环境恶化,影响城市的发展。但仍然需要注意,河道治理不仅仅是自然生态系统的一部分,也是城市规划发展的重要组成部分。
3 河流生态修复技术
3.1 河道形态的修复
人为进行河道修复主要是进行缓坡或低坡的改造,将已经难以发挥作用的拦河坝拆除。同时为了保障河流水体的流动性,需要建设通道,促使河流恢复生态流动的连续性。另外还可以通过建造和埋设沟壑的方式,确保水体流动性更加符合自然规律。为了使河道的泄洪能力得到提升,应当进行堤线和滩地高度的改造,使河流具有增多的流动空间。
3.2 河床断面的修复
人们在进行河床断面的修复时,主要是针对护岸和护坡进行改造。人们之前在进行河道改造时,会在河床上铺设硬质材料,不利于河流生态修复,因此需要将硬质材料拆除,并结合河道实际情况采用石头或鱼巢的方式,进行河床生态修复。另外,还可以根据河道的径流进行河道的拓宽,可以根据相应的分级方式,将河道径流分为多个不同的等级,随后径流级别进行改造。针对已经暴露时间较长的河床,可以通过种植植物的方式,保障河床的生态型建设。通过种植植物进行河床的改造,还可以增加河道的美观性,并对河流水质净化起到作用,符合城市发展规划和生态系统修复的要求。
3.3 河流水质的修复
生态浮床技术、河道曝气技术、外流引水稀释冲刷技术及底泥疏浚等都是目前水质修复的常用方法,生态浮床技术主要是利用水生植物进行河水水质的修复,即通过水生植物及其他物种的关系,提高人工生态系统的作用,以达到降低河流污染的目的。河道曝气的主要作用是河流水质实现自我净化的能力,即通过加速复氧过程,提高河流生物的活性。外流引水稀释冲刷技术,主要是通过引入外流,降低河流的污染负荷,但通过外流引水的方式,会导致河流本身水质受到影响。底泥疏浚的主要作用是清除河流底部的毒害物质。在城市的发展中,工业废水和生活废水对水资源污染效果比较严重,因此在进行河流水质的修复时,还要进行各类废水的控制,避免因为废水过多,污染过于严重,而导致河流水质修复无法产生作用。
3.4 河流生态修复材料的应用
植物是最常用的河流生态修复材料,如芦苇具有净化水质的作用,且其对生长条件的要求不高,因此可以通过大范围种植,促进河流生态系统的修复。另外生物相容型材料具有透气透水等优势,满足多类植物的生长需求,同时其还具备吸附微生物的作用,达到水质净化的目的,因此可以使用发材料进行河流生态修复。
4 结束语
综上所述,随着城市的发展,人们为了使水资源满足生产生活需求,而对河道进行整治,导致河流生态系统受到破坏,出现水资源污染、干涸等情况,因此需要进行河流生态修复。通过上述分析可知,河流生态修复属于复杂且耗费时间较长的工程,需要进行完善的规划,确保河道具有生态性,并满足人类的需求。
参考文献:
[1]徐世辉.基于河道治理的河流生态修复的探讨[J].农民致富之友,2014(18):288.
关键词:河道;水系;生态修复
1 北沙河概况
北沙河为太子河的支流,其为双源河流,两个源头发源于本溪市的朝仙岭和抚顺市的班猫岭。主河道全长为117km,流域面积为1534km2。20世纪80年代初的北沙河,河水清澈,鱼虾等水生物丰富,河岸植被繁茂,沿河没有污染排放的企业,河水没有污染。后来,由于认识到农田土地的重要性,农民开始开荒耕种,田间地头,5°~10°以上坡地遭受垦殖,破坏了原有生态,造成水土流失,使河水变色。再加上各种选矿厂的不规范生产,向河内排污,水生物已很少见,水质为Ⅴ类以下。
2 北沙河流域存在的问题
2.1 水质波动较大
由于近年来沈阳市加大了对沈阳市各河道流域的整治力度,各条河流的水质状况有了明显提高,城市段可达到Ⅲ类地表水体标准,其余水体达到或优于Ⅳ类水标准。但目前北沙河的水质随季节以及监测地点的不同变化较大,从水体监测指标变化规律来看,遇有雨雪天气,地面径流会将城市或支流水体中的垃圾、污染物带入水体,由于没有缓冲或稀释系统,导致河流水质瞬时波动较大。另外,当河流水体的理化条件、动力学条件、污染物浓度梯度发生变化时,沉积在河流底泥中的污染物可能在河流水体的冲刷下,随同悬浮物质的再悬浮而重新释放至河流水体中,并对河流水质造成一定影响,尤其是在影响河流水质的污染源得到有效控制的条件下,这种影响表现的尤为突出。
2.2 河道水生态系统脆弱
为了自身的防洪安全和经济发展需要,多年来人们对各河道流域进行了大量的人工改造,并进行了大规模的开发利用,兴建了防洪、除涝、引水、通航、灌溉、景观绿化、挖沙等多方面的工程措施,这些工程措施在产生巨大的社会效益、经济效益的同时,也对河流域的生态系统产生了不同程度的胁迫效应,造成淡水生态系统退化、生物群落多样性降低、自然河流非连续化、滩地和洪泛区生态功能退化等负面影响。
2.2.1 生物多样性丧失。河道流域的生物多样性丧失主要是受到人类活动和自然环境改变所致。主要表现为:
环境污染造成某些水域水生生物锐减,局部河段水生生物绝迹或水体富营养化。大量施用农药化肥,含磷洗涤剂,使某些水生生物种类灭绝。非法捕捞、挖沙,使水生物种类逐渐减少,使遗传资源大量消失。绿化及景观建设过程中大面积单一种植植物品种导致土著植物种群消失,引进植物品种适应性较差,生态系统脆弱,生物链断裂。
2.2.2 生境多样性破坏严重。由于工程措施大量在河道流域上进行应用,导致河道流域的生境多样性破坏严重,自然界的河流大多数都是蜿蜒曲折的,河道也是处在不断演变之中的,弯曲与自然裁弯取直交替发生。河流的这种蜿蜒性使得河流形成主流、支流、河湾、心滩等丰富多样的生境,由此形成了丰富的河滨植被、河流植被,可为鱼类、鸟类和两栖动物等提供繁衍栖息的场所,但由于拦河筑坝、削坡建渠、填河挖沙等工程措施导致生境多样性严重破坏,最终造成大量生物迁移或灭绝。
3 北沙河河道生态修复方案
河道水体修复技术是利用现有污水处理技术与生态技术相结合的方式,达到强化水体生态自净能力的目的。通过我们对北沙河苏家屯段的湿地调查,确定可在五处公路桥附近河道平缓、植被丰富、面积较大的区域开展河道修复技术的应用。
由于各地块位置、地形、面积、水深、土壤条件、植被覆盖等差别很大,所以在设计的过程中应因地制宜,根据不同地块的基础条件,尽量用最简单的工程措施,进行滨河湿地系统的建设,主要建设系统包括稳定塘系统、功能表流湿地系统、生态护岸系统、辅助设施。
3.1 稳定塘系统
稳定塘是一种利用天然净化能力对水体进行净化的构筑物的总称。其净化过程与自然水体的自净过程相似。通常是将土地进行适当的人工修整,建成池塘,依靠塘内生长的微生物、植物等来净化水体。由于浑河、北沙河、金沙河周边有许多挖沙后遗留的沙坑,有些已经改造成鱼塘或闲置,可利用这些沙坑进行适当休整建成稳定塘系统,根据沙坑水深的不同,可设置不同类型的稳定塘。
3.1.1 滞留塘湿地。为使湿地系统的河水水质均匀稳定,并给整个湿地系统的鱼类在冬季提供存活的空间,设计滞留塘湿地,平均水深为2.0m,采用自由表面流湿地形式。在滞留塘湿地周边水深小于1.0m处种植挺水湿地植物菖蒲、芦苇等。
3.1.2 生态稳定塘湿地。为使滨河湿地生态系统稳定,设计生态稳定塘,平均水深为1.2m,采用自由表面流湿地形式。在稳定塘湿地周边水深小于0.6m处种植挺水湿地植物菖蒲、芦苇等,在水深大于1.0m处种植浮水植物荷花、荇菜等。
3.2 功能表流人工湿地系统
对河道地块中面积比较大的滩地进行一定的工程措施干预,并合理配置种植多种水生植物,形成功能表流人工湿地。
3.2.1 湿地地形修整。功能表流湿地系统的营建其首要任务就是要通过工程措施平整局部地势、削低过陡地形、规整水面形状,改善和营造湿地植被和水鸟的生存环境,增加湿地生境的异质性和稳定性,完善河道流域的湿地生态系统结构,恢复湿地生态系统功能。具体包括陡坡整理、浅滩湿地营建、生境岛营建以及小型水面规整等方式。
3.2.2 湿地植物选择。湿地植物是湿地系统的核心,通过湿地植物的生长不但可以增加湿地植物种类和面积,同时还能绿化土地,改善区域气候,促进生态环境的良性循环,吸引、繁衍多种湿地动植物,增加湿地系统的生物多样性,本工程针对北方地区湿地的特点,从北方湿地植物的生长状况,环境适应性,抗病虫害能力以及群落配置、合理布局与景观美学等方面选择适宜的湿地植物种类。
3.2.3 湿地植物的配置。合理优化的物种选择与群落配置是增强湿地系统稳定性和提高景观效果的关键因素。
根据环境条件和群落特性对先锋物种与其它本土物种的分布进行调控,配置多种、多层、高效、稳定的植物群落,形成稳定可持续利用的生态系统的目的。
首先根据适应性、本土性、可操作性的原则,可选择选择芦苇、茭白、菖蒲、香蒲等作为先锋物种。搭配多种其它湿地植物与旱生植物,另外,湿地植物种植密度的确定也是十分重要的,种植密度过低植株易受到其它物种的竞争影响正常生长,而过密容易引起营养供应不足,植株矮小,抗病虫害能力下降。
关键词:铜陵市;河流;健康度
中图分类号:X826 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)09-0249-01
1 河流现状概述
铜陵地处长江铜铁矿带上,拥有得天独厚的自然条件,其中有色金属产量位居全国前列。已开发的矿产地多大100多处,按其成因可分为内生与外生,工业分类可分金属矿产、非金属矿床。铜陵地区的金属矿产地主要分布于山地丘陵地带的几个山脉中。而铜陵地区受季风气候影响,水资源丰富,其流经水域为长江中下地段。
2 河流健康度评价系统建立
2.1 河流系统功能分类
(1)输水功能。河流的输水功能可接受地面及蓄水池溢出的积水,通过自然界的水循环,使河流的水量水质维持动态平衡,为动植物提供必不可少的水分。其河流沿岸的缓冲湿地也是其输水功能正常运行的重要保证。(2)航运功能。河流的航运功能极大地方便了地区之间的物质流动,并且减轻了陆运和空运的压力。同时,人们常常通过底泥疏浚,改变河道,修筑水坝等人工行为增强航运功能。(3)输沙功能。输沙功能是河流自带的重要功能。一个完整的河流系统按不同流段的分类主要有产沙带、输沙带、沉积带。河流输沙能力的满足可使河流健康的发展。(4)发电功能。河流因地形与地势的高度差形成了丰富的重力势能,通过修筑水坝和堰可使部分势能得到利用,使之转化为电能。(5)供水功能。河流作为水源地的重要组成部分,使人们获得淡水资源最方便的途径之一。从原始的取水方式到现在的水库、管道系统供水,跨省分跨流域的南水北调工程。这都是供水功能在河流实际功能中的体现。(6)自净功能。河流的自净作用是现代污水处理技术的基础。再污染总量在河流环境容量内时,河流通过物化和生化的过程使水中的有机物得到降解从而恢复河流本来的样子。这一过程就是河流的自净过程。(7)生态功能。河流是水生动植物栖息之所。河流的生态功能主要体现在水中生物多样性及各类生物对环境的适应性和抵抗力上,是维持河流生态系统中生物和周围环境动态平衡的重要因素。(8)景观娱乐功能。河流景观娱乐功能是河流系统功能的重要组成部分。现在越来越多的人认为,河流的自然循环及河流生态系统的稳定也是景观娱乐的重要组成。
2.2 河流健康度评价
本次河流评价方法使用多指标评价法。可分为以下9各指标:河流断面形态受损程度、水深河高、发电流量、输沙水量、供水水量、供水水质、含氧量值(Do值)、生态多样性指数、植被覆盖率编为A1-A9。
式中:Hb为生物多样性指数;s为物种数;pi为物种i的个体数占总个体数的比例。
上述9项指标总分为270,以次为依据分河流的健康度为优、良、差,达到243及以上即为优,达到162及以上即为良,108以下为差。
3 河流治理建议
对于河流湖泊的生态修复,将治理措施大致分为两类:一类是环境技术,即用水处理技术消除进入水体的N、P和有机污染物等,如截污分流和污水集中处理,这主要用于各矿区及主要工业园区的点源污染控制;另一类为生态技术,即改善生态系统和周围的环境、减少不理的理化因素,如底泥疏浚、水生植被恢复等,其目的是控制面源污染,加强湖泊的自净能力。另外,修复河流的生态功能分区是对河流进行适应性生态修复的必要前提和基础,可为制定生态修复目标提供科学依据。实现对河流的功能区分类可保持河流的生态稳定性和抵抗力[2]。
将上述措施分类为主要三阶段即:河流管制阶段、河流物化治理阶段、河流生态修复阶段。河流工程控制阶段:在该阶段中,我们可以通过河流改道、疏浚等工程手段使河流水量不足、河床形态发生的改变得到不同程度的缓解。使河流蓄水、输沙、供水、生态、景观娱乐等功能得到修复。河流污染治理阶段:河流污染治理阶段的重要标志是河流的严重污染。在本阶段中,我们需要通过物化的方式是河水变得示意动植物生长。河流生态修复阶段:生态修复阶段我们可引入当地植物,满足河流的生物多样性。
4 结语
在铜陵地区要加强污水管网建设,各矿厂都应配备独立的污水处理系统,可运用活性污泥与生物膜相结合的处理方案分别去除水中的COD与重金属,如有能力可设深度处理设备如活性炭吸附等使出水水质到达中水回用标准,做到水资源的循环利用,改善矿区的水质问题;居民生活污水应集中统一处置,达标后才能排放。而在流域内推荐使用生物堆肥技术,减少对化肥的利用,改善河流的富营养程度。
参考文献
关键词:河流治理;基本原则;修复任务;技术;重要性
0..引言
由于我国的中小型河流非常的多,而人类活动的延伸使得我国中小河流存在着退化的现象,以及山洪灾害的日益加剧。而城市的形成和发展,离不开城市河流,河流就作为其重要的资源和环境的载体,而河流生态的退化,让我国对河流的治理及其生态系统功能的完善化就显得格外的重视了。水生态系统是一个依赖水生存的多样群体,对维持全球物质循环和水分循环起着重要作用。随着人们用水量的持续增加,以及人们对水生态系统日益严重的干扰,中国水生态系统受损严重。水生态系统修复即指通过一系列保护措施,最大限度减缓水生态系统的退化,将已经退化的水生态系统恢复或修复到可以接受的、能长期自我维持的、稳定的状态水平。
1.我国中小河流治理存在的问题
(1)缺乏系统治理,防洪标准偏低;(2)洪涝灾害频繁,人员伤亡严重;(3)管理薄弱,河流规划和整治的前期工作滞后;(4)未注重河流系统性作用;(5)投入不足,治理任务艰巨;(6)经济发展与河争地问题凸显
2.中小河流治理规划应遵循的基本原则
(1)遵循自然原则。根据河流生态系统的自我调节能力,合理利用,适当的进行人为改造,保证河流系统自然、健康发展,构建河流与人类的和谐关系。(2)功能协调原则。在河流的不同时期和不同河段有着不同的功能需求,因此主要功能要优先考虑,各项功能相互协调。(3)生态循环与平衡原则。生物多样性是维持河流生态系统平衡和健康的基础,增加河流系统的生物多样性,使河流系统的物质和能量处于良性循环。(4)景观美化原则。经过河流生态修复后,可以给人们带来美好的享受。依据景观生态学原理,增加景观异质性,保留原河道的自然属性,运用植物以及其他自然材料塑造亲水的河流景观,突显城市地方特色与文化。
3.河流水系生态修复的任务
河流水系生态修复的任务:(1)改善水质、水文条件。包括水力学条件、水量等方面的改善,合理配置水资源,维持最小生态需水量。控制污染源头,提倡清洁排放改善水质。(2)改善河流地貌特征。恢复河流的横向连通性和纵向连续性,扩大滩地,防止河床材料硬质化。(3)稀有、濒危物种的恢复。恢复水陆交错带植被,注重河流生物栖息地的建设。
4.河流生态修复技术
(1)在保证防洪安全的前提下,合理拆除阻水结构,将人造化的矩形、梯形断面修整为自然形态,根据河流生态学理念,宜宽则宽、需弯则弯,保持河道的自然平面形态的同时,满足河道的排涝泄洪以及抗旱引水需求,处理好生态保护及土地规划利用两者之间的关系。
(2)河流护岸的生态修复可采用石块、木材、植物或者其他的透水性材料代替硬质材料对河岸进行加固处理,保证河床的稳定同时防止河道的淤积,不阻碍河流中的物质与岸边物质能量交换,改善地下水补给与地表水质量,生态护岸为植物提供了生长的良好条件,能成为动植物的栖息地。
(3)除恢复生物栖息地以外,还需培育物种,来达到物种多样性的目的。人工和生物调节相互结合,在防止外来物种对本地物种造成侵害的前提下,通过选育、培养、引种以及种群动态调控等生物技术,再加以保护,恢复生物多样性,增加水体自净能力,改善水体生态环境。
5中小河流治理中生态修复的重要性
中小河流承载着调节局部气候、淡水供给、为多种生物提供栖息地的作用,沿岸有活跃的物质、养分和能量流动。自然状态下的中小河流堤岸往往物种丰富,生产力高。因此,生态河流研究的空间尺度应该是对河道具有直接影响的空间,主要包括河槽、河堤、河堤背水坡及其护堤地5~10 m(没有堤防的河道为河口两侧外20~50 m)的范围。天然河道系统内的水量、水质和生物三者相互联系,相互制约,共同构成河道生态系统。自然河道堤岸是生物活动最为活跃的区域,其间植物、微生物的存在为河道生物及水质自然净化带来了活力。然而,不合理的河道治理工程势必引起生物生境的破坏,长河道边坡是由多种异质性很强的生态因子描述的生境,形成了极为丰富的流域生境多样化条件,这种条件对于生物群落的性质、优势种和群落密度以及微生物的作用都产生重大影响。
下面根据流域水循环过程与天然生态系统、河湖生态系统、地下水生态系统和人工生态环境建设用水的关系,本文提出了区域生态环境用水体系及分类,为生态环境用水保障提供统一的技术平台。见图。
生态环境用水体系及其分类图
关键词:河流生态系统 水土保持 生态修复 景观生态
Abstract: in this paper JinShanHe huizhou small watershed water and comprehensive environmental engineering as an example, based on the river coast characteristics, analyzes the problems in the river regulation. From the landscape ecology, the application of interdisciplinary, take ecological water, the replacement, the ecological riverbank and sediment plant design and other measures to restore and protect river corridor.
Keywords: river ecological system of soil and water conservation and ecological landscape ecological restoration
中图分类号: S157 文献标识码:A 文章编号:
随着社会、经济的发展,在城市河道中,人们对回归自然、亲水、景观与文化等越来越重视。河道整治工程中的水土保持工程已由单纯对裁弯取直护岸修筑浆砌石挡墙或砼护坡、铺设草皮,发展为应用景观生态、水利学等多学科、以河流生态系统为中心,集防洪效应、生态效应、景观效应和自净效应为一体的新型水土保持工程。这里以广东惠州市金山河小流域和水环境综合整治工程为例,简述多学科交叉在景观生态规划和水土保持方面的应用。
1项目背景
金山河位于广东省惠州市惠城区,广东省东南部珠江三角洲丘陵区,属亚热带季风气候区属南亚热带季风气候,土壤以红壤、赤红壤为主,植被类型为亚热带常绿阔叶林,林草覆盖率大于80%;水土流失等级多为轻度流失,为典型的水力侵蚀区,局部存在重力侵蚀,土壤容许流失量为500t/km2・a,为广东省水土流失重点监督区。
金山河整治河道总长度为10.09 km,其中金山河河道长6.529km,横江沥河道长3.414km。金山河河道坡降0.28%,横江沥河道坡降0.26%,总控制集雨面积20.78km2。,金山河下游河道弯曲狭窄,河床淤积严重,并且污水横流,水质发黑发臭。横江沥位于市中心区,其下游段长1.5km全部为盖板暗渠;上游段为矩形明渠。
2金山河沿岸特征与面临问题
2.1河流生态系统简述
河流生态系统是流域生态系统的一部分,沿河生态廊道是城市护城河的重要组成部分。生态廊道主要由植被、水体等生态性结构要素构成,分为宏观和微观两个方面。从宏观方面看,城镇地区,把于河岸栖息地有关的、天然游荡河流所需的河道所需的范围划为河流廊道的基本范围。从微观层面看,河流廊道的宽度和剖面形态,应由功能确定[1]。河流廊道的宽度要保证行洪安全和促进廊道内动植物沿海迁徙,剖面结构应包括河槽、河漫滩、河岸以及至少在一侧、具有一定宽度的、连续的河流阶地动植物带。这对行洪、水土保持和提供游憩等具有重要价值。
理想城市河流生态系统包括洪泛区、滨水区、过渡区和外部区。人类社会生产、生活如工业化、修建渠道等常改变河流廊道的结构和功能,不利于河流廊道水体流动和生物迁移,也极易造成水土流失其中,河道边坡是河流域陆地生态系统之间的过渡带,是城市河流生态系统的重要组成部分,其在水土保持、防洪行洪、净化水体等方面具有重要的功能[2]。对河道边坡进行合理改造是重塑河流生态系统的重要手段。
2.2金山河整治工程面临问题
一直以来,金山河是惠州市中心区洪水的主要下泄通道和市区工业、生活污水的受纳河道。面临问题主要有:
(1)河流基本呈直线,形态单一:河道裁弯取直,使天然河流主流、浅滩和急流相间的格局被改变。在横断面上,河床断面为矩形断面,在某种程度上往往会对生物的多样性造成影响,而且造成现状河道滨水景观缺乏。
(2)河道护岸硬质化,河流污染严重,河流生态遭到破坏:河道护岸硬质化现象突出,造成径流减少。河流沿线工业区和商业区排污均为雨污合流管道,集雨面积内的雨水和服务片区内未被截排的污水均由管网排入河道,河流污染严重,水生动植物无法生存,致使河道流域自净能力丧失。
(3)河道亲和力差:现状河道基本上为砼或浆砌块石矩形明渠或暗涵的形式,缺乏适用性;河面与河边道路有一定高度差,可亲水性较弱。河边缺乏活动场所和活动平台,人的参与性很弱。
(4)两侧绿地被占用现象严重,水源涵养林林相单一:部分河段植被虽丰富但种类单一,河岸植被群落缺乏。山林植被主要是以桉林、果林为主,林相单一,不利于涵养水源。2.3整治目标
防洪排涝:应用水利工程手段,对河道进行清淤疏浚、岸坡达标加固、阻水建筑物改造;截污治污,漏排口点式截污、上游总口截污、沿河线式截污;
生态修复:内河上游建水库自流、外江上游河口建泵站倒灌,改善水循环,加快水体置换;通过分析河道生境,完善绿地系统,建立特色、安全、稳定的水环境,强化“山与水”、“城与湖”、“景与人”的生态文化意境,结合河道流经路径,合理布局种植设计,营造生境斑块,完善物种多样,使之成为自然之河、生态之河。
景观美化:沿河多景点串联,打造“两河四岸八景”的景观格局,完善运动、演艺、市民休闲等场所空间,为居民提供宜人的滨水活动空间。
3设计对策与景观构成
针对上述问题,结合本案例为改建工程,本案例尝试对河道分段设计,逐步恢复河流生态系统。
(1)满足生态需水量,兼具防洪排涝功能:通过截排初雨治理面源污染以提高水质保证率,为流域生态环境的改善和生态安全基础;远期在流域周边实现雨污分流后作为初雨截流系统治理面源污染。
从纵向上修复河流蜿蜒性,利用生态水库从上游补水、设立泵站抽水向支流以下河道补水。水库为以生态补水为目的,汛期下蓄水同时适当应用洪水调度使用河道行洪,枯水期补水。
(2)河道疏浚及底泥置换:鉴于原有河道底质已遭受严重污染,除了清淤外,应对部分河道底质进行无污染置换,本次设计拟对金山河局部河道作底泥置换。底泥置换时应用生态混凝土,其缝隙还能为水中动物提供营造洞穴的条件,改善水中动物的生存环境,净化水质,同时避免河道硬底化。施工期在河道中设置施工围堰,并对岸坡进行铺草皮绿化,此外还应设置临时截排水、沉砂措施、临时覆盖等水保措施。
(3)生态河岸:在护岸设计时,设计形式多样,高低错落的亲水平台,建立配套设施,为人们提供休憩空间。减少采用路面及地面硬化、浆砌石挡墙、钢筋混凝土挡墙、钻孔灌注桩以及砼护坡工程措施来减少水土流失,尽量采用植物措施来防止水土流失。
人工自然型河岸:金山河上游段已有居民区,左岸保留现状,挡墙立面做景观化处理。右岸在常水位高程处布置宽约2.8m的人行步道,人行步道以下分别为生态混凝土挡墙和素混凝土挡墙,再向右作1:2放坡后采取草皮护坡,并对布置景观节点。
自然型河岸:种植植被,左岸现状挡墙仅作景观化处理,左、右岸在常水位以上1米高程处布置宽约2.4m的人行步道,人行步道以下分别为生态混凝土挡墙,生态混凝土砌块箱体内在填充碎石,常水位以下种植芦苇、菖蒲等水生植物,常水位以上种植湿生植物;人行道以上再向右侧做1:2放坡后采取草皮护坡和小灌木,恢复河流缓冲带。
(3)滨水植物带建设与恢复:选用植物使遵循生态多样性原则,选用岭南乡土树种形成复层的生态绿廊,注重植物季相变化,共同构建金山河崭新面貌。并对河岸栏杆进行设计改造,护坡增加生态石笼垂直绿化。
乔木选用了小叶榄仁、秋枫、黄槐、凤凰木、红花羊蹄甲、尖叶杜英等,灌木选用了黄金香柳、美丽针葵、金边万年麻、洋金凤、狗牙花、红花夹竹桃等,地被选择了大叶龙船花、栀子花、蜘蛛兰、鸭脚木等,水生、湿生植物选用菖蒲、芦苇、千屈菜等。
植物措施的实施,可以增加河道旁的植被覆盖率,减少面,同时乔灌草的结合,可以多层次的拦截降雨、降低雨水的击溅侵蚀、分散水流的冲刷力,从而减少水土流失。
4结论与建议
综上所述:城市河流是城市风景线的重要组合部分,重建河流生态系统是河道整治的分析和解决的基本思路[3]。在实际应用中,使用生态补水、生态护坡的方法代替传统水土保持中的硬化措施,利用植物措施修复河流缓冲带,保证了水土保持和生态系统的连续性,有助于河流景观系统的恢复与保持。
[1]俞孔坚,李迪华,刘海龙等,“反规划”途径[M].中国建筑工业出版社.2005.24~25.
[2]李海东,林杰,张金池等,生态护坡技术在河道边坡水土保持中的应用[J].南京林业大学学报(自然科学版)2008,32(1):119-123.
关键词:水质;生态;工程设计;自然处理;人工处理
Abstract: The relationship between human and ecological environment more attention, this paper mainly to the Fengxian campus of the Shanghai Normal University campus water as an example, through investigating the status quo of the water quality, sediment, aquatic organisms, riparian, ecological environment, so as to reduce the school in the water replacement cost, save cost and get better campus environment. The method can also be applied to other regional water improvement project.
Key words: water quality; ecology; engineering design; natural treatment; artificial processing
中图分类号: Q494文献标识码:A文章编号:
1.概述
长期城市化与工业化对河流生态系统健康状况造成了严重影响,河流生态系统修复逐渐引起人们的重视。调查显示,我国90%以上城市河流受到不同程度污染,生态功能丧失现象严重[1]。近几年来,国内许多专家学者对河流水生态治理与修复进行了深入研究,苏冬艳等人(2008年)对河流治理与修复技术进行了综述[2],刘辉等(2009年)提出了利用水生态修复技术治理治理杭州河道水生态系统的对策和建议。
以水的自我调节为基础,遵从“道法自然”的自然依据,按照物质在自然界迁移、转化、流动与循环的规律,在少量人类辅助功能的帮助下,充分利用自然生态系统,与地方自然条件、社会条件和经济条件相结合,使之相互联系成一个有机系统,促进良性循环,同步增加与兼收经济、生态和社会效益。
城市河道水生态环境问题及治理现状
2.1城市河道水生态环境存在的问题
2.1.1城市河道渠化破坏河道生态系统
天然的河流、湖泊、池塘是自然变迁和构造运动的产物,但随着社会的发展,人类的开发活动,尤其是随着城市人口密集,开发建设强度大,对河道裁弯取直,修建水库和其他水利设施,以及开辟人工河道等,河道水生态系统自然属性遭受破坏,呈现出人工化、渠道化与规则化,水文流态受水利设施控制,且受到现浇混凝土、预制混凝土块体或浆砌石结构的护坡影响,隔断了地下水与土壤的联系,导致水生态系统结构单一,恢复和缓冲能力减弱。
2.1.2城市河道水体污染严重
部分工业废水及大部分生活污水未加处理直接排入河道,致使部分区域的河流浮萍藻类生物的迅速生长,水体甚至呈现红褐色,墨绿色,水体富营养化现象严重。另外由于人类保护水生态环境意识较薄弱,随手向河内丢弃垃圾等,导致部分河段水面杂物漂浮、蚊蝇孳生。据统计,中国80%的城市河流受到不同程度的污染,许多流经城市段的江河水质都劣于Ⅲ类水,河中生物基本绝迹,河流的生态功能恶化[3]。
2.1.3城市河道淤积严重
受到不恰当的城市开发的影响,使许多河流的河道变窄,河网被分割,城市建设中废物倾倒使河床越来越高,并且政府有关部门不重视河道清淤工作,没有定期对河道进行清淤,致使部分河道淤积严重,不但影响了河道水质,也严重影响了河流本身所具有的泄洪功能,加剧了城市洪涝灾害发生的频率和程度。
2.2城市河道水生态环境治理中存在的问题
通过对全国各地河道整治资料进行查阅发现,当前大部分城市的河道水质治理方面存在以下几个主要问题:利用水生态修复技术治理城市河道水生态系统的重要性依然没有引起相关部门的足够的重视,现如今河道的主要整治措施还是截污纳管、生活污水处理和底泥疏浚;一些地方虽然在整治方案中都强调了生态治水的重要性,但在具体技术上缺乏相应的实施方案和操作措施;在利用生态技术修复河道水生态的认识上存在较大的偏差,许多设计者对于河流的生态修复纯粹是从景观美学的角度出发,没有考虑河道的基本情况及其功能定位。
2.3城市河道水生态环境的一般修复方法
水生态修复是一项理论复杂、因素众多、操作困难的工作,既要因地制宜,又要符合科学,更要讲究实效。按照水生态系统的理论,结合全国河道、湖泊水生态系统修复情况的分析,修复水生态系统的主要处理技术可以分为:物理技术、化学技术以及生物技术。具体处理方法及其相应的特点见下表(表1):
表1环境修复技术及其特点
3.工程实例
3.1上海师范大学奉贤校区河域概况
由于上海师范大学奉贤校区校内所有水域均流通,故以中心河的水质数据为样本进行分析,从而对全校水质进行估计。
(1)中心河及其排水口现状
图1为中心河的卫星图,从西面起第一座桥设为桥①(玉兰前),第二座桥(三教前)设为桥②,东面起第一座桥为桥③。相关数据如下(表2):
图1中心河的卫星图
表2中心河现状相关数据
根据实地调查,大中型排水口个数及分布如图所示,小型排水口分布如下:
桥①以西,北岸有小型排水口7个,南岸有小型排水口6个。桥①―桥②,北岸有小型排水口16个;南岸无小型排水口。桥②―桥③,北岸有小型排水口14个,5个小型排水口。桥③以东,北岸有小型排水口13个;南岸有小型排水口10个。
(2)中心河水域生态环境现状
2012年7月对中心河进行了实地考察,对其水域生态环境现状的初步了解如下:
桥①至桥③的区域,湖水基本清澈,能见度较高,有鱼、虾等水生生物。桥③以东,湖水稍有浑浊,东墙周围湖水能见度低,总体流动性较小,湖水泛绿,河岸边缘及角落有浮游类植物。桥①以西区域水质情况较差。湖水呈青绿色,部分区域有轻微乳白色,湖水能见度河岸边缘大型排水口处有浮沫以及少量的上层浮油,大部分区域水质混浊,能见度低,水生生物稀少。中心河河岸由水泥石块砌筑,水域底部淤泥较厚。综上,预估中心河富营养化情况比较严重。
3.2水环境试验与监测
在2011年10月起对四个河段(为方便起见,在下文,桥①以西命名为#1,桥①―桥②命名为#2,桥②―桥③命名为#3,桥③以东命名为#4)进行为期1年的采样。因分析水域生态环境现状得出本河段富营养化情况严重,故拟测试pH、水温、DO、COD、BOD5、NH3-N,6项指标来评估富营养化情况,并对未来形成治理方案提供依据。测定方法如下[4][5]:
表3 水环境测定方法
(1)关于中心河水温T的监测值分析
从图2中可看出中心湖的水温分布均匀,4个监测点只有较小偏差,同时最高水温为#2处的28.5℃,7月; 且1月份水温均低于5℃,与上海市的气温变化同步。由于缺少近十年的当月平均水温,无法对其级别定位,仅从一年的数据观察看,水温指标满足IV类水标准要求。
(2)关于中心河pH值监测值的分析
从图3中看出PH值的变化范围为6.31~7.54,其中5月至10月呈弱碱性, 11月至4月显弱酸性,其PH值最大值出现在7月和最高水温相对应。中心河的酸碱度基本满足景观娱乐用水水质标准,但1月份测得的酸碱度超过了标准。河水的PH值是河水及其水域各种自然因素综合作用的结果。在流动河水中,氢离子的浓度并不取决于水分子的离解,而主要取决于河水中各种负离子,例如碳酸根、碳酸氢根、二氧化碳的对比关系。在富营养化水体中,随着富营养化的发展,由于藻类光合作用消耗水中的二氧化碳,致使水中氢离子减少而导致PH值升高,呈现PH值随藻类生长而显著增高趋势[6] 。
图2 中心河水温T监测值 图3中心河PH值监测值
(3)关于中心河溶解氧DO监测值的分析
从图4中可知,中心河水体中溶解氧最小值是1.6mg/L,最大值是3.78mg/L。除了7月至8月溶氧量值低于标准外,#1处溶氧量值从5月至8月间亦低于标准值,此处根据实际调查确是存在严重的富营养化以及严重的污水排放情况。洁净水体中的溶解氧一般接近饱和,如果水体受到有机物质和还原性物质污染时,溶解氧会低于饱和值,尤其当藻类在水面形成遮光阻气层时,影响大气氧和水中氧的正常平衡以及水生植物的光合作用受阻,会使低层溶解氧大幅度降低,甚至趋于零值。此时将会导致厌氧微生物繁殖、水质恶化。
(4)中心河生化需氧量监测值的分析
从图5中可看出中心河生化需氧量的变化范围是23mg/L~47mg/L, 明显高于IV类水体的生化需氧量标准值。生化需氧量越高,表示水中需氧有机污染物越多。
图4中心河溶解氧DO监测值 图5中心河生化需氧量监测值
(5)中心河化学需氧量监测值的分析
如图6中所示,中心河重铬酸钾指数较高,变化范围为62mg/L~110mg/L,最大值出现在6月的#1处。重铬酸钾指数是表征水体中可被高锰酸钾氧化的物质,主要是有机物的含量。是一项重要的水质参数。在富营养化水体中由于浮游植物强烈的光合作用生成了大量的有机体,使水体的化学耗氧量明显增高。5月至7月间,中心河的重铬酸钾指数足以体现。
(7)中心河氮氨含量监测值的分析
如图7所示,中心河氮氮浓度都较高。最大偏差为1.96mg/L。最大值出现在6月,最小值出现在11月。氮氨浓度较高时必然会导致水域的富营养化。中心湖氮氨变化范围为1.85~4.97mg/L。达到标准值仅为#3处的1,2,11,12月数据以及#2处的1月数据。且#1处的数据均高于其它监测点的数据,可见#1处的富营养化最为严重。
可见对中心湖进行整治规划势在必行也刻不容缓。
图6中心河化学需氧量监测值图7中心河氨氮含量监测值
3.3水生态环境修复
中心河是贯穿上师大奉贤校区,与新农河和月亮湖等其他水域连通,因此它不仅和其他水体一起调节了局部气候,同时也具有一定的欣赏价值。但是由于疏于管理,导致目前中心湖富营养化程度严重,生物多样性遭到破坏,因此有必要对该河流进行治理,并需要通过多种方法的结合,已到达彻底修复河道水生态系统的目的。
3.3.1处理河流底部沉积物
富营养化湖泊中的底部沉积物常是一个营养库,在一定条件下可不断释放磷,这称为内部负荷。当外部负荷减少后, 内部负荷可补偿,使富营养化现象继续存在[7]。底泥疏浚与覆盖技术是河流污染治理中普遍采用的措施之一,可以较大程度的消减底泥对上覆水体的污染贡献率,进而解决内源释放而造成的二次污染问题,并为后续的生物技术介入创造出良好的生态条件。通过挖泥疏浚可以直接去除底泥中的营养盐含量,减轻内部负荷对湖泊的影响[8]。
3.3.2水生动物修复技术
水体中的藻类除受营养物质的控制外,也受到浮游动物和鱼类的控制。因此,可以通过放养浮游动物和鱼类来达到改善区域性水水质的目的。常用于摄食藻类的鱼类有螺蛳、鲢鱼、鳙鱼、鲫鱼等。根据调查,蚌类可以将水中悬浮的藻类及有机碎屑滤食;螺蛳主要摄食固着藻类,同时分泌促絮凝物质,使湖水中悬浮物质絮凝;滤食性鱼类,如鲢鱼、鳙鱼等可以有效去除水体中的绿藻类物质。我国的谢平、刘健康等(1999年)提出旨在控制蓝藻水华的非经典生物操纵法[9]可供参考。
3.3.3河道补水
可通过增加水利设施并加以调控,引入上游或者附近水源,加快水流速度等。既补充河道水量,又可以冲刷稀释污染水域,置换死水区的河水,使河流由厌氧状态变为好氧,在短时期内降低水体的污染负荷,改善水生动物、水生植物的生存环境,提高河流的自净能力,改善水环境质量[8]。
通过上述三种方法的结合使用,中心河水质有了明显的改善。
4.结论与建议
相较于化学修复法的易造成二次污染和物理修复法的治标不治本,生物生态修复法具有工程造价相对较低,不需耗能或低耗能,运行成本低廉,处理效果好且不会形成二次污染的特点。近年来这种技术发展很快,在国外已经达到工程实用化的程度,并且积累了系列观测数据。通过对上海师范大学奉贤校区中心河水质监测与相应的修复处理,可以得出以下结论及建议。
交疏挖底泥处理法,水生动物修复和河道补水法更具有可持续发展性,不仅可以节约财力,更可以全面改善生态环境,利用自然自我修复和净化的能力改善水质。
富营养化湖泊中的底部沉积物是一个营养库,单独采用水生动物修复或河道补水法,很难在短期内有效改变河道水质,所以定期清理河流底部沉积物是必须的。
在水域内放置生态浮床,并放养摄食藻类的鱼类等,以构成生物链。以达到在修复水质的同时增加河域的观赏性的目的。
加强点源和面源污染治理,通过加强截污纳管建设,加快城镇污水收集管网工程建设,从而从源头上根治水生态污染状况。
参考文献
[1]曾勇,赵彦伟,杨志峰,等.北京北环水系生态修复方案优选[J],生态学杂志,2008,28(8),
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[2]苏冬艳,崔俊华,晁聪,等. 污染河流治理与修复技术现状及展望[J],河北工程大学学报(自然科学版),2008,25(4),56-60.
[3]杨士弘.城镇生态环境学[M],北京:科学出版社,2003,103-133.
[4]《水和废水监测分析方法》第三版,中国环境科学出版社,1989.
[5]《环境影响评价技术导则―地面水环境》(HJ/T2.3)对中心河采用《地表水环境质量标准》 (GB3838-2002)中规定的IV类水标准.
[6]张勇.城市浅水景观湖水质模型研究[D],太原理工大学硕士研究生学位论文,2006.5.
[7]张镇,刘桂民. 当前我国湖泊富营养化治理的进展及思考[J],工业安全与环保,2007,33(10),
50-52.
【关键词】水电站;生态环境;补偿措施
前言
为了满足水力发电、供水、防洪和灌溉的需要,通常选择在河流的上中游地区布置和修建水利水电工程设施。然而,这些工程必然会改变河流原始的水文过程,进而影响河流生态系统的自然过程。目前我国处于经济高速增长期,为支持社会经济的发展,研究表明在未来20年中,为满足电力供应的要求,仍然需要建设水电站。
大坝建设对生态环境的影响受到空前的关注,全世界大多数的国家都在比以往任何时候更加认真地考证、研究、推迟,甚至在某种极端情况下中止或放弃新的水电开发方案。规划、设计、建设水电站时,不仅要注意其经济效益,也必须注意其对环境的影响,特别是不利的影响,采取相应的措施进行补偿力争减小这种不利影响。
1.水电站建设的环境影响
1.1物理影响
河流因建水电站中筑坝成库后,上下游水文状态将发生变化。如果水库不具有较大的径流调节性能,则变化只表现为上游有一壅水段;如果水库具有季、年或多年调节性能,则上游水位将有很大的变化幅度,这就会造成一片淹没、浸没区,居民要迁移,下游河流水位以及地下水位都可能下降,甚至带来干旱。
上游水库水深加大,流速降低,河流带入水库的泥沙会淤积下来,逐渐减少水库库容,这实际上最终决定水库的寿命。据美、印等国130做水库的调查,每年淤积损失的库容约在2%~14.33%范围内。水库的“沉沙池”作用,使过坝调节下放的水流成为“清水”,冲刷能力加大,从而会使下游河床刷深,也可能影响到河池变化乃至河岸稳定。经水库再下泄的水,水质一般会有改善,但随着库区不同的条件,也可能受某些盐分污染。深水库底孔下放的水,水温会较原天然状态有所变化。
1.2生态影响
水电站对生态影响问题涉及范围很广,例如,较天然河流大大增加了的水库面积与容积可以养鱼,对渔业有利,但坝对原河鱼的回游成为障碍,任何过鱼设施也难以维持原状,某些鱼类品种因此消失;水库调蓄的水量增加了农作物灌溉的机会,但水温可能不如原来情况更适合作物的生长;钉螺、疟蚊等传播疾病的媒介物可能得到新的较有利的繁殖条件,从而增加血吸虫病、疟疾等地传染危险性。此外,库水化学成分改变、营养物质浓集导致水的异味或缺氧等,也会对生物带来不利影响。
2.水电站建设的环境生态影响补偿
水电站的有些功能或许可以找到其它替代方案,但其总体效应是很难替代的。至于其建设对环境影响的负面问题,是可以通过一些补偿措施来努力解决的。我国水电站建设中,存在着重视发电经济效益,忽视河流生态建设问题。从技术层面上看,建有水坝的河流的生态建设,主要是通过生态补偿来减轻或缓解河流生态系统的退化。河流生态补偿实际上是一种河流生态恢复行动。河流生态修复的任务有三类:水文条件的改善;河流生物栖息地建设;濒危或特殊物种恢复。
2.1水电站建设的补偿措施
(1)水电工程方案选择时,优先选用对河流生态系统负面影响较小的方案,比如将高坝方案与低坝群组水电站方案进行比较,尽管前者经济效益指标占优势,但是如果兼顾生态影响,全面权衡利弊就有可能选择后者。如果要在干流与支流上筑坝进行比选,综合分析的结果可能是选择支流筑坝方案。
(2)在大坝设计中,要在充分研究洄游鱼类习性的基础上设计合理的鱼道,为洄游鱼类的繁衍创造条件;大坝泄水孔口布置要充分考虑水库的温度分层现象,在水库泄水时为鱼类生存提供适宜的水温。
(3)水电站是有寿命的,到其服务年限后,存在着拆除问题,以实现水能资源的可持续利用。在设计时应该提前为其拆除或替代方案留有余地。生物栖息地建设包括水库库区的水土保持以及地质灾害的防治等,为生态重建创造条件。大坝下游的栖息地建设重点是改善与恢复河流地貌特征的多样性,为恢复生物群落多样性创造条件。
(4)大坝坝址位置选择应避免可能造成的国家自然保护区或著名自然遗产和文化遗产被淹没。文物古迹作为中华民族的宝贵财富,对历史研究具有重要意义,对古代科学技术的研究具有重要价值。因此,在水利工程的建设中对重要的古迹要进行防护、迁移、仿制并进行录像保存。
2.2新兴学科研究补偿措施
人们对于环境问题越来越重视,认识水平越来越高,现在已经有了一门新的学科――环境水利工程学,它是研究运用水利工程学和环境水利学原理和方法规划设计工程措施以保护和改善环境的学科。
保护和改善生态环境方面,研究设计过鱼的建筑物、用于人孵育场和人工产卵场的建筑物、为改善水生物生境的蓄水或排水工程、入海河口排沙防淤工程、改善坝下低温的建筑物;改善鱼类回游和河口环境,防止坝下溶解氧过饱和。
防治水污染方面,修建闸坝等工程,增加环境用水,保证环境要求的水位和流量,提高河流自净能力;建设氧化塘处理工程系统,土地处理工程系统,设计调节水库、污水库、截流工程、增设曝气设备,开挖引水冲污水道等工程;修建多功能的水量调节工程,增加枯水流量,研究设计水体增氧的建筑物。
改善景观方面,应用水利美学原理设计形式优美的与景观相协调的水工建筑物;研究设计水利工程,防治疾病发生和流行以及防治病虫害。
结语
水电站建设运行对环境的影响是广泛而深远,在水电站建设的同时要十分注意水电站工程作为新生的环境组成与其它各环境组成的协调和平衡问题,使它们成为一个更为和谐的水资源系统。充分重视对河流生态的保护与修复,进一步探索最佳的河流生态保护修复对策,实现水利水电建设与环境保护的科学协调发展。
无论是物理影响还是生态影响,无疑都会转移为人类本身的影响。同时要注意,水库蓄水后还可能出现一些规划设计阶段较难预见的影响。例如库岸由于水的渗入,原本稳定的边坡可能失稳坍滑。因此修建水电站,必须充分考虑其对环境的影响及相应的补偿措施,精心研究,慎重对待。
参考文献
[1] 汪恕诚.论大坝与生态.[J].水力发电,2004.4(4):1-14.
关键词:河流 水生态治理 保护 橡胶坝
中图分类号:Q178.1
我省北部包括承德、张家口、唐山、秦皇岛、保定市山区,总面积98027.4km2,境内有潘家口、大黑汀、陡河、官厅、密云、友谊、云州、王快、西大洋等大型水库,是北京、天津、唐山市的主要水源地。目前存在的主要问题,一是部分河流水土流失严重,河道淤积,生态状况恶化;二是人为造成污染,且有加重趋势;三是对生物治河缺乏应有的认识,且经验不足。因此,在我省北部河流水生态治理与保护很有必要。
1 河流水生态治理理论
1.景观生态学理论,包括景观结构和功能原理、生物多样性原理、物种的流动原理、营养再分配原理、景观变化原理;
2.河流生态恢复理论,包括限制因子原理、生态系统的结构理论、生态适应性原则、生态位理论、生物群落演替理论、生物多样性原理。
3.生态学基本原理,包括生态系统演替理论、干扰控制理论、食物链理论等。
4.生态工程理论。
2 河流水生态治理与保护技术
主要在承德市武烈河、张家口市清水河、保定市大清河开展河道生态整治工作,其次在潮白河、瀑河、洋河流域,。其它流域也做了类似工作。
一般分为三个区,即上游源头区、中游水保生态修复区、下游景观美化区。上游有风蚀或水蚀,主要任务是控制和减小土壤侵蚀,涵养水源,保护下游的安全。治理措施包括封禁治理、围栏、栽植水土保持林、种草等。中游有水蚀,土壤侵蚀日趋严重,土壤肥力逐年下降,难于利用。主要任务是整治河道,保护行洪安全;治理措施包括修建水平梯田或隔坡梯田,减小土壤侵蚀;加快经济林、拦沙坝、护树护地坝建设。下游有水蚀,河流多,森林覆盖率中等,土层较厚、开发较早,人口密集,主要任务是建设生物护河坝,加强橡胶坝建设,再造美丽景观,利用和保护好湿地,控制土壤侵蚀。
2.2 运用生态位理论,合理选择混交树种
在承德县和围场南部进行了混交林调查得知:在影响树林生长诸因子中,以土壤含水量最为重要。在调查树林的诸指标时,以生长高度的变化最为敏感,故以树林的高度作为当地树林生态位的特征值。在5个树种中桦树生长最快,其次是刺槐,再次是栓皮栎、落叶松,最慢是侧柏。由于后面的树种生长速度快于前面的树种,要使各树种错开生态位,避免树种高度之间的直接竞争,做到针叶树与阔叶树立体结合[1][2]。设计了3种造林模式:(1)落叶松×栓皮栎混交林,带状混交,株行距2.0×2.0m,带距30-50m,每公顷2500株(各1250株);(2)侧柏×落叶松混交林,株行距1.5×1.5m, 带状混交, 带距20-30m,每公顷4444株(各2222株);(3)刺槐×桦树混交林,株行距2.0×2.0m,带状混交,带距30-50m,每公顷共栽植2500株(各1250株)。
2.3 河流水生态修复
2.3.1 增加河流过水断面,给洪水以出路
随着城市安全水准的提高,城市土地的利用也在发生变化,发生洪灾的概率也在增加。土地利用和提高防洪水平的相互作用,已使城市主要河道沿岸的自然景观受到很大影响。应重视“堵疏结合、蓄泄并重”的治水理念,应该给河流以空间,给洪水以出路。
2.3.2 建设生态河堤
自20世纪90年代以来,采用混凝土施工、衬砌河床而忽略自然环境的城市水系治理方法,已被各国普遍否定,建设生态河堤已成为国际大趋势。生态河堤是融现代水利工程学、环境科学、生物科学、生态学、美学等学科为一体的水利工程。把河堤由过去的混凝土人工建筑改造成为水体和土体、水体和植物或生物相互涵养,适合生物生长的仿自然状态的护坡。
2.3.3 建设良好的城市河流景观与滨水环境
城市河流景观设计应有新的设计理念,注重景观与生态的结合,体现人与自然的和谐共处。还其优美、宜人、充满生机的原貌,创造适应现代城市生活的城市滨水空间形象,结合结合城市景观规划,以水造景,把水景观融入城市景观设计,为此设计了生态铅丝笼河堤。
2.4 橡胶坝建设及调峰补水
橡胶坝是用高强合成纤维织物做受力骨架,内外涂敷合成橡胶作粘结保护层,加工成胶布,按要求的尺寸,锚固在基础底板上,用水或气的压力充胀起来,形成挡水坝。不需要挡水时,泄空坝内的水或气,恢复原有河渠的过流断面。承德市建设了14座橡胶坝,在张家口市建设了31座橡胶坝,为城市旅游增加了新的景观,形成了全国最大的橡胶坝群。
橡胶坝采取了深浅槽设计,即浅槽橡胶坝在布设在河岸边,底板高程比中跨高0.8m, 中间为深槽橡胶坝,底板比邻跨底板低0.8m,泄流方便,便于排洪和排沙,保持了河底河卵石的原貌,落淤少,解决了多泥沙河流的落淤问题。橡胶坝进出节阀用计算机控制,坝内压力小时自动打开节门充水,压力达到后自动关闭了门,实现了自动化管理。
河道区自然环境优美,形成以河道橡胶坝为主的生态旅游景观。野鸭、白额雁等数量众多,是湖区的主要生物景观。湖景区有大量淡水鱼类,构成了湿地野生动物景观。但由于干旱等原因,湿地水面迅速减小时就要实施补水措施,满足生态的要求。
2.5 河流原状保护
设置缓冲带。缓冲带是指河道与陆地的交界区域,设计的缓冲带强调河岸区在农田与河道之间所起的缓冲作用。设计的缓冲带宽度>5m,材料分为土壤、石块和土石混合体。
设置植物带。河流两岸留出缓冲带,在其上可重新生长植物或重新种植,促使植物群落的形成和减少侵蚀泥沙进入河道,为鱼类和鸟类提供活动和繁育的场所,同时起到美化环境、绿化河道、固定河岸的作用。
3 推广应用与效益