第一篇：金相灿：城市河流水污染控制及生态修复基础与技术
金相灿：城市河流水污染控制及生态修复基础与技术
金相灿，中国环境科学研究院水所所长、研究员。
国际湖泊环境委员会常务理事、联合国全球陆地观测系统专家组成员，国际水污染研究与控制协会中国委员。国际杂志：《LAKES RESERVOIRS》, 国际湖泊环境委员会主办 编委。
中国科技部“863“主题专家组专家，中国环境学会水环境分会理事长，中国疏浚协会副理事长，全国环境监测技术委员会委员，中国环境地学专业委员会委员。主持多项国家863项目，多次获得国家级、部级科学技术进步奖奖。
摘 要：城市河流是水环境的重要组成部分，我国城市河流的水质及水生生物环境随着近二三十年城市化的迅速发展而严重恶化。本文从城市河流治理理念与思路角度，阐述了城市河流的问题诊断、城市河流污染治理思路、控源对策、城市河流生态修复技术以及城市河流的管理对策。
关键词：城市河流；污染控制；生态修复
1、城市河流的概述
城市河流是我国水环境的重要组成部分，是广大城市居民生活生产的水资源基础，也在社会经济发展中发挥着巨大的作用，城市水环境质量的好坏会直接制约地区乃至全国整个国民经济的持续发展。
一般认为，河流指地表上有相当大水量且常年或季节性流动的天然水流；而对于城市河流，有的学者认为是指发源于城区或流经城市区域的河流或河流段，也包括一些历史上虽属人工开挖、但经多年演化已具有自然河流特点的运河、渠系，也有研究者认为城市河流水环境是指城市中的线状水体(自然河流、人工渠道、护城河)及其水循环空间。
但对于城市河流的环境修复而言，城市河流应理解为一个流域的或区域的概念，在随着区域的城市化与土地利用改变，河流的基本形态、水动力、补给来源与方式、水功能、水质量以及水生态均会发生变化，因此在研究城市河流环境时，应当考虑地区性与整体性，以及综合性。在对城市河流水污染研究及生态修复的此讨论中，认为河流不仅指水体本身，也包括河岸环境、河道周边环境、河流水体的循环空间（包括地下水源）、补给区的城市化建设；同时，由于城市河流所
处位置的特殊性，对城市河流的研究必须与城市社会经济、生产力的发展以及人类活动及干扰等综合起来一并进行，才能比较准确的把握其真蒂与内在规律。
2、我国城市河流的主要环境问题
城市河流是随着近二三十年以来城市迅速发展而出现一系列环境问题，据调查，我国城市河流、湖泊及景观水体普遍出现水污染与生态退化等问题，有的城市河流问题呈现越来越严重的态势，突出表现为水质恶化乃至黑臭、水生态严重退化甚至破坏、堤岸人工化、河流形态几何化、城市水灾频发、河流景观极大伤害，成为我国水环境污染中的重灾区。
实际上，城市河流的环境问题的出现并不能简单地归结为排污的后果，我国70年代随着改革开放，城市化进程加速发展，带来人口压力增强，城市地面硬质化地面比例增加，自然植被覆盖率下降，地下水位降低，水资源过度开发，城市污水排放量急剧增加等一系列后果。
由于城市河流水质恶化，很多城市将河流覆盖变成地下暗河，或修建直立岸、河道人工化、物理化，河岸缓冲带减少，水域栖息生物减少或消失；河滨生物栖息地网络被分割、孤立，河岸自然生物群落消失、绿地人工化，生物多样性受损。城市人口的增加，经济的发展，使城市非透水地面增加，造成地下水补充不足，城市地表径流增加，因此该城市带来水灾，在北京，每年暴雨季节都会发生雨水淤积，进而影响交通，造成大量的经济损失，并给人们的生活带来不利影响。
随着城市化步伐的加快，城市河道基本功能受到损害，大量工业废水、生活污水不经处理直接排放到城市河流中，致使城市水体水质迅速下降。目前,全国80%以上的城市河流受到污染。据全国2222个监测站的统计,在138个城市河段中, 符合Ⅱ、Ⅲ类水质标准的仅占23%，超过Ⅴ类水质的占到38%。归纳起来，我国城市河流所面临的主要环境问题有：
（1）水质污染严重，COD、BOD5、氨氮、总氮、总磷等超标严重；
（2）水体溶解氧低下，部分区域已经处于厌氧状态，河流自净能力丧失；
（3）堤岸硬质化，城市河流面积减少；
（4）河流生态退化甚至遭到破坏，生物多样性减少；
（5）河道透明度下降，河流景观差。
3、城市河流的治理理念与思路
河道是城市生命有机体的重要组成部分，使城市居民与认为活动的综合结果，城市河流的治理应从城市高度与流域范围进行思考、规划、设计、实施。城市河流的修复则应以控源为主，生态修复要以自然修复为主。
（1）综合规划，合理布局
首先，城市规划与社会经济结构应合理布局；实行控源，改善城市河流水质，生态修复，景观重建，进行长效管理最终达到城市河流功能的恢复。
（2）确定近期与远期目标
城市河流治理与修复应当统一规划，分期实施。对于污染严重的河流，目标制定可分为近期与远期。这样有利于治理信心的建立与资金的投入。
近期目标为：解决河水的黑臭问题，提高河水透明度，改善水体水质，建设生态堤岸，改善河区生态景观。
长远目标为：水质洁净优良；生态系统良性；河流防洪安全；景观文化永续。
（3）目标制定的依据
水生生态保护与修复的目标可依据河流目前的状况确定。对自然环境良好的河流，应以与河流密切相关的指标优先如：固有物种、一旦破坏很难恢复的物种、生态机能高，影响生物多样性的物种等；对污染严重的河流，则采用类比的方法确定目标如：过去清洁时期河流的指标、邻近地区污染较轻河流的指标以及同一条河流上下游污染较轻段的指标。
4、城市河流问题诊断
城市河流的治理与修复的前提是对城市河流问题进行诊断。只有深入了解城市河流的主要环境问题及其原因，才可能做到“对症下药”，有的放矢地进行河流污染控制及生态恢复。
河流问题的诊断应从以下几个方面来进行：
（1）河流的历史沿革；
（2）城市化进程的发展；
（3）河流污染源调查；
（4）水质下降和恶化过程；
（5）土地利用的改变；
（6）地形地貌调查；
（7）河流水动力学变化过程。
在诊断的基础上, 提出城市河流的水污染的控制方案。
5、城市河流污染治理的思路
城市污染河流的治理应分类进行，对于不同污染程度的河流或河段应采用不同的治理方法和手段。
（1）轻度污染河流
对城市轻度污染河流采取的治理对策有：沿河污染源控制对策（村镇污水土壤净化槽、面源控制、人工湿地等）；河水水质改善对策（河水增氧、生态砾石床、富营养化水华防治等）；河流生态修复对策（生态堤岸、岸边带、生物多样性建设等）；河道防洪对策（与城市防洪规划相结合）；文化景观与景观保护对策（水文化、文化古迹、生态景观）以及生产与消费结构优化调整（促进绿色消费、清洁生产）。
（2）重度污染河流
对城市重度污染河流或河段（黑臭水体）的治理概念则应包括：严格控源；入流水体控源对策；水体宏观层面的改善对策；局部水质强化净化对策；水体生态修复对策；景观建设与保护管理对策。
黑臭段水体的治理手段主要有：河滨污水净化系统；河道曝气增氧；河道陆生浮床；网状生物膜；生态修复与净化。对于中污染段河道水体的治理手段主要有：除沙/藻技术；河滨污水净化系统；河道曝气增氧；河道陆生浮床；生态护岸景观恢复。
通过以上手段，使大部分水体达到地表水规划目标。
6、控源(控制污染源)对策
造成河流水污染的主要原因是外界环境输入到河流的污染物质过量，在河流中累积，因而最根本的控制措施是减少河流污染负荷的输入量，即通过对河流外
源负荷和内源负荷的控制来实现的。
① 减少COD与氮、磷的入河排放量
首先应该计算河流COD与氮、磷环境容量，采取总量控制。削减点污染源和非点污染源的入河负荷，采取有效措施解决污染源入河的根本问题。② 控制河内污染源
河流内源是河流污染的又一重要污染源，控制河内污染底泥、旅游污染、船舶污染和养殖污染等是控制河内污染源的主要任务。
7、城市河流生态修复技术
生态修复是城市污染河流控制必不可少的措施，建立健康的生态系统的良性生态平衡。也是城市河流治理的最终目标。生态修复对策应包括河流陆域和水体两部分：
① 恢复河流水体生态系统，包括河流滨岸带生态恢复和浅水区沉水植物生态恢复，它们是巨大的污染物的累积场所并具有净化作用，对波浪的缓冲、生态系缓冲和泥沙的缓冲等功能，恢复生物栖息场所(产卵场、生物多样性)等。
② 恢复河流沿岸上生态系统
保护河区周围及上游的森林植被，防止营养物质的过多流失，减少非点源的污染物入湖量。
主要的城市河流治理的生态修复技术有：增氧曝气技术、生态浮床技术、生态复合填料技术、河道生态砾石床、河道的生态修复、生态堤岸修复、以污泥作基底的直立堤岸植物修复技术以及河流滩潭水质净化技术。
8、城市河流的管理对策
河流污染治理既需要工程措施又不缺少管理对策，因此，根据国情和经济实力提出切实可行的、有效的管理对策，也是城市河流污染控制的关键任务之一。首先应对河流制订出水质管理规划，确定水环境和河流生态目标，同时制订保护河流的法规，加强对群众的宣传教育，建立河区管理机构，制定保护河流的法规条例, 切实保证治理措施和管理措施的实施。
特别应当指出的是，对于污染已经相当严重的河流应当进行综合的工程治理和有效的管理，这是河流水质修复最有效的措施。
主要参考文献
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第二篇：河流生态修复
河流生态修复
摘要：河流生态修复的理念逐渐被人们所认知，一些符合生态修复理念的规划设计方法在工程建设中被逐步采用。在水利部科技创新项目和地方政府的支持下，一些河流生态修复示范工程取得了很好的建设效果并发挥了良好的示范效应。文中结合几个案例，介绍近几年在河流生态修复技术和实践方面所取得的部分进展。
关键字：生态 修复 技术
20世纪70年代以来，一些发达国家的科技界和工程界针对水利工程对于河流生态系统产生的负面影响，提出了如何进行补偿的问题，在此基础上产生了河流生态修复的理论与工程实践。
我国的河流生态修复正处于起步阶段，在理论和实践方面也进行了有益的探索。按照生态水利工程学理论，河流生态修复的任务，一是水文条件的改善，二是河流地貌学特征的改善(董哲仁，2003，2004)。其目的是改善河流生态系统的结构与功能，标志是生物群落多样性的提高。一些地区结合河流整治和城市水利工程建设，即与防洪、排水、疏浚、供水、城市景观、水文化、人文历史等工程相结合，开展了河流生态修复示范工程建设。这类工程既具备特定的水利功能，可以满足经济社会发展的需求，同时也兼顾河流生态系统健康和可持续性的需求，以实现水利功能与生态系统功能的统一。本文主要介绍我国近几年在河流生态修复技术和实践方面所取得的部分进展。
1.水库多目标生态调度
河流是生态系统物质流、能量流和信息流的载体，是一个连续的系统。自然河流的连续性不仅包括水文过程的连续性，还包括营养物质输移的连续性、生物群落的连续性和信息流的连续性。大坝工程对河流生态系统的影响主要表现在顺水流方向的非连续化问题，即水文过程和营养物质输移的非连续化。大坝对于河流生态系统的影响包括两个方面：一是大坝与水库本身带来的负面影响；二是在大坝运行过程中对生态系统的胁迫。前者的影响主要造成大坝上下游河流地貌学特征的变化，后者的影响主要造成自然水文周期的人工化。
通过改善水库调度进行筑坝河流的生态修复是河流生态修复工作的一项重要内容。通过改进水库调度，可以避免和挽回大坝对自然环境的潜在危害，恢复河流已丧失的生态功能或保持自然径流模式。但改进后的调度不宜显著改变传统水利工程的功能，即减小原有的灌溉、发电和防洪效益。
目前，我国在水库多目标生态调度技术方面的研究仅处于初步阶段，有很多关键性课题需要结合具体水库工程深入开展研究，概括为如下几方面的内容：(1)水库下游维持河道基本功能的需水量确定方法；(2)模拟自然水文情势的水库泄流方式；(3)水库泥沙调控及水库富营养化控制技术；(4)大坝孔13的合理运用模式及克服温度分层影响的技术；(5)恢复增强水系连通性的调度方法；(6)应对水污染突发事故的水库应急调度预案；(7)水库多目标生态调度法规体系和协调机制。
2.河道整治工程
随着生态水利工程学和河流生态学理念逐步被人们认知和接受，在我国的一些河道工程规划中，强渊自然河道平面形态的保护和修复，遵循宜弯则弯 宜宽则宽的原则。堤防工程建没要兼顾防洪和生态保护，正确处理土地利用和生态保护的关系，尽可能保留河漫滩区域。岸坡侵蚀防护采用生态工程技术，如植被护坡、具有良好反滤结构的抛石和空心混凝土块等。以下结合3个案例说明这些理念和技术的应用情况。
2．1 浙江辛江塘河道整治工程 辛江塘河道位于浙江省海宁市，河道全长22.5 km，是海宁市“六横九纵”河道网络框架中西引东泄的主干河道，亦是横贯东西的一条水上运输通道。辛江塘常水位时水面宽27.0 m，河道总宽度42.5 m。
辛江塘河道为平原河网水系，平时水流流速较缓，且河道通航功能在逐渐消退。因此，辛江塘河道岸坡侵蚀的主要原因是水位变动区以上部分雨水冲刷引起表层土流失和水位变动区处波浪淘刷造成边坡坍塌。据初步统计，河道淤积中约60％ 为边坡崩塌，30％为表层土流失、10％为动植物腐烂物。
2．1．1 工程规划设计
在辛江塘的河道治理规划设计中，遵循了5个方面的设计要点：(1)保持河道自然平面形态。在辛江塘建设中，本着尊重历史、尊重自然的原则，基本保持现有河道平面形态。拆除阻水建筑物，以满足河道排涝泄洪过水和抗旱引水要求。河道宜弯则弯，宜宽则宽，并增设河滩和岸边湿地等。(2)采用多样性断面。在满足河道功能的前提下，尽可能保持辛江塘天然断面，在保持天然河道断面有困难时，按复式断面、梯形断面、矩形断面的顺序选择。辛江塘大部分河段可用天然河道断面，在通过主要集镇时采用梯形、矩形断面。(3)增加水域栖息地多样性。在治理规划中，保留了一些河边静水区和湿地，营造多样性水域栖息地环境，使之具有不同的水深、流场和流速，适于不同生物发育和生长需求，如图1所示。(4)采用植被进行岸坡侵蚀防护。通过引入植被，应用生态工程技术措施进行岸坡侵蚀防护是辛江塘河道整治的中心环节之一。河岸带植被虽对行洪具有一定影响，但它有很多其他功能，这些功能源自于河岸带生态系统内的环境过程，如正常发育的河岸带植被对河道岸坡有一定的加固作用，可以提供遮阴从而降低河流水温，在营养物质循环和水质改善方面也具有重大作用，为野生动物提供多种栖息地环境，并可以增加河道两岸的美学价值。(5)选择适宜的植物物种。河道植物的选择以辛江塘和邻近河道自然植被的植物种类为主体，如杉类、松类、竹类、桑、栾树、椿类等，它们经过了自然界适者生存、劣者消亡的过程，最能适应河道边生态环境、且病虫害较少。根据水位变动情况，进行植物分区。在河道常水位线以下种植水生植物，它的功能主要是净化水质和为水生动物提供食物和栖息场所。沉水植物、浮水植物、挺水植物按其生态习性混合种植和块状种植相结合。高杆、蔓延快的植物(如芦苇等)控制种植。在常水位至洪水位的区域下部以种植湿生植物为主，上部以中生但能短时间耐水淹植物为主。植物配置种植应群落化，物
种问生态位互补，上下有层次，左右相连接。种植多年生草本、灌木和乔木树种(如水杉、垂柳、落羽杉、枫杨等)。洪水位线以上配有占总量50％ ～60％的常绿树种．以增加河道观赏性。
2．1．2 施工技术
草本植物通过种植种子进行培育，乔木则通过移植进行培育，灌木则通过栽种活枝条进行培育，如图2所示。
施工中，将活体枝条(长0.8～1.0 m、直径10～25mm)置于填土土层之间或埋置于开挖沟渠内。从边坡的底部开始，依次向上进行施工。用上层开挖的土料对下层进行同填，依次进行。填土坡和开挖坡的施工程序有所不同，但其原则是一致的。梢料层安放层面应该稍微倾斜(水平角约10°～30°)。枝条以与岸线正交的形式安放，并使其顶端朝外，其后端应插入未扰动土20cm左右。在枝条上部进行回填，并适当压实。为兼顾岸坡稳定和植物生长，土坡表层压实度应比常规堤防工程设计规范要求(压实度为95％)适当降低。借鉴美国陆军工程师团的经验，压实度按照80％一85％控制(Wendi Goldsmith，et a1．2001)。
2．1．3 治理效果
工程的后期监测说明，水生植物基本沿河道两侧均衡生长，灌木、树根等降低了暴雨对土层的冲蚀，草皮等对坡面流水也有过滤作用，发挥了一定的水质改善功能。治理后，水华问题基本得到有效控制，水体悬浮物减少了约60％，水体透明度提高了20cm。生物多样性水平明显提高，过去很少出现的一些物种如蛙类、蜻蜓等经常出现，野兔、鸟类等活动频繁。
根据该工程地区其他河道的治理经验，传统景观河道工程(如砌石护岸工程)投资约为124万km，而按照生态修复理念建设的河道工程投资为81.21万元／km，大大节约了工程建设费用。
此外，通过对工程区其他历史治河成果的观察、分析及比较，只进行清淤河道的使用周期大约为lO一2O年。而清淤与利用生态工程技术进行岸坡防护相结合，能有效稳定河道形态，据初步分析，其生命周期约为35—40年，延长近一倍。同时，今后的治理工作重点是清淤，从而可以节约工程投资，使河道的治理走上一条良性循环之路。
2．2 北京市北护城河
北护城河全长5.96km，起自海淀区新街口豁口暗沟出口，终点为东城区东直门闸，穿越海淀、西城、东城三个区。1981年因为修建环线地铁，曾进行改造，缩窄了宽度，加建了直立的混凝土岸墙。20多年来，两侧混凝土岸墙有局部倒塌、裂缝、侵蚀剥落、风化等现象发生。加之河中有污水排人，造成水质恶化。
在北护城河的改造工程设计中，从生物多样性恢复、自然景观、水文化和防洪等多目标出发，在规划建设范围，把原来单一的断面形式改变为复式断面或缓坡(图5和6)，并进行岸坡植被，设置亲水平台和台阶。目前工程正在施工中。
2．3 北京市转河 转河的起点为西直门外的高粱桥，终点为北护城河的起点，全长3.7km。在1975年到1982年间这一段河道被填埋。2002年始进行转河整治工程建设，恢复其历史原貌(邓卓智，2004)，其工程建设目标除防洪外，主要是改善河道景观，为本地居民提供一个优良的休闲娱乐环境，并发展旅游。
防洪排水标准按20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。河道整治要求严格控制污水排放，并扩大水面，水面宽度为l5～25 113。为了发展旅游，本河段全线通航。为此，新建船闸1座、桥梁l3座、码头2座、补水闸1座。
在河道管理范围内形成历史文化园、生态公园、叠石水景、滨水游廊、亲水家园和绿色航道6个景区。断面图如图7所示。
转河整治后，生物多样性水平也有所提高，河道内明显可见到鱼、青蛙等生物物种，植被和人文景观也获得了大多数居民的认可。
3.生态修复江西样本
4月27日至28日，科技部组织专家对由省科技厅组织、省山江湖开发治理委员会办公室牵头实施的“十一五”国家科技支撑计划鄱阳湖生态保护与资源利用研究项目进行验收。验收专家对鄱阳湖生态修复和保护现状赞叹不已，一致认为：该项目将为保护鄱阳湖生态安全、促进鄱阳湖区可持续发展提供科技支撑，同时为中国湖泊水环境保护与水生态安全提供借鉴。
项目为鄱阳湖生态经济区建设服务
鄱阳湖生态经济区建设是江西发展的时代主题，也是山江湖工程当前最主要的目标和任务。鄱阳湖生态保护与资源利用项目，就是山江湖工程为促进鄱阳湖生态经济区建设而实施的“十一五”国家科技支撑计划项目，这也是科技部对我省科技投入最大的项目。
鄱阳湖是我国第一大淡水湖，承担着调洪蓄水、调节气候、降解污染等多种生态功能，年均入江水量约占长江径流量的15.6%。保护好这“一湖清水”，对推进鄱阳湖生态经济区建设，对我国水资源安全、生态安全、粮食安全、公共卫生安全，以及经济和环境的可持续发展具有重要战略意义。
专家组组长、中国科学院院士孙鸿烈表示，当前，转变经济发展方式，走生态环境和经济社会协调发展的新路，是当今世界发展的潮流。许多经济发达地区的湖区发展都经历了先污染后治理的老路，如美国的五大湖区、日本的琵琶湖区等，不仅治理成本大、时间长，对湖泊生态环境造成的危害还不能完全清除。在这种背景下，江西策应鄱阳湖生态经济区建设，针对鄱阳湖水环境保护与水生态安全中的重大问题进行鄱阳湖生态保护与资源利用研究，在国内、国际上都具有极大意义的创新性和示范性，为“世界从山江湖看到希望、江西从山江湖走向世界”提供了又一典范。
攻克鄱阳湖生态修复难题
鄱阳湖生态保护与资源利用研究项目设立了湿地生态修复、重建技术集成研究与示范、水污染控制及水质保护技术研究与示范、沙化土地与水土流失区治理技术研究与示范、血吸虫病防控技术集成研究与示范、鄱阳湖水生态安全监测预警技术研究等5个课题，探索生态恢复路径。
项目同时在鄱阳湖区周边市县进行样板示范。运用生态技术治理规模猪场粪污水，净化农村生活污水就是其中的重大课题。在星子县泽泉乡的御景养猪场，生猪规模已经超过1.5万头，每天产生的大量猪粪水流经酸化池到沼气池再到沉淀池，经过一系列化学反应降低氨氮含量后，再进入梯级人工湿地层层净化。水质达标后，流入鄱阳湖。而项目实施以前，这里的猪粪污水未经任何处理直接向鄱阳湖区排放，成为当地的一大污染源。
农药化肥残留等农业面源污染是鄱阳湖区涉及面积最广、危害最大、治理最难的生态难题。在九江市庐山区姑塘镇沿湖村，试验田四周摆挂着放了“性诱剂”的方盒，以生物防虫技术诱杀雌虫，大大减少了农药的使用。“通过生物防虫技术和平衡施肥，农药化肥的使用量至少能减少20%。”庐山区农业局副局长刘卫东说，这意味着，从农田排往鄱阳湖的污水将大大减少。
治理沙山是湿地生态修复的又一主题。位于鄱阳湖北岸的都昌县多宝乡排上许家自然村，2007年被江西省山江湖办确定为湿地植被恢复与重建模式示范点。如今，示范区内绿草茵茵、水鸟争鸣，而仅数百米之隔的栅栏外却草木稀疏，沙丘连绵，内外对比鲜明。
经过5年的科技攻关，整个项目已建成鄱阳湖水生态监测的相关数据库及监测和预警平台，使示范区内受损湿地基本恢复天然景观，沙化土地植被覆盖率达80%，示范乡血吸虫病达到传播控制标准，示范区经济效益提高15%，多元化种植也使村民多了一条增收致富的途径。
治理模式需要迅速推广 验收会上，专家组认为，鄱阳湖生态保护和资源开发项目的研究与应用取得了显著成效，而且鄱阳湖区生态修复和污染治理成果已开始推广，产生经济社会效益，但放眼全省，全面推广依然任重道远。
中国工程院院士李佩成表示，鄱阳湖区生态退化是自然和人为因素长期共同作用的结果，存在水质污染、湿地退化、土地沙化等多种生态环境问题，“点多面广”，涉及地方政府、企业、农户等多方利益，生态修复工程仅仅靠科技和农业部门的单兵作战显然力量单薄。
专家组建议，项目在今后的实施中，除中央和省级财政加大预算内财政投入和财政转移支付外，通过财税和信贷政策优惠，引导社会资金和外部企业参与生态修复项目中来，集合资金、人力、科技优势，形成生态修复规模效益。与此同时，借力科技创新，重视生态修复技术人才培养和队伍建设，加大对环保科技研发投入，利用好高校和科研院所的研发力量，对重点项目以产学研合作的形式进行集中攻关，建立起生态修复科技支撑体系。
4.结语
由于忽视了河流生态系统健康的需求，传统的水利工程建设对河流生态系统形成了不同程度的胁迫。这些胁迫主要来源于筑坝和筑堤造成的河流非连续性和自然河流的人工改造形成的渠道化。发展生态水工学，推广河流生态修复理念和技术，对于维系水利工程传统功能、保护河流生态系统、改善人居环境和强化文化景观均具有重要意义。
目前，浙江辛江塘和北京河道整治的工程建设经验正在各地进行推广。浙江省结合2006年的河道整治计划，在8个县的一些河道整治工程建设中推广辛江塘的技术经验，主要利用植物护坡，进行河道侵蚀防护，并要求进行工程治理前后生物多样性、河岸侵蚀、泥沙输移等方面的系统监测，以期取得更加完善的技术成果。山东济南小清河目前正在按照河流生态修复要求，开始整治前的规划和论证工作。技术手段包括控制排污总量，拆除原来的直立河岸挡墙并采用多样性断面形态，应用生态工程技术恢复河岸植被和加强人文和园林景观建设等。
今后需选择小型流域，在流域尺度下，开展河流生态修复方面的研究与工程示范。以改善生物栖息地质量为目标，从上下游、干支流、左右岸等方面进行河流生态修复的规划、设计及运行管理。开展水库调度方式、生态补偿的工程和非工程措施以及河流生态修复情景分析技术方面的研究工作。
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第三篇：污染河流生态修复
环境修复原理与技术
题目：污染河流生态修复
姓名：
学号：
指导教师：
日期：2013年 月
摘要：本文介绍了河流系统诸功能以及河流健康之间的关系, 从河流与人的关系的发展与变化出发, 系统的探讨了原始自然阶段、工程控制阶段、污染治理阶段和河流生态系统修复和改善等四个阶段的河流特点和治理条件, 分析了各个阶段河流系统平衡的特征和影响因素,提出了河流生态修复的主要原则。河流生态修复的基本目标是促进生态系统自我维持和陆地、缓冲区域和水生生态系统间相互联系的出现。河流生态修复主要技术包括: 缓冲区修复、植被恢复、河道补水、生物—生态修复、生境修复、水生生物群落修复技术等。本文指出了不同阶段实现河流治理和生态修复的方法和步骤, 对今后的河流生态修复具有指导意义。
关键词：河流生态系统；河流健康；生态修复；修复技术 1前言
河流是流域景观中一个流动的、与陆地生态系统联系紧密的、且相对开放的复杂生态系统。水域与陆地的过渡带（缓冲区域、交错带）是水生、陆生生态系统的交汇区域，交错带内景观异质性高，生物群落多样性丰富。在河流系统的众多因素中，水是河流生态系统物质交换的主要载体，也是维持河流生态系统的基本要素。河流系统是由一系列不同级别的河流以连续、流动特性形成的完整系统。河流物理参数的连续变化梯度，形成系统的连贯结构和相应功能；同时河道物理结构、水文循环和能量输入，在河流生物系统中产生一系列响应——连续的生物学调整以及沿河有机质、养分、悬浮物等物质的运动、搬运、利用和储蓄。
随着区域经济、人口的发展，大量污染物（工业、农业、生活污染源）排入河流系统，以及河流生态环境的破坏（过度砍伐森林、气候变化等）引起水质恶化，导致河流生态系统结构和功能破坏，严重制约区域经济的可持续发展。人类对水资源的需求量大增，在河流上大规模筑坝拦截河流水量，部分河流缺乏有效管理引起河道水量大幅度将对甚至断流，降低水体自净能力和河流生态系统的恢复能力、抵抗力，而进一步加剧水污染，严重影响河流生态系统结构、功能。
河流污染是人类对河流不当利用和控制的主要负面后果之一。河流污染治理需要有效控制污染源的污染排放量, 并将排污量控制在河流承载力之内。对于点源污染, 目前采用的技术包括物化、生物及其相关组合的方法, 常见的方法如絮凝沉淀、生物絮凝吸附、生物氧化、活性污泥法、生物膜法、固定化微生物-曝气生物滤池方法等。非点源污染与土地利用方式密切相关, 因此对土地资源进行合理的规划利用是控制非点源污染的有效途径之一。河流污染问题已在世界范围内受到广泛关注, 各种污染控制技术迅速发展, 为基于生物-生态集成的河流修复技术的应用奠定了基础。
河流系统功能健康的恶化主要表现为水中的养分、水的化学性质、水文特性和河流生态系统动力学特性等的改变, 以及因此对原水生生态系统和原物种造成的巨大压力。从20 世纪70 年代始, 对河流生态系统进行综合修复成为一种先进的治河理念。生态修复旨在使受损生态系统的结构和功能恢复到受干扰前的自然状况。河流生态修复有多种方法, 生态系统修复是使受损河流恢复其功能健康的根本途径。河流系统服务功能
生态系统的服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。生态系统向来被人们誉为生命之舟。Costanza等把生态系统提供的商品和服务统称为生态系统服务，并且曾把生态系统服务功能划分为l7种类型。不同类型生态系统的服务功能是不尽相同的。河流生态系统服务功能是指人类直接或间接从河流生态系统功能中获取的利益。根据河流生态系统组成特点、结构特征和生态过程，河流生态系统的服务功能具体体现在供水、发电、航运、水产养殖、水生生物栖息、纳污、降解污染物、调节气候、补给地下水、泄洪、防洪、排水、输沙、景观、文化等多个方面。按照功能作用性质的不同，河流生态系统服务功能的类型可归纳划分为淡水供应、水能提供、物质生产、生物多样性的维持、生态支持、环境净化、灾害调节、休闲娱乐和文化孕育等。河流生态系统的健康及评价方法
河流生态系统健康与社会、经济、人类、生态环境等密切相关，在区域水平上可以理解为是资源安全、环境安全和经济安全的有机统一。一个健康的河流生态系统应该具有合理的组织结构和良好的运转功能，系统内部的物质循环和能量流动未受到损害，对长期或突发的自然或人为扰动能保持着弹性和稳定性，并表现出一定的恢复能力，整体功能表现出多样性、复杂性。能够满足所有受益者的合理目标要求，具体表现为根据区域发展需求，合理利用分配水资源，保证不同区域利益的均衡，同时改善生态环境。其内涵是动态变化的，在不同时间尺度和不同空间尺度具有不同涵义。
河流生态系统具有调节气候、改善生态环境、维护生物多样性以及一定的社会服务等众多功能，需要采用一定的指标和方法来监测河流环境条件的各个方面，即从多角度来评估河流的健康状况，从而提供对其整治以及管理有用的信息，提高受损河流的健康状况，保护健康河流，满足当代以及下一代人的环境、社会和经济需要。研究国内主要河流的健康状况，可以提供进行横向比较的基准，构建一套适用于我国的河流生态系统健康评价理论体系，评价国内河流健康状况，能够诊断我国不同地理区位河流健康状况的差异，设立恢复优先权，同时对于不同区域的类似河流，评价结果可用于互相参考比较，从而提高恢复活动的有效性。
因此进行河流生态系统健康状况评价，有助于提高河流管理质量，不仅可揭示河流生态系统的现状，还提供了将不同河流进行比较的基准，同时还可评估受损河流生态恢复的成效，从而提高管理决策能力
对于河流生态系统的评价，最初从生物对水质变化的响应着手，之后开始重视化学物质对水质的影响进行分析。近20年来，研究发现，河流生物群落具有整合不同时间尺度上各种化学、生物和物理影响的能力。这些生物群落的结构和功能特性能够反映诸如化学物质污染、物理生境的消失和斑块化变化，同时外来物种入侵，水资源的过量抽取和河岸植被带的过度采伐会造成水环境总体退化。因此，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，“河流无脊椎动物预测和分类系统”、“澳大利亚河流评价计划”、“南非计分系统”以及底栖生物完整性指数（B-IBI）、营养完全指数（ITC）等都是基于对河流大型无脊椎动物生物多样性及其功能监测基础上的河流健康状况评论模型，Karr于1981年提出的生物完整性指数（IBI）能够在比较的基础上对所研究的河流健康状况做出评价，是当前较普及的一种健康评价方法。
尽管关于河流健康评价的方法很多，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），如Rivpacts和AusRivAS等。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物种进行比较而对河流健康进行评价。该类方法首先通过选择参考点（reference sites，无人为干扰或人为干扰最小的样点），建立理想情况下样点的环境特征及相应生物组成的经验模型，之后，比较观测点生物组成的实际值与模型推导的该点预期值，以两者的比值河流健康进行评价。理论上，该比值可以在0～1之间变化，比值越接近1，则该点的健康状况越好。但是，预测模型法存在一个较大的缺陷，即主要通过单一物种对河流健康状况进行比较评价，并且假设河流任何变化都会反映在这一物种的变化上，因此，一旦出现河流健康状况受到破坏，但并未反映在所选物种的变化上时，就无法反映河流真实状况。因此，它具有一定的局限性。
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。该类方法在美国和澳大利亚被广泛应用。其中最具代表性的方法就是澳大利亚的溪流状况指数是ISC。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，并在对其计分的基础上综合评价澳大利亚80多条河流健康状况。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，是河流健康状况评价的一种发展方向。另外美国的IBI方法也很典型。多指标法则是不同生物组织层次上多个指标的组合，考虑的河流表征因子远多于预测模型法，所以能够及时地反映这种变化。然而，这种方法也存在如何综合地评价一个生态系统的完整性及如何对这些综合指标进行合理解释等问题，评价标准难以确定，因此精度有所欠缺。河流治理和修复的阶段
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, 这一阶段忠实地记录了河流生态系统追求动态“平衡”的轨迹, 从而为生态修复研究留下了宝贵的参照体系。
在该阶段, 第二圈层的功能项主要为泄洪、输沙、供水、自净、生态和景观功能。河流系统总体上处于自然健康状态, 各层只有实线存在, 各项功能基本满足。河流工程控制阶段标志着更多的河流功能为人类所认识和开发。人类从被动转向主动利用河流的功能, 泄洪功能、航运功能、供水功能、发电功能得到扩展。在该阶段, 由于大坝、水库对河流水体的拦蓄, 造成输沙、生态、景观娱乐功能所需水量不足, 以及河床形态的改变、植被和生物多样性的减少。河流泄洪、输沙、供水、生态、景观娱乐功能均受到不同程度的损害, 使河流系统开始偏离健康状态。
河流污染治理阶段的重要标志是河流的严重污染。由于水质恶化, 使得除泄洪、航运和发电功能以外的其他大多数功能受到损害, 并直接影响到河流生态系统的健康和存亡。河流系统生态修复阶段标志着人类对河流认识的飞跃。在饱吞因河流不当开发造成的恶果后, 如何持续维护健康的河流已成为当今重要的治河理念。在该阶段, 河流的生态功能、输沙功能、景观娱乐功能受到更多关注, 将河流作为生态系统进行综合修复成为主要特点。河流治理和修复必须与所处“人类-河流”关系的相应阶段相适应, 必须具备相应的条件。河流污染治理目标远低于生态修复阶段的目标。在尚未完成污染治理阶段目标以前, 不可能有效地再造生物的栖息环境、招徕本土生物和增加系统生物多样性。例如, 莱茵河生态修复计划明确地把大马哈鱼回到河流作为其标志；英国泰晤士河修复将大马哈鱼、鳟鱼、鳗鱼等作为河流生态修复的重要成效指标；德国众多河流的生态修复也都把河流系统中的各种生物放在十分重要的位置, 将水体重建、河流的水文循环恢复、使鱼类和底栖无脊椎动物回到河流以实现河流生态系统完整性作为目标。德国Isar河的生态修复甚至将在河流中安全游泳、洗浴作为修复目标。我国的大部分地区在目前尚无法实现此类修复目标。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(如招徕鱼类等)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)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。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。在河流两岸各设置一定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。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。
河流生态修复的步骤可以归纳为:(1)制定总体目标；(2)协调分目标(包括分析约束条件)；(3)分析目标要素(包括功能指标阈值与功能受损程度)；(4)确定修复方案。河流生态修复的总体目标是恢复河流系统健康, 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包括四个步骤: 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、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, 各种措施带来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。结论
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。纵观人类与河流的共存发展历史,大致经历了原始自然、工程控制、污染治理和生态系统综合修复四个主要阶段。在不同阶段, 河流系统的主要功能的相对重要性和诸项功能的健康(或受损)程度不同, 河流系统的健康状况不同, 因而河流治理和修复的任务也有所不同。河流生态修复的总体目标是恢复河流系统健康。河流生态修复需要遵循自然循环原则、功能性需求原则、主功能优先原则、多功能协调原则、分时段考虑原则、分河段细化原则、生物多样性原则、景观美化原则、综合效益最大化原则、利益相关者有效参与原则。河流生态修复主要技术包括: 缓冲区修复、植被恢复、河道补水、生物-生态修复、生境修复、水生生物群落修复技术等。
河流生态修复是一个多目标、多层次、多措施、多约束条件的复杂问题。为了更好的实现这一过程，我们需要继续加强理论研究和工程示范,加强监测工作,长期积累数据。还需要不断总结经验,加强相关技术标准和规范的编制工作。本文以河流系统诸功能与河流健康之间的关系为主线, 分析了各阶段河流系统平衡的特征和功能指标, 初步建立了河流功能健康诊断指标体系, 指出了不同阶段实现河流治理和生态修复的方法和步骤, 对今后的河流生态修复具有指导意义。
第四篇：城市河流修复技术研究范文
环境污染与防治网络版第7期2008年7月
城市河流修复技术研究
王雪莲1
(北京锦绣大地农业股份有限公司，北京100049)
摘要面对城市河流生态系统退化的现状，综合国内外对于城市河流生态修复技术的研究进展和实践经验，指出中国目前在此领域存在的不足，并展望了未来城市河流生态修复技术的发展方向，为城市河流生态修复技术的发展提供理论依据。
关键词城市河流生态修复 发展方向
Research of technology about river restoreWang Xuelian.(1.Beijing Glorious Land Agricultural Company Ltd., Beijing100049)
Abstract:Facing to the current situation of river biogeocenose degenerating, in this article, it collects the domestic and oversea research improvement or practice experience on the technology of river ecological restoring in cities, points out the insufficiencies in this field in our country, and shows the theory base and expectation of the technology of river ecological restoring in cities.Keywords:city;rivers;ecological restore;development way
近几十年来，河流汇水区植被覆盖下降，城市各类污染排放，河流库坝工程建设，水资源过量开采，河流渠化、人工化、裁弯取直等对河流生态系统的结构、功能与动力学过程造成严重破坏，引发全球范围的河流生态系统退化与服务功能下降[1]。因此，如何对受损河流生态系统进行修复，使其重新回到健康状态已经成为人类亟待解决的环境问题之一[2]。
1城市河流生态修复的国外研究进展
1.1修复理论研究进展
最早的河道修复技术“多自然型河道”生态修复技术起源于欧洲，出于土木工程对生态环境破坏的反省，重点研究如何把生态学原理运用于土木工程，创建新的土木工程理论和技术。1938年德国SEIFERT首先提出近自然河溪治理的概念，它是指能够在完成传统河道治理任务的基础上，可以达到接近自然、经济并保持景观美的一种治理方案[3-6]。1962年由ODUM等提出将自我设计的生态学概念用于工程中，首次提出的生态工程概念[7]。1989年美国MITSCH和JORGENSN正式探讨生态工程概念并赋予定义，正式诞生了生态工程[8]。之后不断论证了生态学原理运用于土木工程中的理论问题，奠定了“多自然型河道生态修复技术”的理论基础。20世纪90年代以来，美国将兼顾生物生存的河道生态恢复作为水资源开发管理工作必须考虑的项目，1998年出版了《河道廊道的恢复：理论、内涵与实务》[9]。当今欧美经济发达国家已普及了“多自然型河道生态修复技术”，以实现、再生“自然与人的和谐共处”的生态环境建设生态河流、生态道路及生态城市。近年逐渐推广应用到世界各国。1作者：王雪莲，女，硕士研究生，工程师，主要从事湿地设计、运行、维护和管理以及湿地除污机制的研究。
日本在1965年围绕河流引起的问题开展了新的河流治理，推行了“城市综合治水对策”，河川管理目标为“治水、利水与环境”。日本河流研究者将河流水域、河洪空间及河畔居民社区当作一个有机的整体，认为河流管理对象应该包括河流水量、水质、河流生态系统、河流水循环、河流水洪空间、河流与河畔居民社区的关系。20世纪90年代，日本实施了“创造多自然型河川计划”，强调用生态工程方法治理河流环境、恢复水质、维护景观多样性和生物多样性，形成良好的河流景观与滨水环境，建设城市水网并加强绿化，水边空地要具有舒适开阔的空间，为各种娱乐活动提供适宜的场所，并重视生物多样性。
在城市建成区，沿河流规划的生态网络，则通常与滨水景观改造和水环境整治相结合。如加拿大多伦多市曾于1998年完成《加里森溪流链接规划》。该计划结合城市排水系统整治，试图恢复一条因城市开发而消失的小河，重现河流及两岸景观，同时通过建设沿河绿带，沟通和连接现有公园绿地，在城市中心区构建融休闲、交通、绿化于一体的生态网络[10]。
1.2修复技术与实践
在河流生态系统修复策略方面，1965年德国的Emst Bittmann在莱茵河用芦苇和柳树进行生态护岸实验，可以看作最早的河流生态修复实践，此后著名的塞纳河、多瑙河等都采用了近自然的河流治理方法。
20世纪70年代末瑞士Zurich州河川保护建设局将生态护岸法发展为“多自然河道生态修复技术”[11]，对河流治理重视恢复植被和建设自然护岸，并于1983年颁发的河流保护法规中明确的规定了在河流整治中，应该从生态学的观念出发，在河道整治工作中应对生态和景观方面存在缺陷的河流双方面同时予以改善。
有研究表明，欧盟进行城市河流生态修复主要分为以下4类[12]：
（1）对消逝的自然景观的恢复，主要的措施包括软化河渠，重新恢复河流的自然曲线。允许河流在洪水高峰期进行可预期的洪泛。保留边渠，开挖U型湖泊与河道，更多的恢复河流漫滩地，恢复建设河流的怡人与舒适的景致。
（2）结合防洪与生态环境保护，建设双赢策略。扩大漫滩地的面积，增加防洪的蓄水量，降低地面，定期的洪泛，恢复原始自然的地形特征，为生物提供多种生境。
（3）为鱼类提供更多能够产卵的生境，重现建设河流渠道，设置鱼类游走路线，铺设砂砾及沙子岸滩等。
（4）重置那些没有更大经济效益的耕地，将其改变为河滩地。肥沃的耕地可以转化为蕴含丰富营养物质的河漫滩，可以协助河流改善水质。
随着修复实践的发展，河流修复己经从单纯的结构性修复发展到生态系统整体的结构、功能与动力学过程的综合修复。从修复的范围来说，河流修复不光包括河道本身，还应扩展到河漫滩乃至流域[13]。河流生态系统的退化是人为干扰与自然干扰累积作用的结果，修复规划中必须考虑两者之间的相互作用机制[14]。有人提出了“目标期望”的思想[15]，将保证生态系统的完整性作为修复的指导思想与目标。从管理角度对此进行论述，河流及
其水资源的管理方式也是河流修复能否成功的重要影响因素[16]。还有人借鉴景观生态学的等级思想，分别以河岸带与流域两个尺度开展研究，提出了与各自尺度相对应的群落组织和景观组织水平的修复措施[17]。河流修复是一项综合性、系统性的活动，必须综合考虑水文、土地利用、地貌、水质、生物与生态等，甚至娱乐、经济、文化等方面[18]。
在城市河流生态修复的方法与具体措施上，很多学者也相继开展了研究，如FISCHENICH[19]提出了城市河流修复与流域管理的相关技术，详细阐述了城市化对城市河流的影响、城市河流水环境质量下降的经济损失及城市河流生态修复面临的挑战等；DEASON [20]提出了被污染的城市河流净化的方法，为其他河流污染治理提供了参考；CASAGRANDE[21]对人类活动在湿地生态修复中的重要作用进行了剖析；UDZIEL 等[22]运用条件价值法(CVM)对城市盐碱湿地修复的非市场价值进行了评估；TENT等[23]针对Hamburg河直线化严重、生物多样性消失的现状，采用非政府组织、公众参与的方式，对该河中畦鱼的生活习性进行了研究，以期通过改善其生活条件来达到修复河流生态的目的； JORMOLA[24]对国际上利用流域洪水过程改善城市河流生态环境的历史进行了简要回顾，并列举了利用洪水管理修复城市河流的实例；BRI11Y[25]研究了修复城市河流鱼类栖息地的方法等等。很多的国家都认识到湿地对建设生态城市的重要，各种关于城市河流保护、恢复、重建、规划等方面的研究项目和研究组织相继出现，并取得了一定的研究成果。
综合来看，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[26]。相关研究主要集中在生态系统修复策略及生态系统中的水质、水量、滨水区等要素的修复方面。尽管相关生态修复工作己进行了大量的理论研究和实践探索，而关于恢复中的生态学过程和机理的研究很少，缺乏证明恢复过程中的生态系统是如何进行及如何自我调节的理论和实验体系，尚未形成比较系统的河流生态修复的理论与方法体系。2我国城市河流生态修复的研究与实践
2.1理论研究进展
我国对城市河流生态修复治理的研究也是从“水利工程”角度逐渐引申过来，逐渐产生了“生态水利”、“生态水工学”等概念。同时也有从“环境整治”“景观设计”角度研究城市河道、滨水区、湿地的修复建设。
刘树坤[27-35]在其访日报告中，就自然环境的保护和修复、湿地生态系统的生态修复、水电站建设中的生态修复、大坝建设中的生态修复、河道整治与生态修复、河道景观建设和管理等进行了探讨，其中包括比较具体细致的修复思路、步骤、方法、措施等，为今后我国开展河流修复工作提供了参考。阎水玉[36]指出保持河流的自然地貌特征、维持自然水文过程、控制城市河流水污染、综合规划城市河流与城市建设的关系是发挥城市河流在城市生态系统中作用的基本方法。董哲仁[37]提出了“生态水工学”的概念，分析研究了人类对
河流生态系统的胁迫，从生态系统需要角度，提出了改善河流生态系统、修复河流生态环境的工程措施及思路。罗新正[38]阐释了还河流生存空间、疏浚水网通道等河流生态建设的原则。叶亚平等[39]则以扬州为对象，提出了水资源保护、水环境改善、水安全保障、水生态建设为主体的水生态系统建设对策。王超[40]则比较全面地提出了水安全、水环境、水景观、水文化、水经济五位一体的城市水生态系统建设模式。
另外国内对河流的植被结构、功能及管理的研究工作也较多。黄瑜[41]融合水文、经济、生态学等相关知识，分析城市小水系生态系统重要服务功能，提出城市小水系生态服务功能价值评估方法及其在城市规划管理工作中运用的初步设想。季永兴[42]分析了城市河道建设与生态城市建设之间的关系，认为城市河道的建设与整治是城市规划的一个重要内容。何松云等[43]提出城市河流生态恢复的尺度包括工程安全尺度、生态系统尺度、景观尺度、亲水尺度、时空尺度和经济尺度，同时指出为顺利开展河流生态修复实践,需要在理论、技术、水利工程设计规范、水利法等方面进行深入研究工作，认为留给河流一定的侵蚀、搬运、堆积自然作用空间是河流生态修复的重要课题，主张创造条件发挥河道生态系统的自我恢复功能。白世强等[44]从水、土、生物、功能4方面诠释了健康河流的概念，并认为城市河道生态修复的目标是恢复其健康，应依据健康的标准采取工程和生物手段进行修复。
总的来说，国内对城市河道的生态修复研究工作集中在近十年，除水利、环境、景观等层面进行研究生态修复外，还考虑了“文化”、“经济”层面的修复目标，并提出河道修复与城市规划建设之间密切关联。
目前国内研究在某些方面还存在不足：（1）缺乏对河流生态过程修复的机理研究；（2）缺乏从大尺度流域角度考虑河岸、河内、上下游的整体生态修复；（3）当前的研究大多只停留在对河流某一指标(鱼类指标、流量指标、水质指标、生物栖息地指标等)的生态修复，未考虑河流整体生态系统修复。
2.2修复技术与实践
目前，我国很多城市都相继开展了城市河流修复工作。
北京市近20年对城区河湖水系的治理大致可分为3个阶段[45]：
（1）以防洪建设和供水建设为主的阶段。20世纪80年代，北京为解决城市供水和防洪排水问题对城区河湖进行整治。
（2）以水资源保护及景观建设为主的阶段。1999年北京市完成筒子河和“六海”的清淤工程；2000年完成京密引水渠昆玉段、长河和双紫支渠治理工程；2001年完成昆玉河、玉渊潭、南护城河、通惠河和清河一期综合整治工程； 2002年治理万泉河、小月河和菖蒲河。该阶段对河湖水系采取污水截流、底泥清淤、两岸绿化、河底采用混凝土衬砌防渗等工程措施进行整治。
（3）生态修复为主的阶段。前一阶段对河道的改造，尽管使河边有了林带、绿地，但硬化堤岸的建成割裂了水体与土壤的关系，导致水体自净能力下降。因此，从2002 年
起北京开始生态河道建设，并于2003年竣工；2003年开始温榆河绿色生态走廊的建设；2004年末进行凉水河生态河道的建设等。这阶段的主要特点是采用卵石和叠石加固河堤、设计部分生态堤岸、设置生物浮岛和放养食藻的鱼类等。经过生态修复的河道，景观效果和生态功能都有明显的改善。
四川成都府南河的治理是城市河流治理的成功范例。府南河公园是一个以水的整治为主题的生态环保公园，受到污染的水从府南河抽取上来，经过公园的人工湿地系统进行自然生态净化处理，最后变为“达标”的活水，回归河流。该公园的创意由美国贝·达蒙女士提出，该项目也获得了世界人居奖等3项国际大奖。
合肥的护城河经过多年的改造和建设，如今形成了由逍遥津、包河公园、银河公园、鱼花塘、玻泊山庄等组成的环形风景区，成为城市中心区市民日常休憩的开放式公园，也使合肥市得到了园林城市的美誉。
苏州市在城市发展建设中，保持了三纵三横加一环的河网水系及小桥流水的水城特色，保持了路河平行的基本格局和景观，城市改造取得了很好的效果。著名华裔建筑师贝聿铭曾这样评价苏州：“苏州之所以成为苏州的关键在于水，建筑物还是其次的”。
其他大中城市如沈阳、哈尔滨、太原、天津等也相继开展了城市河道生态修复和景观重建工作等等。
国内的城市河流治理仍处于探索阶段，很多工作仍着眼于修复河流某一方面的功能，如国外在兼顾景观的同时，更侧重生态修复和重建等方面的工作，国内则较多地考虑景观建设，生态修复工作还有待加强。城市河流生态修复和景观建设缺乏相应的理论指导，未形成系统的河流建设和管理模式，未综合考虑河流建设与经济社会发展、水资源、旅游、居民需求、文化等方面的关系。
3未来城市河流生态修复技术的发展方向
（1）城市河流建设要更多地考虑其与所在地区之间的关系，根据城市的发展规划制定合理的建设目标、策略、方法等；
（2）城市河流建设要更多地考虑如何推动当地经济发展和满足城市居民的需求，探索如何使生态修复、景观建设和文化有机融合的方法；
（3）城市河流生态景观建设要充分结合当地的经济基础、经济发展需求及水资源特点，寻找适合地区特点的城市河流景观建设策略；
（4）重视河流景观建设的管理工作，探讨合理的管理机制，实现河流景观建设“投资一收益—更多投资—更大收益”的良性循环；
（5）结合水利与生态学等相关学科，开展有关流量过程与生态修复之间密切联系的研究，从机理上修复包括河流流量、生物等在内的整个生态系统；
（6）形成完善的生态系统修复评价的指标体系，从宏观上能够对生态系统修复状况准确把握；
（7）积极开展相关问题的实践活动，为相关理论的研究积累经验和奠定基础。
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593-596.责任编辑：陈泽军（收到修改稿日期：2008-01-21）
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第五篇：流域水污染修复理论与技术
流域水污染修复理论与技术
学科：环境工程 学号： 姓名： 指导教师：
摘 要
水资源对于人们生存和发展的重要性是众所周知的，而当代流域水环境被破坏污染已经是不争的事实。流域水环境中河流、湖泊水库、湿地和地下水与人类生产生活密切相关，本文对该4种水环境类型的修复技术分别进行了介绍，并简要分析了每种水环境类型较为有效的技术方法。
1、引言
水生态系统是指自然生态系统中由河流、湖泊等水域及其滨河、滨湖湿地组成的河湖生态子系统其水域空间和水、陆生物群落交错带是水生等生物群落的重要生境。然而，大量的污水排放和水库堤坝建设造成了水生生物生长环境的恶化和重要生境的丧失带来一系列的水生态问题如：江河源头区水源涵养能力降低，水生态功能衰退水资源过度开发河湖生态用水被挤占，严重时造成河道断流、绿洲和湿地萎缩、湖泊干涸与咸化、河口生态恶化等等。实践表明，如果不采取人工辅助措施减少或消除这些问题仅凭水生态系统自身恢复需要相当长的时间，甚至永远也无法恢复原有的生态平衡。
水在其自然边界内循环和汇集，形成流域。水环境是流域内储存、传输和提供水资源的水体，是水生生物生存与繁衍的空间，也是各种污染物的最终归宿。
根据水的地理位置，将流域中的水环境分为地表水环境和地下水环境。地表水环境指河流、湖泊、水库、海洋、沼泽、冰川等以暴露在地面的水为主的水域；地下水环境指泉水、浅层地下水、深层地下水等存在于包气带以下底层空隙的水域。
2、流域水环境修复技术概念
一般而言，水环境修复指的是依靠生态系统的工作机理，运用相关的技术方法，改善水的质量，以求达到修复生态的目的，使其中的各种生物及其系统都能够做到自我修复和调整，最终达到和谐状态。水环境修复的对象不仅包括水体，还有水体相关的生物地理环境。而不同的水域形式，因其物理环境、化学环境以及生物环境的不同，需要不同的修复技术体系。河流、湖泊水库、湿地和地下水是与人类生产生活密切相关的水环境，本文将从这四个方面，介绍其水环境修复技术。
3、运用河流修复技术的重要性
水资源对于人类生存与发展的重要性不言而喻，水为生命提供滋养，同时也洗去生活中产生的脏乱之物，在工业农业等等行业上的运用更是数不胜数。正因为水的妙用无穷，所以过度的开采和使用更是让水资源面临枯竭的窘境。加上现代工业的发展，对水资源的浪费，对各种水体的污染十分严重。流域水环境的治理，正是解决这一问题的良策，它可以在很大程度上拯救面临污染和干涸的水域，这既有利于生态系统的良性发展，更是促进人类社会可持续发展的必然措施。
4、河流修复技术
一般河流生态修复的目标主要包括河岸带稳定，水质改善，栖息地增加，生物多样性的增加，渔业发达及美学和娱乐，以期河流能够更加自然化，这是修复工程的一个最普遍的目标。
河流修复技术多种多样，物理技术：河道引水技术、生态防渗技术、底泥疏浚与物理覆盖技术、人工增氧技术等；化学技术：投加絮凝剂促进污染物沉淀、投加石灰脱氮、投加化学药剂除藻、调节pH值对重金属进行化学固定、原位化学反应技术等；生物生态技术：微生物修复技术、水生动植物修复技术、人工湿地技术以及多自然型河流构建技术等。本文选择较为有效的方法：河道引水技术、原位化学反应技术和水生植物修复技术进行详细分析。
（1）河道引水技术
河道引水技术是指引进外部清洁水源来改善河道水质，在水源允许的情况下，引进外部清洁的水源，增加河水水量，不仅可以人为地缩短水在河道中的停留时间，增加浮游植物的生物量，使污染河水不易黑臭，同时水体复氧量也会增加，提高河道自净能力。利用调水改善河道水质是一种投资少、成本低、见效快的处理工程。
（2）原位化学反应技术
原位化学反应技术是指通过化学反应和生物反应（氧化、还原、吸附、沉淀、有机金属络合等），在受污染的地点，原地使重金属离子固定下来的方法。常用的物质包括石灰[Ca(OH)2]、灰烬(KOH)、硫化钠(Na2S)等。此外，化学氧化可以将有机物转化为无毒或者毒性比较小的化合物，常用的氧化剂为二氧化氯、次氯酸钠或者次氯酸钙和臭氧等。（3）水生植物修复技术
水生植物在水环境修复中的作用方式主要包括物理过程、吸收作用、协同作用和化感作用。水生植物修复技术利用水生植物及其共生的微环境去除水体中的污染物质并恢复永生生态系统。水生物修复技术的核心是将植物漂浮种植到水面上，利用植物生长从水体中吸收利用大量污染物，例如凤眼莲、浮莲、水鳖、浮萍等水生植物能够很好地去除河流中的氮磷等营养物质。生物浮床是其典型的技术应用之一。
5、湖泊水库修复技术
湖泊是地球上重要的淡水蓄积库, 地表上可利用的淡水资源 90%都蓄积在湖泊里。因此湖泊与人类的生产、生活密切相关, 具有很重要的社会、生态功能, 如调水防洪, 生产、生活水源地, 水产养殖, 观光旅游等。随着我国社会经济和城市化进程的快速发展, 湖泊水环境污染问题日益突出。根据全国水资源综合规划评价成果, 全国84个代表性湖泊营养状况评价结果表明: 全年有 44 个湖泊呈富营养化状态, 占评价湖泊总数的52.4%, 其余湖泊均为中营养状态。湖泊的主要污染问题有：富营养化、湖泊有毒有机物污染、重金属污染、湖泊酸化等。
湖泊污染源可分为外源和内源。从一开始, 湖泊外源污染的控制和治理就引起人们的重视。经过多年的研究和实践, 外源控制技术已取得了一定实效。但外源控制并没有实质性改变湖泊受污染的状况, 很多研究表明, 这是由于湖泊沉积物中污染物的释放造成的, 特别是内源磷释放造成的湖泊富营养化问题。因此, 内源控制技术逐渐引起人们的重视。
不同污染物内源释放机制不同, 如沉积物中氮释放主要与沉积物中有机氮化合物的分解程度、速率以及随后细菌参与的无机形态氮的相互转化有关;沉积物中磷、重金属元素与沉积环境的氧化———还原条件有关;生产力高的富营养化湖泊表层有机质分解的磷释放可能是沉积磷活化更新的主要机制;而沉积物中的持久性有毒有机污染物则与底栖生物毒性暴露和食物链传递有关。不同类型湖泊中, 污染物的影响方式和程度也不同, 浅水湖泊中风浪引起的悬浮作用是沉积物中污染物释放的主要过程, 而深水湖泊中污染物的释放主要与物质形态、湖泊季节性分层和理化性质有关。因此, 不同类型、主要污染因子不同的湖泊, 其内源控制技术及污染恢复技术也不同。根据近年来的研究和实践, 主要有以下几种污染恢复技术。
（1）湖泊沉积物疏浚
湖泊沉积物疏浚被认为是降低湖泊污染物负荷最有效、直接的措施。瑞典 Trummen湖通过疏浚工程降低90%总磷负荷,而美国的Lilly湖疏浚后总磷的消减率达到55%。但是，并不是所有的疏浚都能达到理想的效果, 1998年南京玄武湖清淤,采取沿湖污水停止输入、抽干水清淤的方法,清淤后半年内湖水的透明度、COD 和总磷基本不变。疏浚底泥的环境效果与疏浚方法有关,疏浚主要考虑降低沉积物中的污染负荷。因此,要对沉积物中的污染物种类、含量分布、剖面特征、沉积速率、化学及生态效应有详细的调查和分析,确定疏浚的范围和深度。
（2）沉积物覆盖技术
在污染沉积物表面覆盖一层物质,把沉积物和水体隔开,达到控制污染物释放的目的。覆盖物可以是低污染的沉积物、沙砾,或各种材料组成的复合层。起作用的机制主要是颗粒物对污染物的吸附作用,减少水动力或生物扰动,覆盖层造成的无氧环境利于某些厌氧细菌对有机污染物的降解。覆盖技术相比别的控制技术,花费低,适用于有机、无机处理,对环境潜在的危害小;但其工作量大,需要大量的清洁泥沙,来源困难。同时覆盖会增加底泥的量,使湖泊库容变小,因而该技术不太适用于湖泊底泥污染的治理。
（3）湖泊理化性质改善
湖泊的理化性质影响着湖泊中各种物理、化学及生物过程, 进而影响各种污染物的内源释放。通过投加一些化学试剂以改善湖泊的理化性质,如酸碱度和溶解氧含量,以达到控制内源释放的目的。向湖泊投加铁盐、铝盐,可以通过吸附或絮凝作用与水体中的无机磷酸盐共沉淀;但沉淀的铁磷化合物在还原条件下有可能重新活化再次释放。而铝盐与磷酸盐结合相对牢固,可在变化范围较大的水环境中稳定存在,甚至在完全氧化的环境中也较稳定。如果铝的加入量足够大, Al(OH)3可在沉积物表层形成“薄层”,从而阻止磷释放。
（4）污染湖泊的生态恢复
湖滨带生态恢复。湖滨带是湖泊水域与流域陆地生态系统间的过渡带, 是湖泊重要的天然屏障,不仅可以有效滞留陆源输入的污染物,还有净化湖水水质的功能。湖滨带生态恢复的目的是恢复湖泊的完整性,包括湖滨带物理环境的修复、挺水植被的快速组建和水生群落的优化三大方面。
水生生态恢复。湖泊水生植被是由生长在湖泊浅水区和湖周滩地上的沉水植物群落、浮叶植物群落、漂浮植物群落、挺水植物群落及湿生植物群落共同组成。水生植被的演化随湖泊环境的变迁而演化,同时也能反作用于湖泊环境,在一定程度上影响湖泊环境的演化方向和速度。因此,湖泊水生植被恢复是根据湖泊生态环境条件和需要,在生态系统受损的湖泊环境基础上重构良性的水生生态,包括湖泊环境的工程改造和水生植物恢复两方面内容。
6、湿地修复技术
湿地是处于陆地生态系统和水生生态系统之间的转换区，具有独特水文、土壤、植被与生物特征的生态系统。湿地修复指通过生态技术或生态工程对退化或消失的湿地进行修复或重建再现干扰前的结构和功能，以及相关的物理、化学和生物学过程，使其发挥应有的作用。
湿地修复技术可按照物理、化学和生物技术进行划分。物理技术包括土壤渗滤法、调水冲洗法；化学技术包括混凝法、中和法、氧化还原法、吸附法、离子交换法、电渗析法；生物技术包括湿地植物净化、生物膜吸附等。由于化学方法容易对湿地生态系统造成新的污染，所以相关技术应用不广泛。土壤渗滤法和生物膜吸附法是两项比较新的技术，应用性也较强。
（1）土壤渗滤法
湿地土壤是湿地植物生长发育的基质，在此发生了各种物理化学反应，利用湿地土壤对水环境污染物的滤过特性，可以达到水环境改善的目的。研究表明，湿地土壤在垂直方向上对氮和磷有很强的滤过截留作用。对氮素滤过、截留起主要影响作用的土壤因子是粘土含量、有机质含量和TN含量，对磷素起主要影响作用的土壤因子是粘土含量、有机质含量、p H值和含水量。该技术具有简单易行、费用低的特点，应用性较强。
（2）生物膜吸附法
在一定的酸碱条件下，生物膜对于湿地水环境中的重金属具有一定的吸附作用。根据湿地的理化性质设计生化池，可采用连续水的动态自然挂膜培养方式，微生物在填料上缓慢生长和繁殖，生物膜会逐渐变厚。生物膜上含有丰富的藻类和原生动物，先吸附原水中的有机物、氨氮等污染物，再进一步为膜上的微生物分解、吸收、代谢而得到去除。
7、地下水修复技术
地下水是指存在于地表以下岩（土）层空隙中各种不同形式水的统称。地下水具有多种功能，与人类生活密切相关。近年来,由于大量工农业废弃物不合理地进行填埋,污染物事故性排放以及地下储油设施泄漏,各种有机物、重金属及放射性有害物质进入地下系统,地下水污染状况日益严重。修复已被污染的地下水,加强地下水环境的保护,已成为当前国内外环保研究的热点。目前,较典型的地下水污染修复技术主要有以下3种：
（1）抽出处理修复技术
P&T技术是最早出现的地下水污染修复技术,也是地下水异位修复的代表性技术。自20世纪80年代开展地下水污染修复至今,地下水污染治理仍以P&T技术为主。传统的P&T技术是把污染的地下水抽出来,然后在地面上进行处理。近年来,随着污染治理研究的不断深入,该技术已有了更广泛的含义,只要在地下水污染治理过程中对地下水实施了抽取或注入的,都归类为P&T技术。P&T技术概 念模型见图1。
P&T技术的修复过程一般可分为两大部分:地下水动力控制过程和地上污染物处理过程。该技术根据地下水污染范围,在污染场地布设一定数量的抽水井,通过水泵和水井将污染了的地下水抽取上来,然后利用地面净化设备进行地下水污染治理。在抽取过程中,水井水位下降,在水井周围形成地下水降落漏斗,使周围地下水不断流向水井,减少了污染扩散。最后根据污染场地的实际情况,对处理过的地下水进行排放,可以排入地表径流、回灌到地下或用于当地供水等。P&T技术适用范围广,对于污染范围大、污染晕埋藏深的污染场地也适用。但其自身也存在一些局限性:①当非水相溶液出现时,由于毛细张力而滞留的非水相溶液几乎不太可能通过泵抽的办法清除;②该技术开挖处理工程费用昂贵,而且涉及地下水的抽提或回灌,对修复区干扰大;③如果不封闭污染源,当停止抽水时,拖尾和反弹现象严重;④需要持续的能量供给,以确保地下水的抽出和水处理系统的运行,同时还要求对系统进行定期的维护与监测。
（2）监测天然衰减修复技术
MNA技术出现的时间较晚,于20世纪90年代才开始正式用于地下水污染治理。该技术基于污染场地自身理化条件和污染物自然衰减能力进行污染修复,从而达到降低污染物浓度、毒性及迁移性等目的。另外,MNA技术还必须根据污染区域的治理目标,采用相应的监测控制技术,对地下水的自然修复过程进行监测评价。实施监测的目的主要有以下几方面:①证明污染物的自然衰减与预测相符合;②能够监测影响自然衰减能力的环境变化因素(如:水文地质条件、地球化学条件、微生物等);③能够监测出所有潜在的有毒或易迁移转换的污染产物;④证实污染晕在纵、横、垂向上没有进一步扩展;⑤确定该修复过程对下游不会造成不良影响;⑥验证该修复是否达到修复目标。
采用MNA技术进行地下水污染修复,一般不会产生次生污染物,对生态环境的干扰程度较小;并且该技术工程设施简单,修复费用远远低于其他修复技术。但该技术适用范围较窄,对区域环境和污染物自然衰减能力要求较高,一般仅适用污染程度较低、污染物自然衰减能力较强的区域。
（3）空气注入修复技术
AS技术是在土壤气相抽提Soil Vapor Extraction技术(简称SVE技术)的基础上发展起来的,20世纪80年代中期最早应用在德国,随后迅速发展至美国以及欧洲的其他国家。近年来,AS技术已成为地下水原位处理技术的首选。其概念模型见图2。
该技术通常用来治理地下饱和带(饱水带及毛细饱和带)的有机污染,一般与SVE技术联合使用,其修复原理为:通过向地下注入空气,在污染晕下方形成气流屏障,防止污染晕进一步向下扩散和迁移,在气压梯度作用下,收集地下可挥发性污染物,并以供氧作为主要手段,促进地下污染物的生物降解。修复过程中发生的质量迁移转化机制较复杂,在不同的修复阶段,控制修复速率和效率的机理也不同。另外,随着场所地质条件的变化,各种机理对AS技术修复作用的贡献也不同。
AS技术具有如下特点:①设备简单,安装方便,易操作;②修复效率高,治理时间短,一般情况下修复期为1～ 4 a;③更适于消除地下水中难移动处理的污染物(如Dense Non-aqueous Phase Liquid,简称DNAPL,密度大于1的非水相溶液);④现场原位修复,对修复点干扰小。该技术的局限性主要有以下几点:①对于非挥发性的污染物不适用;②受地质条件限制,不适合在低渗透率或高黏土含量的地区使用;③不能应用于承压含水层及土壤分层情况下的污染物治理。
8、结语
河流、湖泊水库、湿地和地下水的修复技术繁多，主要均围绕着物理方法、化学方法和生物-生态方法这3 类展开，方法有所重叠。有的技术方法对于某一种水环境类型的修复适用，但对另一种水环境类型并不一定是最佳选择，例如底泥疏浚对于河流的修复存在一定的风险，但对湖泊水库修复却是一种很好的方法。在对流域水环境进行治理和管理时，应综合分析水环境的类型和状况，优先选择最合适的技术进行修复，以最小成本、最快速度达到水环境结构和功能恢复的目的。
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