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近年來,一門新的邊坡防護技術得到了迅速的發展,那就是邊坡生態修復。目前,不同類型的邊坡可以采取不同的方法進行邊坡生態修復,常見的方法有液壓噴播、厚層基材噴射植被護坡、植被混凝土護坡綠化、邊坡TBS植被護坡綠化、三維植被網噴播植草等。在生態修復的開始一段時間內,這些方法可以促進植物旺盛生長,能夠很好的保持水土不流失,但是一段時間過后,植物生長就會逐漸衰退,很難保持植物群落的穩定性。主要是因為在邊坡生態修復的過程中缺乏植物群落的多樣性,使用的草本植物比較多,使用的灌木、藤本植物比較少;另一方面還因為基質材料沒有較好的適應性,不具備持久性。
恢復邊坡原來就有的生態功能、構建穩定性良好、持續長久的植物群路是邊坡生態修復核心目的。所以,在邊坡生態修復過程中,既要考慮邊坡在短時期內的水土流失控制要求和一些自然災害的影響,還要考慮植物群落未來的演替類型,依據邊坡的實際情況、采用的生態修復方法及植物群落未來的演替類型,科學設計目標植物群落。當前,草本植物是邊坡生態修復過程中采用的主要建群種,植物群落類型非常單一,沒有足夠的群落穩定性。本文依據邊坡生態修復施工實踐和植物群落演替規律,在目標植物群落分類的基礎上,提出了邊坡生態修復的設計原則,總結了近幾年工作實踐中幾類邊坡生態修復植物群落類型設計方法。
一、邊坡生態修復中植物群落類型設計原則
邊坡生態修復中植物群落類型設計必須符合一個總的原則,就是構建與地理位置、自然環境相吻合的植物群落,而且要與周邊環境相互協調。具體來講要符合以下5個設計原則:
(一)與自然環境相協調的原則。在邊坡生態修復過程中,設計的植物群落類型要與所處區域的自然環境相符合,做到所修復的植被協調于原有的植被。所以,確定植物群落類型之前,要詳細調查當地的氣候生態條件及植被情況,依據調查的實際情況選擇生物特性適合的植物群落物種,合理的進行組合搭配。
(二)注重植物物種的安全性。選擇的植物群落類型要與邊坡的類型互相吻合,同時要保證植物物種不破壞邊坡的穩定性,不危害邊坡周邊的環境。要盡量多的選用當地的植物物種,少用或杜絕使用外來植物物種,避免物種侵入造成的危害。
(三)堅持植物群落的多樣性。由草本植物、喬木、灌木多物種組合的植物群落具有較強的穩定性,如果物種相對單一,就難以保持植物群落的穩定性。所以,設計植物群落類型時要在水平結構、垂直結構和時間結構上合理搭配草本、喬木、灌木等多種物種,保證植物群落中物種的多樣性,保持植物群落的穩定性。
(四)提高植物群落的實際功能。采用工程手段,對邊坡原有的植物群落類型進行恢復是邊坡生態修復的主要目的,主要是防治邊坡的水土流失,保護邊坡進一步穩定。依據不同邊坡的特點,設計時要考慮植物群落類型的特性和功能,多選擇保持水土效果較好、固坡能力強、耐旱的植物物種。
(五)保證植物群落的景觀特色。設計植物群落類型還要考慮植物群落所帶來的景觀效果。在滿足邊坡保護的功能基礎之上,要設計景觀價值較高的植物物種,以保證植物群落所帶來的觀賞價值。
二、邊坡生態修復中植物群落類型的設計方法
依據邊坡生態修復中目標植物群落類型設計原則,本文結合工作實踐的實際,淺談幾種邊坡生態修復中植物群落類型的設計方法。
(一)公路(鐵路)邊坡生態修復中植物群落類型設計方法。對于市區周邊的公路(鐵路)邊坡而言,要求必須有良好的景觀效果,所以,選擇的植物群落類型就必須與周邊的環境協調一致,選擇具有觀賞價值的花草和灌木,設計外觀,合理搭配物種的外觀形狀和顏彩,體現群落的自身特點。
對于離市區較遠的公路(鐵路)邊坡而言,最好是設計成灌草型植物群落,盡量避免使用喬木。由于喬木具有較大的重量,使用喬木會造成邊坡不穩的問題,由于高度較高,對司乘人員的視野造成影響,容易引發交通事故。要選擇水土保持能力強、根系發達、耐干旱的植物物種,合理搭配垂直結構,滿足多物種、景觀效果良好的植物群落。
(二)濱水岸坡生態修復中植物群落類型設計方法。陸地與水體連接的紐帶是濱水岸坡,能夠防止地面污染物流進水體。良好的岸坡植物群落能夠對污染物的含量進行有效過濾,減少污染物,吸收徑流中的大量有機物,改善河流的水質,減少藻類和浮游植物的繁殖數量。在設計選擇濱水岸坡的植物群落類型時,不但要考慮美化環境、保護河岸的功能,還要考慮減少對河水的污染作用。
對于水上的坡面而言,減少污染物流進河水、保護邊坡穩定是植物群落的主要作用。所以,要選擇設計灌草型的植物群落類型,選擇使用根系發達的物種,多使用能夠吸附污染物的草本植物和小灌木,保證與周圍環境協調一致,合理搭配花卉,構建成一個休閑娛樂景觀區域。
對于水下坡面而言,由于浸泡在水中的時間很長,沒有較好的光通量,所以要選擇設計根系發達、耐水淹的植物群落類型,最好選擇還具有降解水中污染物的沉水植物,不但能夠護岸固坡,還能夠對庫岸進行凈化,過濾流進江中的地表徑流,對有機物進行吸收和轉化,凈化水體,防止過多的有機物流進水體而導致富營養化,從而抑制浮游藻類在水體中的大量繁殖生長,提高水體透明度。
(三)廢棄地邊坡生態修復中植物群落類型設計方法。因為石壁非常的陡峭,而且表面十分光滑,晝夜溫差比較大,沒有松散的基質和土壤,不能對邊坡實施有效的保水保肥措施。所以,選擇設計植物群落類型時,是否合理的選擇了植物物種對能否成功進行生態修復起著非常重要的作用。
石壁的坡度大小、巖石性質和巖石表面粗糙程度是此類邊坡生態修復設計植物群落類型的依據。一般情況下,主要是選擇草本型植物群落,在石壁的空穴處和平臺處選擇小灌木和藤本植物物種,對周圍環境進行簡單點綴。
開挖坡頂的邊坡生態修復,主要是在山頂上修建種植槽,將種植土回填,在修建好的種植槽內設計灌木和垂吊藤本植物物種,下垂的藤本植物可以覆蓋一些的巖石,防止水土流逝,具有鮮活生動的景觀效果。在坡腳位置的種植槽內,可以選擇帶花的、具有攀緣能力的植物物種,構建美觀的植物群落景觀。
三、結束語
當前的邊坡生態修復與傳統的邊坡綠化已截然不同,主要涵蓋了修復邊坡生態的功能,植物群落的類型也發生了重大的改變,主要以物種的多樣性為主,豐富了群落類型。在邊坡生態修復過程中,設計適合實際的植物群落類型,將發揮群落的生態功能,改善邊坡區域環境的生態結構,提高社會效益。
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關鍵詞:生態修復 生態護坡 河道
河道生態修復是利用生態工學原理、技術,通過河道水污染控制、水量和水流態的調節,河道河底和岸坡的形態結構的生態改造,恢復河道生物多樣性,重建河道生態系統的結構和功能,使之達到良性的自然生態平衡。面對社會發展的需要,面對水利工程建設新的理念,如何更好的發揮與造就河道各項功能,使水環境、水景觀、水文化更適應社會發展需求,并與其協調發展,在總結的基礎上,值得我們進一步探討。本文著重從生態護坡與水質生態修復兩方面闡述河道的生態修復理念和措施。
1生奈護坡技術
生態護坡是一種新型的護岸技術,它集防洪效應、生態效應、自凈效應和景觀效應于一體,是融現代水利工程學、生物科學、環境科學、生態學、美學等學科于一體的水利工程。
1.1 河道生態護坡建設原則
河道生態護坡建設因地制宜,強調近自然特征,重建河道坡岸植被緩沖帶,其建設原則為:(1)生態邊坡必須能夠營造一個適合陸生植物、水陸兩生植物、水生動植物生長的生命環境;(2) 生態護坡應滿足渠道功能和堤防的穩定要求,并降低工程造價,盡量采用自然材料,減少剛性結構,避免二次環境污染;(3)護坡栽種植物的選擇應充分考慮到栽種植物與周邊環境的協調、地域適應性及生態平衡的問題,選擇對土壤要求低,抗病蟲害能力強,易維護管理的品種【1】。
1.2生態護坡類型
生態護坡是既滿足河道護坡功能,又有利于恢復河道護坡系統生態平衡的系統工程。生態護坡技術可以歸納為3種:
1.2.1全自然護岸
全自然護岸又叫全植被護岸,通常是指在經過平整處理的岸坡上,種植不同品種的護坡植物而形成的護岸,通過植被根系力學效應和水力學效應來固土保土、防止水土流失和綠化坡岸,具有生態和景觀的雙重功能【2】。可以采用土壤生物工程技術和水生植物全(半) 技術,對河道開展以生態修復和穩定坡岸為目標的全自然護岸技術,使河岸土壤侵蝕得到有效控制,坡岸的結構穩定性增強;同時河岸生境得到改善,本地植物快速恢復,生物多樣性增加,河岸植物群落結構由單一結構向復雜結構轉變,生態穩定性得到增強【3】。全自然護岸中植被防護能力有限,適用于護坡角度較小、河流流速平緩、防洪需求較低的河段。但這類護岸接近自然狀態下的護岸,對坡岸平衡生態體系影響小,自然融合能力較強,完整地保留了陸地與河流的物質、能量、信息等交換能力,也為多種物種的生存和繁衍提供了棲息地, 施工快速、簡便,造價也十分低廉。
1.2.2半自然護岸
半自然護岸是利用一定的工程措施,采用植被與石材、木材等自然材料相結合,使坡面既有一定的防洪能力,又為植被生長提供適宜的基質【4】。結合植被使用的天然材料通常有石塊、卵石、木樁等,使用的組合形式多種多樣。如安徽某農業觀光園區河用草皮、水生植物、木樁營造了一個具有江南水鄉特色的水景觀,半自然的生態護坡為村民提供了休閑的地方,為發展旅游觀光農業提供了良好的環境。如半自然護岸修復中,對坡面做削坡和壓實處理之后拋石,拋石護岸是既省資金又施工方便的一種施工工藝。在半自然護岸中,石材、木材等自然材料的使用起到了一定的框架和加固作用,岸坡的穩定性和抗沖刷能力得到了提高,隨后通過植被根系的加筋糾結作用,以及植被莖葉的緩沖吸能作用,使坡岸能有效抑制暴雨、徑流對坡岸的沖刷作用。
1.2.3多自然護岸
多自然護岸是利用工程措施,較大規模地使用混凝土、高分子材料及藥劑等人工材料與植物結合形成一個具有較大抗侵蝕能力的護岸結構【5】。隨著材料科學的發展,多自然護岸出現了很多不同的結構類型。常用的有生態石籠和生態袋。生態石籠用網塑結構框將石塊固定在河岸上,是集石籠結構的穩定性,卵石等填料的凈水性、水生植物的保護性和凈水性為一體的新型護岸結構,該新型護岸結構兼有景觀功能、生態功能和親水功能;生態袋是用高分子聚丙烯及其它材料制成,耐腐蝕性強,抗UV,不降解,對植物友善。具有透水不透土的過濾功能,既能防止填充物(土壤和營養成分混合物) 流失,又能實現水分在土壤中的正常交流,并且隨著根系的生長,邊坡穩定性加強,維護費用降低。多自然護岸對生態干擾較大,施工較為復雜,造價也相對較高,但護岸作用明顯而牢固,也有相應的生態功能。多用于對護岸抗沖擊能力要求較高,或坡岸陡峭不適合修建以上兩種類型護岸的河道岸坡。
2水質生態修復技術
水質修復主要從生態一生物修復技術考慮。
2.1生態調水
通過水利設施(閘門、泵站等) 的調控引入污染水域上游或者附近的清潔水源沖刷稀釋污染水域,以改善水環境質量。河道整治在治本的同時,治標的措施也各種開展,通過內河水閘積極引清調水,改善水質。
2.2曝氣復氧
曝氣復氧是人工向水體中充入空氣或氧氣,加速水體復氧過程,以提高水體的溶解氧,修復和增強水體中好氧微生物的活力,促進有機污染物的降解速度,從而改善受污染水體的水質,進而修復水體的生態系統。通過生物治理和曝氣復氧逐步修復水生態系統,可以提高河水的自凈能力,水質明顯改善。具體方法為:一是采用“生態壩”的方法,對污水進行阻截過濾,營造出一個相對獨立的水環境;二是在河中安上了曝氣增氧的裝置,增加水中的含氧量可以抑制藻類繁殖;三是在水邊、水面和水下種植“三水植物”,發揮這些植物天然的自凈能力,并放養了螺螄、魚蝦蚌等生物,優化水體水生生物的多樣性。
2.3底泥疏浚
底泥疏浚是水域污染治理中普遍采用的措施之一,一般而言,疏浚污染底泥意味著將污染物從水域系統中清除出去,可以較大程度地削減底泥對上覆水體的污染貢獻率,進而解決內源釋放而造成的二次污染。這種方法較為簡單,而且應用已較多。生態疏浚仍處于研究和開發當中,但已經有一些生態疏浚的方法和技術被投入使用。這種疏浚技術充分遵循了自然界的自身規律,通過強化自然界自身的自凈能力去治理被污染水體,這是人與自然和諧相處的治污思路,也是一條新的技術路線,是人們遵循生態系統自身規律達到治污目的的一種嘗試。
2.4生物修復技術
生物修復指生物(特別是微生物) 對環境中的污染物進行吸收或氧化降解,從而減少或最終消除環境污染的受控制或自發的過程。污染水體的生物修復技術主要包括投加菌種、投加營養物、提高生物可利用性、人工投放動物或植入植物等修復方法。還包括生物操縱技術、人工生物膜技術、濕地凈化技術等。
3結語
生態修復是河道治理的發展趨勢和新需要,既要滿足行洪防洪的基本需要,又要盡可能地從生態的、可持續的角度來看待河道的修復。河流生態修復具有多學科交叉性,修復方案要從多方面進行完善,今后對河道的開發和治理一定要在保護河流生態環境的前提下進行,堅決避免先破壞后修復的不合理模式。要用生態的手段來解決生態的問題,使可持續性發展的生態理念在河道建設中得到落實和體現。
參考文獻
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關鍵詞:水利工程;生態水利;設計策略
生態水利工程的建設能夠推進社會發展,對于設計人員來說,要全面提高生態水利工程設計能力,要重視結合水利工程實際,有針對性的進行實踐設計分析,以此才能不斷提高設計效率。在進行分析過程,本文對其進行了深入研究,希望分析能為水利工程建設事業發展奠定良好基礎。
1生態水利工程設計原則
1.1安全性與經濟性
水利工程的建設與規劃牽連的范圍較廣,因此多種因素都可對工程的實施造成影響。在具體完成施工時,工程方應在全面考量施工影響因素的同時,兼顧實施生態保護措施,從而使水利工程能夠與周圍的生態協調發展。水利工程的建設從理論上講,應首先符合工程學與生態學的規劃理念,嚴格按照工程及水文治理標準開展項目施工,從而使工程達到理想的穩定與耐用效果。
1.2生態系統保障
物種存在的多樣性是以生存空間異質性為前提的,也就是說,生存環境具有較高的差異性特征,便會形成有些局部的生存空間,促進生物的多類型繁衍。如果地域的差異性較差,生物種類的繁殖可能性也較小,從而出現單一化的生長特征。可見,環境差異對生物群落和種類的發展具有直接的影響作用。
1.3生態系統可自恢復
生態系統具有對自身的自行組織與設計能力,能夠根據當前既有的生物種類進行合理的選擇,并形成相應的生態鏈條,使整個系統的設置更為科學。在實施水利工程時,設計人員應人為控制對生態系統的破壞程度,需積極引入新的理念來設計和完成施工任務,從而達到工程與環境的平衡統一。人類一直在改造方面占據著主導地位,因此對生態的影響甚至是破壞程度也日益嚴重,從短期效果來看,不會產生較為嚴重的影響,但對自然無節制的破壞絕對會對人類的未來發展產生較深遠的影響,因此人類也需格外重視建設開發與自然的平衡關系。
2生態水利工程設計策略
2.1保證景觀尺度及整體性
對水利項目進行設計和統一管理時,需在較長的時間內保證項目的可持續經營。較大規模的生態修復對施工效率提出了較高的要求,而實際完成局部工序時,卻往往表現出效率偏低、效果未達到理想水平的現象。通常,“整體性”是從系統本身的結構和作用等方面出發,理清系統內不同條件的相互影響和內在聯系,從而確定科學的修復生態結構的途徑及手段。需要注意的是,設計人員不僅要重點研究河道水文的修復措施,也需同時關注到相關的生物種類和岸邊的植被情況,盡量做到整體性的規劃實施。此外,技術人員還應充分意識到水流與生態的變化性特征,水流由于其動態性,流量、流向等方面均具有隨機性特征,且河道也在不斷受到各方面的侵蝕作用,因此呈現出隨時變化的特征。上述情況同時對生物種群的生存和繁衍也造成了一定的影響。水域面積會隨著地區降水、潮流等因素的影響而形成擴張和收縮的效果,同時生物群也會隨之繁衍或者消亡。生物系統由于物種的遷徙或者不同季節的生長特點而對整個系統構成形成一定的動態影響。最后從修復河流生態的進度來看,河流的演變并不是短時間內形成的,需要一個漫長的過程,因此河流生態與其相關的生物系統的變化都呈現出一定的延續性,因此技術人員需總體聯系歷史情況進行客觀分析,準確把握河流及生物的變化歷程,并找出二者之間的內在聯系,最終確定較為科學的工程設計方案。
2.2完善基礎模塊設計
為了使生態工程與流域的特征保持較為緊密的一致性,在具體完成工程設計環節時,技術人員應參照工程設計的基本流程和各模塊之間的相互關系來具體實施設計方案的規劃。首先在防洪方面的設計中,要基于對經濟與環境等方面的效益分析,來確定適合的生態環境協調方案,并以此為基礎開展對生態工程經濟價值的測算,最終制定出客觀的生態評價體系。將以往已建立的生態評定作為基礎,同時將海岸、湖泊、河流生態系統及與之相聯系的生物及人群也納入到評價指標中,通過構建更為全面的系統,來統一對生態走廊的相關物種進行規劃和安排。在實施水文工程建設之前,技術人員應充分深入工程實施區域,進行較為全面的地質和生態系統的了解調查,掌握充分的基礎信息,從而使工程項目具有良好的生態效益。其次,需遵循河流同質化的特征設置堤岸線,并按照河流以往的流動規律實施后續的工程項目,從而最大限度保留河流流域的原狀。當確定好堤壩間的距離后,便可按照等寬的原則統籌分析土地的利用方式與生態的關系、防護工程與生態的相互作用等。此后按照地區具體的洪水量來設置植被的寬度,促進生物的生長和河水自凈能力的發揮。在設計堤岸外觀時,還需按照工程在滲漏和恢復等方面的具體要求,傾向于選擇原始的緩坡或者材料參與施工,從而優化河流連通效果。最后再完成岸坡防護部分的設計時,要注意水陸交錯部分對工程整體的影響作用,該部分不僅為陸地及水生動植物提供了生殖與繁衍的主要場所,且對生態景觀的修復也起到重要的影響作用。因此在防護坡的設計規劃中,應重點加強對該部分地帶結構的設計管理,以科學的方式完成景觀內各因素的有效協調,從而達到理想的水流自濾作用。此外,應側重于使用天然的或者多孔混凝土等原料參與護岸工程的實施,從而在總體層面提高項目實施的穩定性與美觀性。
2.3統籌兼顧水生態水文化
在實施水利工程的項目設計時,需以生態理念為指導,綜合兼顧節能減排、環境及水源保護、水利文物及相關的傳說、水利人文精神、領域內的相關知識、法規宣傳等內容,將水利工程項目打造成為具有生態性、文化性及美觀性等多種特征為一體的綜合性工程項目。在建設過程中需以安全為首要前提,同時以保護生態為基礎,綜合融入文化、民生及實際的地理及經濟等情況,充分調動現有的自然等方面的條件,充分滿足當地群眾對生產和文化等方面的需求,將工程建設與當地民生和諧共融。如在完成堤防部分的設計規劃時,實際上多數的堤防興建于與當地居民棲居地距離較近的位置,因此在保證堤防的抗洪性能之外,還可結合地方實際的環境建設情況新建休閑娛樂等活動區域,促進提升當地居民的生存環境的生態性特征。在不影響防洪措施的情況下,可不對生長于岸邊的植物進行全部清除,適當保留也可優化岸邊的綠化效果。此外應注意重點保護自然形成的沙灘區域,同時將堤防周邊的山體和空地進行綜合改造,形成適宜人群休閑和健身的場所,盡量豐富地方人民的文化生活。此外還可加大水利相關的知識、故事、藝術作品及法律發規等內容的宣傳普及,以生態理念貫穿水利項目設計與建設的各個方面,時刻以把保護水文生態、建立和諧的項目工程作為最終目標,使水利工程不僅具有工程本身的使用性特征,同時還能兼具生態文明,進一步提升對地區環境和人民的貢獻度,真正體現出工程的生態理念。
關鍵詞:生態河岸;規劃;綜合評價
中圖分類號:X171 文獻標識碼:A 文章編號:1674-0432(2011)-03-0226-2
0 緒論
河岸帶的定義首次出現在20世紀70年代末。生態河岸(riparian ecosystem)是一個新興的概念。關于生態河岸的定義,目前主要從生態河岸的生態系統屬性和過渡帶屬性兩個方面進行理解。總的來說,生態河岸(riparian ecosystem)是以自然為主導的,在保證河岸帶穩定和滿足行洪要求的基礎上,維持物種多樣性、減少對資源的剝奪、維護生態系統的動態平衡,與周圍環境相互協調、協同發展,提高系統的自我調節、自我修復能力、改善人類生活環境的地帶。生態河岸是一個狹長的水陸生態交錯帶,既要研究其生態系統的特征,又要從水利工程方面
進行考慮。當前,生態河岸主要研究生態河岸的功能以及生態河岸功能實現的途徑,生態河岸建設已經成為國內外河道治理的重要措施。
1 生態河岸的功能
目前國內外很多學者對生態河岸的功能進行了大量的研究,最具代表性的是Naiman及張建春等人在2001年將生態河岸功能概括為廊道功能、植物護岸功能和緩沖帶功能。Miller于1998年指出生態河岸的功能可以概括為:生態河岸以及與之相聯系的對地表和地下水徑流的保護功能;對開放的野生動植物生境以及其他特殊地和旅行通道的保護功能;可提供多用途的娛樂場所和舒適的生活環境。還有一些學者把生態河岸的功能歸納為:自然保護功能、社會保護功能以及休閑娛樂功能。
2 生態河岸技術的應用與發展
生態河岸功能的實現依賴于生態河岸生態系統中生態平衡的維持。對于一個退化的河流生態系統來說,運用恢復生態學原理來修復生態系統,有利于生態河岸功能的實現。我們在分析公園河岸生態狀況的基礎上,探討公園生態河岸建設的原則,采用工程和植物措施相結合的方法,對公園生態河岸進行整體規劃和建設,并探討公園生態河岸的綜合評價。通過公園生態河岸規劃和建設的研究,為本地區河流河岸帶自然條件的生態修復積累實驗成果,完善解決河道生態護岸中存在的諸多技術問題,使本地區的生態河岸研究有進一步的長足發展。
生態河岸功能的實現依賴于生態河岸生態系統中生態平衡的維持。對于一個退化的河流生態系統來說,運用恢復生態學原理來修復生態系統,有利于生態河岸功能的實現。河岸的治理在古代已經很廣泛了。
20世紀60年代后期,德國及瑞士認識到傳統的水利設計及管理思想是導致河流自然生態系統受損的根本原因,開始進行如何把生態學原理應用于土木工程,修復受損河岸生態系統的試驗研究。瑞士、德國等于20世紀80年代提出了“自然型護岸”技術,并且在生態型護坡結構方面做了實踐。20世紀70年代以來,德國、瑞士、日本等發達國家進行了大量的混凝土河岸的生態修復實驗研究,大規模改修了混凝土河岸,恢復河流的自然生態系統,積累了大量的成功范例。日本在20世紀90年代初提出“多自然型河道治理”技術。但是國外河流生態修復多以積累典型成功工程事例為主,缺乏恢復過程中的生態系統是如何自我調節的動態定量化證明研究,沒有建立一套評價河流生態系統自我恢復能力的定量化指標體系。
近年來,我國的生態河岸專家已深刻認識到在河岸工程設計和施工中對河流生態環境的影響,開始探討生態河岸的運用與發展,并在全國各地開展了一系列的護岸研究,尋找生態河岸最理想的技術手段。目前,我國河道護岸工程在很大程度上仍然采用傳統的規劃設計思想和技術,即便是中小河流,河流護岸仍然只是考慮河道的安全性問題,以混凝土護岸為主,而沒有考慮工程建筑對河流環境和生態系統及其動植物及微生物生存環境的影響。我國城市段河流護岸多采用耐久性好的混凝土,破壞了河岸的生態系統,導致河流自我凈化能力降低。以恢復城市受損河岸生態系統為目的,研究受損河岸生態修復材料(如蘆葦(Phragmites com munis Trin.)、河柳(Salix matsudana Koidz.)、竹子(Phyllostachys pubescens Mazel ex H.de Lehaie)、意楊(Populus euramevicana cv.)、楓楊(Pterocarya stenoptera DC.)、榆樹(Ulmus pumila L.))的適應性,利用植物護岸,并把植物護岸與工程措施相結合的護岸技術研究,是實現生態河岸功能的重要途徑。
植物在生態河岸恢復中的作用,可以總結為:一種是單純利用植物護岸,一種是植物護岸與工程措施相結合的護岸技術。下面為國內比較常用的幾種植物護坡技術。
2.1 植草護坡技術
植草護坡技術常用于河道岸坡及道路護坡上。目前,國內很多生態河岸的治理都使用的是這一技術,我們在生態河岸的探討中也經常使用。這一技術主要是利用植物地上部分形成堤防迎水坡面軟覆蓋,減少坡面的面積,起到護坡的作用;利用植物的深根系,加強植物的護坡固土作用。還可以改善原有的駁岸沒有流動性,單一性,使河道流速再高都不受影響。有些原有河道硬化破壞了河岸與河床之間在水文和生態上的聯系,破壞了可以降低水溫的植被,植草護坡后可以使其發揮截留雨水,穩固堤岸,過濾河岸地表徑流,凈化水質,減少河道沉積物的作用。同時,還可以增加河岸生物的多樣性。
2.2 三維植被網護岸
三維植被網技術多見于山坡及高速公路路坡的保護中,這一技術現在也開始被用于生態河岸的防護上。它主要是指利用活性植物并結合土工合成材料等工程材料,在坡面構建一個具有自身生長能力的防護系統,通過植物的生長對邊坡進行加固的一門新技術。根據原有的邊坡、地形進行處理,把三維植被網技術用于生態河岸的護坡上,通過植物的生長對邊坡進行加固,根據邊坡地形地貌、土質和區域氣候的特點,在邊坡表面覆蓋一層土工合成材料,并按一定的組合與間距種植多種植物,將河岸的垂直堤岸護坡改造成種植池。
2.3 河岸防護林護岸
在生態河岸種植樹木或竹子,形成河岸防護林,減小了水流對表土的沖擊,減少了土壤流失。還可以在河岸邊種植菖蒲,形成防風浪的障礙物,將原有泥石堤岸改造成用土做堤,降低河岸坡度,形成緩坡,在緩坡上種植草坪和鄉土植物,形成游人可以接近水界面的低水位網格親水步道。河岸防護林可以起到保持水土、固土護岸作用,
又可以提高河岸土壤肥力,改善河岸周邊的生態環境。
3 生態河岸的規劃與構建
以生態護岸為設計的亮點,主要以新的施工技術應用于駁岸施工。我們可以根據河流地形的高低,改造和減少混凝土和石砌擋土墻的硬質河岸,擴大適生植物的種植空間,建立親水平臺,構建層次豐富的岸線。先拋石,在常水位線以下用三圍網固土,造緩坡草坪入水,在常水位以上種植物護坡,造景觀。
河流生態恢復的目的之一就是促使河岸系統恢復到較為自然的狀態,在這種狀態下,生態河岸系統具有可持續性,并可提高生態系統價值和生物多樣性。生態河岸規劃所遵循的原則歸納有下列五項:尊重自然的原則,植物合理配置原則,避免生物入侵的原則,可持續發展原則,協調統一的原則。
我們針對某一水域的地理環境為主提出生態河岸,旨在以生態原則提高水體的自潔能力,使該水體對保持城區水生態平衡,使城市與環境協調發展,人類、多種動植物和諧共處,達到一種自然平衡的狀態,建設有特色的新型城市景觀。加強生態環境保護建設,對該水域進行綜合治理,加強該水域及周邊的產業規劃,進行產業調整。
4 生態河岸構建的技術推廣體系
本文在研究生態河岸自然特征即河流主要生態問題的基礎上,根據生態河岸建設的基本原則,探索了對規劃構建的生態河岸進行綜合評價的指標和評價方法,總結出開展長江中游城市生態河岸建設的一些技術推廣體系。主要研究結果如下:
(1)大多數生態河岸存在的生態問題主要表現在水體污染嚴重,原有駁岸破壞了生態平衡,植物多樣性低,河岸異質性降低四個方面。
(2)生態河岸規劃的原則,既要遵循尊重自然、植物合理配置、避免生物入侵、可持續發展以及協調統一的普遍性原則,又要基于公園原有河岸的自然特征和生態問題,對河岸進行技術改造,增加河岸的親水空間,加強對河流的綜合治理,把公園與周邊的公園結合起來,形成有特色的濱水景觀。
(3)在生態河岸的規劃建設中,把工程措施和植物建植措施有機結合起來。植物設計以應用鄉土樹種為主,考慮四季景觀,在不同的景區使用不同的植物來渲染意境。在河漫灘濕地(最低水位到常水位)點綴水生植物菖蒲(Acorus calamus Linn.)、蘆葦( Phragmites com munis Trin.);在河堤疏樹草地(常水位到最高水位)種植楓楊(Pterocarya stenoptera DC.),林下種石蒜(Lycoris radiata)、鳶尾(Iris tectorum)和玉簪(Hosta plantaginea)等宿根花卉;在濱河疏林草地處,結合地形、鋪裝,配置竹林、烏桕(Sapium sebiferum Roxb.)、欒樹(Koelreuteria paniculata Laxm.)、桂花(Osmanthus fragrans (thunb) Lour.)。
(4)根據公園的河岸線,將其分為幾個不同的部分進行功能劃分。上游可以設計為理水區,理水區保留了原有堤防基礎,沿岸道路退后,將原來的垂直堤岸內側護坡改造成種植池,并在堤腳面一側設高水位親水游船碼頭;中游設計為親水區,親水區保留原有水泥防洪堤基礎,沿岸道路退后,在原來的垂直堤岸內側護坡上堆土,形成種植區,并在堤腳鋪設卵石,形成親水界面,即中水位臨水平臺;下游設計為戲水區,戲水區的河岸邊種植菖蒲,形成防風浪的障礙物,將原有泥石堤岸改造成用土做堤,降低河岸坡度,形成緩坡,在緩坡上種植草坪和鄉土植物,形成游人可以接近水界面的低水位網格親水步道。
(5)由于生態重建是一個跨越較長時間尺度的過程,因此,需要在長期對河流流域以及公園生態河岸監測的基礎上,根據河流生態系統健康評價要求,結合生態河岸規劃建設情況,運用模糊綜合評價法,從結構穩定性、景觀適宜性、生態健康、生態安全方面對河流生態河岸開展綜合評價。
(6)生態河岸建設的關鍵技術體系表現在根據河流地形的高低,改造和減少混凝土和石砌擋土墻的硬質河岸,擴大適生植物的種植空間,建立親水平臺,構建層次豐富的岸線。
(7)應加強對規劃構建的公園生態河岸生態系統的基礎研究,重點研究河岸生態系統結構、功能及其穩定性,并應加強定量化研究。
參考文獻
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[3] Boon P J.寧遠,沈承珠,譚炳卿,等譯.河流保護與管理.
關鍵字:河道治理、生態修復、微生物技術、水體自凈
一、總述
由于我國很多地區前期雨污不分流,工業廢水直接排放河體。造成城市水體污染,甚至發黑發臭。黑臭成因復雜、影響因素多。其治理路線的核心可歸結為“控源截污、內源治理、生態修復”,具體來說就是把“控源截污”作為城市黑臭水體整治工作的根本措施和前提;把“黑臭在水里,根源在岸上,關鍵在排口,核心在管網”作為中心思想;把“控源為本,截污優先、科學診斷,重在修復、建管并重,強化維護、綜合施治,協同推進”作為基本原則。
二、治理思路
1、控源截污
河道污染,大多都有外部污染源,或為生活污水排入,或為工業污水排入,當排入河道污染物總量大于河道的自凈能力時,污染物機會積累,積累到一定時候就會發黑發臭,形成黑臭河。所以外部污染源不控制,河道再治理也不能從根本上解決問題。控制外部污染源是一項復雜長久的工作,一般由政府行政主管部門牽頭實施。
2、內源治理
內源治分為水體治理、底泥處理。對于水體治理可分為原位修復和異位修復,原位修復技術即在河道中通過一系列技術手段,使水體達到理想的效果;異位修復是通過泵把河水抽吸出來通過一體化設備單獨處理,達到理想的效果后再排入河道中。對于底泥處理,一些河道由于污染嚴重,河底會積累一層底泥,發黑發臭,甚至會冒泡,主要是發生厭氧反應,產生沼氣所致。對于污染河道的底泥,一般可通過人工清淤或專性微生物消解來處理。
3、生態修復
河道水體通過內源治理后,需進一步做生態修復。主要措施有利用多孔透水透氣性生態材料,如多孔混凝土磚鋪設生態岸線、堤岸,道路邊坡等輔以根系發達的植物種植。
三、河道治理技術措施
1、河道曝氣生態凈化
水生生物為主體,輔以適當的人工曝氣,建立人工模擬生態處理系統,以高效降解水體中的污染物,改善或艋水質,是人工凈化與生態凈化相結合的工藝。該工藝實用污染較輕的水體,優點是能快速提高水體中的溶解氧;缺點是曝氣工程量大,施工復雜。如采用新型太陽能曝氣設備,雖然工程量小了,但設備投資增大,經濟性降低。
2、污水穩定床(氧化塘)處理技術
利用重力沉淀、微生物分解轉化、水生動植物的吸收多種途徑來凈化水體。該工藝需要人工修整建成池塘,設置圍堤和防滲層,依靠塘內生長的微生物來降解水體中的污染物,主要利用菌藻的共同作用。該工藝工程量較大,需要對河道修整,建設池塘等,投資費用較高。
3、底泥生物氧化技術
該工藝適用于黑臭水體,且有較多底泥沉積。原理是土著微生物定向擴增,就地大量繁殖土著微生物氧化底泥,通過靶向給藥技術直接將藥物注射到河道底泥表面,對河道黑臭底泥進行生物氧化,通過土著微生物的生物降解作用,凈化水質。該工藝優點是不需要人工清淤,節省大量勞動力;缺點是微生物藥劑成本較高,微生物消解底泥需要周期較長。
4、多功能河道生態工程修復
將城市河道設計成具有多種自然景觀和生物類群,景觀與凈化功能并存的河道凈化系統,是一項利用多功能河道凈化水中污染物質的生態工程技術。優點是該工藝基于長效治理,建立穩定的生態系統;缺點是該工藝投資成本高,建設費用也高。
5、異位處理技術
該技術采用一體化處理設備,通過泵把污染水提升至一體化處理設備處理合格后排放回河體。該工藝適用水體總水量不大,污染嚴重的水體。優點是快速達到效果,缺點是水體總水量受限制,一體化設備投資費用也高。
6、原位選擇性激活生態修復技術
該技術是把激活原位微生物所需的各種營養物質--益生元(碳源、微量元素、酶及其他載體)通過納米技術及微包覆技術制成均勻顆粒,投放在人工建立的繁殖平臺上,把這些營養物質提供給水環境中的微生物--益生菌,這些微生物被連續不斷激活并因不斷被提供能量和營養而可以大量連續繁殖。通過這類微生物進行有氧反硝化、同步硝化反硝化除磷、以及建立高效食物鏈來降解水體中富營養物質。該工藝的優點是篩選的微生物來自自然水體,不會新引入微生物,對水體安全性較高,不僅可以降低水體中的N、P、COD濃度,而且可以提高水域生態系統的自我修復能力。同時可以去除底泥中的有機物(底泥中的有機物去除率最高可達到50%以上),減少了河床和河底的底泥體積。可以通過控制激活微生物所需營養元素來調控微生物的繁殖速度,以適應不同水環境的生態修復要求。該技術選擇激活的是有益微生物,同時抑制其他有害微生物。 原位修復速度快,1-2個月消除水體黑臭、2-3個月恢復水體生態,運行6-12個月后水質可提升一個類別。設備操作運行簡單,直接漂浮水面,繩索固定即可。2-3個月檢查一次修復劑是否需要投加。投資及運行成本較低,視水體污染程度每平方米每年只需要30-120元。
四、總結
盡管水體修復技術種類較多,但歸根到底要達到長效穩定,首先要控源截污,只有把外源污染物截住,才能保證水體不被再次破壞。其次是修復水體,根據水體污染程度選擇適合的技術,輔以植物建立良性生態圈,提高水體自凈能力。
參考文獻:
住房城鄉建設部 《城市黑臭水體整治排水口管道及檢查井技術指南》(試行)2016.08