河流生态修复

河流生态修复措施浅析摘要：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以往人类对河流的开发利用中常以防洪为主要目的修建了大量的堰坝堤防硬质化边坡外这些工程措施都不同程度地损伤河流生态系统随着人类的发展人们的生态意识不断提高对河流的生态要求也不断提高因此对河流的生态修复的研究不断深化本文主要介绍了河流系统的四维结构特征和生态修复技术。本文系统阐述了水利工程的生态影响现象，对于传统意义上的水利工程规划设计理念和方法进行了系统的反思，总结了河流生态修复规划原则与评估方法和河流廊道生态修复技术，对典型示范工程进行了介绍关键词：生态修复、河流保护、水文循环模型、示范工程前言随着科学技术的进步和工农业生产的发展，人类对河流的开发利用程度已经达到相当高的水平。堤防的修建虽为保护重点城市安全发挥了重要作用，但另一方面切断了河流横向的水文循环和生态联系，使得河流自然生态功能严重退化。对河流的过度开发和不合理的治理导致了河流断流、地面沉陷、土地荒漠化、流域生物多样性丧失等生态环境灾难。这一系列问题，促使人们不得不改变传统观念，从生态和环境的意义上系统地研究河流。河流是人类赖以生存的水环境，是人类社会生存和发展的起源地河流系统，是自然界最重要的生态系统之一。以前人类对河流的开发治理过程中，常以防洪为主要目的除修建大量堰坝和堤防外，还有河道裁弯取直硬质化边坡等，这些工程措施都不可避免地破坏了自然河流的连续化，对河流生态系统造成不同程度的损伤。堰坝的修建破坏了自然河流纵向顺水流方向的连续性使得河流被节点化、台阶化，其自然径流模式被改变流速水深、水温及水流边界条件都发生了重大变化，其物理化学和生态特征都呈现出不同程度的病态。流域生态系统受到扰动和破坏，堤防破坏了横向垂直于水流方向的连续性即水陆连续性使沿河湿地大量消失，从而导致水陆生态连续性的破坏。另外与防洪相关的工程措施如河道裁弯取直及修建硬质化边坡也在很大程度上破坏河流的生态系统。一、人类开发利用和治理河流中存在的问题水利工程在防洪、灌溉、供水、发电、航运和旅游等诸多方面对于保障社会安全、促进经济可持续发展发挥着巨大的作用，这是举世公认的事实。但是另一方面，水坝和堤防建设、河道整治工程和跨流域调水工程等各类水利工程对于河流、湖泊生态系统也造成了胁迫效应。水利工程的负面影响主要表现为改变了自然水文规律和引起地貌特征变化，从而不同程度地改变了生境条件，导致淡水生态系统结构和功能的变化。水利工程的生态影响问题引起了社会各界的广泛关注，也逐渐变成了水利水电建设发展的瓶颈问题。如何正确对待和处理水利工程的生态影响问题，需要坚持可持续发展的原则，用辩证的观点进行分析。在工程技术层面上，纵观传统意义上水利工程的建设和管理目标，都是以建设和运行工程设施为手段，通过改造和控制河流，实现预期的经济效益和社会目标。传统意义上的水利工程尽管满足了社会经济需求，但是在不同程度上忽视了淡水生态系统的健康需求，因此对生态系统构成了胁迫效应。面对这个复杂问题，应坚持全面权衡利弊，力争趋利避害的辩证思维方法，探索通过工程措施、生物措施和管理措施，尽量避免、缓解或补偿水利工程对于河流生态系统的负面影响，达到社会经济效益与生态保护二者兼顾的目标。水利工程对河流生态系统胁迫和机理分析自然力和人类活动对于淡水生态系统构成双重胁迫。各类水利工程对淡水生态系统的胁迫是大规模人类活动的负面影响之一。这种影响主要表现为改变了自然水文规律和引起地貌特征变化，从而不同程度地改变了生境条件，导致淡水生态系统的结构和功能的变化。人类活动和水利水电工程对于河流生态系统的胁迫人类活动对于河流生态系统的胁迫，从更大的尺度研究应该包括近代人类活动引起的全球变化如气候变化引起河流径流量的变化，酸雨引起的河流水质变化等。人类对水土资源的开发利用以及其他经济活动引起对于河流的胁迫效应，包括：水污染，超量用水，土地利用方式变化，对湖泊和河流滩地的围垦，生物入侵。几千年来人类为了防洪安全与经济发展，对于河流进行了大量的人工改造。特别是近一百多年来利用现代工程技术手段，对河流进行了大规模开发利用，兴建了大量工程设施，改变了河流地貌学特征。河流近一百年来的人工变化超过了数万年的自然进化。水利工程对于河流生态系统的胁迫主要来源于以下两个方面：一是河流的人工改造，包括1）自然河流的渠道化，2）自然河流的非连续化；二是跨流域调水工程。河流的人工渠道化破坏了自然河流所特有的蜿蜒性特征，改变了深潭与浅滩交错，急流与缓流交替的格局。二、河河流生态修复生态修复是利用生态系统原理，采取各种方法修复受损伤的水体生态系统的生物群体及结构，重建健康的水生生态系统修复和强化水体生态系统的主要功能，并能使生态系统实现整体协调自我维持自，我演替的良性循环，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。1、缓冲区修复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，具有水域与陆地双重属性，缓冲区是河流生态系统与陆地生态系统进行物质能量信息交换的一个重要过渡带，成为两者相互作用的重要纽带和桥梁。它受到地表水以及地下水的影响是一种生态交错带，具有明显的边缘效应。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。因此修复缓冲区生态对增加动植物物种种源提高生物多样性和生态系统生产力，治理水土流失稳定河岸调节微气候和美化具有重要作用。2、植被恢复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，净化水体截留来来自农田的氮和磷以达到保护水质的目的并可提供景观休闲场所和多种生态服务功能。3、生物强化人工河道、生态沟渠及生态护岸生物强化人工河道是指结合水系疏通工程和结构现状构建的以生物处理为主体的人工河道。水质净化设施主体设于河道内或河流一侧，形成多级串联式的生物净化系统从而改善水环境条件。自然河道生态塘则是以太阳能为初始能源，在塘中种植水生植物进行水产和水禽养殖，形成人工生态系统。通过多条食物链的物质迁移转化和能量的逐级传递、转化可净化河水中的有机污染物。生态沟渠是指根据水生植物的耐污能力及生理特征充分利用现有沟渠条件在不同渠段选择利用砾间接触氧化，强化生物接触氧化等措施逐级净化水质在达到分级净化水质功能的同时将净化设施。与地表景观融为一体，美化河流景观生态护岸是利用石头木材多孔环保混凝土和自然材质制成的柔性结构等构建多孔护岸材料为植物的生长提供了有利条件，为野生动物提供栖息地保障自然环境和人居环境的和谐统一。透水的护岸也保证了地表径流与地下水之间的物质能量的交换4、生态修复耦合系统生态修复耦合系统是综合人工湿地微生物及水生动物协同净化等原理设计的生态修复系统。可去除河流水体中的营养盐和有机物从而达到修复河流水环境的目的。其在利用湿地植物的同时构建新的水生植物系统在美化景观的同时，合理配置生态系统营养级结构，利用多种微生物净化水体的同时构建具有完整营养级结构的水生动植物生态系统，并利用动植物微生物的协同作用改善河流水质。生境修复是河流生态修复的重要途径生境修复就是要遵循河流自然演变的规律，使河道恢复自然的蛇形弯曲形态，重新塑造自然河川的主流深潭浅滩和急流相间的格局，浅滩深塘结构是河流经自然发育后形成的常见河道形态有利于稳定河床和岸坡，有助于植被的良好发育和构建多样性的生物栖息地。通过修复河道系统和营造浅滩深塘结构，可由浅滩段增加的紊动增加水中溶解氧量和促进河流自净功能的恢复。干净的石质底层是很多水生脊椎动物的主要栖息地，也是鱼类觅食的场所和保护区。此外还可营造天然的河流景观恢复裁弯河流利用弯曲河流消耗河流能量，减少下游侵蚀增加水流在河道内滞留时间，强化河流的自净功，能同时恢复了河流的天然景观，并使河流拥有更复杂的动植物群落。鱼道恢复是近年来河流系统生态修复中最受关注的问题之一。鱼类必须通过栖息地间的通道进行每天的觅食活动以及不同生命阶段中更大范围的活动这些活动在遇到大坝水库等结构时会被阻断从而导致鱼类的局部灭绝西方国家在进行河流修复时普遍注意了鱼对河岸进行加固防止河道淤积侵蚀和下切同时类通道的重建可以通过限制河流中建筑物的自由落差限制下游坡度降低流速保持足够水深以及修建石坡鱼道鱼类分水槽鱼梯等方法修复鱼类活动通道水生生物群落修复是指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。环境等均有重要的现实和潜在价值流修复的规划和设计应采用系统方法，遵循自然规律，不仅能适应有固定边界条件的河流，也能适应可变边界条件的河流，而且要能保证在同一个工程目标下，不同工程技术人员能做出相似的设计方案，系统方法是一个多次反复的过程。河流生态修复工程的目标应是部分地恢复河流的自然地貌、水力和生态功能，需要不同专业领域专家的参与并提供技术支撑。修复工程的规划设计人员应包括地貌学、水文学、河流动力学、岩土工程和生态学领域的专家，此外还应包括关注这一工作的机构、个人、组织和其它利益相关者。我国大多数河流都建有堤防工程，河流地貌不可避免要受到堤防工程的影响。从恢复自然环境功能但同时又能发挥防洪工程效益的角度出发，需要改进完善现有堤防的设计和建设方法，提出一些创新性的技术方法。（1）洪水后退。这项措施包括清除河漫滩内的所有结构物，把河道恢复到历史状态。设计河道形态时要使河流泥沙不会产生严重的冲刷和淤积现象，并能恢复到天然形态。河流形态可以自由蜿蜒，洪水可以漫滩，平均漫滩频率为一年或两年。从现实来看，这一理念在我国的应用将受到社会经济发展的制约，对大多数已经建有堤防工程的河道而言，要实现河流形态的完全恢复是不切实际的。但对于尚未建造堤防工程的河段，在未来的防洪规划中，可把这种非工程防护措施作为一个主要的待选方案。（2）堤防后靠。这项措施与洪水后退措施在本质上是一致的，但河漫滩洪水被限制在两岸堤防之间。堤防在布置上不应侵占蜿蜒带，从而使河道在地貌变化活跃的廊道区域内仍可以摆动。这项措施符合当前的洪水管理理念，但在很大程度上受经济条件的制约。对于新建堤防，在堤线布置方面，应遵循宜宽则宽的原则，处理好河道行洪和生态保护要求与土地开发利用之间的矛盾，河槽和河漫滩不仅要能满足设计洪水的行洪要求，还要保持一定的浅滩宽度和植被空间，为生物的生长发育提供栖息地，既可发挥河流的自净化功能，又有利于地表和地下水的联通。（3）两级河道。两级河道实质上是大河道内套小河道，即上部河道主要用于行洪，枯水河道主要用于改善栖息地质量和提高泥沙输移能力。上部河道可设计成公共娱乐场所或湿地型栖息地，枯水河道可设计成蜿蜒形态。（4）行洪河道。把现有河道恢复到原来的形态，同时建设一条行洪河道或大流量河道以满足行洪需求。恢复的河道主要是为了修复栖息地，而行洪河道则可设计成湿地或低洼栖息地，或开发为旅游休闲地，其作用就如同一个分离的河漫滩。（5）河道内栖息地加强结构。通过在河道内增加砾石、翼型导流设施（侧堰）、堆石堰和鱼巢等结构，可以增强河道栖息地功能。但在设计中，必须考虑这些结构对河道过流能力和泥沙输移能力的影响，以保证防洪工程的可靠性。（6）岸坡防护。在河道岸坡防护工程中引入树木和灌木类植被，不仅能提供良好的生物栖息地环境，而且还可以增加审美情趣。这类措施对防洪工程的改变最小，因此最容易实施，并强调在多孔性防护结构底部设置反滤层和垫层。此外，河岸植被将增进河道糙率，因此需进行详细的水力学分析来评价这种影响。针对冲刷侵蚀严重的河段，本项成果开发了一些岸