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近年来,一门新的边坡防护技术得到了迅速的发展,那就是边坡生态修复。目前,不同类型的边坡可以采取不同的方法进行边坡生态修复,常见的方法有液压喷播、厚层基材喷射植被护坡、植被混凝土护坡绿化、边坡TBS植被护坡绿化、三维植被网喷播植草等。在生态修复的开始一段时间内,这些方法可以促进植物旺盛生长,能够很好的保持水土不流失,但是一段时间过后,植物生长就会逐渐衰退,很难保持植物群落的稳定性。主要是因为在边坡生态修复的过程中缺乏植物群落的多样性,使用的草本植物比较多,使用的灌木、藤本植物比较少;另一方面还因为基质材料没有较好的适应性,不具备持久性。
恢复边坡原来就有的生态功能、构建稳定性良好、持续长久的植物群路是边坡生态修复核心目的。所以,在边坡生态修复过程中,既要考虑边坡在短时期内的水土流失控制要求和一些自然灾害的影响,还要考虑植物群落未来的演替类型,依据边坡的实际情况、采用的生态修复方法及植物群落未来的演替类型,科学设计目标植物群落。当前,草本植物是边坡生态修复过程中采用的主要建群种,植物群落类型非常单一,没有足够的群落稳定性。本文依据边坡生态修复施工实践和植物群落演替规律,在目标植物群落分类的基础上,提出了边坡生态修复的设计原则,总结了近几年工作实践中几类边坡生态修复植物群落类型设计方法。
一、边坡生态修复中植物群落类型设计原则
边坡生态修复中植物群落类型设计必须符合一个总的原则,就是构建与地理位置、自然环境相吻合的植物群落,而且要与周边环境相互协调。具体来讲要符合以下5个设计原则:
(一)与自然环境相协调的原则。在边坡生态修复过程中,设计的植物群落类型要与所处区域的自然环境相符合,做到所修复的植被协调于原有的植被。所以,确定植物群落类型之前,要详细调查当地的气候生态条件及植被情况,依据调查的实际情况选择生物特性适合的植物群落物种,合理的进行组合搭配。
(二)注重植物物种的安全性。选择的植物群落类型要与边坡的类型互相吻合,同时要保证植物物种不破坏边坡的稳定性,不危害边坡周边的环境。要尽量多的选用当地的植物物种,少用或杜绝使用外来植物物种,避免物种侵入造成的危害。
(三)坚持植物群落的多样性。由草本植物、乔木、灌木多物种组合的植物群落具有较强的稳定性,如果物种相对单一,就难以保持植物群落的稳定性。所以,设计植物群落类型时要在水平结构、垂直结构和时间结构上合理搭配草本、乔木、灌木等多种物种,保证植物群落中物种的多样性,保持植物群落的稳定性。
(四)提高植物群落的实际功能。采用工程手段,对边坡原有的植物群落类型进行恢复是边坡生态修复的主要目的,主要是防治边坡的水土流失,保护边坡进一步稳定。依据不同边坡的特点,设计时要考虑植物群落类型的特性和功能,多选择保持水土效果较好、固坡能力强、耐旱的植物物种。
(五)保证植物群落的景观特色。设计植物群落类型还要考虑植物群落所带来的景观效果。在满足边坡保护的功能基础之上,要设计景观价值较高的植物物种,以保证植物群落所带来的观赏价值。
二、边坡生态修复中植物群落类型的设计方法
依据边坡生态修复中目标植物群落类型设计原则,本文结合工作实践的实际,浅谈几种边坡生态修复中植物群落类型的设计方法。
(一)公路(铁路)边坡生态修复中植物群落类型设计方法。对于市区周边的公路(铁路)边坡而言,要求必须有良好的景观效果,所以,选择的植物群落类型就必须与周边的环境协调一致,选择具有观赏价值的花草和灌木,设计外观,合理搭配物种的外观形状和颜彩,体现群落的自身特点。
对于离市区较远的公路(铁路)边坡而言,最好是设计成灌草型植物群落,尽量避免使用乔木。由于乔木具有较大的重量,使用乔木会造成边坡不稳的问题,由于高度较高,对司乘人员的视野造成影响,容易引发交通事故。要选择水土保持能力强、根系发达、耐干旱的植物物种,合理搭配垂直结构,满足多物种、景观效果良好的植物群落。
(二)滨水岸坡生态修复中植物群落类型设计方法。陆地与水体连接的纽带是滨水岸坡,能够防止地面污染物流进水体。良好的岸坡植物群落能够对污染物的含量进行有效过滤,减少污染物,吸收径流中的大量有机物,改善河流的水质,减少藻类和浮游植物的繁殖数量。在设计选择滨水岸坡的植物群落类型时,不但要考虑美化环境、保护河岸的功能,还要考虑减少对河水的污染作用。
对于水上的坡面而言,减少污染物流进河水、保护边坡稳定是植物群落的主要作用。所以,要选择设计灌草型的植物群落类型,选择使用根系发达的物种,多使用能够吸附污染物的草本植物和小灌木,保证与周围环境协调一致,合理搭配花卉,构建成一个休闲娱乐景观区域。
对于水下坡面而言,由于浸泡在水中的时间很长,没有较好的光通量,所以要选择设计根系发达、耐水淹的植物群落类型,最好选择还具有降解水中污染物的沉水植物,不但能够护岸固坡,还能够对库岸进行净化,过滤流进江中的地表径流,对有机物进行吸收和转化,净化水体,防止过多的有机物流进水体而导致富营养化,从而抑制浮游藻类在水体中的大量繁殖生长,提高水体透明度。
(三)废弃地边坡生态修复中植物群落类型设计方法。因为石壁非常的陡峭,而且表面十分光滑,昼夜温差比较大,没有松散的基质和土壤,不能对边坡实施有效的保水保肥措施。所以,选择设计植物群落类型时,是否合理的选择了植物物种对能否成功进行生态修复起着非常重要的作用。
石壁的坡度大小、岩石性质和岩石表面粗糙程度是此类边坡生态修复设计植物群落类型的依据。一般情况下,主要是选择草本型植物群落,在石壁的空穴处和平台处选择小灌木和藤本植物物种,对周围环境进行简单点缀。
开挖坡顶的边坡生态修复,主要是在山顶上修建种植槽,将种植土回填,在修建好的种植槽内设计灌木和垂吊藤本植物物种,下垂的藤本植物可以覆盖一些的岩石,防止水土流逝,具有鲜活生动的景观效果。在坡脚位置的种植槽内,可以选择带花的、具有攀缘能力的植物物种,构建美观的植物群落景观。
三、结束语
当前的边坡生态修复与传统的边坡绿化已截然不同,主要涵盖了修复边坡生态的功能,植物群落的类型也发生了重大的改变,主要以物种的多样性为主,丰富了群落类型。在边坡生态修复过程中,设计适合实际的植物群落类型,将发挥群落的生态功能,改善边坡区域环境的生态结构,提高社会效益。
参考文献:
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关键词:生态修复 生态护坡 河道
河道生态修复是利用生态工学原理、技术,通过河道水污染控制、水量和水流态的调节,河道河底和岸坡的形态结构的生态改造,恢复河道生物多样性,重建河道生态系统的结构和功能,使之达到良性的自然生态平衡。面对社会发展的需要,面对水利工程建设新的理念,如何更好的发挥与造就河道各项功能,使水环境、水景观、水文化更适应社会发展需求,并与其协调发展,在总结的基础上,值得我们进一步探讨。本文着重从生态护坡与水质生态修复两方面阐述河道的生态修复理念和措施。
1生奈护坡技术
生态护坡是一种新型的护岸技术,它集防洪效应、生态效应、自净效应和景观效应于一体,是融现代水利工程学、生物科学、环境科学、生态学、美学等学科于一体的水利工程。
1.1 河道生态护坡建设原则
河道生态护坡建设因地制宜,强调近自然特征,重建河道坡岸植被缓冲带,其建设原则为:(1)生态边坡必须能够营造一个适合陆生植物、水陆两生植物、水生动植物生长的生命环境;(2) 生态护坡应满足渠道功能和堤防的稳定要求,并降低工程造价,尽量采用自然材料,减少刚性结构,避免二次环境污染;(3)护坡栽种植物的选择应充分考虑到栽种植物与周边环境的协调、地域适应性及生态平衡的问题,选择对土壤要求低,抗病虫害能力强,易维护管理的品种【1】。
1.2生态护坡类型
生态护坡是既满足河道护坡功能,又有利于恢复河道护坡系统生态平衡的系统工程。生态护坡技术可以归纳为3种:
1.2.1全自然护岸
全自然护岸又叫全植被护岸,通常是指在经过平整处理的岸坡上,种植不同品种的护坡植物而形成的护岸,通过植被根系力学效应和水力学效应来固土保土、防止水土流失和绿化坡岸,具有生态和景观的双重功能【2】。可以采用土壤生物工程技术和水生植物全(半) 技术,对河道开展以生态修复和稳定坡岸为目标的全自然护岸技术,使河岸土壤侵蚀得到有效控制,坡岸的结构稳定性增强;同时河岸生境得到改善,本地植物快速恢复,生物多样性增加,河岸植物群落结构由单一结构向复杂结构转变,生态稳定性得到增强【3】。全自然护岸中植被防护能力有限,适用于护坡角度较小、河流流速平缓、防洪需求较低的河段。但这类护岸接近自然状态下的护岸,对坡岸平衡生态体系影响小,自然融合能力较强,完整地保留了陆地与河流的物质、能量、信息等交换能力,也为多种物种的生存和繁衍提供了栖息地, 施工快速、简便,造价也十分低廉。
1.2.2半自然护岸
半自然护岸是利用一定的工程措施,采用植被与石材、木材等自然材料相结合,使坡面既有一定的防洪能力,又为植被生长提供适宜的基质【4】。结合植被使用的天然材料通常有石块、卵石、木桩等,使用的组合形式多种多样。如安徽某农业观光园区河用草皮、水生植物、木桩营造了一个具有江南水乡特色的水景观,半自然的生态护坡为村民提供了休闲的地方,为发展旅游观光农业提供了良好的环境。如半自然护岸修复中,对坡面做削坡和压实处理之后抛石,抛石护岸是既省资金又施工方便的一种施工工艺。在半自然护岸中,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,岸坡的稳定性和抗冲刷能力得到了提高,随后通过植被根系的加筋纠结作用,以及植被茎叶的缓冲吸能作用,使坡岸能有效抑制暴雨、径流对坡岸的冲刷作用。
1.2.3多自然护岸
多自然护岸是利用工程措施,较大规模地使用混凝土、高分子材料及药剂等人工材料与植物结合形成一个具有较大抗侵蚀能力的护岸结构【5】。随着材料科学的发展,多自然护岸出现了很多不同的结构类型。常用的有生态石笼和生态袋。生态石笼用网塑结构框将石块固定在河岸上,是集石笼结构的稳定性,卵石等填料的净水性、水生植物的保护性和净水性为一体的新型护岸结构,该新型护岸结构兼有景观功能、生态功能和亲水功能;生态袋是用高分子聚丙烯及其它材料制成,耐腐蚀性强,抗UV,不降解,对植物友善。具有透水不透土的过滤功能,既能防止填充物(土壤和营养成分混合物) 流失,又能实现水分在土壤中的正常交流,并且随着根系的生长,边坡稳定性加强,维护费用降低。多自然护岸对生态干扰较大,施工较为复杂,造价也相对较高,但护岸作用明显而牢固,也有相应的生态功能。多用于对护岸抗冲击能力要求较高,或坡岸陡峭不适合修建以上两种类型护岸的河道岸坡。
2水质生态修复技术
水质修复主要从生态一生物修复技术考虑。
2.1生态调水
通过水利设施(闸门、泵站等) 的调控引入污染水域上游或者附近的清洁水源冲刷稀释污染水域,以改善水环境质量。河道整治在治本的同时,治标的措施也各种开展,通过内河水闸积极引清调水,改善水质。
2.2曝气复氧
曝气复氧是人工向水体中充入空气或氧气,加速水体复氧过程,以提高水体的溶解氧,修复和增强水体中好氧微生物的活力,促进有机污染物的降解速度,从而改善受污染水体的水质,进而修复水体的生态系统。通过生物治理和曝气复氧逐步修复水生态系统,可以提高河水的自净能力,水质明显改善。具体方法为:一是采用“生态坝”的方法,对污水进行阻截过滤,营造出一个相对独立的水环境;二是在河中安上了曝气增氧的装置,增加水中的含氧量可以抑制藻类繁殖;三是在水边、水面和水下种植“三水植物”,发挥这些植物天然的自净能力,并放养了螺蛳、鱼虾蚌等生物,优化水体水生生物的多样性。
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,疏浚污染底泥意味着将污染物从水域系统中清除出去,可以较大程度地削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。这种方法较为简单,而且应用已较多。生态疏浚仍处于研究和开发当中,但已经有一些生态疏浚的方法和技术被投入使用。这种疏浚技术充分遵循了自然界的自身规律,通过强化自然界自身的自净能力去治理被污染水体,这是人与自然和谐相处的治污思路,也是一条新的技术路线,是人们遵循生态系统自身规律达到治污目的的一种尝试。
2.4生物修复技术
生物修复指生物(特别是微生物) 对环境中的污染物进行吸收或氧化降解,从而减少或最终消除环境污染的受控制或自发的过程。污染水体的生物修复技术主要包括投加菌种、投加营养物、提高生物可利用性、人工投放动物或植入植物等修复方法。还包括生物操纵技术、人工生物膜技术、湿地净化技术等。
3结语
生态修复是河道治理的发展趋势和新需要,既要满足行洪防洪的基本需要,又要尽可能地从生态的、可持续的角度来看待河道的修复。河流生态修复具有多学科交叉性,修复方案要从多方面进行完善,今后对河道的开发和治理一定要在保护河流生态环境的前提下进行,坚决避免先破坏后修复的不合理模式。要用生态的手段来解决生态的问题,使可持续性发展的生态理念在河道建设中得到落实和体现。
参考文献
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关键词:水利工程;生态水利;设计策略
生态水利工程的建设能够推进社会发展,对于设计人员来说,要全面提高生态水利工程设计能力,要重视结合水利工程实际,有针对性的进行实践设计分析,以此才能不断提高设计效率。在进行分析过程,本文对其进行了深入研究,希望分析能为水利工程建设事业发展奠定良好基础。
1生态水利工程设计原则
1.1安全性与经济性
水利工程的建设与规划牵连的范围较广,因此多种因素都可对工程的实施造成影响。在具体完成施工时,工程方应在全面考量施工影响因素的同时,兼顾实施生态保护措施,从而使水利工程能够与周围的生态协调发展。水利工程的建设从理论上讲,应首先符合工程学与生态学的规划理念,严格按照工程及水文治理标准开展项目施工,从而使工程达到理想的稳定与耐用效果。
1.2生态系统保障
物种存在的多样性是以生存空间异质性为前提的,也就是说,生存环境具有较高的差异性特征,便会形成有些局部的生存空间,促进生物的多类型繁衍。如果地域的差异性较差,生物种类的繁殖可能性也较小,从而出现单一化的生长特征。可见,环境差异对生物群落和种类的发展具有直接的影响作用。
1.3生态系统可自恢复
生态系统具有对自身的自行组织与设计能力,能够根据当前既有的生物种类进行合理的选择,并形成相应的生态链条,使整个系统的设置更为科学。在实施水利工程时,设计人员应人为控制对生态系统的破坏程度,需积极引入新的理念来设计和完成施工任务,从而达到工程与环境的平衡统一。人类一直在改造方面占据着主导地位,因此对生态的影响甚至是破坏程度也日益严重,从短期效果来看,不会产生较为严重的影响,但对自然无节制的破坏绝对会对人类的未来发展产生较深远的影响,因此人类也需格外重视建设开发与自然的平衡关系。
2生态水利工程设计策略
2.1保证景观尺度及整体性
对水利项目进行设计和统一管理时,需在较长的时间内保证项目的可持续经营。较大规模的生态修复对施工效率提出了较高的要求,而实际完成局部工序时,却往往表现出效率偏低、效果未达到理想水平的现象。通常,“整体性”是从系统本身的结构和作用等方面出发,理清系统内不同条件的相互影响和内在联系,从而确定科学的修复生态结构的途径及手段。需要注意的是,设计人员不仅要重点研究河道水文的修复措施,也需同时关注到相关的生物种类和岸边的植被情况,尽量做到整体性的规划实施。此外,技术人员还应充分意识到水流与生态的变化性特征,水流由于其动态性,流量、流向等方面均具有随机性特征,且河道也在不断受到各方面的侵蚀作用,因此呈现出随时变化的特征。上述情况同时对生物种群的生存和繁衍也造成了一定的影响。水域面积会随着地区降水、潮流等因素的影响而形成扩张和收缩的效果,同时生物群也会随之繁衍或者消亡。生物系统由于物种的迁徙或者不同季节的生长特点而对整个系统构成形成一定的动态影响。最后从修复河流生态的进度来看,河流的演变并不是短时间内形成的,需要一个漫长的过程,因此河流生态与其相关的生物系统的变化都呈现出一定的延续性,因此技术人员需总体联系历史情况进行客观分析,准确把握河流及生物的变化历程,并找出二者之间的内在联系,最终确定较为科学的工程设计方案。
2.2完善基础模块设计
为了使生态工程与流域的特征保持较为紧密的一致性,在具体完成工程设计环节时,技术人员应参照工程设计的基本流程和各模块之间的相互关系来具体实施设计方案的规划。首先在防洪方面的设计中,要基于对经济与环境等方面的效益分析,来确定适合的生态环境协调方案,并以此为基础开展对生态工程经济价值的测算,最终制定出客观的生态评价体系。将以往已建立的生态评定作为基础,同时将海岸、湖泊、河流生态系统及与之相联系的生物及人群也纳入到评价指标中,通过构建更为全面的系统,来统一对生态走廊的相关物种进行规划和安排。在实施水文工程建设之前,技术人员应充分深入工程实施区域,进行较为全面的地质和生态系统的了解调查,掌握充分的基础信息,从而使工程项目具有良好的生态效益。其次,需遵循河流同质化的特征设置堤岸线,并按照河流以往的流动规律实施后续的工程项目,从而最大限度保留河流流域的原状。当确定好堤坝间的距离后,便可按照等宽的原则统筹分析土地的利用方式与生态的关系、防护工程与生态的相互作用等。此后按照地区具体的洪水量来设置植被的宽度,促进生物的生长和河水自净能力的发挥。在设计堤岸外观时,还需按照工程在渗漏和恢复等方面的具体要求,倾向于选择原始的缓坡或者材料参与施工,从而优化河流连通效果。最后再完成岸坡防护部分的设计时,要注意水陆交错部分对工程整体的影响作用,该部分不仅为陆地及水生动植物提供了生殖与繁衍的主要场所,且对生态景观的修复也起到重要的影响作用。因此在防护坡的设计规划中,应重点加强对该部分地带结构的设计管理,以科学的方式完成景观内各因素的有效协调,从而达到理想的水流自滤作用。此外,应侧重于使用天然的或者多孔混凝土等原料参与护岸工程的实施,从而在总体层面提高项目实施的稳定性与美观性。
2.3统筹兼顾水生态水文化
在实施水利工程的项目设计时,需以生态理念为指导,综合兼顾节能减排、环境及水源保护、水利文物及相关的传说、水利人文精神、领域内的相关知识、法规宣传等内容,将水利工程项目打造成为具有生态性、文化性及美观性等多种特征为一体的综合性工程项目。在建设过程中需以安全为首要前提,同时以保护生态为基础,综合融入文化、民生及实际的地理及经济等情况,充分调动现有的自然等方面的条件,充分满足当地群众对生产和文化等方面的需求,将工程建设与当地民生和谐共融。如在完成堤防部分的设计规划时,实际上多数的堤防兴建于与当地居民栖居地距离较近的位置,因此在保证堤防的抗洪性能之外,还可结合地方实际的环境建设情况新建休闲娱乐等活动区域,促进提升当地居民的生存环境的生态性特征。在不影响防洪措施的情况下,可不对生长于岸边的植物进行全部清除,适当保留也可优化岸边的绿化效果。此外应注意重点保护自然形成的沙滩区域,同时将堤防周边的山体和空地进行综合改造,形成适宜人群休闲和健身的场所,尽量丰富地方人民的文化生活。此外还可加大水利相关的知识、故事、艺术作品及法律发规等内容的宣传普及,以生态理念贯穿水利项目设计与建设的各个方面,时刻以把保护水文生态、建立和谐的项目工程作为最终目标,使水利工程不仅具有工程本身的使用性特征,同时还能兼具生态文明,进一步提升对地区环境和人民的贡献度,真正体现出工程的生态理念。
关键词:生态河岸;规划;综合评价
中图分类号:X171 文献标识码:A 文章编号:1674-0432(2011)-03-0226-2
0 绪论
河岸带的定义首次出现在20世纪70年代末。生态河岸(riparian ecosystem)是一个新兴的概念。关于生态河岸的定义,目前主要从生态河岸的生态系统属性和过渡带属性两个方面进行理解。总的来说,生态河岸(riparian ecosystem)是以自然为主导的,在保证河岸带稳定和满足行洪要求的基础上,维持物种多样性、减少对资源的剥夺、维护生态系统的动态平衡,与周围环境相互协调、协同发展,提高系统的自我调节、自我修复能力、改善人类生活环境的地带。生态河岸是一个狭长的水陆生态交错带,既要研究其生态系统的特征,又要从水利工程方面
进行考虑。当前,生态河岸主要研究生态河岸的功能以及生态河岸功能实现的途径,生态河岸建设已经成为国内外河道治理的重要措施。
1 生态河岸的功能
目前国内外很多学者对生态河岸的功能进行了大量的研究,最具代表性的是Naiman及张建春等人在2001年将生态河岸功能概括为廊道功能、植物护岸功能和缓冲带功能。Miller于1998年指出生态河岸的功能可以概括为:生态河岸以及与之相联系的对地表和地下水径流的保护功能;对开放的野生动植物生境以及其他特殊地和旅行通道的保护功能;可提供多用途的娱乐场所和舒适的生活环境。还有一些学者把生态河岸的功能归纳为:自然保护功能、社会保护功能以及休闲娱乐功能。
2 生态河岸技术的应用与发展
生态河岸功能的实现依赖于生态河岸生态系统中生态平衡的维持。对于一个退化的河流生态系统来说,运用恢复生态学原理来修复生态系统,有利于生态河岸功能的实现。我们在分析公园河岸生态状况的基础上,探讨公园生态河岸建设的原则,采用工程和植物措施相结合的方法,对公园生态河岸进行整体规划和建设,并探讨公园生态河岸的综合评价。通过公园生态河岸规划和建设的研究,为本地区河流河岸带自然条件的生态修复积累实验成果,完善解决河道生态护岸中存在的诸多技术问题,使本地区的生态河岸研究有进一步的长足发展。
生态河岸功能的实现依赖于生态河岸生态系统中生态平衡的维持。对于一个退化的河流生态系统来说,运用恢复生态学原理来修复生态系统,有利于生态河岸功能的实现。河岸的治理在古代已经很广泛了。
20世纪60年代后期,德国及瑞士认识到传统的水利设计及管理思想是导致河流自然生态系统受损的根本原因,开始进行如何把生态学原理应用于土木工程,修复受损河岸生态系统的试验研究。瑞士、德国等于20世纪80年代提出了“自然型护岸”技术,并且在生态型护坡结构方面做了实践。20世纪70年代以来,德国、瑞士、日本等发达国家进行了大量的混凝土河岸的生态修复实验研究,大规模改修了混凝土河岸,恢复河流的自然生态系统,积累了大量的成功范例。日本在20世纪90年代初提出“多自然型河道治理”技术。但是国外河流生态修复多以积累典型成功工程事例为主,缺乏恢复过程中的生态系统是如何自我调节的动态定量化证明研究,没有建立一套评价河流生态系统自我恢复能力的定量化指标体系。
近年来,我国的生态河岸专家已深刻认识到在河岸工程设计和施工中对河流生态环境的影响,开始探讨生态河岸的运用与发展,并在全国各地开展了一系列的护岸研究,寻找生态河岸最理想的技术手段。目前,我国河道护岸工程在很大程度上仍然采用传统的规划设计思想和技术,即便是中小河流,河流护岸仍然只是考虑河道的安全性问题,以混凝土护岸为主,而没有考虑工程建筑对河流环境和生态系统及其动植物及微生物生存环境的影响。我国城市段河流护岸多采用耐久性好的混凝土,破坏了河岸的生态系统,导致河流自我净化能力降低。以恢复城市受损河岸生态系统为目的,研究受损河岸生态修复材料(如芦苇(Phragmites com munis Trin.)、河柳(Salix matsudana Koidz.)、竹子(Phyllostachys pubescens Mazel ex H.de Lehaie)、意杨(Populus euramevicana cv.)、枫杨(Pterocarya stenoptera DC.)、榆树(Ulmus pumila L.))的适应性,利用植物护岸,并把植物护岸与工程措施相结合的护岸技术研究,是实现生态河岸功能的重要途径。
植物在生态河岸恢复中的作用,可以总结为:一种是单纯利用植物护岸,一种是植物护岸与工程措施相结合的护岸技术。下面为国内比较常用的几种植物护坡技术。
2.1 植草护坡技术
植草护坡技术常用于河道岸坡及道路护坡上。目前,国内很多生态河岸的治理都使用的是这一技术,我们在生态河岸的探讨中也经常使用。这一技术主要是利用植物地上部分形成堤防迎水坡面软覆盖,减少坡面的面积,起到护坡的作用;利用植物的深根系,加强植物的护坡固土作用。还可以改善原有的驳岸没有流动性,单一性,使河道流速再高都不受影响。有些原有河道硬化破坏了河岸与河床之间在水文和生态上的联系,破坏了可以降低水温的植被,植草护坡后可以使其发挥截留雨水,稳固堤岸,过滤河岸地表径流,净化水质,减少河道沉积物的作用。同时,还可以增加河岸生物的多样性。
2.2 三维植被网护岸
三维植被网技术多见于山坡及高速公路路坡的保护中,这一技术现在也开始被用于生态河岸的防护上。它主要是指利用活性植物并结合土工合成材料等工程材料,在坡面构建一个具有自身生长能力的防护系统,通过植物的生长对边坡进行加固的一门新技术。根据原有的边坡、地形进行处理,把三维植被网技术用于生态河岸的护坡上,通过植物的生长对边坡进行加固,根据边坡地形地貌、土质和区域气候的特点,在边坡表面覆盖一层土工合成材料,并按一定的组合与间距种植多种植物,将河岸的垂直堤岸护坡改造成种植池。
2.3 河岸防护林护岸
在生态河岸种植树木或竹子,形成河岸防护林,减小了水流对表土的冲击,减少了土壤流失。还可以在河岸边种植菖蒲,形成防风浪的障碍物,将原有泥石堤岸改造成用土做堤,降低河岸坡度,形成缓坡,在缓坡上种植草坪和乡土植物,形成游人可以接近水界面的低水位网格亲水步道。河岸防护林可以起到保持水土、固土护岸作用,
又可以提高河岸土壤肥力,改善河岸周边的生态环境。
3 生态河岸的规划与构建
以生态护岸为设计的亮点,主要以新的施工技术应用于驳岸施工。我们可以根据河流地形的高低,改造和减少混凝土和石砌挡土墙的硬质河岸,扩大适生植物的种植空间,建立亲水平台,构建层次丰富的岸线。先抛石,在常水位线以下用三围网固土,造缓坡草坪入水,在常水位以上种植物护坡,造景观。
河流生态恢复的目的之一就是促使河岸系统恢复到较为自然的状态,在这种状态下,生态河岸系统具有可持续性,并可提高生态系统价值和生物多样性。生态河岸规划所遵循的原则归纳有下列五项:尊重自然的原则,植物合理配置原则,避免生物入侵的原则,可持续发展原则,协调统一的原则。
我们针对某一水域的地理环境为主提出生态河岸,旨在以生态原则提高水体的自洁能力,使该水体对保持城区水生态平衡,使城市与环境协调发展,人类、多种动植物和谐共处,达到一种自然平衡的状态,建设有特色的新型城市景观。加强生态环境保护建设,对该水域进行综合治理,加强该水域及周边的产业规划,进行产业调整。
4 生态河岸构建的技术推广体系
本文在研究生态河岸自然特征即河流主要生态问题的基础上,根据生态河岸建设的基本原则,探索了对规划构建的生态河岸进行综合评价的指标和评价方法,总结出开展长江中游城市生态河岸建设的一些技术推广体系。主要研究结果如下:
(1)大多数生态河岸存在的生态问题主要表现在水体污染严重,原有驳岸破坏了生态平衡,植物多样性低,河岸异质性降低四个方面。
(2)生态河岸规划的原则,既要遵循尊重自然、植物合理配置、避免生物入侵、可持续发展以及协调统一的普遍性原则,又要基于公园原有河岸的自然特征和生态问题,对河岸进行技术改造,增加河岸的亲水空间,加强对河流的综合治理,把公园与周边的公园结合起来,形成有特色的滨水景观。
(3)在生态河岸的规划建设中,把工程措施和植物建植措施有机结合起来。植物设计以应用乡土树种为主,考虑四季景观,在不同的景区使用不同的植物来渲染意境。在河漫滩湿地(最低水位到常水位)点缀水生植物菖蒲(Acorus calamus Linn.)、芦苇( Phragmites com munis Trin.);在河堤疏树草地(常水位到最高水位)种植枫杨(Pterocarya stenoptera DC.),林下种石蒜(Lycoris radiata)、鸢尾(Iris tectorum)和玉簪(Hosta plantaginea)等宿根花卉;在滨河疏林草地处,结合地形、铺装,配置竹林、乌桕(Sapium sebiferum Roxb.)、栾树(Koelreuteria paniculata Laxm.)、桂花(Osmanthus fragrans (thunb) Lour.)。
(4)根据公园的河岸线,将其分为几个不同的部分进行功能划分。上游可以设计为理水区,理水区保留了原有堤防基础,沿岸道路退后,将原来的垂直堤岸内侧护坡改造成种植池,并在堤脚面一侧设高水位亲水游船码头;中游设计为亲水区,亲水区保留原有水泥防洪堤基础,沿岸道路退后,在原来的垂直堤岸内侧护坡上堆土,形成种植区,并在堤脚铺设卵石,形成亲水界面,即中水位临水平台;下游设计为戏水区,戏水区的河岸边种植菖蒲,形成防风浪的障碍物,将原有泥石堤岸改造成用土做堤,降低河岸坡度,形成缓坡,在缓坡上种植草坪和乡土植物,形成游人可以接近水界面的低水位网格亲水步道。
(5)由于生态重建是一个跨越较长时间尺度的过程,因此,需要在长期对河流流域以及公园生态河岸监测的基础上,根据河流生态系统健康评价要求,结合生态河岸规划建设情况,运用模糊综合评价法,从结构稳定性、景观适宜性、生态健康、生态安全方面对河流生态河岸开展综合评价。
(6)生态河岸建设的关键技术体系表现在根据河流地形的高低,改造和减少混凝土和石砌挡土墙的硬质河岸,扩大适生植物的种植空间,建立亲水平台,构建层次丰富的岸线。
(7)应加强对规划构建的公园生态河岸生态系统的基础研究,重点研究河岸生态系统结构、功能及其稳定性,并应加强定量化研究。
参考文献
[1] Meeban W R,Swanson F J,Sedell J R.Influences of riparian vegetation on aquatic ecosystems with particular references tosalmonoid fishes and their food supplies [A].In:Johbson R R,Jons D A eds.Importance, Preservation and Management of Floodplain Wetlands and other Riparian Ecosystems[C].Washington:USDA Forest Service,1977,137-145.
[2] 夏继红,严忠民.生态河岸带的概念及功能.水利水电技术,2006,5(37):156-189.
[3] Boon P J.宁远,沈承珠,谭炳卿,等译.河流保护与管理.
关键字:河道治理、生态修复、微生物技术、水体自净
一、总述
由于我国很多地区前期雨污不分流,工业废水直接排放河体。造成城市水体污染,甚至发黑发臭。黑臭成因复杂、影响因素多。其治理路线的核心可归结为“控源截污、内源治理、生态修复”,具体来说就是把“控源截污”作为城市黑臭水体整治工作的根本措施和前提;把“黑臭在水里,根源在岸上,关键在排口,核心在管网”作为中心思想;把“控源为本,截污优先、科学诊断,重在修复、建管并重,强化维护、综合施治,协同推进”作为基本原则。
二、治理思路
1、控源截污
河道污染,大多都有外部污染源,或为生活污水排入,或为工业污水排入,当排入河道污染物总量大于河道的自净能力时,污染物机会积累,积累到一定时候就会发黑发臭,形成黑臭河。所以外部污染源不控制,河道再治理也不能从根本上解决问题。控制外部污染源是一项复杂长久的工作,一般由政府行政主管部门牵头实施。
2、内源治理
内源治分为水体治理、底泥处理。对于水体治理可分为原位修复和异位修复,原位修复技术即在河道中通过一系列技术手段,使水体达到理想的效果;异位修复是通过泵把河水抽吸出来通过一体化设备单独处理,达到理想的效果后再排入河道中。对于底泥处理,一些河道由于污染严重,河底会积累一层底泥,发黑发臭,甚至会冒泡,主要是发生厌氧反应,产生沼气所致。对于污染河道的底泥,一般可通过人工清淤或专性微生物消解来处理。
3、生态修复
河道水体通过内源治理后,需进一步做生态修复。主要措施有利用多孔透水透气性生态材料,如多孔混凝土砖铺设生态岸线、堤岸,道路边坡等辅以根系发达的植物种植。
三、河道治理技术措施
1、河道曝气生态净化
水生生物为主体,辅以适当的人工曝气,建立人工模拟生态处理系统,以高效降解水体中的污染物,改善或艋水质,是人工净化与生态净化相结合的工艺。该工艺实用污染较轻的水体,优点是能快速提高水体中的溶解氧;缺点是曝气工程量大,施工复杂。如采用新型太阳能曝气设备,虽然工程量小了,但设备投资增大,经济性降低。
2、污水稳定床(氧化塘)处理技术
利用重力沉淀、微生物分解转化、水生动植物的吸收多种途径来净化水体。该工艺需要人工修整建成池塘,设置围堤和防渗层,依靠塘内生长的微生物来降解水体中的污染物,主要利用菌藻的共同作用。该工艺工程量较大,需要对河道修整,建设池塘等,投资费用较高。
3、底泥生物氧化技术
该工艺适用于黑臭水体,且有较多底泥沉积。原理是土著微生物定向扩增,就地大量繁殖土著微生物氧化底泥,通过靶向给药技术直接将药物注射到河道底泥表面,对河道黑臭底泥进行生物氧化,通过土著微生物的生物降解作用,净化水质。该工艺优点是不需要人工清淤,节省大量劳动力;缺点是微生物药剂成本较高,微生物消解底泥需要周期较长。
4、多功能河道生态工程修复
将城市河道设计成具有多种自然景观和生物类群,景观与净化功能并存的河道净化系统,是一项利用多功能河道净化水中污染物质的生态工程技术。优点是该工艺基于长效治理,建立稳定的生态系统;缺点是该工艺投资成本高,建设费用也高。
5、异位处理技术
该技术采用一体化处理设备,通过泵把污染水提升至一体化处理设备处理合格后排放回河体。该工艺适用水体总水量不大,污染严重的水体。优点是快速达到效果,缺点是水体总水量受限制,一体化设备投资费用也高。
6、原位选择性激活生态修复技术
该技术是把激活原位微生物所需的各种营养物质--益生元(碳源、微量元素、酶及其他载体)通过纳米技术及微包覆技术制成均匀颗粒,投放在人工建立的繁殖平台上,把这些营养物质提供给水环境中的微生物--益生菌,这些微生物被连续不断激活并因不断被提供能量和营养而可以大量连续繁殖。通过这类微生物进行有氧反硝化、同步硝化反硝化除磷、以及建立高效食物链来降解水体中富营养物质。该工艺的优点是筛选的微生物来自自然水体,不会新引入微生物,对水体安全性较高,不仅可以降低水体中的N、P、COD浓度,而且可以提高水域生态系统的自我修复能力。同时可以去除底泥中的有机物(底泥中的有机物去除率最高可达到50%以上),减少了河床和河底的底泥体积。可以通过控制激活微生物所需营养元素来调控微生物的繁殖速度,以适应不同水环境的生态修复要求。该技术选择激活的是有益微生物,同时抑制其他有害微生物。 原位修复速度快,1-2个月消除水体黑臭、2-3个月恢复水体生态,运行6-12个月后水质可提升一个类别。设备操作运行简单,直接漂浮水面,绳索固定即可。2-3个月检查一次修复剂是否需要投加。投资及运行成本较低,视水体污染程度每平方米每年只需要30-120元。
四、总结
尽管水体修复技术种类较多,但归根到底要达到长效稳定,首先要控源截污,只有把外源污染物截住,才能保证水体不被再次破坏。其次是修复水体,根据水体污染程度选择适合的技术,辅以植物建立良性生态圈,提高水体自净能力。
参考文献:
住房城乡建设部 《城市黑臭水体整治排水口管道及检查井技术指南》(试行)2016.08