林茂森 ,王殿武,劉玉珍,翟　佳,楊婷婷,王安志

(1.中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所森林與土壤生態(tài)國家重點實驗室,遼寧沈陽　110016;

2.中國科學院大學,北京　100049;3.遼寧省水利廳,遼寧沈陽　110003;

4.遼寧省水利水電科學研究院,遼寧沈陽　110003)

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城市河流健康威脅與生態(tài)修復(fù)

林茂森1,2,王殿武3,劉玉珍4,翟佳1,2,楊婷婷1,2,王安志1

(1.中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所森林與土壤生態(tài)國家重點實驗室,遼寧沈陽110016;

2.中國科學院大學,北京100049;3.遼寧省水利廳,遼寧沈陽110003;

4.遼寧省水利水電科學研究院,遼寧沈陽110003)

摘要:論述了在城市化的進程中,由于人類對河流的過度開發(fā)和管理措施的欠缺,使城市河流健康受到的多方面威脅:水資源開發(fā)量過大,水體污染嚴重,河流渠道化,河岸硬質(zhì)化,生態(tài)系統(tǒng)全面退化等.認為河流的生態(tài)修復(fù)作為一種科學環(huán)保、經(jīng)濟可靠的治理方式應(yīng)得到重視.作為河流治理的主要趨勢,城市河流生態(tài)修復(fù)應(yīng)本著尊重自然的原則,通過人工干預(yù),利用生態(tài)學手段,最大程度上消除河流的健康問題,恢復(fù)河流的自然功能與狀態(tài),最終達到城市與河流的和諧相處與可持續(xù)發(fā)展.

關(guān)鍵詞:河流健康; 城市河流; 河流功能; 河流保護; 生態(tài)修復(fù)

隨著生產(chǎn)力水平的提高和城市化的加劇,人類社會對河流的需求越來越多,對河流的開發(fā)程度越來越大,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,生產(chǎn)生活用水量激增,消耗了大量水資源的同時,又產(chǎn)出了大量的廢、污水,所引發(fā)的水污染成為城市河流健康的最大威脅[1].但這絕非是唯一的問題,城市土地利用方式的改變和工業(yè)化規(guī)模的擴大,導(dǎo)致城市需水量激增,完全不顧水資源承載能力和水環(huán)境承載能力,嚴重損害城市河流健康.城市河流的不合理開發(fā)和整治,也對河流生態(tài)系統(tǒng)造成了不可彌補的影響.總而言之,河流健康危機是由于不當?shù)娜祟惢顒右鸬?其中城市河流受到的健康危機最為強烈[2].

1　城市河流健康現(xiàn)狀及原因

1.1城市河流水量開發(fā)過大

中國工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)與發(fā)達國家有著一定的差距,工業(yè)用水消耗量大,效率低;農(nóng)業(yè)灌溉的管理水平較低,很多農(nóng)田的灌溉方式仍為落后粗獷的漫灌形式,農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)均值約為0.45,而先進國家可以達到0.7~0.8.為滿足工農(nóng)業(yè)取水用水的需求,修建大量水庫水壩等水利設(shè)施,在引發(fā)生態(tài)問題的同時,導(dǎo)致利用量遠遠超過河流的水資源承載能力,城市河流出現(xiàn)斷流,河槽萎縮等狀況[3].中國多數(shù)河流的水資源利用率過高,如黃河水資源利用率已達70%,淮河為60%,遼河為65%,海河則高達近100%.研究表明,若一條河流的水資源開發(fā)利用率超過40%,將會對該條河流的健康造成不利影響[4].

1.2城市河流水體污染嚴重

中國城市河流健康最大的威脅是水體污染.大量的污染物已經(jīng)遠遠超過河流的自凈能力,河流生態(tài)系統(tǒng)難以良性運轉(zhuǎn).2003年全國廢污水排放總量達680億t(其中工業(yè)廢水占2 /3,城鎮(zhèn)生活污水占1 /3),比1980年增加了2倍多[5].2006年中國七大水系的197條河流408個監(jiān)測斷面中,Ⅰ～Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)的斷面比例分別為4%、23%、19%、23%、5%和26%[6].工業(yè)和城市生活廢水與廢棄物的不達標排放導(dǎo)致很多河流基本喪失使用功能[7],加劇了水資源虧缺的問題,進而限制了城市的發(fā)展.

1.3城市河流渠道化嚴重

人類出于城市規(guī)劃布局、交通、安全的考慮,常將城市河流進行渠道化改造,即將蜿蜒曲折的天然河流改造成直線或折線形的人工河流或人工河網(wǎng),把自然河流斷面的復(fù)雜形狀變成梯形、矩形及弧形等規(guī)則幾何斷面,將自然河床、邊坡用混凝土等材料硬質(zhì)化[8].直線化、平面化、硬質(zhì)化改造后的城市河流,對城市防洪、航運等方面有著積極影響,但是河流自然彎曲所呈現(xiàn)的急流、緩流、彎道及淺灘相間的格局和深潭、淺灘交錯的形勢將消失,生境的異質(zhì)性降低,水域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能隨之發(fā)生變化,生物群落多樣性隨之降低,可能引起淡水生態(tài)系統(tǒng)退化[9].另外,渠道化使城市河流自然美學性降低,弱化了城市河流的美學功能.

1.4城市河流的縱向間斷

為了利用水資源的能量屬性及出于城市防洪安全的考慮,人類在河流上構(gòu)建了過多的攔蓄水工程,其中一些設(shè)計本身欠缺環(huán)境影響評價和長遠發(fā)展考慮,會對河流生態(tài)系統(tǒng)造成很大的影響.城市河流的橡膠壩、混凝土水壩在阻斷河流自然流路、造成河流淤積的同時,引起了流速、水深、水溫等河流要素的變化,破壞了河流原有的水文連續(xù)性、營養(yǎng)物質(zhì)輸移連續(xù)性、生物群落連續(xù)性和信息流連續(xù)性,致使一些生物生境驟變,種群退化,物種消亡.

1.5城市河流的橫向阻隔

混凝土護坡和堤防的修建目的是提升城市的安全性,使城市免于洪水侵害,但所造成的河道硬化與河道狹窄,極大地限制了河流的發(fā)展空間,斷絕了河流與河岸生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)、能量與生物交互.河岸與河床分離的生態(tài)阻隔致使一些生物的營養(yǎng)、生存與繁衍受到限制,河流周圍濕地退化,景觀消失.

2　城市河流生態(tài)修復(fù)

2.1城市河流修復(fù)的原則

城市河流的生態(tài)修復(fù),目的就是恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)[10].所以,對城市河流修復(fù)的指導(dǎo)思想應(yīng)該是河流生態(tài)系統(tǒng)的健康與“城-河”關(guān)系的可持續(xù)發(fā)展.修復(fù)過程中應(yīng)該注意一些原則.

(1) 整體和局部共治的原則.在注重河流整體恢復(fù)的同時,密切關(guān)注局部河段可能出現(xiàn)的問題,嚴格控制點源污染和個別河段的生態(tài)危機.

(2) 尊重自然原則.河流自然狀態(tài)的最大化,是治河的根本目標,城市河流由于人類社會的種種原因,雖不能完全還原自然狀態(tài),但是城市治河的根本原則是尊重河流的自然發(fā)展,為河流自然存在提供最大的支持.

(3) 和諧共處與長遠發(fā)展的原則.既要注重河流的自然功能,又要讓河流為人類社會服務(wù),就需要從根本上做到人與河和諧共處.在開發(fā)治河之前,要做長遠考慮,既明確未來發(fā)展需求,又不過度開發(fā)現(xiàn)有資源,做到發(fā)展與環(huán)境共進.

2.2城市河流修復(fù)的措施與方法

河流的生態(tài)修復(fù)是恢復(fù)和維持河流健康的重要措施之一,可以改善城市河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,最大程度還原河流的自然狀態(tài),達到城市與河流共同長期穩(wěn)定的發(fā)展.

2.2.1改善城市河流水質(zhì)

改善城市河流水質(zhì)污染狀態(tài)的方法有很多,其中生態(tài)修復(fù)具有經(jīng)濟性、節(jié)能性、負作用小、可持續(xù)等優(yōu)勢,這類技術(shù)實質(zhì)上是通過利用自然生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力來凈化水體,主要有以下幾種方法.

(1) 水生動植物、微生物修復(fù).水生植物有著發(fā)達的根系,可吸收大量污染物質(zhì),還是眾多異養(yǎng)微生物的棲息地,并為其提供豐富的營養(yǎng)物.而根系微生物協(xié)同效應(yīng)也使水體得到凈化.水生動物使河流生態(tài)系統(tǒng)物種多樣化,維護各個營養(yǎng)級的平衡,也會增加水質(zhì)的凈化效果.在水生動植物和微生物的綜合作用下,水中的污染物和毒害物質(zhì)能逐步被吸收、降解.這種修復(fù)方式高效經(jīng)濟實用,對原水體無副作用,比較適合污染程度較輕的水體[11].

(2) 底泥疏浚方法.底泥疏浚是將河床底部的污染物質(zhì)挖出,摒除河流內(nèi)部的污染源,從而降低有毒有害物質(zhì)向水體擴散[12].

(3) 外流沖刷技術(shù).外部沖刷技術(shù),稱為引清沖淡技術(shù),是通過引進附近更大水系水質(zhì)較好的水與污染較嚴重的內(nèi)河水體進行混合稀釋,增加河道的水體自凈能力和環(huán)境容量[13].此方法雖然在短期內(nèi)使污染物含量降低,但會在一定程度上干擾原有水體.

(4) 嚴格控制污水排放.在生態(tài)修復(fù)的同時,在制度上加強管理,嚴格控制工農(nóng)業(yè)和生活污水的直接排放,才能從根本上發(fā)揮生態(tài)修復(fù)的效果,消除污染.

2.2.2保證城市河流生態(tài)需水

河流生態(tài)需水是指為了維持河流特定的生態(tài)環(huán)境功能所需的最小水量.城市河流生態(tài)需水主要包括:維持水生生物生存需水、河道的稀釋自凈需水、維持岸邊植物生長需水、河流蒸發(fā)及滲漏需水、景觀效應(yīng)需水[14].

城市水資源的開發(fā)、利用,要以城市河流的生態(tài)需水量為指導(dǎo),工農(nóng)業(yè)用水要以節(jié)約為前提,提高水利用效率,這是保持河流環(huán)境自凈水量和水生生物生態(tài)需水量的根本途徑,也是保持河流水資源可持續(xù)利用的根本手段.

2.2.3城市河道的自然化改造

一些人為的不合理的城市河流線性改造和截斷,破壞了原有的水生態(tài)系統(tǒng),為了恢復(fù)城市河流的健康活力,在滿足基本的城市防洪要求前提下,需對城市河流進行自然化改造,具體方法有:

(1) 拆除廢舊的、不合理的攔河建筑,增加水流的通過性和連續(xù)性.

(2) 人工填挖灘涂和河底溝壑,重現(xiàn)水流多樣性.

(3) 適度增高或降低河岸護坡,為河流創(chuàng)造更多發(fā)展空間,以便能夠提高河流的調(diào)蓄和泄洪能力.

2.2.4城市河流的生態(tài)河堤護岸

城市河流生態(tài)護岸即利用天然材料,如沙石堆砌、木材積累、植被覆蓋等手段建造的護岸形式,既可以保證水流的貫通,又可以減少水土流失,還能增強水陸生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)、能量的交換,有利于微生物和水陸植被的生長,也為水生動物提供更多的營養(yǎng)物質(zhì)和棲息環(huán)境,是河流與陸地間良好的緩沖地帶.

2.2.5恢復(fù)城市河流生態(tài)系統(tǒng)、景觀與文化

人類的治河理念應(yīng)該是在河流滿足城市交通、安全和供水等服務(wù)功能后,做到城市河流生態(tài)系統(tǒng)物種多樣化、水量充盈化、水質(zhì)清潔化和功能自然化;在保證河流生態(tài)系統(tǒng)健康的前提下,盡力發(fā)揮河流的美學價值和文化價值,展現(xiàn)自然河流景觀,發(fā)掘河流的人文歷史精神,創(chuàng)造良好的人居環(huán)境[11].

2.3城市河流生態(tài)恢復(fù)的評價指標

城市河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)包括水質(zhì)指標、生物指標和生境指標.水質(zhì)指標主要檢測水體中有害物質(zhì)的濃度(詳細指標參見GB3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標準);生物指標是調(diào)查本地物種多樣性、種群數(shù)量的恢復(fù)程度;生境指標主要是評估河流水文條件和河流地貌學特征對于生物群落的適宜程度.

3　城市河流治理的發(fā)展方向

在未來的城市河流建設(shè)與治理工作中,尊重自然,愛護環(huán)境,促進城市與河流和諧共處一定會成為工作的指導(dǎo)思想與人類的核心價值觀,生態(tài)修復(fù)將成為治河的主流手段.對河流的直流不再分段化,整體系統(tǒng)的長遠規(guī)劃將是河流得到長治久安、更好地為人類社會服務(wù)的保證.河流的自然美學也會成為未來城市河流規(guī)劃與治理的重要方面.河流文化內(nèi)涵的開發(fā),會使人類對自身歷史、城市歷史以及社會發(fā)展有更深遠的認識.

4　結(jié)　　語

城市快速發(fā)展帶來了一系列的生態(tài)問題,以城市河流生態(tài)健康破壞最為顯著.隨著城市河流健康問題的增多與嚴重程度的加深,人類越發(fā)意識到拯救河流、修復(fù)河流的重要性.河流的修復(fù)方法和技術(shù)有很多種,生態(tài)修復(fù)作為最經(jīng)濟、高效、無副作用的方式,越來越得到河流治理學者與工作者的注意.雖然現(xiàn)在河流生態(tài)恢復(fù)的理論基礎(chǔ)比較完善,但在實際工作中還會受到重重阻礙,河流的生態(tài)恢復(fù)之路任重而道遠.所以必須控制污水排放,提高用水效率,保護城市河流的生態(tài)系統(tǒng)健康.相信隨著人類社會的進步,生產(chǎn)力與生產(chǎn)技術(shù)的提高及人類生態(tài)意識的覺醒,河流的生態(tài)修復(fù)將取得相當?shù)某尚?城市與河流將會和諧相處,共同發(fā)展.

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【責任編輯:祝穎】

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UrbanRiverHealthandEcologicalRestoration

Lin Maosen1,2, Wang Dianwu3,LiuYuzhen4,ZhaiJia1,2, Yang Tingting1,2, Wang Anzhi1

(1.StateKeyLaboratoryofForestandSoilEcology,InstituteofAppliedEcology,ChineseAcademyofSciences,Shenyang110016,China; 2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China; 3LiaoningProvincialDepartmentofWaterResources,Shenyang110003,China; 4ResearchInstituteofWaterResourcesandHydropower,Shenyang110003,China)

Abstract:It discussed that, in the process of urbanization, the urban river health is facing a wide range of threat caused by the over-exploitation of rivers and the lack of management measures, such as excessive development of water resources,water pollution, river channelization,river banks harden and water ecosystem degradation,etc. Ecological restoration of the river, as a scientific environmental,economical and reliable way of governance, should be taken seriously. As the main trends of river management, urban river restoration in line with the principle of nature respecting, using ecological means by human intervention, eliminate health problems of the river and restore the natural function and status of rivers in the maximum extent, and ultimately achieve harmony between city and the river along with the sustainable development.

Key words:river health; urban river; function of river; river protection; ecological restoration

作者簡介:林茂森(1987-),男,遼寧朝陽人,中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所博士研究生.

基金項目:國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目(2013CB429902);國家自然科學基金資助項目(31370614,41371064);《河流生命理論與治理保護模式研究》項目資助.

收稿日期:2014-12-18

文章編號:2095-5456(2015)03-0197-04

中圖分類號:TV213.4

文獻標志碼:A