水生态修复技术

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河流生态修复技术

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摘要：在河流生态系统普遍遭受严重破坏的今天，河流生态修

复成为研究的热点。本文在广泛查阅国内外河流生态修复资料的基

础上，阐发人类活动在传统水利工程、污染物排放、过量引水及农

渔业活动方面对河流生态系统的胁迫作用。本文对河流系统及河流

生态修复进行了探讨，对不合的河流生态修复技术进行了归类阐

发。简要介绍了水域生态修复技术：水生生物群落恢复技术、生态

浮岛技术、曝气增氧技术、微生物修复技术；河流水陆交错带植被

修复技术；生态护岸技术等。

关键词：河流；生态修复；生态修复技术

TheRiverEcologicalRestorationTechnology

Abstract:Theecologicalrestorationofriverecosystem

hasbecomearearchhotspotbecautheriverecosystems

asisofbroadaccess

totheinformationofthedomesticandinternational

ecologicalrestoration,thestressoftheriverecosystem

whichwasforcedbyhumanactivitiesinthetraditionalwater

conrvancyproject,pollutantemissions,excessive

diversionofwaterprojectandfishingactivitiesalsowas

igateoftheriversystemsandriver

ptabilityofdifferentriver

ecologicalrestorationtechnologieswereclassifiedand

ofecologicalrestorationtechnologyis

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made,suchasaquaticcommunityrecovery

techniques,ecologicalfloatingbedtechnology,aeration

technology,microbialremediation;Riverscrisscross

ecologicalrestorationtechnologyofwaterbank,suchas

vegetationrestorationtechnology;ecologicalrevetment

technologyetc.

Keywords：river；ecologicalrestoration；ecological

restorationtechnologies

引言

水环公式数学 境污染和水资源充足是现今全球海水资源面临的两年夜

危机。河流是我国水环境的重要组成部分，是人们生活生产的水资

源基础，在社会成长中阐扬着巨年夜的作用，水环境质量的好坏直

接制约地区乃至全国整个国家经济的继续成长[1]。近年来，随着

我国人口的增加和社会经济的快速成长，一方面，城市污水处理设

施的建设严重滞后于工业化和城镇化的进程，招致年夜量未经处理

的工业废水和生活污水排入自然水体；另一方面，农业生产中过量

施用农药化肥，招致更为广泛的非点源污染不竭汇人自然水体；另

外，为了过度追求经济利益，自然河流不竭被人为渠道化、直线化

以及硬质化，招致自然河流的自净能力和纳污能力减弱。以上一系

列的人为活动均招致了水体环境的严重污染，河道生态功能不竭退

化，使水资源的可继续成长受到严重影响。因此，呵护和改良河流

水资源的整体质量，呵护河流生态系统的良性循环，是包管并增进

社会可继续成长的关键问题之一。

河流生态修复是指利用生态系统原理，采纳各种办法修复受损

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，

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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[2]。近年来，人们的生态环

保意识不竭提高，河流的水质改良也巳经取得了一定成效，河流

的综合性治理即生态修复的开展已成趋势[3]。国内外学者开展了

年夜量河流生态修复的研究与实践。本文在对国内外河流生态修复

研究梳理的基础上，归纳总结了一些经常使用的河流生态修复技

术。

1人类活动对河流生态系统的影响

人类活动对河流生态系统的影响使其整体性、连续性等特点遭

到破坏，往往造成河流生态环境的好转，生物多样性减少，生态办

事功能降低，甚至造成不成逆的生态退化。这种胁迫主要有传统水

利工程对河流生态系统的胁迫、污染物的排放对河流的污染、引水

量过年夜、沿河农业、渔业生产对河流生态系统的胁迫等。

1.1传统水利工程对河流生态系统的影响

传统水利工程（年夜坝、河道硬化等）的修建对河流原有的水

文条件、河流地貌以及河流的水力特性造成严重的影响，破坏了河

流生态系统自己的特性，从而造成了其对河流生态系统的胁迫。例

如年夜坝的修建，将河流联系开来，破坏了河流的连续性，使河流

上游形成高位水头、下游流量减少，中断了年夜坝上下游能量、物

质和信息的传递，造成河流原有生境的修改，而生物群落和生境具

有统一性，招致河流生物群落的栖息和迁徙规律受到影响[4]，最

终使生物群落的多样性降低。再如河道硬化整治，由于对河道采纳

截弯取直和年夜量采取混凝土等硬质资料，一方面修改了河流地貌

和河流的水力特性，破坏了河流的开放性和多样性，使原来蜿蜒的

河道变得顺直，河水流速加快，阻碍了河流与河岸之间的交换、地

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表水与地下水之间的联系，修改了水域生态系统的结构和功能[5]，

造成生物多样性减少和生态退化；另一方面，致使河流原有景观遭

到破坏，河道形状几何规则化，变得十分单调，降低了河流生态系

统的景观办事功能。

1.2污染物排放对河流的污染

人类在生产、生活过程中向河流排入年夜量污染物质，如果其

数量超出河流生态系统的自净能力，将招致水质变坏（如水体富营

养化、水体中含有年夜量的悬浮颗粒物等），直接对河流生态系统

造成破坏（如水生生物年夜量死亡等），降低其海水供应等生态办

事功能。另外，由人类活动引起的硫化气体的年夜量排放，招致酸

雨的形成，也会间接造成河流水质的好转。

1.3引水量过年夜

随着社会的成长，工农业以及人类的生活引用了年夜量的河

水，可是每条河流的循环水量是有限的[6]。无限制的引用河水，

使河流生态系统的水量低于生态需水量的下限，将招致原有河流生

态系统结构的破坏，生态办事功能的退化，生物多样性减少，甚至

造成河水干涸，整个河流生态系统的完全毁灭。

1.4沿河的农、渔业活动对河流生态系统的影响

沿河的农业活动对河流生态系统的胁迫主要表示在对河滩的

开垦和耕作。由于土地肥美，人们加年夜了对河滩、湖岸、河边湿

地的开垦。年夜量的开垦造田使河滩、湖岸及河辞退孕妇怎么赔偿 边湿地原有的天然

植被受到严重破坏，水文条件、河流地貌及水力特性均随之产生修

改，招致河滩、湖岸土地以及河滩湿地的退化，减少河滩原本拥有

的丰富的生物多样性，降低其生态系统办事功能（如河滩湿地对河

流水质的净化作用等）。另外，河滩的开垦还会造成水土流失，在

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河滩田地中年夜量使用农药、化肥，会对河流水质造成新的污染。

而渔业活动则会造成河流中的经济鱼种受到过分的捕捞，破坏了原

有的食物链，招致河流生态系统的完整性受损。

2河流水域水体生态修复技术

河流水体生态系统具有自净能力，但当污染物的数量超出其自

净容量时，将造成河流生态系统结构的破坏，功能受阻，致使河流

生态平衡失调。此时，必须实施污染物综合治理的办法和办法，消

除污染物的影响，修复河流水生态系统。

2.1人工湿地技术

人工湿地是一种简便有效的生态工程型污水处理技术，具有广

阔的应用前景。此技术由于运行简便、管理用度低、无二次污染等

优点而获得广泛应用[7]。植物是人工湿地系统的重要组成部分，

在其中起着很是重要的作用。湿地植物在生长发育的过程中，所必

须的N、P等营养元素都是从水中直接吸收的，经过一系列同化和异

化作用而被转化成植物体内的组分，最后通过植物的收割而从人工

湿地系统中去除。人工湿地一般由人工基质和生长在其上的水生植

物（如芦苇、香蒲等）组成，形成基质植物微生物生态系统，利用

湿地中填料、水生植物和微生物之间的相互作用，通过一系列物理、

化学及生物过程实现对污水的净化。人工湿地技术从20世纪80年代

起，在河流污染治理中逐渐受到重视。目前中国已在很多城市建立

了人工湿地系统，水中污染物去除率均超出了50%[8]。

2.2水生生物群落恢复技术

河流水体生态系统的生物群落恢复包含水生植物恢复、底栖植

物恢复、浮游生物恢复、鱼类恢复等。在河流水体污染获得有效控

制以及水质获得改良后，生物群落的恢复就变得相对容易，可以通

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过自然恢复或进行相应的人工强化，需要时可以采取人工重建办

法。

年夜型水生植物(包含沉水植物、挺水植物、浮水植物)在水污

染治理中可以阐扬多种作用。通过自身生长代谢可年夜量吸收氮、

磷等营养物质，植物光合作用增加水体溶解氧，同时，一些物种还

可以富集重金属或吸收、降解某些有机污染物。水生植物通过增进

微生物的代谢，使水中年夜部分可生物降解的有机物获得降解，同

时抑制藻类的生长，从而控制水体富营养化，利用植物及共存微生

物体系去除环境中的污染物[9]。据文献[1011]研究，通过在水体

中种植水生植物，利用植物的吸收、挥发、过滤、降解、稳固等作

用，可以将水中有机和无机污染物进行有效的去除，达到净化水质

的目的。

在河流生态系统中，原生及后生微型植物、底栖植物能够吞食

藻类、细菌及部分悬浮状有机物，可避免藻类、细菌过度增殖，加

速污染河流水质净化，同时自身又是良好的鱼饵。杂食性鱼类(如

鲤鱼、鲫鱼)捕食水中的食物残屑和浮游植物；滤食性鱼类(如鲢、

鳙)和草食性鱼类(如草鱼)等的滤食活动及生理代谢，增进了氮磷

的释放，有利于浮游植物的年夜量繁衍，同时能够控制藻类的过度

增殖，避免水华。例如田利[12]等人通过在富营养化水体中放养鲢

鱼、芦台鮊鱼的试验标明在一定密度下放养滤食性鲢鱼可以有效地

起到控制富营养化水体中藻类生长的作用；李传红[13]通过选择在

惠州南湖进行鲤鱼围隔实验和去除鱼类的全湖实验，以鲤鱼对南湖

底质扰动所造成的聚积物再悬浮为核心，首次较为系统地研究了鲤

鱼对湖泊营养盐水平、浮游植物生产力、浮游植物种类组成和数量

等方面的生态效应，探讨了底栖性鲤鱼在热带浅水形容人多拥挤的成语 富营养化湖泊生

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态系统的作用，试验结果标明了鱼类对水体中的TN和TP有一定的去

除效果。

2.3人工浮岛技术

人工浮岛技术最早是在20世纪80年代由德国BESTMAN公司开

发，后来又由以日本为代表的国家和地区胜利应用到了地表水的污

染治理和生态修复上面[14]。人工浮岛技术是利用生态学原理，在

受污染河道，用木头、泡沫等轻质资料搭建浮岛，以浮岛作为载体，

依照自然规律，在水面上种植高等水生植物，通过植物根部的吸收、

吸附作用和物种竞争相克机制，削减富集水体中的氮、磷及有机质，

将水体中的氮、磷以及有机物作为自身营养物质利用，并最终通过

对植物体的收获将其带离出水体，从而达到净化水体，适宜多种生

物繁衍的栖息环境的目的[1517]。该技术主要适用于富营养化及有

机污染的河流，工程量小，维护简单，处理效果好，避免重复污染，

可实现资源继续利用。

2.4曝气增氧技术

耗氧有机污染物、营养物等消耗水体中年夜量溶解氧，招致水

体复氧来不及弥补，水体的溶解氧急剧下降，甚至消耗殆尽，有机

物不完全分化和年夜量有毒物质的释放，使水生生态系统遭到严重

破坏，水质好转，呈现水体黑臭现象，无法自行恢复，河流水体失

去自净能力。利用人工曝气增氧，能够极年夜增加河流溶解氧，有

助于河流微生物区系由厌氧向好氧转化，加速了好氧微生物的增

殖，提高水体中的COD、BOD、N、P等污染物质的好氧降解；另一方

面安慰河道藻类生长，并形成河流水体藻类自然复氧机制，消除水

体黑臭。人工曝气复氧能包管水体的好氧环境，提高水体中好氧微

生物的活性，可达到消除黑臭，减少污染负荷，维持生态净化系统

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的结构稳定和最年夜净化功能，增进水生态系统的恢复等目的

[l8].国内外采取的人工曝气复氧技术主要有纯氧增氧系统、鼓风

机微孔布气管曝气系统、叶轮吸气推流式曝气器和水下射流曝气等

设备。

2.5微生物修复技术

微生物作为生态系统中的分化者，对污染物的去除和养分的循

环起着很重要的作用，是河流生物修复技术的核心[19]。以后河流

微生物修复过程中使用较多的微生物制剂是利用微生物生命过程

中的代谢机理，将污水中的有机物分化成为简单的无机物，从而去

除有机污染的过程。微生物制剂是由几十种具备各种功能的微生物

组成的一个良性循环的微生物生态系统，主要包含了光合菌、乳酸

菌、放线菌、酵母菌等，构成了功能强年夜的“菌团”。其作用原

理是利用“菌团”含有的微生物唤醒或激活河道中、污水中原有存

在的可以自净的，但被抑制而不克不及阐扬其功效的微生物。通过

他们的迅速增殖，强力地钳制有害微生物的生长和活动，进而分化

水中的有机污染物，增进氮的反硝化作用，加速磷的无害化，并锁

定水体中的重金属元素。

2.6生物膜法处理技术

生物膜法是根据天然河床上附着的生物膜的净化及过滤作用，

人工填充填料或载体，供细菌絮凝生长，形成生物膜，人造生物膜

是一层附着在载体概略的微生物细胞[20]，对卵白质、淀粉等年夜

分子的降解能力很强，降解速度快，本钱少，已经成为西方国家水

质净化的关键技术。生物膜法利用滤料和载体比概略积年夜，附着

微生物种类多、数量年夜的特点，从而使河流的自净能力成倍增长

[21]。生物膜法具有较高的处理效率，有机负荷较高，接触停留时

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间短，占空中积小，投资少，对受有机物及氨氮轻度污染水体有明

显的效果，适合于城市中小河流的直接净化。

2.7底泥疏浚

底泥疏浚是解决河流内源污染的重要办法，它主要是通过底泥

的疏挖去除底泥中所含的污染物，清除污染水体的内源，减少底泥

污染物向水体的释收，主要适用于富营养化河流的治理。来自于河

流与湖库底部聚积物释放的内源污染物质是造成水体污染的主要

因素之一。氮和磷元素是水生生态系统中重要的营养限制因子，来

自于内源释放的氮磷营养物质对上覆水营养物质的贡献率可以达

到甚至超出外源污染的贡献率[22]。因此，即使在外源污染获得较

好控制时，河流水体中营养物质仍然处于较高水平，致使水体富营

养化问题难以获得完全解决。底泥疏浚可以将富含污染物的底泥从

水体中永久性去除，能够控制内源污染物的释放或减少污染物生物

有效性，因而被认为是河道湖库治理中的重要工程办法而被广泛应

用[23]。在外源氮磷营养物质获得有效控制的前提下，底泥疏浚是

控制内源氮磷负荷有效的技术手段[24]。底泥疏浚技术控制内源污

染释放，修复水生生态系统在我国太湖、西湖以及广州等地均有实

际应用，并取得了贵重的实践经验。然而底泥疏浚后新生表层聚积

物的物理、化学和生物性质与疏浚的表层聚积物均产生了根赋性变

更，修改聚积物中微生物群落组成，招致微生物群落功能多样性降

低，从而对聚积物中生源要素的循环产生影响[25]。日本的隅田川

河[26]和俄罗斯的莫斯科河[27]曾采取污泥疏浚的安全小常识 治理办法，从而

使得水质恢复。但底泥疏浚法工程量年夜，造价高，并需确定合理

的挖掘深度和挖泥量，不然容易破坏水生生态系统[28]。

3河流水陆交错带植被修复技术

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河流水陆交错带植被修复是国内外河流生态修复使用最广泛

的办法[29]。植被的恢复能够呵护河岸，增加河岸稳定性，有助于

建立良好的河流水陆交错带生态系统。水生植物吸收氮、磷等营养。

水生植物的根部具有富集重金属的功能，可提高重金属的去除效

率；每株水生植物都像一台小小的供氧机，向河流水体供氧；水生

植物的植物根系与土壤微生物组成的根际微生物群落系统，根茎为

细菌和微生物提供生长介质，去除BOD和COD的功能有所提高，在土

壤污染的净化过程中阐扬着重要作用。另外，水生植物在减缓航运

引起的海浪对堤岸的冲击方面起到很好的效果；湿生年夜型植物限

制了近岸水流的流速，它们的浅层根团也起到加固河岸概略的作

用，同时，植物的根、径等对地表径流还具有拦截泥沙和颗粒态污

染物、降低流速等作用。河岸植被能起到有效的降温、过滤、控制

水土流失、提高生物多样性的作用；同时，有利于动、植物迁徙和

生存繁衍，并起到生物多样性呵护的作用。河岸带植被恢复办法一

般采取乡土植被恢复、物种引进技术和生物工程办法。河流沿岸生

态修停工程办法还包含土地渗滤修复技术、砾石床处理技术、湿地

处理技术等[30]。

4生态护岸技术

河道是生态环境的重要载体，护岸工程是河道生态治理的一项

重要办法。生态护岸指恢复自然河岸或具有自然河流“可渗透性”

人工护岸，它可以充分包管河岸与河流水体之间的水分交换和调节

功能，同时具有抗洪的基础功能[31]。生态护岸是结合治水工程与

生态环境呵护而兴起的一种新型护岸技术，对水陆生态系统的物

流、能流、生物流阐扬着廊道、过滤器和天然屏障的功能。在治理

水土污染、控制水土流失、加固堤岸、增加动植物种类、调节微气

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候和美化环境方面都有着巨年夜作用。生态护岸依据其使用的主要

护岸资料分为植被护岸、木材护岸和石材护岸3种类型。

4.1植被护岸

植被护岸是生态护岸中比较重要的一种形式，岸坡植被有柳

树、水生植物、草坪、天然资料织物、三维棕榈纤维等。水生植物

的复合护岸是利用水生植物的根、茎、叶对水流的消能和对岸坡的

呵护形成呵护性的岸边带，增进泥沙沉淀，减少水流挟沙量[32]，

并能直接吸收水体中的有机物和营养物质，避免水体有机污染和富

营养化。单独水生植物护岸接受水流侵蚀能力弱，只适用流速较小

的缓流水体，一般采取水生植物与其他护岸资料配合使用的复合型

护岸结构。草皮护坡是直接在土坡上种植草，或是以草为主体，兼

用土工织物加固，在坡面防护上一般采取草皮植物的复合型护坡

[33]。网垫植被复合型护坡一般用以聚乙烯或聚丙烯等高分子资料

制成网垫，其综合了人工网和植物护坡的优点，年夜年夜提高了边

坡的平安性和稳定性。

4.2木材护岸

经常使用的木材有圆木。用处理过的圆木相互交错形成箱形结

构—木框挡土墙，在其中充填碎石和土壤，并扦插活枝条，构成重

力式挡土结构。主要应用于峻峭岸的防护，可减缓水流冲刷，增进

泥沙淤积，快速形成植被笼盖层，营造自然型景观，为野生植物提

供栖息地环境。枝条发育后的根系具有土体加筋功能，木框挡土墙

的圆木可向水中弥补有机物碎屑，其间隙为野生植物提供遮蔽所。

4.3石材护岸

抛石办法在国内外河道整治工程中应用十分广泛。在传统讶组词语 技术

的基础上结合植被等办法，抛石能达到兼顾加强和改良河岸栖息地

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的目的。石材护岸技术施工简单，块石适应性强，已抛块石对河道

岸坡和河床的后期变形可作自我调整。块石有很高的水力糙率，可

减小海浪的水流作用，呵护河岸土体，抵挡冲刷侵蚀。

5河流生态景观建设

河流生态景观建设是指在河流治理工程中除完善防洪、排涝、

航运和供水等传统水利功能以外，还力图使河流更接近自然状态，

完善河流生态系统的结构和功能，展现自然河流的美学价值，开掘

河流的人文历史精神，创作创造良好的人居环境。生态景观建设主

要分为水边景观建设和跨河建筑物景观建设，它以景观生态学为理

论指导，需遵循与传统水利目标相融合，尊重历史，道法自然，景

观连续等原则[34]。在进行景观建设时要注意以下几点：

（1）防洪与亲水的协调

亲水是人与生俱来的天性，景观建设要满足人们在视觉、听觉、

触觉上对美的需求，感受水的魅力。因此，水边的建筑物不宜高出

人们的视线，波折人们欣赏水景，且构建的亲水设施能拉近人水的

距离，使人能在岸边漫步休闲、接触水体。

（2）提高景观空间异质性

在河流平面形态方面，需恢复其蜿蜒性特征，形成水曲之美；

在河流横断面上，要恢复河流断面的多样性，构成多样性地貌特征；

在水陆交错带恢复乡土种植被等。使河流在纵、横、深三维标的目

的都具有丰富的景观异质性，形成浅滩与深潭交错，急流与缓流相

间，植被参差有致，水流消长自如的景观空间格局。

（3）因地制宜地选择植被造景

将植物和天然材质的造景功能引入岸坡防护设计，是河道整治

和景观建设的成长趋势五行属金的名字女孩用 。植物造景，尤其是人工植物群落景观的营

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造，成为河流生态景观建设的重要内容。河道植物要选择适用性强、

亲和性强、功能广、具有观赏价值的植物，且植被搭配要考虑不合

季节景观的整体变更，满足人们视觉上的享受。

结语

随着近代社会的快速成长，人类活动的过度干扰以及对河流的

不合理开发使自然水体产生了一系列的生态环境方面的问题，并且

在部分流域日趋严重。随着研究工作的不竭深入和治理工作的不竭

展开，生态修复理念贯穿于整个工作之中，生态修复技术随着研究

和实践工程的深入也获得了成长与完善，在河流污染防治与生态修

复中阐扬了重要作用。为了更好地理解和应用生态修复技术改良河

流生态环境，必须了解各项技术的基本特点，结合特定的合理环境

特征，综合性地选用合适的办法，以最经济合理的配置，构建稳定

可继续成长的河流水生态环境系统。

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