一种城市河道的生态修复方法
【专利摘要】本发明涉及一种城市河道的生态修复方法，其特征是结合物理、生物及生态技术综合修复受污染城市河道，治理过程中借鉴生态学理论，以生态学理念作为指导思想，构建和恢复复杂的水生态系统结构，还原河道原有自然状态，提高河流系统自净能力，美化环境的同时，改善局部城市小气候。其主要内容包括：(1)控制污染源，(2)河岸改造，(3)河底环境优化，(4)河道改造，(5)曝气增氧，(6)水生植物群落构建，(7)鱼类及底栖动物群落的构建，(8)系统维护。这样修复的河道生态系统自身具有一定的抗干扰的能力，在切断大量外源污染前提下，能抵抗一定强度干扰，取得良好的生态环境效果。一次投入后，仅需少量维护成本，便能取得较好的生态效益。
【专利说明】一种城市河道的生态修复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及河道修复领域，尤其是城市河道生态修复领域，具体涉及一种治理城市河道的物理、生物和生态的综合技术。
【背景技术】
[0002]流域内大量污染物未经处理而直接排出进入河流使水体遭受严重污染。尤其在城市，为了泄洪的需要，只从工程角度考虑河流改造，将河道裁弯取直，河流两岸三面被水泥钢筋固化，这样的设施隔绝了河水与河床及河岸系统的连接，使适合更多生物生存的环境消失了，其生态功能和净能力也随之退化，直接导致河道内大量生物消失，高负荷的污染排放轻易使河道水体内部生态系统崩溃瓦解，所以现阶段城市河道大多变得又黑又臭，成了典型的臭水沟，淤积严重也基本丧失排洪功能。加上固化的河岸缺少亲水设施，人们逐渐远离河道。据调查在流经全国42个大中城市的44条河流中，有93%的河段被污染，其中严重和中度污染河段占79%，64%的城市河段为4类或5类水质，50%的重点水源地不符合饮用水标准(许木启，1998)。水量较多水质相对较好的城市河道也面临着耗氧性有机物、营养盐含量极高，富营养化程度严重，蓝藻、凤眼莲和浮萍等水生植物暴发的威胁。其中蓝藻能释放毒素对人体有很大的毒性，此外由于城市河道还具有景观娱乐、城市气候环境缓冲、城市污染物的消纳等重要功能，当它变得黑臭时，严重影响了人们的视觉、嗅觉，给人们的生活带来了不便，其环境恶化对城市居民的健康和城市生态安全构成了严重威胁。对城市河道进行治理修复已是社会经济发展与城市景观生态环境建设的迫切需要。
[0003]如何恢复河流原有生态结构，创造一个良好的人居环境，人们开展了大量的工作。目前国内外传统城市河道治理主要采用物理、化学及生物手段，人工曝气，清淤、修建溢流坝、换水、引水冲淤、机械除藻等物理手段和药剂杀藻、投加铁盐促进磷沉淀、石灰脱氮等化学手段，这些方法尽管有效，但治标不治本，一段时间后，效果又会变差，消耗大量的人力财力。且化学方法易对环境产生二次污染，则不宜使用。生物方法如投加微生物细菌、种植挺水植物等，虽比较健康，但所构造的系统结构简单，抗外界干扰能力弱，在外界干扰的作用下，效果也十分有限。究其原因主要是很少将生态的理念考虑进去，故难以长期持续有效。在某种程度上只能作为辅助治理手段，不能彻底根本改善水质，而生态修复技术是近年最具有发展前景的修复技术，这种技术将生态学思想作为核心指导，修复时将河道看作一个完整的生态系统，所有措施都围绕水体生态系统的恢复与完善。该方法费用省、效果好、无二次污染。但河流的治理是一项系统工程，尤其是城市河道的复杂性决定了单纯某一种技术很难达到预期的效果，应借助其他技术支持，将它们较好的整合在一起，共同发挥其作用，当然前提要以生态学作为核心指导思想。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种城市河道的生态修复方法，通过一系列手段恢复和完善受损的城市河道生态系统，通过河道生态系统的恢复，使系统内各种生物共存，生物多样性增加，抗外界干扰的能力增强，系统能稳定持续维持较好状态。同时注重城市河道景观提升，修建亲水设置，让人们近距离接触水体，创造一个美丽的人居环境，满足生态文明建设的需要。
[0005]本发明的上述目的是通过以下过程实现的:以生态学理论为核心指导思想综合利用物理、生物和生态的技术去改善恢复河道水生生态系统，主要包括以下步骤:(1)截断流域内污染源，提高植被覆盖率；(2)河岸改造:修建集雨排水渠、较少或改良固化堤岸，进行生态护坡建设、亲水性设施构建；(3)河底改造:疏浚，河道微环境复杂化构造，生石灰消毒预处理污染底泥；(4)河道改造:修建溢流坝，条件合适区域将笔直河道改成曲折河道，增加河道生境多样性;(5)安放曝气装置，改善河道水体条件；(6)沉水植物、挺水植物种植；
(7)鱼类、底栖动物及浮游动物投放；⑶微生物技术应用；(9)系统后期维护。以上措施都充分运用了生态学理论，如将淡水生态学中经典的“上、下行效应”理论应用到修复中，“上行效应”通过对底泥的改善，控制底泥营养盐的释放，降低水体营养盐含量，从而达到控制藻类数量的目的。“下行效应”则通过食物链的改善，增加以藻类为食的浮游动物或滤食性鱼类的数量，达到控制藻类的目的。选择挺水植物是因为其生长过程除吸收大量营养盐、重金属等污染物外，在营养盐和光照等方面与藻类形成竞争关系，还可以分泌化感物质，抑制藻类的生长，使水体清澈见底。选择肉食性鱼类和滤食性鱼类都是为了增加对藻类的捕食压力，肉食性鱼类能降低水体中小鱼和杂鱼数量，这类鱼主要以浮游动物为食，而浮游动物又多以藻类为食，这样通过食物链的优化，使吃藻类的浮游动物数量增加，从而降低藻类密度。水生高等植物的构建也为浮游动物躲避被捕食提供了藏身之所，间接保护了浮游动物的数量。选择浮游动物枝角类的潘属是因为该属是浮游动物中滤食性最强的种类，且个体较大，能更好地降低藻类的数量。此外还有轮虫类的异尾轮虫和臂尾轮虫，它们不但个体较大而且是富营养化水体中的优势种，能直接以藻类为食，从而一定程度控制藻类的数量。选择底栖动物是因为它们能分解水体中的有机质，净化水质的同时，它们的活动松动底泥使底泥表层处于氧化状态，有利于营养盐固定和植物、微生物的生长。此外有些底栖动物以沉水植物叶片附着藻为食，能够提高沉水植物的光合作用效率，提高水体含氧量改善水体环境。选择微生物是因为它们分解了水体中动植物的残体、有机碎屑，加速了营养盐的循环，在河道中悬挂微生物附着基，让微生物、附着藻类生长，吸收营养盐、分解有机质，从而达到净化水质的作用。
[0006]本发明的优点及效果:本发明一次性投入，经过适当调整与完善，河道水体系统将自我持续运行，降低人为维护及修复成本。修复后的水生态系统具有一定抗外界干扰能力，当受到小于系统耐受阈值的污染时，系统将污染自动化解而继续运行下去，具有一定的纳污、除污能力，也能保持河道景观很好的观赏性。水生植物生长能大量吸收水体中的营养盐，鱼类、底栖动物的生长也会固定一部分营养盐，通过对两者的收获，可将水体的营养盐带出，不会产生任何污染物，生态环保。
【具体实施方式】
[0007]1.截断污染源，对河道流域内所有污染源进行截污处理，包括点源面源。点源控制:取缔所有排污口，把工业废水、生活污水采用管道输送到污水处理厂，集中处理达标后再排放。对于距离较偏远河道，可采用分布式一体化污水处理设备，在每个较大污水排放点布设污水处理后排放。面源控制:提高流域内绿化率，尤其在河道两岸设置绿化区，种植树木、草皮等以吸收阻截部分污染物，减少水泥固化地面，使水能渗透入土壤，减少面源污染负荷。
[0008]2.河岸改造，在条件适宜区域，消除固化岸坡，恢复土壤石块坡岸并做好护坡工程。条件合适区域岸边修建集雨排水渠(宽2 m;深2 m)，收集排泄强降雨水导致的洪水，同时削弱降雨时大量携带泥沙的地表径流对河道的冲击。采用生态袋和木桩、石块等固坡，并在坡岸种植水杉、柳树、刺槐等高大乔木(株距为8-10 m);片植或丛植沙棘、火棘、黄馨、紫穗槐等灌木；高密度种植黑麦草、狗牙根、早熟禾等草本植物，利用植物根系固定坡岸。同时植物吸附水体，涵养水分，截留吸收污染物，减轻降雨所形成的地表径流对河道的冲击。
[0009]3.河底改造，尽可能排出城市河道内水体，对底泥淤积严重区域进行疏浚，提高河道排水能力的同时，降低底泥中营养盐等污染物向水体的释放。然后用生石灰进行消毒处理(每亩面积使用200公斤左右)，起固定底泥中营养盐、杀灭细菌、虫卵等作用，将底部铺10cm左右厚的干净土壤起到覆盖内部污染源的作用，同时能为沉水植物、挺水植物提供生长基质。使河道具有一定的坡度，并适当使河道微环境复杂化，构建土堆、石堆、洞穴等。
[0010]4.河道的改造，将一段河道通过溢流坝的修建，分割成几段(每段长度约200-500m)，控制水流速度，增加水体滞留各段的时间，提高处理效率。各段之间保持一定的高程差，水从一段蓄满流入另一段时形成小瀑布，起到自然曝气增氧的作用。各河段逐级采取修复措施。条件合适区域将笔直河道改成曲折河道，增加河道生境的多样性，利于生物的适应生存。
[0011]5.安放曝气装置，在每段河道中心区域，安放曝气及造流设备，以增加水体中溶解氧含量，有利于有机质的分解和水体中各生物的存活。每河段安放1-2台曝气机，施工初期曝气尽量保持较长时间，12小时以上，施工后期可根据需要控制曝气时间，多次短时曝气。
[0012]6.沉水植物、挺水植物的种植，在消过毒、曝气过的河道内，先利用稀酸进行水体酸碱度的中和，利用PH计进行检测，达到中性环境后，在河道内种植沉水植物、挺水植物以及浮水植物。沉水植物面积达到河道面积的50%以上，沉水植物采用复合式草皮，苦草、穗花狐尾藻、轮叶黑藻按一定比例(3:1:1)制作而成，直接铺于河道底部并固定；而对于水深处不适宜沉水生植物存活的区域，可用长竹竿悬挂沉水植物生长网箱，借助其作用在水中生长。挺水植物在河道沿岸进行片植或丛植，株行距控制在10 cm左右。对于固化堤岸河道，可在堤岸两边设置生态浮床(浮床宽2 m，长5 m)，根据实际情况选择浮床数量。浮床上种植挺水植物菖蒲、鸢尾、水生美人蕉、泽泻、再力花等搭配组合。浮水植物(睡莲、菱)零星种植，控制较低密度。待所种植物成活后，继续曝气的前提下，分多次增加水体深度，每周10cm左右，直到适合植物生存深度为止。
[0013]7.鱼类、底栖动物及浮游动物的投放，利用生态学中的“下行效应”，人工调节优化水体中食物链结构。鱼类主要为肉食性、滤食性及杂食性鱼类；底栖动物主要为河蛘、螺、虾等；其中肉食性鱼类主要是鳜鱼、乌鳢、鲈鱼、黄颡鱼等，滤食性鱼类主要是鲢、鳙鱼，杂食性鱼类主要是鲴鱼。所有鱼类规格为5-10 cm，以保证成活率。肉食性鱼类投放密度0.01尾/m3，滤食性鱼类投放密度0.05尾/m3。杂食性鱼类投放密度为0.01尾/m3。螺主要是环棱螺；蛘主要是无齿蛘、三角帆蛘、褶纹冠蛘等。其中螺的投放密度控制在10-50个/m2，规格I g/个；蛘的投放密度控制在0.5个/m2，1-2龄。整个水面均匀投放培育好的轮虫、枝角类浮游动物。枝角类主要包括蚤状潘、大型潘、隆线潘、哲水潘、方形网纹潘、透明潘、盔形潘；轮虫主要种包括晶囊轮虫、大型的异尾和臂尾轮虫。保证浮游动物的生物量与组成，增加对浮游植物的捕食压力。
[0014]8.微生物技术的应用，在每段河道上游水体中垂直水流方向悬挂微生物细菌网膜，将网膜浸入已培育好的本地种细菌液(硝化细菌、芽孢杆菌、光合细菌等)中后，悬挂于河道水体中间，每隔5-10 m悬挂一根。在河道的下游悬挂生物附着网膜，为微生物、附着藻提供生长基质，利用它们来净化水质，网膜与河道长度一致，宽I m。在整个河道内悬挂，上游密度大，下游密度小适当降低。
[0015]9.系统后期维护，待系统稳定后，逐渐减少曝气次数与时间。定期打捞水面浮叶及动植物残体，待沉水植物生物量增加到一定数量时，在其死亡之前将其收割移除，以防止其残体腐烂后对水质的影响。待底栖动物或鱼类长到一定尺寸，当冬季其固定营养盐效率降低时，将成体打捞出去，再放入相同比例的幼体。在洪水来临时，及时做好排洪准备，控制水位在适合水生植物生存的深度。
【权利要求】
1.一种城市河道的生态修复方法，其特征是结合物理、生物及生态技术构建和恢复完整的河道水体生态系统，提高水体生态系统自我净化及抗外界干扰的能力，且能够可持续运行与自我调节，其主要内容如下: ⑴截断流域内污染源，提高植被覆盖率； ⑵河岸改造:修建集雨排水渠、较少或改良固化堤岸，进行生态护坡建设、亲水性设施构建； ⑶河底改造:疏浚、河道微环境复杂化构造、生石灰消毒预处理污染底泥； ⑷河道改造:修建溢流坝，条件合适区域将笔直河道改成曲折河道，增加河道生境多样性； (5)安放曝气装置，改善河道水体条件； (6)沉水植物、挺水植物种植； (7)鱼类、底栖动物及浮游动物投放； (8)微生物技术应用； O)系统后期维护。
2.根据权利要求1所述的截断污染源，其特征是涵盖点源与面源的截断，降雨后固化地表形成携带大量污染物的地表径流是城市河道的主要面源污染，通过种草植树造林和修建集雨排水渠，减少固化地表面积等措施；点源截断主要通过取缔沿岸排污口，污水经集中处理后排放。
3.根据权利要求1所述的河岸改造，其特征是该措施主要包括修建集雨排水渠、改固化堤岸为土石堤岸、进行生态护坡建设和根据景观设计进行沿岸带景观提升与亲水性设施构建。
4.根据权利要求1所述的河底改造，其特征是将河底深厚淤泥清除或在污染底泥上覆盖一层污染较轻土层；通过河底添加石块、建造洞穴等构造复杂化的河道微环境；生石灰液泼洒河道消毒预处理污染底泥。
5.根据权利要求1所述的河道改造，其特征是主要包括将河道分割为几段的溢流坝修建；对条件合适区域将笔直河道改成曲折河道，增加河道生境多样性，利于不同生物生存。
6.根据权利要求1所述的挺水植物、沉水植物和护坡植物，其特征是这些植物品种主要指香蒲、菖蒲、再力花、水生美人蕉、苦草、轮叶黑藻、穗花狐尾藻、金鱼藻、菹草、伊乐藻、夏威夷草、黑麦草等几种植物在各自种植区域的适当组合。
7.根据权利要求1所述的鱼类、底栖动物和浮游动物，其特征是鱼类主要是滤食性、肉食性和少量杂食性品种，其中，滤食性鱼类主要为类鲢、鳙鱼；肉食性鱼类主要为:鳜鱼、乌鳢、鲈鱼、黄颡鱼；杂食性鱼类主要为鲴鱼，其按一定比例投放；底栖动物主要为蛘、螺、虾等，其中蛘为三角帆蛘、无齿蛘或褶纹冠蛘的一种或多种组合；螺为环棱螺；虾为斑节对虾和米虾等；浮游动物主要为大型轮虫和枝角类。
8.根据权利要求1所述的微生物技术，其特征是主要包括微生物附着基网膜的悬挂和本地微生物菌种的培育与投放。
【文档编号】E02B3/00GK103882828SQ201410127782
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】张华俊, 肖平, 胡韧, 肖彬 申请人:深圳市益水生态科技有限公司