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城市河道生态修复理论论文

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1存在问题

(1)对河道生态建设认识不足。近年来,各级水利部门在河道整治中坚持生态优先的原则虽然已得到足够重视,但在实际河道整治中缺乏相应的措施,主要还是以截污纳管、疏浚、护岸改建等为主,人们还未从过去只重视防洪排涝的河道建设转向有丰富景观环境、地域文化特色的河道生态建设上来,对河道生态修复建设的重要性认识不足,相关技术研究与应用未取得新进展。(2)对河道生态建设理解片面。河道生态修复建设是近几年才发展起来的河道治理的新理念,是一个系统工程,集合了水利工程学、生态学、景观生态学、生物学等多学科理论基础上的科学治水理念,不能简单地理解为通过岸边多种绿化,水中多种水生植物,河道里多养水生动物、微生物就可以达到水生态系统修复了,纯粹从景观美学的角度出发,没有全面考虑河道的基本情况及其功能定位。(3)对生态河道的管理措施不到位。通过仔细调研各设计单位设计的河道生态整治方案及河道景观设计方案,发现在所有方案中都提及整治中要坚持生态优先的原则,即要通过修复河道的水生态系统来提高水体的自净能力,但在具体实施上缺乏详细的可操作性实施方案。另外,在以往的河道整治中对垂钓考虑不足,市民随意垂钓,存在践踏绿化、随地丢垃圾现象;有的植物景观效果好,但是养护难度较大;有的水生植物容易疯长,增加了收割难度;有的浮水植物容易积聚漂浮垃圾,增加了河道保洁难度。

2城市河道生态修复建设的探索

2.1河道生态修复实例徐汇区西上澳塘,河道总长度1975m,北接蒲汇塘,南连漕河泾港,整体河道呈直线型,河道宽度13~17m,从河道水质监测指标来看,属于地表V类水,河道水体富营养化,两岸绿化单一,品相不佳。2008年在西上澳塘开展了河道生态修复课题研究,通过采取人工增氧、光电反应、生物膜、水生植物、底泥生物氧化等河道生态修复技术,考察它们对河道水体的治理效果。图1为西上澳塘生态修复工程示意图。

2.2河道生态修复技术

2.2.1人工增氧技术(1)技术简介。人工增氧是城市河道生态修复的重要措施,通过一定的增氧设备来增加水体溶解氧,加速河道水体和底泥微生物对污染物的分解。一般采用固定式充氧设备(如水车增氧机、提升增氧机、微孔曝气等)和移动式充氧设备(如增氧曝气船),可以充空气,也可以进行纯氧曝气。(2)技术效果。西上澳塘布置了3处喷泉、2台提升增氧机和2台微孔曝气器等三种充氧设备。通过2008~2010年水质监测分析,溶解氧平均值基本维持在2mg/L以上,最高达10mg/L左右,为好氧微生物及以藻类为食的一些原生动物提供了良好的生长条件,有助于好氧生物区系的出现并不断发展,增加了河道生物多样性。

2.2.2复合生态滤床技术(1)技术简介。复合生态滤床是一种特殊人工湿地,是20世纪70年代兴起的污水生态治理技术。由于其建设和运行费用低,能耗少,维护方便,而且具有一定的景观作用等优点,越来越引起人们的重视。复合生态滤床是由集水管、布水管、动力设备、生物填料、水生植物及复合微生物等共同组成。(2)技术效果。西上澳塘布置了复合生态滤床5套,依据2008~2010年西上澳塘水质监测数据,复合生态滤床对CODcr去除率10%~17%,SS去除率12.5%~30%。由于河道水位的影响及滤床上植物的生长有一定周期,滤床功能尚未充分发挥作用,对氨氮、总磷去除效果不是很明显,详见表1。

2.2.3光电反应技术(1)技术简介。光电反应器是结合光催化强氧化微絮凝工艺,利用光催化反应处理污水的设备,由紫外灯、石英套管、变压器、钛网等组成。该反应器不用添加任何化学药剂,具有结构紧凑,占地面积小,能耗少,运行费用低、处理量大的特点,能够杀灭细菌和藻类,改变水体中有机污染物的分子特性,使得有机污染物变得更加容易分解,且无二次污染。(2)技术效果。西上澳塘设置了光电反应装置5套,依据2008~2010年西上澳塘水质监测数据,光电反应器对CODcr去除率10%左右;在叶绿素a浓度较高时(但未超65ug/L),去除效果明显,去除率达61.8%,对于富营养化水体的除藻有较好的效果,详见表2。

2.2.4生物膜净化技术(1)技术简介。生物膜净化技术是利用一种全新的织物型生物膜载体,使用经培养驯化的高效微生物和微型生物附着在填料或载体上繁殖。由于填料具有很大的比表面积,不需借助任何外加的机械设施便可在水中不断摆动和波动,多余的生物量会自然脱落更新表面。其使用合成纤维制成,可以抗污水和化学物的侵蚀,能防止由于微生物膜的生长而引起的填料断裂和粘结,可以保证微生物的繁殖力并提高其代谢率。水体与载体接触时,其中的有机污染物、藻类、氮磷等营养物被微生物吸附、分解氧化,使河道水体得到净化。适用于各种类型的污水处理厂、河道、湖泊、生物反应器。(2)技术效果。西上澳塘布设生物膜2处各3组,依据2008~2010年西上澳塘水质监测数据,生物膜对氨氮、总磷有一定的去除率;CODcr去除率达17.8%,BOD5去除率达27.6%,详见表3。

2.2.5水生植物修复技术(1)技术简介。水生植物修复技术不仅是城市河道生态修复的标志,也是一种有效的生态修复技术。通过种植水生植物,利用其对污染物的吸收、降解作用,达到水质净化的效果。水生植物生长过程中,需要吸收大量的氮、磷等营养元素,以及水中的营养物质,通过富集作用去除水中的营养盐。另外,水生植物通过光合作用和呼吸作用会影响水体的pH值,当pH值增大到一定数值时,氨氮会以气体的形式从水中逸出,从而促进氮的去除。(2)技术效果。西上澳塘种植水生植物浮床6处共计800m2,依据2008~2010年西上澳塘水质监测数据,从监测数据平均值分析,对氨氮、总磷去除率达3.0%,对化学需氧量去除不明显,详见表4。

2.2.6底泥生物氧化技术(1)技术简介。城市水环境是一个开放的系统,其水体或流动、或受潮汐影响、或间歇性换水,而底泥是河道多年污染的积累,通过物理化学和生物作用进行迁移和转化影响水体,是河道黑臭和富营养化的重要原因。底泥生物氧化是将含有氨基酸、微量营养元素和生长因子等组成的底泥生物氧化配方,利用靶向给药技术直接将药物注射到河道底泥表面进行生物氧化,通过硝化和反硝化原理,河道中形成强烈的硝化环境,底泥中形成强烈的反硝化环境,通过相互耦合,除去底泥和水体中的氨氮和耗氧有机物,同时在河道泥水界面形成一层棕色氧化层。底泥好氧层一方面分解底泥厌氧层渗出的有机质和其它污染物,一方面分解来自河道污染物、浮游动植物残体,提高河道自净能力。(2)技术效果。依据2008~2010年西上澳塘水质监测数据,从监测数据平均值分析,对氨氮去除率达35.1%、总磷去除率达36.9%,去除效果较好,而对化学需氧量去除率为7%,效果不明显,详见表5。

2.2.7生物多样性调控技术(1)技术简介。生物多样性是建立生态系统很重要的一项技术,通过人工调控受损水体环境生物群落结构和数量来摄取游离细菌、浮游藻类、有机碎屑等,来控制藻类的过量生长,提高水体透明度,完善和恢复生态平衡。(2)技术效果。依据2008~2010年西上澳塘水质监测数据,该河道水体中藻类和原生动物种类也均有所增加,从数量而言,从原先的103提升至108,初步说明经过生态修复,水体生多样性有所提升和改善。另外,河道中各种鱼类较多,垂钓者增多,这也说明西上澳塘在生物多样性方面已有较大提高。

3城市河道生态修复建设的体会

(1)专项研究,探索河道生态修复模式。通过借鉴现有的水生态修复理论,2008年徐汇区河道管理部门会同专业单位开展了“感潮河网地区水生态修复技术应用”课题研究,先后在西上澳塘、三友河进行试点,采取恢复重建河道生物多样性,设置人工湿地,利用水生植物浮岛、微生物挂膜等不同生态修复技术的组合应用,从而促进河道水体生态平衡系统的建立,提高河道水体的自净能力,积累了一定河道水质修复经验,编制了“河道水生态治理管理手册”,为后续区域河道生态治理提供了指导和依据,探索建立了河道生态修复的基本管理模式。(2)积极实践,提高成果的转化和应用。河道生态修复建设在我国是一个比较新的研究领域,还没有十分完善的理论,因此,河道管理部门要加强与科研单位的合作,在需要整治的河道上因地制宜开展河道生态修复的研究与示范。如目前徐汇区正在开展的“徐汇区河道污染底泥清除技术运用课题研究”,采用改良的设备及新型吸泥脱水相结合的工艺在漕河泾港进行试验,探索在非断流情况下河道污染底泥清除的应用成效,探索科技成果在应用中的深化提高,寻求改善河道水质的新思路[5]。(3)因地制宜,推进河道生态修复建设。河流生态修复建设工程要遵循因地制宜的原则,依据河道的护岸和绿化现状,综合考虑植物对本地环境的适应性、净化功能、养护成本和观赏价值等,在水生景观植物的选择上应突出水质净化功能。这样既可以与河道周边环境相协调,又可以有效降低投资和成本。同时,在建设中应充分考虑沿河居民亲水、享水、乐水的愿望,合理设置亲水平台、休闲椅、垂钓点,布置宣传警示标牌,开展文明志愿服务活动,更好地让河道服务于社会、服务于民。(4)加大投入,引入河道生态修复新技术。做好河道生态修复建设是一件“功在当代,利在千秋”的工作。近几年在河道生态修复工作中,徐汇区引入了喷泉装置、太阳能曝气、水生植物浮床等生态修复技术,达到了既改善河道水质,又美化河道景观的效果。今后,各级财政要加大投入力度,大力推进生态修复建设,积极引入河道生态修复建设的新技术、新方法,在科研立项、资金投入等方面为河道生态修复建设创造良好的环境。

4结语

水,是生命之源,是城市之灵气,更是一座城市文化的载体。随着人们对城市河道认识的日趋深化、理性,其不仅拉动了城市地区的开发建设,而且也促进了城市旅游和城市经济发展。近年来西方发达国家也纷纷对以往的河道治理思路进行反思,提出了生态治水的新理念,要求尊重河湖系统的自然规律,注重对其自然生态和自然环境的恢复和保护。这是一种战略性的转变,不仅要关注河道的资源功能,更要关注河道的生态功能,坚持可持续发展的生态原则,通过采取不同生态修复技术及其组合应用,努力营造城市河道良好的水安全、水资源、水生态,探索推进人水和谐相处的河道生态修复建设的新思路,从而为城市河道生态修复建设提供借鉴和参考,建设生态型的城市河道,保持城市河道生态系统的健康。

作者:宋长福单位:上海宏义建设实业发展有限公司

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