ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT Vol.38No.4Apr．2013
收稿日期：2013－01－26
基金项目：山东省科技攻关计划项目（2009GG2GGC06004）
作者简介：谷勇峰（1986－），男，在读硕士研究生，研究方向：处理理
论与技术。
文章编号：1674－6139（2013）04－0025－05
城市河道生态修复技术研究进展
谷勇峰，李梅，陈淑芬，刘连江，王翠彦
（山东建筑大学市政与环境工程学院，山东济南250101）
摘要：随着城市经济和社会的发展，城市河道受到了不同程度的环境污染，严重影响了城市人们的生活质量，
并对城市下一步的可持续发展起到了严重的阻碍作用，近年来由于各界的普遍关注，有关城市河道生态修复技术的研究工作也取得了相应的发展。文章首先概述了城市河道的现状，并对城市河道生态修复的内涵进行了阐述，然后介绍了一些国内外有关城市河道生态修复技术研究的现状，并对城市河道生态修复技术中的物理修复、化学修复和生物修复技术进行了系统的分类阐述;在最后展望了未来城市河道生态修复技术的发展方向。关键词：城市河道;河道污染;生态修复中图分类号：X171．4
文献标识码：A
Research Progress on Urban River Ecological Restoration Technology
Gu Yongfeng ，Li Mei ，Chen Shufen ，Liu Lianjiang ，Wang Cuiyan
（School of Municipal and Environmental Engineering ，Shandong Jianzhu University ，Jinan 250101，China ）
Abstract ：Urban rivers were polluted b different levels with the development of society and economy．It seriously affected the life quality of urban citizens and become an impediment to the sustainable development of cities．Due to the widespread concern from all walks of life ，the researches on urban river ecological restoration technology have developed in recent years．The article first summarizes the present situation of urban river and expounds the connotation of river ecological restoration．The domestic and foreign research situation in this field is introduced ，and the physical ，chemical and biological remediation technologies are sys-tematically introduced．Finally ，the future development prospect of urban river ecological restoration technology is projected．
Key words ：urban river ；river pollution ；ecological remediation
前言
城市河道在城市生活和生产以及对当地环境和气候的调节与改善起了重要作用。然而，随着社会经济的发展，城市建设者多注重提升河道的防洪排涝能力，对河道进行裁弯取直及渠道化工程，形成河流断面单一化、
河床表面平整硬化，加之水利工程对河流形态连续性的干扰，使城市河道的结构与生态功能遭受严重破坏；并且，随着城市化进程的加快，大量工业废水和生活污水的排入，不少城市河道出现黑臭、
富营养化、生物多样性锐减、生态系统单调等问题
［1］
。城市河道的功能修复与健康恢复成为
城市管理者与建设者亟待解决的重要环境问题，而河道生态修复技术是解决河道功能与健康恢复的首选技术。河道生态修复技术指依据生态系统原理，选取各种方法使已受损伤的水体生态系统的生物群体及生态结构得到修复，强化水体生态系统的主要功能，重建健康的生态水体，使生态系统实现自我维持、自我协调的良性循环
［2－3］
。国内外学者对此开
展了大量理论基础研究，并在符合生态修复理念的工程建设中进行了实践。
1
国内外河道生态修复研究现状
1．1
国外河道生态修复研究现状
1938年德国学者Seifert ［4］首先提出了一种达到
贴近自然、经济实用并保持美观的河道治理方案。20世纪50年代，德国又提出了河道的整治要植物
·
52·
1．2国内河道生态修复研究现状
国内关于河道生态修复方面的研究起步相对较晚，目前大多还处于探索试验阶段。近年来，中国科研人员在河道生态修复研究上进行了大量的研究并取得了具有重要意义的研究成果。如赵建芬等［6］通过进行污水慢速渗滤土地处理系统研究表明植物和土壤的耦合作用能够很快很好地净化水质并适合推广；李睿华［7］等通过对美人蕉、香根草、荆三棱3种水生植物带处理受污染河水的中试研究，结果表明有植物带对污染物的降解效果好于无植物带，其中荆三棱带对污染物的降解效果最好；张朝兰等［8］通过在室内进行构建小型水生生态系统实验，证明了水生生物可以有效地去除水体中氮、磷和营养盐，并且验证了植物的不同部位对不同污染物的去除效果和净水能力有所不同；吴卿等［9］通过研究紫花苜蓿对河道底泥中重金属的修复作用，为利用植物修复技术解决受污染河道沉积物的重金属污染问题提供了可靠依据；王易超等［10］通过从太湖金水湾水体中筛选出包括土著氨化、亚硝化、硝化和反硝化细菌的氮循环菌，固定于多孔载体内，对伊乐藻－固定化氮循环菌联用技术在秋冬季太湖金墅湾水源地入湖河道水体生态修复效果进行研究，经过近5个月的生态修复模拟和原位围栏试验表明，该技术可有效降低秋冬入湖河道营养盐负荷有助于控制湖泊与水源地富营养化，对于河道生态修复具有一定借鉴参考价值。同时，中国在河道生态修复的工程实践上也取得了重大突破，如深圳观澜河清湖段生态修复工程［34］，塔里木河的生态治理工程［11］等都取得了卓有成效的进步。另外，在对上海浦东区河道整治中推行了生态治水方法；在浙江绍兴市实施以“水清、岸绿、景美、流畅”为目标的河道水系大规模综合整治工程；在对成都市的府南河的整治中集防洪、排涝、交通、文化、生态于一体，取得了良好的经济、社会和环保效益。但同时中国在河道生态修复工程应用中还存在着一些问题，如只注重河道水质的改善，缺乏生态系统的全局观意识；只注重园林景观的建设，忽视植被生态和河道生态体系的研究等［12］。
2河道生态修复技术
针对城市受污染河道的治理修复工作是一项复杂的系统工程，目前国内外在研究或已投入使用的河道修复治理技术归结起来主要可以分为物理修复、化学修复和生物修复三大类。
2．1物理修复
物理修复主要是采取修建水工建筑物、机械除藻、疏挖河道底泥、引水冲淤、调水稀释等各种工程措施，来改善受污染河道的水文条件、底泥环境条件等，从而达到河道生态修复的目的。
通过修建水工建筑物，优化选择过水构筑物的形状等水利工程措施，可以充分利用河水流经过水构筑物时形成的跃动、翻腾、紊流等水流现象来增加水中空气的溶解量，从而提高河流的复氧能力与自净能力，以达到改善河流水质的目的。美国基西米河生态修复工程［13］就是采用河流通道修复技术在整个流域尺度下大规模进行并取得成功的重要事例。
机械除藻是指通过人工操作机械来将受污染的河道中大量繁殖的藻类进行打捞去除。近年来，在
·
62
·人工机械除藻技术的基础上又发展出了臭氧/超声波除藻技术。屠清瑛等［14］运用臭氧/超声波技术对北京什刹海后海进行试验，结果发现藻类的去除率高达80%，且总磷也有很好的去除。
采用底泥疏浚的方法能够快速有效地去除被污染的城市河道底泥中大量的氮、磷及重金属等污染物。底泥疏浚曾是欧美和日本等发达国家修复受污染河道的重要措施之一。底泥疏浚又可分为工程疏浚和环保疏浚两种。工程疏浚主要是根据工程需要将河道中的岩石、砂砾、粘土、泥浆等底泥物质从河道底部清除出去，再进行泥水分离后堆置；环保疏浚则是对清理出去后的底泥中污染物的种类再进行特殊处理，为生态系统的恢复创造条件，是今后河道疏浚的发展方向。日本的隅田川河［17］和俄罗斯的莫斯科河［18］曾采用污泥疏浚的治理措施，从而使得水质恢复。但底泥疏浚法工程量大，造价高，并需确定合理的挖掘深度和挖泥量，否则容易破坏水生生态系统［15］。
对城市受污染河道还可以采用大规模环境调水的措施，通过在一定区域范围内对受污染河道引入大量清洁水源，增加河道流量，冲走河道淤积的底泥和稀释污染的河水，从而达到改善生态环境条件、修复河道的目的。位于韩国的清溪川生态修复工程［16］就是通过大规模环境调水实现生态修复的一个成功案例。另外日本的隅田川［17］、俄罗斯的莫斯科河［18］等世界著名河流的污染治理等也都采用过此种河道生态修复方法，并且取得很好的治理效果。
在河道修复技术中物理修复往往实施简单、见效快，但也容易产生副作用，造成生态系统的破坏，不能标本兼治。
2．2化学修复
化学修复就是向受污染的河道中投入化学改良剂，通过药剂与污染物发生化学反应生成对环境无污染的中性物质来达到去除水体中污染物，修复河道生态环境的目的。
对于受重金属污染严重的河流可以向其中加入某些化学药剂通过其对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用来降低重金属的生物有效性。如使用石灰或碳酸钙等来提高水中pH值，促使河流中Cd、Cu、Hg、Zn等元素形成氢氧化物或碳酸盐结合态盐类沉淀以减少水中重金属污染物的量。邱慎初［19］，王曙光［20］等人利用化学强化一级处理（CEPT）技术对深圳市受污染河水进行了试验研究，结果表明该方法对河水的浊度、SS、COD cr、TP去除效果很好，对TN、重金属等也有一定的去除。其他的像加入铁盐可以促进磷的沉淀，加入石灰用来脱氮等。另外对藻类含量较高的水域则可以通过铜盐、含铜制剂、高锰酸盐、磷的沉淀剂以及各种氧化和非氧化化学制剂来进行除藻［21］。
化学修复主要对突发性水污染具有很好的处理和恢复效果，但只是暂时效果显著，不是一种永久的修复措施，因为它只改变了重金属等在河流中存在的形态，金属元素仍保留在河道中，容易再度活化危害动植物和人的健康。因此化学修复只是在河道生态修复过程中的一项重要的辅助修复措施。
2．3生物修复
生物修复技术是利用水体中的植物、微生物和一些水生动物的吸收、降解、转化水体中的污染物，来实现水环境净化、水生态恢复的目标。生物修复技术可以是单一的植物、动物或微生物修复，也可以是由不同种植物、动物、微生物共同构成的生态系统进行的水体生态修复。植物、微生物和水生动物在河道生态修复中扮演着不同的角色，各自为水体的净化起着不可或缺的作用。
植物修复是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的理论为基础，利用植物及共存微生物体系去除环境中的污染物［22］。据文献［23－24］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。例如在污染河道中种植对重金属具有较强耐性和富集能力的“超富集植物”，可以将大污染物迅速吸收和富集到植物体中，利用植物自身的主动运输作用运送到植物地上部分，最后收割植物地上部分就可以将大量的重金属污染物从水中和底泥中带走，以达到去除污染改善河道水质的效果。
动物修复指通过河流中水生动物种群的直接（吸收、转化、分解）或间接作用（改善水体理化性质，维持河道中植物和微生物的健康生长）来修复河流污染的过程。在受污染的水体中投入对该污染物耐性较高的虫类、虾类、鱼类等，通过食物链消化将一些有机污染物吸收、利用或分解成无污染的物质从而改善水环境修复受污染的河道。例如田利［25］等人通过在富营养化水体中放养鲢鱼、芦台鮊
·
72
·鱼的试验表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［26］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沉积物再悬浮为核心，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、浮游动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富营养化湖泊生态系统的作用，试验结果表明了鱼类对水体中的TN和TP有一定的去除效果。另外，水体中的水生动物在有效去除污染物、改善水环境的同时，还能与水体中的植物和微生物组成良性的生态系统，促进和维持其健康生长，而且水体中的动物种类和数量还可以作为水环境健康状况的指示指标。
微生物修复即利用微生物将水环境中的COD、BOD和氮磷等污染物降解或转化为其他无害物质的过程。微生物作为生态系统中的分解者，对污染物的去除和养分的循环起着很重要作用，是河流生物修复技术的核心［27］。常采用的修复措施包括投放菌种及营养源、提高生物可利用性和生物操纵等。近年来发展的生物膜修复技术很好地解决了水中微生物群落的迁移问题，大大提高了微生物群体与水体的接触面积，使河道的自净能力得到成倍的增长。由李璐等［28］运用生物接触氧化工艺对受滇池入湖受污染最严重的大清河河道污水进行分流处理实验研究，考察了其在不同季节对污染物的去除效果，结果显示该工艺对不同水质变化都有较好的处理效果。微生物修复技术非常适合于城市中小河道的直接净化。
由于生态系统是由生产者、消费者和分解者共同构成的统一的整体，因此只靠单一的物种修复很难达到良好的修复效果。近年来，国内外研究学者通过人工建造模拟的生态系统（如人工浮岛、人工湿地等），将植物、动物、微生物的修复作用相统一结合而形成的生物修复技术正越来越多地应用到实际工程中，并取得了很好的经济效益、环境效益和生态效益。
（1）人工浮岛技术
人工浮岛又称生态浮床、生态浮岛，是一种由人工设计建造漂浮在水面上供动植物、动物和微生物生长、栖息、繁衍的生物生态设施。它的主要功能包括净化水质、创造生物（鸟类、鱼类）的生息环境、改善景观以及消除水波、保护河岸的作用。人工浮岛在水位波动较大的水库和由于波浪的原因难以恢复岸边水生植物带的湖沼以及对有景观方面要求的池塘河道等得到了广泛的应用。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成功应用到了地表水的污染治理和生态修复上面［29］。人工浮岛技术是按照自然规律，严格筛选净水植物，在水面种植粮食、蔬菜、瓜果、花卉等各种绿色植物，利用植物根部的吸收、吸附作用和不同物种间的竞争机制，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，达到净化水体，适宜多种生物生衍的栖息环境的目的［30－31］。该技术主要适用于富营养化和受有机污染的河流，工程量小，便于维护，处理效果好，且不会造成二次污染，使资源得到可持续利用。
（2）人工湿地技术
人工湿地主要由人工基质和生长在上面的水生植物（如香蒲、芦苇等）组成，其利用基质填料、微生物、植物和水生动物之间的协同作用，通过一系列物理、化学、生物作用实现对水体中绝大部分有机物、重金属等有害物质的分解吸收，达到净化水体的目的。从20世纪80年代起，人工湿地技术在修复城市污染河道中开始受到重视。目前针对人工湿地净水机理的研究和应用有很多，在瑞士、德国、丹麦、日本等一些发达国家已经建成和运行了很多人工湿地系统，为当地环境改善起到很大作用。在中国，由邓辅唐等［32］对江川县大街河建立的人工湿地监测研究，发现对河道污染物的去除有很好的效果，由赵建等［33］运用人工湿地技术对镇江市受污染的古运河进行处理也取得了很好的效果，位于深圳的观澜河清湖段生态恢复工程［34］在实施过程中也是充分利用了生态学原理和人工湿地技术措施并取得了很好的效果。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过了50%［11］。
生物修复技术与传统的物理修复和化学修复等技术手段相比具有投资和维护成本低、操作方便，不会对河道造成二次污染并能在一定程度上改善城市河流生态环境的优点，具有很好的经济效益和社会效益。因此，生物修复技术更加符合环境保护的要求，正逐渐被人们所重视，成为今后城市河道生态修复技术发展的主要方向。
·
82
·3河道生态修复技术展望
通过近些年世界各地的有关河道生态修复试验研究与工程实践分析发现，当今河道生态修复技术发展主要有以下几个方向：
（1）生物生态修复技术为主体
生物生态修复技术由于具有很好的水体修复效果，在修复过程中对周围环境没有副作用影响而且还能改善美化城市生态环境，增加城市生机，因此将是今后世界各地城市河道生态修复技术选择的重要方向。
（2）多种生态修复技术相结合
由于中国各地城市河道受污染状况呈现出复杂性和多样性特点，使得仅依靠单一的物理、化学或生物方法都无法达到河道彻底修复的生态要求，因此将物理、化学和生物修复技术进行合理组合，形成的新的生态修复技术已成共识，并已越来越多地应用到研究和实践中。
（3）新型生态修复技术的开发与应用
将传统的生态修复技术加以创新改进，形成新的生态修复技术是河道生态修复发展的主要方向。如最近研究开发与改进的垂直复合流新型人工湿地系统，河道生态固岸等新技术，有的已经应用到了实践工程中。
4结语
中国对城市河道生态修复研究还处在初级阶段。城市河道生态修复是一项复杂的生态工程，在实际工作中，不仅要大量借鉴国外发达国家的先进研究成果和实践经验，又要结合中国国情，有针对性地根据不同城市河道的功能和特点，在满足城市防洪防旱安全前提下，因地制宜展开城市河道的生态修复，把河道形态多样性与生物多样性具体应用到河道生态修复工程中去。城市河道建设要充分发挥其作为水利工程的功效，而且还要融入城市园林景观、建筑艺术和绿色生态等多方面内容，充分发挥出城市河道的综合功能，使城市河道真正做到恢复自然、和谐、原生的生态状态。
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·
92
·第38卷第4期2013年4月杨梦瑶等·城市经济发展与工业污染物排放关系的GPI分析
Vol.38No.4
Apr．2013
系可以归纳为三类：一是环境污染是由于人类不合适的经济活动所产生的；二是严重的环境污染问题制约经济的良性发展；三是环境污染问题的解决依赖于经济的健康发展。
4结论
本研究通过对城市经济发展与污染物排放关系的分析，提出了国内生产总值污染物排放指数GPI，给出了GPI的定义和计算评价方法。根据相关统计公报所提供的基础数据，结合对城市经济发展影响重要的城市工业，分别计算出三类23个城市工业废水中化学需氧量GPI工业COD、工业废气中二氧化硫的GPI工业SO
2
、以及工业固体废物的
GPI
工业固废
，并进行了统计分析。研究结果表明城市经济发展与城市工业污染物排放存在着有机地必
然地联系，城市的GDP与GPI工业COD、GPI工业SO
2
、
GPI
工业固废
总体上呈现波动的负相关关系。也就是说，经济发展较好较快的城市，单位GDP的工业化学需氧量、二氧化硫排放量和固体废弃物排放量减排工作落实得较好。本研究提出的GPI指数能够客观地、定量地分析区域经济发展与环境污染的关系，对于科学评价城市经济可持续发展状况，加强城市环境保护工作具有理论和实用价值，对于贯彻落实“十二五”规划，实现减排目标具有参考价值和实践意义。
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