1、生态环境工程设计的步骤1. 系统边界确定。任何一项生态工程在设计前首先要做的就是对目标系统进行界定，特别是系统的边界2. 生态系统分析。对选定的生态系统进行调查、分析，了解该生态系统的发展历史、结构及其变化。3. 生态过程影响驱动因子及响应。对影响该生态系统的所有环境及生态因子进行分析，找出关键性的驱动因子，并对这些因子改变下的系统响应做出分析。4. 系统工程目标设定及工程方案构建。确定工程的目标，初步够将实现该目标的不同工程方案，包括具体的工艺路线和工艺流程以及采取的工艺技术。5. 生态工程方案的论证与修订。组织相关学科专家，对提出的不同工艺设计方案进行论证，并吸收政府、企业、民间的修改意见
2、，进行统一修改，形成最终统一的工艺方案。6. 生态工程方案的实施。选定实施地点，按照确定工艺进行施工。7. 工程运行记录及反馈。建立全面的工程跟踪记录，并对工程出现的问题进行完善和修正，验证工程的可行性。8. 工程验收及评价。水生生态系统维持全球物质循环和水循环，承担水源地、动力源、交通运输、污染净化场所等功能。水域生态系统 aquatic ecosystem水 生 生 态 系 统 是 地 球 表 面 各 类 水 域 生 态 系 统 的 总 称 。 水 生 生 态 系 统 中 栖 息 着 自 养 生 物（ 藻 类 、 水 草 等 ） 、 异 养 生 物 （ 各 种 无 脊 椎 和 脊 椎 动
3、物 ） 和 分 解 者 生 物 （ 各 种 微 生 物 ）群 落 。 各 种 生 物 群 落 及 其 与 水 环 境 之 间 相 互 作 用 ， 维 持 着 特 定 的 物 质 循 环 与 能 量 流 动 ，构 成 了 完 整 的 生 态 单 元 。基 本 特 征 ：（一）水生生态系统的环境特点与陆地生态系统的环境相比，水生生态系统又因其以水作为系统的环境因素而又具有一些共同特征，这些共同特征在很大程度上都与水的理化特性有关。而且，正是由于水的这些理化特征使水陆两类生态系统在系统的结构和功能上存在着许多明显的差异。水的密度大于空气，许多小型生物如浮游生物可以悬浮在水中，借助水的浮力渡过它们的一
4、生。水生生物除少数广盐性种类能调节体内渗透压而自由往来于淡水、海水之间外，一般只能适应于一定盐度范围的环境，因而有淡水生物和海洋生物之分。水的比热较大，导热率低，因此水温的升降变化比较缓慢，温度相对稳定，通常不会出现陆地那样强烈的温度变化。在海洋中至今还保留着原始的软骨鱼类和有活化石之称的矛尾鱼等古老的生物类群，这与海洋的水温均匀和环境无大的变化有关。光线在水中的穿透力比在空气中小。日光射入水体后衰减较快。特别是在海洋中，只有最上层海水中才有足够的光照保证植物进行光合作用。在某一深度处，光照的强度减弱至植物光合作用生产的有机物质适足以补偿其自身的呼吸作用的消耗，这一深度称为补偿深度。补偿深度以
5、上的水层称为真光带。真光带的深度,在某些透明度较大的热带水域可达200 米以上；而在比较混浊的近岸水域,有时仅约数米,是水生动物富集和最活跃的区域。水是一种良好的溶剂，不但酸、碱、盐可以溶解于其中，一些有机物也能为水所溶解，从而为水生生物的生长发育提供丰富的营养源。此外，在江河与湖泊、河川与海洋之间的水的运动，使不同的水体相互联系，构成水域生态系统与陆地生态系统显然不同的特点。特别是大洋环流与水团的结构，更是决定海域状况的动力因素，对生物的分布、组成与数量起重要作用。海洋生态系统由于陆地淡水溶解物质和悬浮物的不断输入，其开放性特点更为显著。(二)水生生态系统的营养结构特点 除一部分水生高等植物
6、外，各类水域的生产者主要是体型微小但数量惊人的浮游植物。这类生产者的特征是代谢率高、繁殖速度快，种群更新周期短，能量的大部分用于新个体的繁殖。生物圈中最大的生态系统是海洋，固定的能量占生物圈各类生态系统总量的 33左右，但生产者的个体小，寿命短，其生物量还不及陆地森林生态系统的 1500。消费者层次的组成状况在淡水和海洋两类生态系统中的差别较大。在淡水水域，消费者一般是体型较小、生物学分类地位较低的变温动物，新陈代谢过程中所需热量比常温动物少，热能代谢受外界环境变化的影响较大。(三)水生生态系统的功能特点 水生生态系统初级生产者对光能的利用率比较低。据奥德姆对佛罗里达中部某银泉的能流研究，太阳
7、总有效能中 759不能为初级生产者所利用，2288呈不稳定状态，而实际用于总生产力的有效太阳能仅有 1.22，除去生产者自身呼吸消耗的 0.7，初级生产者净生产力所利用的光能只有 052。能量从一个营养级流向另一个营养级时，其数量急剧减少，原因是生物呼吸的能量消耗和有相当数量的初级生产量（57%）没有被消费者利用，而是通过分解者分解了。以至于能量不能维持第五个营养级，如果要增加营养级数目必须增加生产者的生产量。霍华德 奥德姆，福罗里达州大学的名誉教授，湿地中心和环境政策中心的创始人，开创了生态系统生态学、能量生态学，对银泉（sliver spring）生态系统的能流收支的研究，是当今生态系统水
8、平上能量流动分析的一个范例。曾致力于佛罗里达州海岸线湿地的研究。1987 年瑞典皇家学院授予他们克拉福德奖，“生态学领域”的诺贝尔奖。（四）水生生态系统类型淡水生态系统和海洋生态系统淡水生态系统分为流动水生态系统和静水生态系统流动水主要是河流、溪流、水渠等水体。特点：谁的流动性受落差垂直变化的影响，硫素受流量及河床大小之间比率的影响。初级生插着为藻类构成的黏附性群落、水生植物等，另外陆地植物叶片的掉落物也是水生生态系统重要的物质和能量来源，消费者主要是一些昆虫、无脊椎动物、两栖类以及鱼类。静水生态系统指陆地上的淡水湖泊、沼泽、池塘和水库等不流动的水体所形成的生态系统。静水相对的，水流非常缓慢。
9、湖泊生态系统典型的静水生态系统。海洋生态系统湖泊水体生态环境工程污染源：城市生活污水、工业废水、污水处理厂排放物、地表径流、农业生产排水、大气干湿沉降。一、湖泊水体污染生态环境修复要充分了解湖泊的生态功能和系统结构，分析其功能退化或受损的原因，根据目标和功能来确定如何调整生态系统结构，从而有针对性地实施生态恢复或修复工作.全国 84 个代表性湖泊营养状况评价结果表明：全年 44 个湖泊成富营养状态，占 52.4%（一） 污染来源1.富营养化：富营养化是湖泊水体由于接纳过多的氮、磷等植物营养盐物质、使湖泊生产力水平异常提高的过程,表现为藻类及其他生物异常繁殖 ,水体透明度和溶解氧含量下降,导致水
10、质恶化,影响了湖泊的供水、养殖和娱乐等功能。水生植物的大量繁殖, 还加速湖泊的淤积、沼泽化过程。2.有毒有机污染有机物通过地表径流、大气水体交换、大气干湿沉降和地下水渗入而进入湖泊。生物迁移和转化是湖泊系统中有毒有机污染物产生环境危害的重要方式,这些物质具有疏水性, 可以在生物脂肪中富集。因此,即使湖泊中含量很低, 也可以通过水生食物链 ,造成持续性的毒性作用,甚至通过食物链为害人体健康。3.重金属污染水环境中的重金属倾向于从溶解相转移到固相。湖泊中的悬浮颗粒物吸附重金属而沉积到底泥中。对于扰动强烈的湖泊,沉积物的再悬浮使重金属回到上覆水体, 增加了水体中重金属的生物有效毒性,成为污染内源。4
11、.湖泊酸化工业生产和生活中各种能源使用产生的 SO2、氮氧化合物被氧化后产生的酸性物质,通过大气干湿沉降进入水体,当湖泊水体的 pH 值小于 5.6 时,水体呈酸化状态。水体酸化, 主要对水生生物造成危害,当 pH 值小于 5.5 时,鱼类生长会受阻, 甚至造成鱼类生殖功能失调 ,繁殖停止。同时,还会引起沉积物中有毒重金属元素的活化 ,导致湖泊水环境中重金属浓度升高和生物活性增强。（二） 实施定位：修复（remediation），恢复(restoration)，重建(reconstruction)物理方法：（1） 机械清淤成本高。以昆明滇池草海为例，近年来共挖底泥 400 万吨耗资 2.4 亿
12、元，折合 62.5 元/吨，不能从根本上控制水体富营养化（2） 引水冲洗、深层排水成本高，水资源紧缺（3） 曝气充氧适用于小型水体，放置因藻类而导致的鱼类死亡，维持水体平衡。（4） 底泥清除处理加入凝聚剂（粉煤灰），塑料薄膜覆盖。但大量使用会破坏水体生态系统的种群结果及生存环境，削弱自净力，费用高。（5） 疏浚工程使用挖泥船或其他工具、设备开挖水下的土、石以增加水深或清除淤积的工程措施。湖泊沉积物疏浚被认为是降低湖泊污染物负荷最有效、直接的措施。瑞典 Trummen 湖通过疏浚工程降低 90%总磷负荷,而美国的 Lilly 湖疏浚后总磷的消减率达到 55%。但是,并不是所有的疏浚都能达到理想的
13、效果,1998 年南京玄武湖清淤,采取沿湖污水停止输入、抽干水清淤的方法,清淤后半年内湖水的透明度、 COD 和总磷基本不变。疏浚底泥的环境效果与疏浚方法有关,疏浚主要考虑降低沉积物中的污染负荷。因此, 要对沉积物中的污染物种类、含量分布、剖面特征、沉积速率、化学及生态效应有详细的调查和分析,确定疏浚的范围和深度。化学方法（1） 除藻剂：硫酸铜，含铜的有机螯合物，氯等尹澄清研究发现含铁盐、铝盐增效剂的 0.2-0.3mg/L 的铜离子可控制藻类水花的生长，但硫酸铜可使藻细胞破坏，细胞内毒素释放到水中，造成二次污染。二氧化氯除藻效果较好，但成本较高，同时也会产生次氯酸盐。总之使用药剂杀藻一定要评
14、估其风险（2） 混凝沉淀除磷水体直接投入铝盐、铁盐、石灰和牡蛎壳等来沉淀水体营养物质（磷），效率高，达75%-85%，稳定可靠。生物及生态方法通过改变食物链的结构控制富营养化，保持生物多样性和水质良好。1 水生植被恢复原位水生植被恢复系统主要有沉水、浮水、挺水植物及组合水生系统,可以有效降低水体营养盐,控制浮游植物增长。其中常用的为沉水植物系统 ,有选择地人工引进耐受性较高的先锋物种,主要包括夏季利用的凤眼莲 ,冬季的耐寒型伊乐藻 ,它们在净化水质、维持水质理化性质稳定和提高透明度方面作用显著。水生植被恢复过程中受影响的物理因素有光强、水温、pH 值、无机营养物质、溶解氧等;（结合物化方法）生
15、物因素为微生物、着生藻类。其中,富营养化越严重的水域, 其水生植物上的附着生物对其生长的影响越大2。而营养盐的负荷是决定草型或藻型生态系统是否稳定的先决条件,草型转化为藻型的营养盐浓度阈值大约在 120150g/L,修复的阈值大约在 7090g/L。而沉水植物系统只有在磷浓度降到 01025mg/L 时,而且仅仅在该范围时,才能够实现湖泊生态恢复。所以 ,入湖前的处理对磷浓度的降低很重要。水生植物 ,尤其是大型植物,会影响湖泊内底泥对磷的释放。对太湖流域常见 3 种水生植物(芦苇、苦草和菱白)根部底泥及无植物底泥进行磷释放特性的模拟试验结果表明, pH 增大、温度升高、厌氧状态均可增加底泥磷释
16、放, pH 在弱酸至中性范围内底泥释磷量较小 ,酸性和碱性条件都有利于磷的释放。从模拟试验结果来看,水生植物能在一定程度上降低湖泊底泥的总可溶性磷(TDP)含量,减少内源性磷释放3。另一需要考虑的问题是,随植物体的腐败分解向水体释放氮、磷以及由此引起的部分氮、磷向底泥沉积,从而影响营养盐物质的循环。研究表明 ,苦草、金鱼藻具有较低的腐烂分解速度及分解率,有利于降低营养盐的循环速度 ,对控制水体富营养化比较有利 ,但同时还要控制残留生物体量4 。除使用单一类型水生植物之外 ,还可以多种类型复合使用。研究表明,复合生态系统在治理水体富营养化时具有独特优势,它可克服单一水生植物季节性变化明显,生物净
17、化作用不稳定的缺点,发挥多种水生植物在时间和空间上的差异, 实现优势互补,从而可稳定地净化湖泊水生生态系统5。12 生物浮岛技术生物浮岛技术是按照自然界自身规律,人工地把高等水生植物或改良的陆生植物种植到特殊材料上,通过植物根部作用削减氮、磷营养盐物质从而达到净化水质的效果。从本质上来看, 是一种水生植物净化过程的强化,为植物提供良好生长基质的同时, 充分利用浮岛材料的生物挂膜,达到微生物降解作用6。污染物的直接净化主体为人工介质和水生植物单元,但在生态浮床中引入水生动物时,通过食物链的 “加环”作用, 提高颗粒性有机物的可溶化、无机化以及可生化性,改善植物吸收以及人工介质单元生物膜中微生物的
18、基质条件, 促进微生物的生长和活性,提高浮床的净化效果。一般所用浮岛框架材料有木材、竹材、塑料管。在人工建造的浮岛上种植的植物通常为氮、磷吸收效果好,且有经济或观赏价值的蔬菜和花卉,如水芹、苋菜、美人蕉等,植物在生长期对污染物进行吸收降解。其特征是改变生态系统的形状,并非把营养成分搬出系统之外。由水生植物、水生动物及微生物膜构建的组合型浮床生态系统7对富营养化湖泊水体在动态条件下在水体交换时间为 7d 时, TN、TP 、CODMn的去除率分别为 538%、860% 和 354%。人工浮岛技术具有施工简单,工期短,对周围环境影响小,材料费用与施工费用低 ,供试植物和浮床载体材料来源广 ,结构组
19、装方便,载体可移动拼装等特点。为了提高系统的净化效率,减少二次污染, 保持系统的高效运行,种植植物种类的筛选,植物在系统运行过程中的维护和收获的方案, 植物在各个季节的搭配合理,浮岛材料的改进,植物与浮岛材料的相互影响作用都是提高该系统净化效率的技术关键点。通过鱼类种群结构的调整,减少草食性鱼类 ,增加食肉性鱼类 ,减轻鱼类对水草的直接牧食,同时,减少小型鱼类以减轻浮游动物的捕食压力和增加对浮游植物的捕食, 提高水体透明度,从而达到恢复水生植物和净化水质的作用。滤食性的鲢鱼草食性浮游动物水蚤、蚌、螺类、牡蛎根据交替稳定状态，沉水植物、挺水植物，浮水植物通过养分竞争机制、提供富有动物栖息地与动物
20、共同作用微生物制剂21 氮、磷循环菌氮循环细菌9 经人工载体培养优化后释放到自然水体 ,以自然生物载体,其它人工载体和底泥为二级载体,水体悬浮物为三级载体 ,将原来荒漠化水域中以水土界面为主的好氧 厌氧,硝化反硝化条件扩大到水面和水体并提高细菌浓度,能够增强系统净化能力。太湖梅梁湾曾采用 PM 和 ACP 载体进行人工富集微生物的方法,利用富集微生物的生物降解作用 ,去除该地水源水中的氮、磷污染物10。日本湖泊治理中曾使用生物过滤器,利用其富集的有益微生物去除丝状蓝绿藻。生物过滤器内部填充了大量的有益微生物,当污水流经该过滤器时有益微生物能捕食和分解丝状蓝绿藻,成本及能耗都较低,可推广性强。2
21、2 溶藻菌溶藻细菌 P05 菌株11易被焦炭和弹性填料固定 ,经过 7d 的挂膜即可以形成生物膜,藻类、NH+4-N 去除率分别在 80%、52%以上。而焦炭和弹性填料很便宜,且生物降解性低,固定程序很简单,可推广性强。从云南滇池 12中分离出了一种溶解浮游植物,对控制水华有很重要作用的细菌,具有细胞溶解酶活性 ,能够溶解形成水华的藻青菌。孙珮石 13等人进行的滇池湖边 300m2 水面围栏扩大试验结果23 复合菌除使用单一菌体外,还可投加复合细菌 ,以光合细菌为主的人工复合细菌群 14能够有效地降低湖水浊度,并能维持较长时间 ,可以有效地降低湖水藻类生物量和湖水中氨氮及总磷污染 ;费用少、收
22、效快。而日本北海道松前郡观音桥川和附近的绿川河、鸟取县松江市掘川河、鸟取县鸟取市湖山湖和神奈川县镰仓市觉寺的水池投放有效微生物群15后,均取得良好的效果(日本 EM 研究机构内部资料 )。主要工程：湖滨带人工半自然湿地系统环境生态工程湖滨带是水路生态的交错地带，湖滨带人工半自然湿地主要作用是截留入湖的颗粒物质，净化水质。主要包括：物理基底设计，生物种群选择，生物群落结构设计，节律匹配设计，景观结构设计。1.人工湿地技术的基本类型人工湿地技术由天然湿地发展而来，是由特定介质（按一定比例设计的填料，如土壤、砂、或砾石等），特定的植物（去污性能好、成活率高、耐水溃性强、生长期长、美观且有经济价值的水
23、生或湿生植物）所组成的复杂、独特的生态系统。它改变了湿地的传统形态，通过科学的设计和改造，用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对水体的净化。2.人工湿地去除营养物质的机理人工湿地有着独特的吸附、降解去除水中多种污染物的功能。在这一过程中主要包括复杂界面的过滤过程和生存于其间的多样性生物群落与其环境间的相互作用过程。氮、磷等营养物质浓度的提高是导致湖泊富营养化的关键因素。人工湿地系统中氮的去除主要依靠微生物的分解转化作用和植物的吸收同化作用完成的。进入湿地系统中的氮主要以有机氮和氨氮的形式存在。在人工湿地系统内，植物光合作用过程中降氧通过植株根系向湿地床输送，使得系统内部存在许
24、多好氧、缺氧和厌氧微环境，为微生物的硝化和反硝化作用创造了良好条件。首先，水中的有机氮被异养微生物转化为氨氮，而后硝化细菌在好氧环境下降氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮，最后通过反硝化微生物的脱氧作用以及植物根系的吸收作用降无机氮从水中去除。人工湿地对磷的去除作用包括介质的吸收和过滤、植物吸收、微生物去除等。无机磷的吸收和过滤去除作用因湿地床的填料不同而存在差异。植物生长过程中因湿地床的填料不同而存在差异。植物生长过程中通过同化作用降无机磷变成植物体的组成部分，最后通过收割去除。微生物对磷去除包括对磷的正常吸收和对磷的过量积累，不同含氧状态对磷的正常吸收和对磷的过量积累，不同含氧状态的人工湿地根区类
25、似于污水脱氮除磷系统的 A-A-O 处理单元，使某些细菌在厌氧条件下吸收低分子的有机物（如脂肪酸），同时降细胞原生质中聚合磷酸盐异染粒的磷释放出来（释磷），并提供必须的能量以便它们在好氧条件下从水中吸收超过其生长所需的磷（聚磷），并以聚磷酸盐的形式的形式成为微生物细胞的内含物而被贮存起来，因此人工湿地有较高的除磷效果。3.人工湿地应用实例国外应用人工湿地净化污染水质方面已有许多成功的实例。德国利用水平流和垂直流湿地芦苇床系统处理富营养化水体中营养物质（N、P 等），并进行比较，结果表明，超过 90%的有机污染和 N、P 等污染被去除。美国田纳西州人工湿地系统试验在不同水力负荷下对氨氮、总氮的去
26、除规律，实验结果表明，二级系统氨氮去除率较一级系统高 20%50%，周期性落干可提高氨氮的去除率，水力停留时间的增长可以改善总氮的去除效果。加拿大潜流芦苇床湿地系统在植物生长旺季中的 TN 平均去除率为 60%、TN 为 53%、TP 为 73%，磷酸盐平均去除率为 94%。英国芦苇床垂直流中试系统用语处理高氨氮污水，平均去除率可达 93.4%。沈阳满堂河生态悟水处理示范厂采用以人工湿地处理为主，浮动生物床预处理为辅的组合工艺，主要处理污染较重的满堂河水及沿岸的重点生活污染源排水，其出水水质达到了回用于景观的水质要求。深圳洪湖人工湿地采用复合垂直流湿地系统，将污染较重的布吉河水通过湿地净化为洪
27、湖补充清洁水，其出水水质参数中非离子氨和 BOD 能达到类水质标准，COD 能达到类标准，TN 和 TP 能到到湖泊水库类标准；处理出水 DO 大大增水生植被恢复的基本条件创建。先锋植物的选择。筛选耐受性强的适应湖泊水质的物种群落的配置。水平上选择耐污性好、氮磷去除能力强、生长快、繁殖能力强的植物。垂直上考虑停水、浮水、沉水植物群落配置。污染严重先移植漂浮植物，如凤眼莲先净化，待透明度提高后用沉水植物。在景观角度上，层次搭配和时间搭配。植被种植和养护。挺水植物：湖水比较深的地方，芦苇、茭草、香蒲等宿根性多年生的挺水植物，一般栽植后 1/3 以上挺出水面。浮叶植物：对水质有较强的适应能力，对湖水
28、的透明度要求不高，如睡莲、莼菜，种植方式和终止时间仔细查阅资料。沉水植物：对水深和光照要求较高河流：河流健康的生命特征应该包括以下四方面：（1）是否具有做够的河流动力：流量的大小是衡量河流健康的重要因子，一条健康河流的重要标志，就是它应具有足够的流动水体，也就是应具有足够的河道流量及其出口水量。（2）是否有与之相适应的调蓄空间：从江河防洪治理的角度来讲，河流是宣泄洪水入海的通道，是蓄泄洪水的调节过程，河流缺乏调蓄洪水的空间就无法有效的调控洪水，也就会发生洪水灾害。（3）能否基本维系河流生态系统的协调平衡：从生态与环境保护的角度来看，河流是维系流域生态系统平衡的生命线。（4）能否有效的发挥河流的
29、综合服务功能：河流具有供水、灌溉、发电、航运、养殖、旅游以及生态等多种功能，并且同其他事物一样，这些功能都是独特而且有限度的。河流的各种功能齐全并能够有效的发挥其作用，是河流的健康表现。基本原则：一是在满足防洪和水资源利用的同时尊重自然原有的生态多样性;二是依照现存的自然条件, 建设和恢复良好的水生态环境 ;三是采用有效的措施 ,再生创造河流生态系统,积极保护自然生态系统。目标（1）防洪好恢复健康的水循环系统。河流生态修复同传统河流治理一样，均以防洪安全为首要目标，无论是在南方或北方，山区或平原。在保护沿线城镇具名生命财产安全的前提下，同时还要确保生态系统和水循环系统处于健康状态，尽量处理好汛
30、期的防洪以及非汛期的河流生态系统、景观等之间的关系。（2）提高河流的自净能力。自然界的水，包括空中水、地表水和地下水，都不是完全纯洁的，它们自水体的循环中会接触各种各样的物质，并使这些物质混入或溶入其中，不断地经历着物理、化学、生物等变化过程。当污染物进入水体后，污染物会在运动中自然地减少或消失，也就是河流的自净。河流生态修复的最终目的是通过健康河流生态系统提高河流水体的质量，提高河流的自净能力就是一个十分重要的部分。要提高河流的自净能力就要保持河流形态的多样性和丰富的水生生物。（3）使河流具有一定的侵蚀搬运堆积作用。水流创造了河床，适应河床，改造河床；河床改变水流，适应水流，受水流改造；两者
31、形成相互依存相互制约相互促进变化发展的关系。同时也造就了顺直型河流、放荡型河流、分叉型河流、蜿蜒型河流等多种形态的河流。河流形态的多样性意味着生物栖息地和生态系统的多样性，同时也形成了优美的自然风光，留给河流侵蚀搬运堆积的作用空间。措施：a)营造多样化的河川形态。过去,日本为了解决重点城市和地区的防洪问题, 通过开凿人工河道、加大河道断面和裁弯取直的工程措施增加河川的排洪能力。治河工程生态工法改变了传统工程措施的理念,在规划河流形态时 ,遵循河流自然演变的规律 ,使河道恢复自然的蛇形弯曲形态,重新塑造自然河川的主流、深潭、浅滩和急流相间的格局; 在设计河流断面时,科学地确定水流主槽、滩地、护岸
32、的功能,包括防洪、生态、亲水性、文化、体育和娱乐等。b)塑造多自然型的河岸。日本以往的河川护岸工程比较单一和顺直,对河岸的生态功能考虑不足。治河工程生态工法的措施主要有:一是建设亲水河岸, 以块石、卵石和其他材料建造低水护岸,改善人水关系,并扩大水生生物的栖息空间;二是改造沿河岸的植物生态环境,采用覆土护岸(见图 1)和水边植物措施 2,增加亲水空间与生态系统保护空间,恢复河岸的自然环境与生态景观;三是重新建造自然的河岸汀线 ,使鸟类和鱼类有足够的活动栖息空间 ,保持河岸多种的自然生态系统。c)恢复河流自然生态的功能。在河川生态功能的规划和建设中,合理设置沼泽、潮间湿地、水塘和小河溪等,改善河
33、流的自然生态环境。对河口堰和水坝要设置鱼道, 保障水生生物的自然循环。D)生物浮岛两侧居民的污水排入，使得硫磷等有害物质含量增加河道中基本无生物繁殖，微生物、水生动物、植物对水质的净化作用小水中含氧量少，生物生长环境恶劣硬化的驳坎护岸破坏了河岸与河床之间生态系统的联系。生态环境设计1、河道线型设计河道线型设计即河道总体平面的设计。由于城市用地的紧缺，河道滨水地带不断被侵占，水面越来越少，河宽越修越窄，但是为了泄洪的需要，要保证过水断面，只好将河道取直、河床挖深，这样对驳坎的强度要求就逐步地提高，建设费用逐渐加大，而生态功能逐渐衰退，河道基本成为了泄洪渠道，这与可持续发展的战略相悖。而生态化治理
34、就需要退地还河，恢复滨水地带，拆除原先视觉单调、生硬、热岛效应明显的渠道护岸，尽量恢复河道的天然形态，宜弯则弯，宽窄结合，避免线型直线化。自然蜿蜒的河道和滨水地带为各种生物创造了适宜的生境，是生命多样性的景观基础。河湾、凹岸处可以提供生物繁殖的场所，洪峰来临时还可以作为避难场所，为生物的生命延续创造条件，而丰富多样的水际边缘效应是其它生态环境所无法替代的，在有条件的河段，还可以增加一些湿地、河湾、浅滩、深潭、沙洲等半自然化的人工形态，既增添了自然美感，又利用河流形态的多样性来改善生境的多样性，从而改善生物群落的多样性。相对于直线化的渠道，自然曲折的河岸设计能够提高水中含氧量，增加曝气量，因此也
35、有利于改善生物的生存环境。从工程角度，自然曲折的河道线型能够缓解洪峰，消减流水能量，控制流速，所以也减少了对下游护岸的冲刷，对沿线护岸起到保护的作用。退地还河、滨水地带的恢复，使得设计人员在河道断面设计上留有选择的余地，也不需要采用高强度的结构形式对河滨建筑进行保护。顺应河势，因河制宜，无疑在工程经济性方面也是有利的。2、河道断面设计河道断面的选择除了要考虑河道的主导功能、土地利用情况之外，还应结合河岸生态景观，体现亲水性，尽量为水陆生态系统的连续性创造条件。传统的矩形断面河道既要满足枯水期蓄水的要求，又要满足洪水期泄洪的要求，往往采用高驳坎的形式，这样就导致了水生态系统与陆生态系统隔离，两栖
36、动物无法跃上高驳坎，生物群落的繁殖受到人为的阻隔。梯形断面的河道在断面形式上解决水陆生态系统的连续性问题，但是亲水性较差，陡坡断面对于生物的生长仍有一定的阻碍，而且不利于景观的布置，而缓坡断面又受到建设用地的限制。复式断面在常水位以下部分可以采用矩形或者梯形断面，在常水位以上部分可以设置缓坡或者二级护岸，这样在枯水期流量小的时候，水流归主河道，洪水期流量大，允许洪水漫滩，过水断面陡然变大，所以复式断面既解决了常水位时亲水性的要求，又满足了洪水位时泄洪的要求，为滨水区的景观设计提供了空间，而且由于大大降低了驳坎护岸高度，结构抗力减小，护岸结构不需采用浆砌块石、混凝土等刚性结构，可以采取一些低强度
37、的柔性护岸形式，为生态护岸形式的选择提供了有利条件。人类活动较少的区域，在满足河道功能的前提下，应减少人工治理的痕迹，尽量保持天然河道面貌，使原有的生态系统不被破坏。所以在河道断面的选择上，应尽可能保持天然河道断面， 在保持天然河道断面有困难时，按复式断面、梯形断面、矩形断面的顺序选择。但是在河道治理的过程中，也应避免断面的单一化。不同的过水断面能使水流速度产生变化，增加曝气作用，从而加大水体中的含氧量。多样化的河道断面有利于产生多样化的生态景观，形成多样化的生物群落。例如在浅滩的生境中，光热条件优越， 适于形成湿地， 供鸟类、两栖动物和昆虫栖息。积水洼地中， 鱼类和各类软体动物丰富， 它们是
38、肉食性候鸟的食物来源， 鸟粪和鱼类肥土又促进水生植物生长， 水生植物又是植食鸟类的食物， 形成了有利于鸟类生长的食物链。深潭的生境中，由于水温、阳光辐射、食物和含氧量沿水深变化， 所以容易形成水生物群落的分层现象。3、河道护岸形式传统的河道护岸在材质方面大多采用混凝土及浆砌块石等硬质材料，整个护岸形成一个封闭的体系，犹如给河道穿上了一层盔甲，只考虑了河道的安全性，却忽视了对河流环境和生态系统及其动植物及微生物生存环境的影响。青蛙无法跳越高高的河道护岸；泥鳅、螃蟹再也打不通坚硬的混凝土；小鸟、蜻蜓在水边怎么也找不到落脚的芦苇和水草；这些不仅阻碍了水生态循环系统，连动植物、微生物的整体生物链都被阻
39、断。地下水与河水也不能及时的沟通，水循环过程被隔断，河道变成了只进不出的封闭水体。在建设生态河道的过程中，河道护岸是否符合生态的要求，是否能够提供动植物生长繁殖的场所，是否具有自我修复能力，是设计者应该着重考虑的事情。生态护岸应该是通过使用植物或植物与土工材料的结合，具备一定的结构强度，能减轻坡面及坡脚的不稳定性和侵蚀，同时能够实现多种生物的共生与繁殖、具有自我修复能力、具有净化功能、可自由呼吸的水工结构。目前很多设计者提出了一些有效的护岸设计方法，有土工格栅边坡加固技术、干砌护坡技术、利用植物根系加固边坡的技术、渗水混凝土技术、石笼、生态袋、生态砌块等方法。这些结构的共同点都是：具有较大的孔
40、隙率，护岸上能够生长植物，可以为生物提供栖息场所，并且可以借助植物的作用来增加堤岸结构的稳定性；地下水与河水能够自由沟通，所以能够实现物质、养分、能量的交流，促进水汽的循环；造价较低，也不需要长期的维护管理，具有自我修复的能力；护岸材料柔性化，适应曲折的河岸线型。但是生态护岸也有一些局限性，选用的材料及建造方法不同，堤岸的防护能力相差很大，所以要根据不同的坡面形式，选择不同的结构形式，坡面较缓的河段，可以选择生态砌块、土工格栅等柔性结构，而坡面较陡的河段，可以选择干砌块石、石笼、渗水混凝土等半柔性的结构；生态护岸建造初期强度普遍较低，需要有一定时间的养护，以便植物的生长，否则会影响到以后防护作
41、用的发挥；施工有一定的季节限制，常限于植物休眠的季节。俗话说“虾有虾径、蟹有蟹路”，各种生物都有其自身独特的生活习性，而不同的生态护岸结构形式能够适应不同的生物生长繁殖需求，例如石材类护岸可以提供螺蛳、螃蟹等生物的寄居攀附，自然边坡及土工格栅护岸可以提供泥鳅等软体动物的生长，浅滩地段适宜浮游生物的繁殖，深潭区域适宜鱼类的活动，所以在驳岸形式上，要根据地形地貌、原始的植被绿化情况，选择多种护岸形式，为各种生物创造了适宜的生长环境，体现生命多样性的设计构思，这样既保持了丰富多样的河岸形式、延续了原始的水际边缘效应，又给各种生物提供了生长的环境、迁徙的走廊，容易形成完整的生物群落。4 植物配置设计植
42、物根系可固着土壤，提高土壤持水性，植物根茎的生长对土壤具有改良作用，增加了土壤的有机质含量，改善了土壤的结构与性能，增加抗侵蚀能力和抗冲刷能力，起到固土护岸的作用，又能提高河岸土壤肥力，改善生态环境。而且随着时间的推移，植物不断生长，这些作用将会不断加强。植物枝叶可截留雨水，过滤地表迳流，水边植物的枝叶能抵消波浪的能量，从而起到保护堤岸，净化水质，涵养水源的作用。丰富的植物群落也为动物、水生物提供产卵场与栖息地。植物还具有净化水质的作用，污水中的氮磷等物质被植物吸收，能够转化为生长所需要的营养成分，变废为宝，从而实现“污”“水” 的分离，降低河道富营养化水平。研究人员对生态化治理的河道进行过监
43、测，发现 NH4+ 、TP、CODMn 和 SD 指标都明显降低，水体质量得到显著提高。根据生长条件的不同，河道植物分为常水位以下的水生植物、河坡植物、河滩植物和洪水位以上的河堤植物。我们在选择植物的时候，不仅要达到丰富多彩的景观效果，层次感分明，给人以赏心悦目的视觉享受，而且要具有良好的生态效果，根据水位和功能的不同，选择适宜该水位生长的植物，并能达到一定的功能。在常水位线以下且水流平缓的地方，应多种植生态美观的水生植物，它的功能主要是净化水质，为水生动物提供栖食和活动场所，美化水面，根据河道特点选择合适的沉水植物、浮水植物、挺水植物，并按其生态习性科学地配置，实行混合种植和块状种植相结合；
44、常水位至洪水位的区域是河道水土保持的重点，其上植物的功能有固堤、保土和美化河岸作用，河坡部分以湿生植物为主，河滩部分选择能耐短时间水淹的植物，河道植物的配置种植应考虑群落化，物种间应生态位互补，上下有层次，左右相连接，根系深浅相错落，以多年生草本和灌木为主体，在不影响行洪排涝的前提下，可种植少量乔木树种；洪水位以上是河道水土保持植物绿化的亮点，是河道景观营造的主要区段，群落的构建应选择以当地能自然形成片林景观的树种为主，物种应丰富多彩、类型多样，可适当增加常绿植物比例，以弥补洪水位以下植物群落景观在冬季萧条的缺陷。这样，水生植物与河边的灌乔木呼应配合，形成了有层次的植物生态景观。在植物种类的选
45、择上，要尽量选择适宜本地区气候环境的物种，同时不造成外来物种入侵，植物生长后构成的景观层要分明。水际边缘地带要选择抗逆性好、管理粗放、植物根系发达、固土能力强的植物，比如香根草、百喜草等。人工污染较严重的河段或者郊区无污水管网的河段，要选择环保效果好，能有效地消除氮磷、油污、有毒化学物质的植物种类，以达到生态治河的目的，比如伊乐藻、苦草、狐尾藻、金鱼藻、浮萍、美人蕉等，有关研究表明，沉水植物比浮水、挺水植物能更有效得去除污染物。有种植槽或湿地的地方，根据水生植物适应水深的情况，配置多种水生植物，重构水生植物、鱼类、鸟类、两栖类、昆虫类动物的良好栖息场所，如芦苇、荷花等。综上所述，生态河道的设计需要各方面因素的配合，设计者要拓宽思路，结合生态学、工程学、水利学的知识，相互补充，才能形成一套有效的设计方法。河道的生态化治理是一个可持续发展的系统工程，要通过设计、施工、养护等一系列措施模拟一个生物生长的适宜环境，为各类水生、陆生和两栖类动物、植物以及微生物提供栖息、繁衍和避难的场所，并且，除采取工程和植被措施外，还必须有选择的放养水生动物及微生物，恢复生物的多样性，重建生物系统的生态链。我们希望看到经过生态治理的河道能够拉近人与自然的距离，河流两岸蒹葭苍苍、白滩漫漫，水面上轻舟荡漾、水鸟游弋，水面下水草茂密、鱼翔浅底。
