河流生態(tài)修復的研究內容和理論技術

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1、河流生態(tài)修復的研究內容和理論技術摘要：系統(tǒng)分析國內關于受損河流生態(tài)系統(tǒng)在生態(tài)修復方面的研究現(xiàn)狀及存在的問題,指出我國開展河流生態(tài)修復研究的主要包括的內容。系統(tǒng)闡述了水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)脅迫及其機理,對傳統(tǒng)意義上的水利工程規(guī)劃設計理念和方法進行了系統(tǒng)的反思,總結了河流生態(tài)修復規(guī)劃原則與評估方法及河流廊道生態(tài)修復技術。關鍵詞：河流生態(tài)系統(tǒng)；生態(tài)修復；河流健康評估一、引言河流是水循環(huán)中重要的一環(huán),被譽為大地的血脈。傳統(tǒng)的水利工程為我國國民經(jīng)濟的發(fā)展發(fā)揮了舉足輕重的作用，但隨著我國經(jīng)濟實力、人們環(huán)境保護意識的不斷提高和科學技術的進步，從生態(tài)

2、、環(huán)境保護等多維的角度系統(tǒng)的研究和整治河流，已經(jīng)成為水利工必須面對的重要課題。我國傳統(tǒng)水利工程技術的核心是工程結構的安全性及耐久性,材料主要是混凝土或漿砌石，沒有考慮人工構造物對生物及其生態(tài)環(huán)境的影響，由此產(chǎn)生的結果是河流廊道的作用越來越小、水質惡化、生境的喪失或被阻斷、物種減少等生態(tài)系統(tǒng)的退化。二、我國河流生態(tài)修復的研究現(xiàn)狀及存在的問題近年來,我國對自然河岸帶植被結構和功能以及管理的生態(tài)學研究非常關注，正在努力探索修復受損河流生態(tài)系統(tǒng)的新理論和技術手段。北京、上海等少數(shù)大城市已經(jīng)著手對城市河流的生態(tài)環(huán)境進行較大規(guī)模的整治，在我國河流

3、整治中存在的主要問題是河道的直線化或渠道化以及河岸的混凝土化,這必然導致魚類等水生生物棲息、產(chǎn)卵的河道淺灘和深潭結構喪失。同時河床、河岸的表面積減少,導致產(chǎn)生利于水質凈化能力的微小動物及微生物難以生存,從而帶來了一系列生態(tài)學問題。三、我國開展河流生態(tài)修復研究的內容和方法“受損河流生態(tài)系統(tǒng)修復”是根據(jù)需要和可能按照生態(tài)學原理設計并建設符合人類文明進步和可持續(xù)發(fā)展的健康河流生態(tài)系統(tǒng)。即預先對河道整治工程進行生態(tài)設計,實現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)零損失的前提下,對河流自然資源和環(huán)境進行合理利用。（一）研究目的受損河流生態(tài)系統(tǒng)修復就是通過在傳統(tǒng)河道整治工程

4、設計中,根據(jù)生態(tài)學原理,對河道整治工程結構進行生態(tài)設計,在生態(tài)學和土木工程學的邊界領域,創(chuàng)建新的理論、知識和技術體系。其主要研究目的為:理論上,改變傳統(tǒng)水利工程設計思想,在確保河道安全和經(jīng)濟的基礎上,將生態(tài)學原理應用于水利工程設計中,在水利工程學和生態(tài)學的邊界領域，創(chuàng)建新的理論、知識和技術體系。實踐上，基于生態(tài)學原理設計的水利工程不僅為動植物及微生物提供生存空間，同時也給人類提供河岸休閑景觀空間，實現(xiàn)我國城市由工程水利到環(huán)境水利和資源水利的變革。（二）研究內容河流生態(tài)修復主要是通過新的設計理論及實踐,將受損河流盡可能修復重建為具有如淺

5、灘和深潭交替結構等的自然河流狀態(tài)，具體的恢復重建內容如下表所示。河流生態(tài)修復與重建的內容表1.適于生物生存的生境綴塊構建研究混凝土式護岸沒有植物根系可進入的孔隙,土壤動物及微生物也不可能生存,其生境被阻斷,河道的自凈能力降低。因此,修復混凝土受損河岸生態(tài)系統(tǒng)需要在土木工程設計上改變傳統(tǒng)的混凝土護岸工程設計,在能夠達到防止河岸崩塌及侵蝕的同時,創(chuàng)造出動植物及微生物能夠生存的多孔隙河岸工程生態(tài)結構,并保持生境綴塊的連續(xù)性,促使河岸植物連續(xù)生長,并確保魚類等水生動物移動的路徑。在用土木工程技術構建的多孔隙的河岸空間上,構建初始河岸植物群落,

6、并在人工啟動下使其向順行演替發(fā)展。2.適于生物生存的生態(tài)修復材料研究第一種是蘆葦?shù)茸o岸植物材料。蘆葦具有適應性廣,抗逆性強的特點,多自然生長在江、河、湖、海岸淤灘等地，具有很強的凈化水質和保持水土的功能。同時蘆葦群落是水陸生態(tài)系統(tǒng)交錯區(qū)的代表性群落,也是動植物及微生物的重要生存空間，歐美及日本等國多采用蘆葦修復混凝土受損河岸生態(tài)系統(tǒng)。第二種是生物相容型混凝土材料。適于生物生存的生態(tài)修復材料主要是研究動植物及微生物能夠和諧共存的生物相容型混凝土。利用多孔混凝土空隙的透氣、透水等性能,滲透植物所需營養(yǎng),生長根系這一特點來種植草、灌木及喬木

7、等植物,恢復河岸植物群落。（三）研究方法此項研究應在工程控制論“反饋-控制”的基本范式指導下進行,其研究流程如下圖所示。研究流程圖1.河岸工程生態(tài)結構設計與構建初始植物群落的調查(調查與實驗目的設定)（1）河道生態(tài)學條件調查。包括動植物、微生物適于生存條件的調查,生境綴塊連續(xù)性條件的調查。（2）河岸工程學條件的調查。包括工程地質、地貌條件的調查,土壤侵蝕的調查,水質污染的調查。2.生境綴塊模型的構建和修復材料研究(假說的設定)（1）適于生物生存生境綴塊模型的構建。（2）適于生物生存的生態(tài)修復材料研究。包括適于生物生存的植物材料,適于生

8、物生存的混凝土材料。3.生境綴塊模型的構建和修復材料研究(假說的實驗)包括生境綴塊模型實驗和生態(tài)修復材料實驗。4.模型和材料驗證（假說的驗證）包括客觀性驗證和主觀性驗證。5.典型事例積累和理論發(fā)展包括典型生境綴塊構建事例