河流生态修复技术现状与展望

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河流生态修复技术现状及前景当前,我国河流、湖泊、水库普遍受到污染,但仍在快速发展。 水污染加剧了水资源短缺,直接威胁饮用水安全和人民健康,影响工农业生产和农作物安全。 据初步测算,水污染造成的经济损失约占国民生产总值的1.5%至3%。 水污染已成为与洪水、干旱同等严重甚至更为严重的灾难。 水污染防治已成为国民经济可持续发展的关键保障。 随着温饱问题的基本解决,人们对生活质量的要求日益提高。 改善生态环境、修复污染水体、恢复美丽自然景观,已成为全面建设小康社会、和谐社会的重要内容,摆在各级政府部门面前。 一项重要任务。 水利部高度重视河流健康和河流生态修复工作。 王树成部长在2004年国家水利部部长会议的工作报告中明确指出,“流域机构要肩负起河流生态代言人的重任。 必须从保护河流生态、维护河流健康生命的角度制定工作方针、原则和政策。 规划,正确处理开发与保护的关系,把工作制高点放在维护河流健康生命上……”这几年,水利部和省市水利部门多次开展在河流生态系统保护和修复方面进行了许多有益的探索,通过水土保持、引水、河流源头湿地恢复等措施,一些地区的生态系统得到明显改善,许多科研单位也进行了在一些关键科技问题上做了大量研究工作,在河流水质调查、利用生物措施防治河流污染、河流生态系统修复技术措施、示范工程建设等方面取得了许多有价值的成果。

1、国内外河流生态修复技术现状及发展趋势河流生态修复是指采用综合方法恢复因人类活动干扰而丧失或退化的河流的自然功能。 河流生态修复的任务一是改善水文条件,二是改善河流地貌特征。 其目的是改善河流生态系统的结构和功能,标志是生物群落多样性的提高。 与改善水质的单一目标相比,它更具整体性特征,具有更高的生态效益。 水文条件的改善包括:通过水资源的合理配置,维持最低生态需水量; 通过污水处理改善河流水质,控制污水排放,促进清洁生产; 除了满足社会需求外,水库的调度还应尽可能接近自然河流水文循环的脉搏规律等。河流地貌特征的改善包括:尽可能恢复河流的纵向连续性和横向连通性; 尽可能保持河流纵向和横向形态的多样性; 并防止河床材料硬化。 (一)国外河流生态修复技术现状 20世纪90年代,水生态和水环境问题成为世界水论坛会议、国际大坝会议、国际水力学会议等一系列国际学术会议的核心。 这些会议有力地促进了全球水生态与水环境科学的交流与发展。 20世纪70年代以来,一些发达国家科技界和工程界提出了如何补偿水利工程对河流生态系统负面影响的问题。 在此基础上,出现了河流生态修复的理论和工程实践。

目前,国外河流生态修复技术较多,主要包括:在河流治理上,结合防洪治理,贯彻“给河流空间”的理念,实施修建分洪道、降低漫滩高程等措施; 恢复河流连续性,包括河流与洪泛区的纵向连接和横向连接,包括修建低坝和过鱼通道、拆除或退堤等; 恢复河流蜿蜒; 河岸边坡生态保护; 深河道和浅滩序列的重建; 创建漫滩湿地特征; 河内栖息地增强结构(如庇护所、遮阳处、改道设施等); 建设节水设施; 疏浚河道土壤的利用; 多孔透水护岸材料与结构开发应用及工程施工技术等。此外,结合河流生态修复规划设计,也提出了一些规划设计模型和方法。 在筑坝河流上,为了改善下游河流的生态系统条件,一些国家也开展了水库优化调度方法的研究与示范,并取得了一些初步成果,如河流生态需水量评价技术、洪水过程控制、鱼类繁殖的影响、自然水文过程的模拟等。同时,国外许多国家利用生态理论和生态技术来修复河流中被污染的水体,恢复水体的自净能力。 具有工程造价低、能耗和运行费用低、净化效果显着的特点,积累了大量的实践经验。 污染水体的生态修复方法主要包括人工湿地处理系统、河流直接净化技术、氧化塘处理系统、植物-土壤处理系统、水生植物处理系统、生物操控技术等。

如美国北卡罗来纳州莫尔黑德市的氧化塘污水处理、日本霞浦湖畔的生物园、波兰瓦里亚克湖放养鱼类控藻等。 19世纪中叶,在欧洲阿尔卑斯山地区,大规模的河流治理工程导致生物多样性减少和人居环境质量恶化。 河流生态工程的设计理念和方法开始引起人们的关注。 20世纪50年代,德国制定了“近自然河流管理项目”,提出河流管理应遵循植物性和生命性河流的原则。 其突出特点是流域生物多样性显着增加,生物生产力提高,生物种群种类和密度成倍增加。 治理后的另一个特点是河流自净能力显着提高,水质得到很大改善。 20世纪80年代开始的莱茵河治理为河流生态工程技术提供了新的经验。 国际保护莱茵河委员会(ICPR)于1987年提出莱茵河行动计划(Rhine Action Program),将生态系统恢复作为莱茵河重建的主要指标。 到2000年,鲑鱼将返回莱茵河。 这个河流管理的长期计划被命名为:“鲑鱼2000计划”。 沿海国家已投入数百亿美元用于污染控制和生态系统开发。 到2000年,莱茵河已全面实现其计划目标。 沿河森林茂密,湿地发达,水质清澈洁净。 鲑鱼已从河口迁徙到上游(瑞士)产卵,鱼类、鸟类和两栖动物已返回莱茵河。

2000年,欧洲共同体颁布了《水资源框架准则》,目标是到2015年确保欧洲所有水体都具有良好的生态状况或具备良好的生态状况潜力。各成员国必须根据本国情况制定具体目标并采取多种措施,确保目标实现。 英国早在20世纪90年代就在部分河段开展了生态修复工程,引起广泛关注并最终得到大多数人的认可。 英国河流恢复中心成立,制定《河流恢复指南》,开展流域规模河流生态恢复。 美国在河流生态修复方面的研究和实践也取得了很好的经验。 1992年出版《水生生态系统恢复》。1998年出版《河流廊道恢复》指导河流恢复工作。 美国陆军工程兵团航道试验站于1999年6月完成了《河流管理——河流保护和恢复的概念和方法》研究报告。日本、澳大利亚等国也进行了大量研究。 日本建设省颁布的《河道防沙技术标准(提案)及说明》提出,河岸边坡防护结构具有生态、自然景观等环境功能,护岸应采用结构形式与周围自然景观相协调,即“近自然工事”,或“多自然工法”。 澳大利亚水与河流委员会于2001年4月出版了《河流恢复》一书,为河流恢复工作提供技术指导。 (二)国内河流生态修复技术现状 近年来,水利部坚持顺应自然规律治水。 在防止水危害人的同时,还特别注重防止人们危害水。

我们在关注生活、生产用水的同时,也关注生态水。 特别是通过调水改善河流、湖泊、湿地生态功能做了大量工作。 2001年以来,先后组织了博斯腾湖调塔里木河、越调吉甸、黑河调居延海、珠江应急调水等多个大型调水工程。抑制咸水并补充淡水。 生态系统建设,为促进人与自然和谐共处作出了有益探索。 正在实施的大型南水北调工程把生态水放在优先位置。 不仅将有效缓解北方地区缺水问题,而且对改善该地区生态系统、支撑该地区发挥巨大作用。 经济社会可持续发展。 2004年8月,水利部发布《关于水生态系统保护和恢复的若干意见》。 明确指出水资源保护和水生态系统保护工程是水利基本建设工程的重要组成部分。 2004年2月,水利部举办了全国水资源与水生态系统保护培训班。 8月,举办“水生生态系统保护与修复”论文征集活动。 全国100余名专家、学者、工程技术和专业工作者积极参与了“水生生态系统保护与修复”论文征集活动。 流域各机构和地方逐步开展水生生态系统保护和修复工作。 一是制定计划。 海河流域水利委员会制定《海河流域生态环境修复水资源保障规划》,科学制定流域生态环境修复目标和生态环境用水需求,提出相应的生态修复水资源配置方案和项目。 这些措施为有效充当河流生态代言人、保护和修复流域生态环境提供了依据。

《武汉市水生态系统保护修复规划》通过审查,《桂林市水生态系统保护修复规划》提出漓江水系“六河四库四湖一”总体生态修复规划湿地”获得批准。 在制定规划的同时,流域各机构和地方也结合国家建设和当地实际需求,从改善河流水质和生态环境的角度,开展了大量的科学研究和示范研究工作。 1998年以来,北京市先后对长河、昆玉河、清河、转河等河流进行管理。 对于如何处理城市防洪与生态环境改善的关系进行了有益的实践和探索,积累了大量的经验。 总结了“适时弯曲、适时宽阔、人水相亲、和谐自然”等先进理念。 浙江省启动“碧水万里”工程,将用10年左右时间,全面开展以河流综合整治为重点的城乡水环境建设。 山东省在南四湖建设大型人工湿地示范工程,规划建设面积3000亩,对南水北调东线水质改善发挥了巨大作用导流工程。 但总体而言,在河流生态修复方面,我国仍处于起步和技术探索阶段,河流整治工作基本处于水质改善和景观建设阶段。 传统水利、生态系统栖息地和景观缺乏有机融合。 大多数地方的河流治理理念,特别是中小河流的治理理念,还停留在渠道化、衬砌等被许多发达国家放弃的做法。 近年来,一些经济发达的城市结合河流整治开展城市园林景观建设,重点关注河流的美化、绿化。

但目前的趋势是,一是更加注重园林景观效果,注重河岸绿化,而较少考虑河流生态的整体修复; 其次,发掘更多历史文化景观,修建大量亭台楼阁、仿古建筑。 建筑,但较少参与探索河流的自然美学价值。 特别是继续使用砂浆石护岸和几何规则断面,进一步加剧了河流的渠化。 (三)河流生态修复技术发展趋势 目前,国内外河流生态修复技术发展呈现以下趋势: 1、河流生态修复实践由小区域、河段向流域规模转变。 过去几十年来,虽然发达国家对河流生态问题的一些经济研究也涉及较大的时空尺度,但实践主要局限于一些小区域和河段。 实践表明,小规模河流生态修复措施对于改善生态系统条件或增加生物多样性的效果有限。 同时,河水生态系统容易受到岸边周围地区的影响,包括人类活动和自然过程。 因此,从理论上和实践上有必要将流域视为一个复合生态系统,将河流生态系统和陆地生态系统的研究结合起来,开展流域尺度的河流生态恢复研究,并正在成为新的发展趋势。 美国基于流域生态保护和修复的思路开展了一些河流修复计划。 已开展的大规模流域整体生态修复项目包括密西西比河上游、伊利诺伊河、凯斯米特河等。 英国政府机构和一些非政府组织联合成立了指导委员会,根据多目标要求,讨论流域规模的示范项目建设。

2.河流生态修复相关政策法规日益完善。 在经历了发展经济、破坏环境、经济发达、重建生态的曲折发展过程后,国际发达国家从基础研究和技术层面对水生态系统的保护与修复进行了升级。 在国家政策和立法层面,我们高度重视相关规划、规范、机制、政策等方面的研究。发展中国家也在积极寻求适合本国国情的战略,确保经济可持续发展。 3.加强生态友好水利工程建设。 河流生态修复项目的实践往往涉及对现有项目的改造甚至拆除。 但这并不意味着不能建设新的水利工程,而是必须建设生态友好的水利工程,这也是河流生态修复未来发展的重要组成部分。 一方面,大型水利工程注重河流生态修复。 另一方面,应更加关注新建水利工程的生态补偿问题。 当前,国际社会高度重视研究水利工程长期生态环境影响,兼顾生态环境的多目标规划、设计、调度、运营管理已成为发展趋势。 我国高度重视水利水电工程带来的生态问题。 王部长在2005年部主任会议报告中强调,必须深入研究水利工程对生态环境的影响,在规划设计、工程建设等各个阶段都要重视生态环境保护和运营管理。 4、水环境管理由水质管理向水生态管理转变。 加快河流生态修复的目的是改善河流生态系统的结构和功能。 标志是生物群落多样性的提高。 与改善水质的单一目标相比,效果更为显着。 整体性特点,其生态效益较高。

随着“人与自然和谐共处”理念的不断落实,水环境管理正在加速从水质管理向水生态管理转变。 2、我国河流生态修复技术展望 近年来,水利科技工作高度重视生态问题,把改善和恢复生态作为水利科技工作的重要任务之一,保障人民群众健康深入研究水利工程对生态环境的影响。 研究水利工程规划、设计、施工、运营管理各阶段生态环境保护相关技术问题和相应对策措施,积极探索有利于生态的水利工程调度和利用模式。 2002年以来,水利部国际合作与科技司组织有关科研生产单位积极开展污染水体修复技术专项研究和示范以及河流生态理论技术研究恢复。 在水利部科技创新成果推广计划等科技计划中,开展多项污染水体生物生态修复技术研究与示范、生态水利工程关键技术问题研究、安排河道整治生态水利工程技术开发和推广。 同时,为推动相关技术研究和示范工作进展,成立了由相关领域院士、专家组成的专家组,负责技术咨询和指导。 这些项目目前正在组织实施中,有的在生态水利工程规划设计原则、河流生态修复评价方法、河流生态修复模式研究、河流廊道栖息地建设技术方法等方面取得了阶段性成果。水体。 在生态修复工程等方面取得了许多创新成果。

在污染水体生物生态修复技术研究方面,选择水库、城市河湖、山峡、行洪沟等典型水体,建设人工湿地、稳定池塘、生物浮床、生物廊道、橡胶等。水坝和生物屏障。 围网等,种植水生植物,利用生物膜处理、生物操控等技术措施修复污染水体,对于净化水体、提高自净能力、恢复水体不平衡的生态系统发挥了重要作用。 在生态水利工程关键技术研究方面,作为水利工程的一个新分支,主要研究水利工程在满足人类社会需求的同时兼顾水生态系统健康和可持续发展需求的原理和技术方法。 。 明确了生态水利工程的内涵、理论框架和工程设计原则。 在河流治理生态水利技术开发和推广方面,研发了生态混凝土、鱼巢砖、净水石笼、植物纤维垫、土工稳草网等生态护岸技术和产品。垫子和土工网。 复合技术、土工格栅等多项产品已广泛应用于河道整治工程,效果良好。 同时,在“十一五”国家重大科技计划中,专门设立了“水污染控制技术与治理工程”重大专项,以发展湖泊污染控制技术、完成成套适合我国国情的城市生活污水处理技术及装备、安全饮水保障技术,并在难降解有机废水处理高新技术研发方面取得重大突破,形成研发基地和自主创新体系为我国水污染治理核心技术。

目前,太湖河网区域面源污染治理、水源地水质改善、环境疏浚、重污染水体生态重建等技术体系和成套技术方案已初步形成,已进行工程论证; 在武汉、镇江等城市以构建人水协调的良性城市水生态系统为目标,搭建以生态工程为核心的城市水环境改善示范技术平台; 制定饮用水安全评价方法及其净化技术,饮用水安全保障示范工程正在上海、深圳、天津建设; 低温多效海水淡化技术为解决沿海地区淡水短缺问题提供了有力的技术支撑。 (一)重点方向 基于我国河流生态修复技术研究取得的初步进展,借鉴国外技术发展方向,未来一定时期内河流生态修复的首要任务之一是我国将积极采取措施,在流域范围内遏制流域水流。 导致生态系统退化的污染。 同时,结合水利工程建设,引入生态设计的理论和方法,发展创新的生态水利学科理论和工程技术方法。 要选择重点方向,深入研究,争取更大进展。 1、流域水生态系统现状分析及发展趋势预测。 针对我国自然、经济、社会属性时空分布差异,从整体流域出发,深入研究,掌握不同地区水生态系统现状、特征和演化趋势。中国的河流流域。 建立水生生态系统现状评价方法,构建流域水生态系统监测管理信息化技术框架体系。 具体包括流域水生态系统现状、发展趋势和演化机制研究,流域水生态系统监测信息技术研究,流域水生态系统状况评价方法研究等。

2.以生态友好型水利水电工程技术体系系统研究水利水电工程对生态环境的影响,建立健全水利水电工程生态环境影响评价方法,研究开发生态友好型水务完善水利水电工程技术体系,减少和减轻工程对生态环境的负面影响。 具体包括水利工程对生态系统影响评价方法研究、水库多目标优化调度研究、生态友好型水利水电工程技术研发、雨水资源利用生态环境影响研究等等。 3、流域水环境保护与生态建设规划。 立足自然、社会、经济、科技发展特点,从总体角度,研究完善流域水环境保护和生态建设规划方法和流域水环境保护和生态建设不同阶段的目标。河流流域。 从水环境保护和生态建设规划角度,研究流域上下游、区域间水环境保护和生态建设协调规划。 具体包括水功能区生态指标拓展研究、流域水环境保护与生态建设规划方法研究、流域水环境保护与生态建设规划方法研究等。 4.流域水污染控制和生态修复技术和管理应结合我国流域水环境和水生态系统条件,因地制宜发展我国流域水污染控制技术和生态修复技术,研究适合我国国情的水环境和水生态系统管理。 Methods, strengthen the construction of technical support system for ecological environment protection in river basins, and improve the level of ecological environment protection and management in river basins. Specifically, it includes water pollution control research, damaged water body ecological restoration technology and application research, basin water ecosystem protection and management research, etc.

(2) Basic principles In the research and practice of river ecological restoration technology, the following basic principles should be followed: 1. The principle of combining technology introduction and independent research and development. River ecological restoration technology developed relatively early abroad, and now it has formed a certain The project scale has a lot of successful experience and advanced technology. Fully learning from foreign experiences and lessons and vigorously introducing advanced technologies are of great significance for rapidly improving the overall level of river ecological restoration in my country. However, due to differences in regions and natural conditions, foreign experience and technology cannot be fully applicable to our country. In addition, improving independent innovation capabilities is the primary task facing my country’s science and technology. Mastering core technologies can reduce costs and greatly promote the promotion and application of scientific and technological achievements. 2. Principle of adapting measures to local conditions Ecosystems are highly complex and uncertain. Different regions have different natural conditions such as climate and hydrology. The causes of pollution and human activity patterns are also very different, which all determine the river ecological restoration technology. complexity and diversity. In addition, the problem of invasive alien species is becoming increasingly apparent, which may cause long-term devastating damage to native ecosystems. Therefore, we must adhere to the principle of adapting measures to local conditions, and explore and study river ecological restoration technologies and methods suitable for this region and basin on the basis of learning from and absorbing advanced experience from abroad and other regions. The introduction of alien species must be treated with extreme caution. 3. The principle of multi-disciplinary cross-integration. The development of river ecological restoration technology involves many disciplines such as ecology, hydrology, geomorphology, engineering, sociology, economics, etc. It is necessary to adhere to the principle of multi-disciplinary cross-integration and integrate the theories of multiple disciplines. The integration of principles, development ideas and technical means, relying on the emerging discipline of ecological hydraulic engineering, promotes the continuous improvement of the technical level of river ecological restoration.

4. The principle of combining government guidance with market investment is a new concept and a new technology. Government departments should actively guide and promote it, increase investment in research and demonstration, and formulate relevant plans and regulations. At the same time, we will give full play to the market mechanism and conduct market operations through the construction of ecological parks, artificial wetlands, urban landscapes, community environment and other projects to attract investment from enterprises and other social forces. Eventually, a development model was formed in which the government formulated planning regulations and corporate investment was the main body. 5. The principle of combining ecological restoration with pollution control. Combining restoration with pollution control is a major principle in water pollution prevention, and river ecological restoration is no exception. It should be recognized that it is impossible to treat highly polluted water bodies by relying on the self-purification capabilities of ecological projects such as constructed wetlands. Therefore, we must promote cleaner production and vigorously control the discharge and treatment of sewage. On the basis of ensuring a certain water quality, river ecological restoration technology is used to further improve water quality and beautify the environment. 3. Safeguard measures (1) Strengthen discipline construction and talent training. River ecological restoration technology is an emerging interdisciplinary field involving ecology, hydrology, geomorphology, engineering, sociology, economics and many other disciplines. It requires water conservancy. Close cooperation between the engineering community, the environmental protection community and the biological community. It is necessary to vigorously strengthen discipline construction and talent training, integrate superior scientific research forces in related fields by establishing engineering technology research centers and key laboratories, introduce outstanding talents, focus on cultivating subject leaders, adopt an open and flowing operating mechanism, and increase research investment . Under relatively mature conditions, courses in this area should be offered in some colleges and universities to strengthen postgraduate training.

(2) Raise funds from multiple channels to strengthen research and demonstration project construction. It is necessary to establish a multi-channel capital investment mechanism with active guidance from government departments, formulating standards, and at the same time giving full play to the market mechanism, with enterprise investment as the main body, and further strengthen the ecological restoration technology of large rivers. Strength in basic research, technology development and engineering demonstration. Continue to select typical river sections and water bodies for demonstration project construction. For projects that have been demonstrated, we must pay attention to observations, collect data and information, and continuously analyze and refine them. When conditions are ripe, rivers with larger scales, different regions and different types should be selected, the construction of demonstration projects should be strengthened, and systematic research on project planning, design, construction, monitoring, management and ecological evaluation should be carried out. (3) Strengthen the preparation of technical standards. Based on basic research, technology development and engineering demonstration, it is necessary to timely prepare and issue corresponding technical guidelines, standards and specifications to guide project construction. Some foreign countries have promulgated relevant technical specifications and standards, which must be fully learned and absorbed for our use. For example, the US Environmental Protection Agency promulgated the “Wetland Design Guidelines”, and the US Army Corps of Engineers Waterway Experiment Station proposed “Technical Guidelines for Ecological Engineering for Riverbank Erosion Protection” in its “Waterway Experiment Station River Channel Survey and Riverbank Reinforcement Manual” in 1997. . The UK released the “River Restoration Technical Manual” in April 2002. Germany published “Ecological Engineering Technology for Reservoir Slope Erosion Protection” in 1992. (4) Strengthen international academic exchanges and cooperation. In terms of river ecological protection and restoration, my country is still in its infancy compared with the international advanced level, and there are still certain gaps in basic research and technology development, capital investment and demonstration project construction. 。 It is necessary to further strengthen international scientific and technological cooperation and technical exchanges, actively absorb and introduce foreign advanced technologies, scientific and technological achievements and funds, and expand the scope of scientific and technological cooperation and technical exchanges. Promote international academic exchanges and cooperation by holding international conferences, inviting experts to give lectures in China, and organizing professionals to conduct technical inspections. ……

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