上海水生态重建案例研究Word文档下载推荐.docx
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过多观赏性植物的应用导致绿化维护费用过高。
闸门控制是平原河网区水资源调度与管理的一种普遍手段，通过闸控管理进行引清排污，可缓解河网水体富营养化问题。
目前全市共有水闸2203座[3]，其中128座水闸参与水力调度，年运行3.6万闸次，年引排水量120亿立方米，局部地区水质可改善一个等级，并维持3～6天[4]。
在引排水期间，水闸开启，河道水系相互联通；
而在非引排水期间，各河段相互隔离，形成了近乎封闭的水体，加剧了河道水动力不足的负面影响，一方面引发河网水体发生富营养化的趋势，另一方面，河网闸控导致河道水流时空上的非连续性，降低了水生生物栖息地的稳定性和多样性，导致河流生态功能退化。
（二）河道淤积严重，内源污染负荷高
中心城区调水常态化，引调水源含沙量大，调水结束后流速降低，泥沙沉积。
以蒲汇塘为例，大部分时段水体流速在3cm/s左右，达不到淤积泥沙的启动流速（一般需0.5～0.7m/s），使得河段易产生淤积。
且长期以来，居民环保意识薄弱，沿河垃圾倾倒屡禁不止，更加剧了河道淤积的程度。
虹口区近三年河面垃圾打捞量均在2000吨/年以上。
除了清捞的垃圾外，部分垃圾沉入水底，成为河道沉积物的一部分，既加剧了河道的淤积程度，又增加了河道的内源污染负荷。
另外地表径流中夹带的大量悬浮物质（SS）也是河道沉积物的主要来源。
研究表明，雨水泵站放江SS平均浓度为129mg/L，以徐汇区为例，年均泵站雨天排放至受纳河道的SS约4463.5吨[5]。
沿河泵站雨天放江SS不仅本身就是水体污染物，而且成为水体中微量污染物的主要载体，与重金属、有机物等污染物吸附凝聚，沉降至底泥中，加重河道内源污染负荷。
河流淤积降低河道调蓄能力，给区域防洪排涝造成安全隐患。
并且由于河道变浅，水量减少，而排入河道的污染物总量并不减少，导致水污染浓度增加。
另外，在低水位期，河道淤积裸露，既影响美观，又不利于河道保洁等工作的进行。
从各区编制的轮疏规划可以看出，中小河道年淤积深度在0.2～2米，一般3～5年即轮疏一次。
例如2011～2012年，虹口港水系累计疏浚河道淤泥208764立方米，2016～2017年预计疏浚土方126904m3。
河道轮疏有利于解决河道污染，改善水质，然而疏浚在清除污染的同时，对该层生活栖息的水生植物及大型底栖生物种子库也进行了清除，影响了后续生态恢复的种质资源。
因此无论采取何种疏浚方式，都会对河道生态系统产生一定程度的影响[6][7]，改变原有的生物群落结构[8]。
（三）水体污染，生物群落退化
近年来，上海市河流水环境治理取得明显成效，但水污染问题依然较严重，水功能区水质达标率仍然较低，与国家要求的到2020年78%的水功能区水质达标率目标差距较大[9]。
中心城区河道总体上水质属Ⅴ类～劣Ⅴ类[10]，主要污染物指标为氨氮和总磷[11]。
以氨氮和总磷为例，虹口区氨氮和总磷劣Ⅴ类断面比例分别为60%和40%，徐汇区40%的断面全年有6个月以上不达标。
在河道水环境治理方向上，上海市已经实现了从“消除黑臭、改善水质”为主向“稳定水质、修复生态”为主的转变，全市开展了大规模的生态修复，但距离河道生态修复目标仍有相当大的距离，生态系统健康状况仍未得到根本改观。
与郊区段相比，中心城区河段水生生物群落结构趋于简单，生物种类减少，多样性降低，种类组成中耐污种类增加，且往往成为优势种群，部分河段生物种类有所恢复，但受阶段性清淤等因素影响，群落结构不稳定。
在优势种类上，浮游植物中的蓝藻和绿藻，底栖动物中的环棱螺或颤蚓等耐污性种类成为优势物种[12][13]。
二中小河道生态退化原因
河流生态退化主要表现为基本结构和功能破坏或丧失、稳定性和抗逆能力下降、生物多样性降低、生产力下降、服务功能减弱或丧失及生态效益和社会效益降低等[14]。
河流系统一般表现出一种自我恢复的功能，而人类活动特别是近一个时期开始的大规模经济活动往往使系统自身难以恢复。
一般认为，影响河流生态退化的原因有以下两个方面。
（一）自然因素
上海市地势平缓，水流速度较慢，易造成河道的淤积。
而降雨年际变化大，年内分配不均，台风、暴雨等灾害性天气频发，易造成河道流量大幅变化，对河道形成冲刷，对河道沿岸的生态造成破坏，不利于河道水生动植物的繁衍生长，不利于河道植物群落、生态系统的形成与稳定。
另外受潮汐影响，污染物排入后随水流不断回荡，不利于污染物扩散，而湿热的气候条件有助于微生物增殖，易导致阶段性的生态风险。
（二）人为因素
1.生境破碎
河流人工化特征明显，标准化的堤防建设对防洪除涝起到了一定作用，但也割裂了沿河生物与河道内的联系。
人工建筑物破坏了河网的整体性和动态性，不仅加速泥沙的淤积，而且造成水生生物栖息地碎片化，水生生物多样性降低[15]。
2.径流模式改变
自然情况下，降雨经地表和地下补给河流。
城市化改变了地表径流的传输模式，且目前中心城区雨水为强排模式，地表径流经泵站收集后集中排放，将原来的“面源”变为“点源”，加大了对局部河段的冲击负荷，常导致河道的阶段性黑臭。
3.水污染
水污染是水生态系统崩溃的直接原因，一方面水体富营养化导致蓝藻、浮萍、水葫芦及沉水植物等耐污性强的生物优势度增加，甚至“疯长”；
而另一些水生生物因缺氧而死亡，生物多样性降低[16]。
另一方面重金属等有毒有害污染物对水生态系统的危害逐步显现，成为水系生态系统进一步修复和改善的阻碍。
4.河流功能定位过于单一
河流功能是河流自然属性、生态属性和社会属性的效用体现，目前城市河流重视其防洪、航运、景观娱乐等社会功能，而对其生态功能重视不足。
受人类活动胁迫，河流部分生态功能受损，长此以往，河流的生态功能甚至社会服务功能也会逐渐减弱甚至消失。
案例一
虹口区区内河道蜿蜒，虹口港、沙泾港、俞泾浦、西泗塘、南泗塘、江湾市河、走马塘（北郊水闸以东段）等河道组成虹口港水系，南接黄浦江，北入蕴藻浜，西通过走马塘与其他河道连接。
虹口港水系河流总长19.2km，河网密度0.82km/km2，河面率3.83%，河湖槽蓄容量（不包括黄浦江和苏州河）65.24万m3。
区内有水闸工程1座，水利泵站1座，堤防工程总长39.12km。
按照上海市水功能区划的要求，虹口港水系执行Ⅴ类水标准。
2014年各断面的氨氮浓度范围为1.69～7.22mg/L，溶解氧含量为1.10～3.03mg/L，总磷浓度范围为0.25～0.81mg/L，均有断面超标；
高锰酸盐指数、化学需氧量等指标均能达到功能区水质要求。
虹口区已基本实现污水管网全覆盖，工业废水和生活污水基本实现全收集全处理。
根据虹口区环境统计数据，2014年度工业企业年报共计重点工业企业8家，城市污水处理厂1家，工业废水排放量为19.3万吨，均排入污水处理厂。
从目前来看，随着产业结构调整，企业关停并转，废水排放量和污染物排放量大幅下降，且废水全部排入污水厂处理，因此产业结构和空间布局对整个虹口区水环境的压力较小。
分析认为区域河道水质不达标的主要原因如下：
（1）上游来水水质差
虹口区河道的地理位置及周边水利设施形成南引北排、引清冲污的排水体系，即南引黄浦江水，北通过蕴藻洪、黄浦江排入长江。
南部虹口港引黄浦江水，水质相对较好，但北部的走马塘按市调水方案引蕴藻浜来水，由于受宝山、原闸北污染而水质较差。
（2）雨、污放江
河道污染负荷主要来源于市政泵站和污水厂尾水。
虹口区河道沿线分布着市政泵站23座，区管泵站2座，泵站放江污染是河道主要的污染来源。
2014年曲阳污水厂年处理污水1672万吨，尾水排入沙泾港，也是主要污染因素之一。
此外蕴藻浜经西泗塘的来水水质较差，对北部河道造成严重影响。
虹口区部分老旧居住小区因排水设施不完善，还存在阳台污水混接现象。
（3）底泥淤积污染较重
由于污水、初期雨水进入，以及外部来水的浊度较高，在水动力差的情况下，河道淤泥沉积情况严重。
以俞泾浦为例，河道两侧为垂直驳岸，于2012年进行了清淤工作，至2015年，河道内已形成了较厚的淤泥。
该河道水体中没有高等水生生物，主要通过新建虹口港泵闸从黄浦江调水进行水质保持。
（4）生态岸线缺乏
虹口港水系河道两岸均为硬质驳岸，岸边没有水生植物，河道中底栖动物和鱼类很少。
沿河生态缓冲带缺失，河道自身净化能力逐渐消失殆尽。
（5）水文过程变异大
虹口港水系南北长达十几千米，在空间上，受到北部蕴藻浜来水的冲抵，水动力自南向北逐渐减弱，俞泾浦北部区域及走马塘水动力明显不足，河道内几无流速，水体交换及自净能力下降。
在时间上，调水期间，水体流速大，不利于沉水植物生长，而在不调水时，河道基本处于静止状态。
资料来源：
上海市虹口区环境监测站：
《虹口区环境质量状况报告》，2011～2015年。
三中小河道生态修复的必要性和意义
“既要金山银山，又要绿水青山”，随着社会发展和人民生活水平不断提高，人民群众对生态环境的要求越来越高，生态环境在群众生活幸福指数中的地位不断凸显，环境问题日益成为重要的民生问题。
生态文明是实现中国梦的重要组成部分，党的十八大把生态文明建设纳入中国特色社会主义事业“五位一体”格局，并首次提出了树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念。
《水污染防治行动计划》明确了水环境治理的目标，从生态学角度整治河流、维持城市河流的自然特性已经成为评价河流治理成功与否的关键。
（一）经济社会可持续发展的需求
目前中小河道水环境质量已成为影响和制约区域经济社会可持续发展的主要瓶颈因素，生态修复迫在眉睫。
上海市特别是中心城区，交通便利，配套成熟，具有良好的投资基础，但是河道周边恶劣的水环境制约了其对优秀投资商的吸引力。
进行中小河道生态修复，提高河道水质，改变区域生态环境，不仅能提升区域投资价值，也给当地居民提供一个水清岸绿的美好生活环境。
（二）绿色发展战略的需求
目前中国经济发展已经开始积极转型，已经从过去单纯追求经济效益向多方面利益兼顾的方向发展，不但要实现经济效益，同时还重视社会效益和环境效益的和谐发展，在这种和谐发展的现实要求下，生态修复已经成为必要选择，刻不容缓。
（三）居民生活质量提高的需求
中心城区人口密度高，进行河流生态修复有利于改善人居环境，造福子孙后代，满足人们亲水的天然本性，有效提升当地人的生活品质，在维持当地生态环境稳定等方面有着不可替代的作用。
（四）河流生态治理工程化的需要
建设生态河流的理念已经得到共识，但河流生态化治理还处于经验积累的阶段，成熟的案例依然较少，许多生态治理的技术需要进一步的验证。
恢复水体生态系统结构和功能的完整性不仅是水污染综合治理的目标，也是水污染治理的重要手段。
开展中小河道生态化治理，有利于在河流生态治理设计、施工、管理等各阶段积累经验，为河流生态治理工程化奠定良好的基础。
四河流生态修复的自组织过程与人工辅助技术
河流生态系统是一个复杂的综合体系，它是流域及其水体、沉积物、各种有机和无机物质之间相互作用、迁移、转化的综合反映。
河流生态修复即通过对主要生态过程的干预，启动生境景观范围内生态系统的自发修复过程。
自组织理论是退化生态系统修复的理论基础之一，在自然界，生态系统能自行趋向与达到一种有序状态，使系统内的所有成分彼此互相协调。
中心城区大部分河道经过长期高强度开发，生态系统结构已遭到破坏，单纯依靠污染控制、水文条件改善、改造河流的人工渠道化工程等胁迫因子无法实现生态系统的自我恢复，还需要辅助以人工措施创造生境条件，进而发挥自然修复功能，实现某种程度的自我修复[17]。
（一）完善市政基础设施，减少城区入河污染负荷
中心城区基本实现了生活污水全收集，2015年中心城区污水处理率达到96.6%[18]，少量规划中待拆迁的城中村依然存在生活污水直排入河的现象，虽然水量较小，但对局部河段影响较大。
封堵排污口能有效改善局部水环境，大幅度提高水质。
中心城区市政泵站杜绝了旱天放江，但雨天放江负荷依然高居不下。
雨天放江过程中，河道COD升高30%左右，NH3-N升高30%～50%，细菌总数与大肠菌群升高2～8倍，且由于受纳河道水动力条件差，放江结束24小时后，水质并无明显好转[19]。
泵站放江已成为中心城区河道污染的主要因素，除加强管理外，需通过改善地表蓄、渗、滞流系统等工程措施从源头上削减入河污染负荷；
完善排水系统截流设施，针对存在混接的排水系统，应推进混接点改造；
对有条件的排水系统开展就地调蓄和处理，有效削减入河污染负荷，为河流生态修复提供条件。
集中式污水处理厂是中心城区河道除上游来水、泵站放江外的第三大污染源。
目前，中心城区有十座污水处理厂在运行，设计规模47.4万立方米/天。
龙华污水处理厂等规划调整关闭，曲阳污水处理厂等计划减量提标。
中心城区污水厂调整与提标不仅有利于降低河道污染负荷，更为河道提供了充足的清水。
（二）改善水文条件，提高水体自净能力
要实现水体生态修复就要恢复水体的自净能力，影响水体自净能力的因素多样且十分复杂，它不是一个固定值，而是随年度水情、水流、水质以及水生生物条件等自然环境和人类活动而变化。
目前，中心城区河道常用的技术手段有底泥疏浚、引清调水和曝气复氧等。
底泥疏浚是中心城区消除河道淤积、改善区域水环境、增强区域防洪除涝能力最常用的技术手段。
各区编制了中小河道轮疏规划，对河道轮疏周期、轮疏标准等进行了规定，一般3～5年即轮疏一次。
底泥疏浚的效果至今仍存在很大争议，疏浚能够有效地削减沉积物中的污染物，降低潜在的生态风险，但往往对生物产生危害，具体表现为种类、丰富度与生物量的减少，群落结构发生变化，多样性降低等[20]。
研究表明，不当疏浚不仅破坏原有水生生物群落，且达不到水质改善的效果，导致后期主要生物类群的恢复缓慢[21]。
而部分河段即使不进行底泥疏浚，长期的水生植被恢复也可以使城市河流沉积物中的内源磷释放及水体磷浓度得到有效控制[22]。
引清调水已成为上海市改善河道水环境的一项重要措施，形成了“依托两江、趁潮引排、分片调度、定向有序”的调度格局。
针对改善局部区域水环境、突发水污染事件、应对咸潮影响和保护水厂水源地等，制定相应专项调度方案。
同时，明确了引清调度组织管理机构和相关单位的运行、管理和监督职能，水资源调度工作做到“常态运行、精细调度”。
曝气复氧是治理河道污染的有效措施，在中心城区中小河道应用广泛。
曝气复氧可以提高水体中的溶解氧含量，强化水体的自净功能，促进水体生态系统的恢复。
例如在虹口港水系生态修复过程中，除疏浚河道13929米外，还布设了人工曝气复氧设备14套[23]。
（三）生境修复，构建健康水生态系统
生境多样性是物种和生态系统多样性的基础，中心城区河道形态基本固定且周边区域用地限制较大，河流生态治理多采用造流、植石、岸带改造、浮岛、增殖放流等措施提高生境的空间异质性，构建适宜的生态系统结构。
生物群落设计过程中，对生物种类和数量的设计已有较多的研究与成功经验，水生植物、水生动物以及微生物的引种以水质改善净化为导向，采用近自然的配置原则，优选土著种、慎用外来种、调控先锋物种，适当配置景观物种、丰富生物种类，延长水体食物链，稳定水生态系统。
常见的修复植物有芦苇、莲、梭鱼草、黄菖蒲、再力花、睡莲、萍逢草、轮叶黑藻、金鱼藻、苦草、马来眼子菜、大茨藻、小茨藻、篦齿眼子菜、菹草、狐尾藻、轮藻等；
常用水生动物为滤食性鱼类，螺、蚌等刮食性底栖动物；
常用微生物有食藻虫、硝化细菌、光合细菌微生物及复合生物菌剂等[24]。
（四）长效管理，启动自发修复过程
人工构建的生态系统具有不稳定性，在河流生态系统恢复的过程中，应遵循自然规律，在时间序列上一定要做到一个阶段采取一类措施，不同阶段必须有不同的主导措施。
在工程措施完成以后，应及时重新评估与生境退化的相关指标，适时维护和补救，诱发生态系统的自发修复过程，达到生态修复的目标。
如果不及时更新管理模式，而是退回到该生境最初退化阶段的经营管理模式，则会造成该修复生境的再次退化。
物种选择不合理、修复后管理不当是许多修复项目效益短暂的主要原因。
退化生境常被一些妨碍或降低生境成功恢复的非目标物种支配，例如在黑臭河道修复过程中，有害藻类水华常称为次生灾害，如果不能很好地使这些潜在竞争种迁出，将会显著影响大型水生植物的定植，降低生态修复的效益[25]。
案例二
曹杨环浜是一条环形封闭河道，位于上海市普陀区曹杨新村，全长2208米，宽8～14米。
过去由于大量城市污水和垃圾注入，环浜水体发黑发臭严重，沿途环境污浊不堪，是上海市有名的城中心臭水沟，周围市民深受其苦。
该河流于20世纪80年代初进行截污治理，90年代开始通过重建水生植被净化水质，是上海市最早一批开展生态修复的城市水体。
2003年前，污染源已全部截流，底泥也曾二次疏浚，全面修建了驳岸、周围绿地和公园，这些工程措施的实施，对减轻环浜水体污染，改善周围环境质量起到很大作用，但由于水体生态系统被严重破坏，水生植物和水生动物十分贫乏，水体缺乏自净能力，故水质仍处于劣V～V类状态，蓝藻水华经常暴发。
2003年曹杨环浜开始大规模生态治理，工程主要采用如下生态修复措施。
1.沿浜截污
工程实施前环浜已基本解决点源污染，该措施主要解决入浜地表径流，在通过修建坎埂减少径流和垃圾入河，为生态修复创造先决条件。
2.环浜造流
为使曹杨环浜封闭的水体循环流动，在环浜西南角上，构筑了一道长10米的拦水坝，安装了一台低水头提升水泵选用节能低扬程潜水轴流泵，不定期地运行，尤其是在水质出现不正常情况下，运转后就能大大改善水质，为水体的自我恢复提供条件。
3.构建健康水生态系统
构建水生植被：
曹杨环浜中原有的沉水植物很少，而且种类单一，只有菹草和黑藻。
在3年时间内，移栽沉水植物11种、挺水植物6种、浮叶植物6种，随移栽苗种时带进来的漂浮植物3种，使环浜沉水植物全覆盖，四季均有生长，形成了美丽的“水下森林”景观。
为水生动物提供栖息生存、繁衍生存、索饵育肥场所，为发挥它们的净水功能起到积极作用。
构建水下花坛：
从景观角度出发，在主要景点、桥等河段种植浮叶花卉（睡莲、荇菜和菱等）和挺水花卉（香蒲、菖蒲、荷花、花叶芦荻、再力花和石龙芮等），提升河段景观。
构建水生动物种群：
根据生态系统食物链摄取原理，放养滤食性动物及螺蛳、蚌等底栖动物，既能实现生产力的转换，控制蓝藻水华发生，同时也是恢复和维护良好健康水生态系统所必需。
生产力的人为控制：
构建水草收割，蓝藻收集，鱼、蚌、螺等水生动物捕捞和利用系统，控制不同生物种类的生物量，维持适当的种群密度，通过人为控制，移除营养物质，并使水生态系统趋于稳定。
4.长效管理，启动自发修复过程
严格按照长效管理制度进行科学维护是示范工程结束发挥效益的保障。
以沉水植物管理为例，定期打捞能有效维持水质，过度收割或水草过度增殖都会导致水生态系统失调，水质恶化。
在示范工程一年后曹杨环浜水质提高至Ⅲ类。
截至目前，曹杨环浜依然是普陀区水质最好的河道，同时也是市区水生生物多样性最高的河道。
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五中小河道生态修复技术发展方向
要顺利实施河流生态修复，保证治理效果能长期维持，首要条件是净化河道水质，修复生物宜居的生态环境，营造健康的水生态系统，所以河流生态修复要遵循“外源减排、内源清淤、水质净化、生态恢复”的科学理念。
其中，外源减排和内源清淤是基础与前提，水质净化是阶段性手段，水动力改善技术和生态恢复是长效保障措施。
（一）外源控制
随着上海市截污纳管工作的推进，中心城区的纳管率达到90%以上。
目前，上海市中心城区中小河道主要外源污染来自市政泵站放江和污水厂尾水的排放，其他工业和生活直排污染源所占比例较低。
据统计，中心城区河道污染中泵站放江引起的污染比例已达60%以上。
要控制泵站放江，一方面要开展源头控制，推进排水系统的雨污混接改造，加快推进海绵城市建设，采用低影响开发（LID）技术，降低雨水径流总量和污染排放；
另一方面，要完善泵站基础设施，加快推进泵站污水的调蓄和处置。
对于污水厂的尾水排放，根据《上海市水污染防治行动计划实施方案》的要求，加快推进污水厂的提标改造，尾水进行深度处理，排放标准达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A要求。
另外，对于有条件的区域，逐步废除老旧污水厂（如龙华污水厂和曲阳污水厂等），将污水排入竹园或白龙港污水厂统一处理，可以有效降低污水厂尾水对中小河道的污染。
（二）内源清淤
环境中的污染物质进入河流后，经沉淀、吸附、生物吸收等多种途径进入底泥并逐渐沉积，可见，底泥沉积是水体环境各种污染物质的最终储存场所。
但是，在一定条件下污染物会重新从沉积物中释放出来，影响上覆水水质，从污染物的“汇”变成污染物的“源”。
因此，对于作为内源释放源的底泥，必须开展生态疏浚。
根据河流水文水质特征、底泥分布状况、底泥营养盐含量和垂直分布特性以及水体水生态系统特性等诸多参数进行系统分析和评估，根据污染物的特性采取疏浚措施，尽量减少开挖时污染物在水中扩散所形成的二
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