河道治理技术层面(整理篇)_河道治理技术

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河道治理策略护岸工程

水质修复治理

工程

蓄水减渗工程河道景观工程植物护岸绿化混凝土植被护岸土木合成材料护岸土壤生物工程护岸

外源性污染物质的控制方法内源性污染物质的控制方法

硬化处理

复合土生态减渗复合土工膜减渗膨润土防水毯减渗

黏土减渗

河道平面恢复河道断面恢复生态河堤工程

滨岸植被缓冲带工程

1.整治原则

开展河道综合整治是恢复提高河道基本功能的根本措施，是提高水资源承载能力，改善生态环境的有效途径，是打造绿色生态河道的客观需要。在整治过程中，应遵循以下基本原则。(1)安全性:河道整治的目的不仅仅是为了防洪排涝安全,更重要是为了供水安全、生态用水安全和水环境的质量安全。水安全体系是构成河道生态系统的基础条件。

(2)生态性:生态性是指河道整治应满足生物的生存需要,保证河道生态的健康发展为基础。河道整治应以生态性为基本原则，尽量保留原有的生物群落及其栖息地，促使水体自然循环与净化，实现河道生态系统可持续发展。

(3)自然性: 蜿蜒曲折是河道的天然属性，因此在河道整治中,应尽量保持河流的自然地貌特征，维持自然的水文过程，为水体自然流势创造条件。(4)地域性: 不同区域具有不同的特点，这种地域的差异性和特殊性要求人们在进行河道综合整治过程中不能照搬照抄,要因地制宜选择适应的整治措施。如流经城镇居民区的河段在整治过程中宜注重景观功能，满足人们回归、亲近自然的要求，把水利工程和城镇景观结合起来,造当地浓郁的人文气息。2.治理方法（1）护岸工程

河道护岸工程是防止城市河道崩岸的有效措施 ,在抗洪和维护河势稳定中发挥了重要作用。传统的河道水下护坡工程 ,诸如丁坝、抛石、沉排、沉笼等 ,水上护坡结构主要采用浆砌或干砌块石护坡、现浇混凝土护坡、预制混凝土块体护坡、或现在比较流行的土工模袋混凝土护坡等,都在一定程度上具有保护岸坡、维持河道稳定的作用;然而 ,一些传统的护岸结构严重破坏了河道自身的生态系统平衡 ,忽视了河道的其他功能。

①.植物护岸

植物护岸是采用发达根系植物进行护坡固土的护岸工程,其在水土保持方面有很好的效果 ,国内外对此研究也较多。植物护岸的目的就是形成以植被为重要组成的保护河坡的生态系统 ,即生态河堤。国内多条河道的治理都使用了这一技术 ,如在吉林省西部嫩江流域治理工程中 ,吉林省水土保持科学研究所许晓鸿等人提出了以当地的牛毛草、草地早熟禾、翦股颖等多种草本植物为护坡植物 ,河柳等灌木为迎水坡脚防浪林的植物护岸技术。国外加拿大、德国、日本北海道都曾采用草芦苇护坡,通过在堤坡上钉一排排桩，桩间栓夹带草芦苇种子的棕榈绳 ,草芦苇在棕榈绳中发芽 ,土堤上生根 ,逐步繁殖 ,对岸坡起到了较好的防护作用;瑞士苏黎世州米勒河采用了编柴施工法进行植栽护岸 ,即将柳条扎成捆 ,制成编柴 ,将一捆或数捆编柴横放在岸边 ,并以木桩固定 ,最后将沙土覆盖其上 ,待柳条生根以加固河岸。

②.绿化混凝土植被护岸

绿化混凝土植被护岸技术起源于日本,广泛使用于堤防的迎水面和背水面 ,高水位或低水位。绿化混凝土主要由多孔混凝土、保水材料和表层土组成。多孔混凝土是绿化混凝土的骨架 ,其原材料是一般的粗骨料、细骨料、粘结剂、减水剂和水 ,其

中 ,粗骨料通常是碎石子 ,石子粒径控制在 13～20mm之间 ,细骨料通常为增强粗骨料之间的黏性而采用水泥胶浆和高炉矿渣微末 ,水泥为一般的硅酸盐水泥及矿渣水泥;保水材料常用无机人工土壤、吸水性高分子材料、苔泥炭及其混合物;表层土铺设在多孔混凝土表面 ,形成植被发芽空间 ,同时提供植被发芽初期的养分。绿化混凝土与普通混凝土相比有以下特点:1)具有良好的透气性和通水性;2)具有大孔隙 ,无论水上和水中均能生长植物 ,甚至有动物的生存空间;3)可以降低护坡造价 ,根据佐藤道路株式会社的介绍 ,可以节省 10 %～30 %的工程造价;4)机械化作业可缩短工期，同时可保证工程质量。绿化混凝土植被护岸技术在日本早已大量使用 ,在我国的应用才刚刚起步 ,如江苏省水利厅以生态理论为基础 ,研发了生态型混凝土护砌材料 ,在江苏吴江东开发区的庞山中心河、治太重点工程太浦河蚂蚁漾段堤防的护岸工程中都得到了应用 ,也取得了明显的社会效益和生态效益。此外 ,近年在我国江苏省南水北调(东线一期)阳河 Ⅳ标段、上海市嘉定区虬江河道等河道生态治理中也得到了应用。③.土工合成材料护岸

土工合成材料产品主要由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、高密度聚乙烯和聚氯乙烯等原材料组成。在我国城市河道护岸工程中 ,应用较为广泛的土工合成材料种植基可分为铁丝网与碎石复合种植基、土工材料固土种植基等。铁丝网与碎石复合种植基主要由镀锌或喷塑铁丝网笼装碎石、肥料及种植土组成 ,比较适合于流速大的河道 ,抗冲刷能力强 ,整体性能好 ,适应地基变形能力强 ,同时能满足生态型护坡的要求 ,即使进行全断面护砌 ,生物与微生物都能照样生存 ,铁丝网笼可以做成不同形状 ,既可以用作护坡 ,又可以做成砌体挡土墙。

土工材料固土种植基可分为土工网垫固土种植基、土工格栅固土种植基等形式。土工网垫固土种植基主要由聚乙烯、聚丙烯等高分子材料制成的网垫和种植土、草籽等组成 ,固土网垫是由多层非拉伸网和双向拉伸平面网组成 ,多层网的交接点经热熔后粘接 ,形成稳定的空间网垫 ,该网垫质地疏松、柔韧 ,有合适的高度和空间 ,可充填并存储土壤和沙粒 ,植物的根系可以穿过网孔均衡生长 ,长成后的草皮可使网垫、草皮、泥土表层牢固地结合在一起 ,这种护坡结构现在运用较广 ,如上海浦东国际机场围海大堤工程、上海化学工业区围海造地工程的护坡均采用了土工网垫固土种植基形式。土工格栅固土种植基主要是通过土工格栅进行土体加固 ,并在边坡上植草固土 ,土工格栅是以聚丙烯、高密度聚乙烯为原料 ,经挤压、拉伸而成。设置土工格栅 ,增加了土体摩阻力 ,同时土体中的孔隙水压力也迅速消散 ,增加了土体整体的稳定性和承载力 ,而且 ,由于格栅的锚固作用 ,抗滑力矩增加 ,草皮生根后 ,草、土、格栅形成一体 ,更加提高了边坡的稳定性 ,如我国吉林省舒兰市金马镇拉林河新发护岸工程就采用了土工格栅固土种植基技术。

④.土壤生物工程护岸

目前 ,在美国以及欧洲一些国家较为常用的是土壤生物工程护岸技术。该技术从最原始的柴捆防护措施发展而来 ,经过多年的研究 ,现已形成一套完整的设计和施工方法 ,并得到了广泛应用。土壤生物工程护岸技术的原理 ,是利用植物对气候、水文、土壤等的作用来保持岸坡稳定的 ,其主要作用包括降雨截留、径流延滞、土壤增渗、土层固结、根系的土壤增强、土壤湿度调节、土体支撑、负重和风力传递作用等。常用的土壤生物护岸技术主要包含土壤保持技术、地表加固技术和生物—工程综合保护技术。这些技术在欧美国家已得到了广泛运用 ,如美国伊利诺斯州的鸦河流域(Crow Creek Wes)的保护、加勒比地区的圣拉西亚岛西海岸公路(West C oast Road)的建设项目 ,英国约克郡戴尔斯三峰地区(Three Peaks)的国家公园自然环境恢复项目 ,美国新泽西州雷里坦河的保护工程等。我国于 90 年代引进土壤生物护岸的高新技术产品——高性能土壤固化剂 ,并在北京市城市水系治理工程中的昆玉段河道改造工程河底固化、钓鱼台国宾馆湖底固化、永定河堤防加固等工程中采用了土壤生物工程护岸技术。

（2）水质修复治理工程

水污染治理是一个综合的系统工程，其主要措施包括污染水源的拦截、河床的清淤处理、有源活水和污水处理等方面,并辅以必要的植物措施，恢复河流的自净能力。河道污水治理关键要从污染源治理与截污入手，加强截污工程建设力度。同时，必须提倡清洁生产,大力控制污水的排放和处理。在保证一定水质的基础上，采用河流生态技术，进一步提高水质，美化环境。将环境工程中的生物修复技术应用到水利工程的河道综合整治中，是城镇河流特别是受污染河流整治的重要方向。生物修复技术因具有处理效果好，工程造价相对较低,运行成本低廉，还可以结合景观改善河道及其周边休闲场所的建设等优点，故该技术在实际操作中具有很高的应用价值，其发展前景十分广阔。目前水环境生物修复技术的主要类型有:土壤渗滤技术、人工湿地技术、稳定塘技术、人工浮岛技术等。

①.外源性污染物质的控制方法

Ⅰ.流域内污废水的集中处理

实现流域内污废水的达标排放。从根本上截断外部输入源。使水体失去营养物质富集的可能性。相对于点源来讲。非点源污染不仅量大而且较难控制。可以通过控制氮肥施用量。平 衡氮、磷、钾的比例，有机肥还田，发展“微生物菌肥”和农业农田灌溉节水等方式加以控制。

Ⅱ.恢复和重建滨岸带生态系统一是建立环湖湿地保护带。这是从迁移、转化途径上控制陆域地表径流营养物入湖的最后一道防线。二是恢复和重建湖泊滨岸水生植被。通过物理阻滞作用促使污染物沉积并大量吸收营养盐。三是改造入湖河口生态与环境。充分发挥入湖河口自然净化作用。

②.内源性污染物质的控制方法 Ⅰ.水生植物修复技术

在适宜的生长条件下与水中微生物、藻类等生物共同作用的水生植物，根据其自身特点。将水中的富营养化物质，如N、P、重金属污染物等吸收在根、茎、叶等不同部位。从而既提供自身的营养需求。又达到净化水质的作用。而且通过促进根际微生物的活动可加速有机污染物的生物降解。目前国内外研究并广泛应用的技术有以下几种： 人工湿地技术

湿地土壤是固相和液相组成的疏松多孔体系。含有大量的胶体颗粒。它们具有很大的表面积和表面能。对去除有机物和重金属具有重要作用。在湿地处理系统中物理作用只要是沉淀、过滤和吸附。可去除固体悬浮颗粒：化学作用主要是对重金属与填料反应得以去除：生物作用比较复杂，主要是水生植物和各种微生物的协同作用。人工湿地技术的不足在于当进水悬浮性污染物及有机物浓度过高时易产生堵塞和严重厌氧化而造成植物根系腐烂最终死亡。前置库技术

受保护的湖泊水体上游支流利用天然或人工库(塘)拦截暴雨径流。工艺流程如下：径流污水——沉砂池——配水系统——植物塘——湖泊。水生植物是前置库中不可缺少的主要组成部分。从水体和底质中吸收大量氮、磷满足生长需要。成熟后从前置库中去除被利用。水生植被恢复技术

所谓“水生植被恢复技术”并非要再造原有植被。而是根据现实的湖泊生态与环境需求。并结合残存的水生植被基础。在已经被破坏的湖泊环境基础上重新设计和构造良性湖泊生态。该技术必须以削减水体的营养负荷为前提。否则人工恢复的水生植被无法维持稳定状态。水培技术

利用富营养化水在种植槽中无土栽培经济作物。借助植物发达的根系。对流入浅水中的悬浮物进行过滤。这些悬浮物中的有机物和营养盐类、微生物、原生动物和后生动物构筑起一个生物相对丰富的生态系统。该技术在美国、日本等国家进行了大量研究，可以生产出具有经济价值的食用植物或观赏植物。并通过堆肥达到资源的循环利用。该技术的优点是在一定程度上隔绝土壤病原菌和害虫对作物的侵染。故无连作障碍。同时节省劳动力。

生态浮岛技术

植物净水工程的一种。是绿化技术与漂浮技术的结合体。植物生长的浮体一般是由发泡聚苯乙烯制成的。质轻耐用。岛上植物可供鸟类休息。下部植物根系形成鱼类和水生昆虫生息环境。同时能吸收引起富营养化的氮和磷。与人工湿地技术相比生态浮岛技术最大优点在于不另外占地。较适合我国大多数河流无滩涂空间利用的特点。

综上所述。植物修复技术主要有以下优点：低投资、低能耗：处理过程与自然生态系统有着更大的相融性：无二次污染：能实现水体营养平衡。改善水体的自净能力：对水体的各种主要污染物均有良好的处理效果。其中处理有机污染的最大优势在于植物能同化大多数的化合物为CO，或作为细胞骨架。即使一些环境污染物在植物内大量积累也能通过转移植物而清除。

Ⅱ.生物调控技术

生物调控技术修复水生生态系统是利用营养级链状效应。在水库中投入选择鱼类。吞食另一类小型鱼类。借以保护某些浮游动物不被小型鱼类吞食。而这些浮游动物的食物正 是人们所讨厌的藻类。该技术具有以下优点：处理效果好，工程造价低，运行成本低。不会形成二次污染。还可适当提高水库的经济效益。

Ⅲ.生物膜技术

根据天然河床上附着生物膜的过滤作用及净化作用。人工填充滤料和载体。利用滤料和载体比表面积大，附着生物种类多、数量大的特点，从而使河流的自净能力成倍增长。生物膜技术因其降解能力强、接触时间短、占地面积小以及投资少等特点而得到了长足的发展与应用。一些发达国家已经在工程实践中运用多种生物膜技术对污染严重的中小河流进行净化并获良好效果。我国在此方面还只是处于试验阶段。没有真正的工程实践。目前可采用的方法主要有人工填料接触氧化法、薄层流法、浮流净化法、砾间接触氧化法、生物活性炭净化法等。Ⅳ.微生物修复技术

微生物可以将受污染水体中的有机物降解为无机物。对部分无机污染物如氨氮进行还原从而去除。为了充分发挥微生物在污染物降解和转化方面的作用，目前有两种方式：一是补充污染物高效降解微生物：可以使用具有某种特定功能的菌群：也可以从受污染水体和底泥中分离筛选后富集培养。再返回受污染水域：还可以利用基因工程菌的接合转移。二是为土著微生物提供合适的营养和环境条件：合适的营养和环境条件可以激活生长代谢缓慢或处于停滞状态的土著微生物。使其重新具有污染物高速分解的能力。

Ⅴ.仿生植物净化技术

以重建健康的河流生态系统为基础，用具有很强弹性、韧性和柔性的材料仿照河流生态系统中的沉水植物轮藻设计而成。仿生植物以河道中原有的天然生物菌群作为种源。在填料丝表面经过生物的自然富集形成生物膜。通过微生物的生命活动去除水中的污染物质。该技术在有效净化污染水体的同时还具有如下特点：不影响河流的航运和泄洪等功能：不破坏河流生态系统：适合河流复杂多变的水流条件；比表面积大，空隙率高：化学与生物稳定性强。不溶出有害物质：价格便宜。便于安装。

（3）蓄水减渗工程

①.硬化处理

采用硬质护砌的方式进行减渗，如混凝土衬砌。其优点是减渗效果好，且抗冲刷能力强。缺点是生态效果差，有损河道水与地下水的联系，破坏了自然生态系统。

②.复合土生态减渗

又称为掺混料生态减渗。复合土生态减渗具有减渗效果良好，有一定抗冲性，天然生态，就地取材造价低等优点，能充分利用当地河床质，与天然河道浑然一体。缺点是当湖区水头较高时，减渗层土体颗粒在垂直水头压力作用下，可能造成流土型渗透破坏，减渗层土体带入下部的卵砾石中，从而可能导致减渗层土体的破坏。另外，还需对现状河床质及减渗源料土进行详细的试验分析，控制其级配，且施工需现场碾压压实，碾压压实密度对减渗层渗透系数影响明显，施工工艺较为复杂，施工减渗效果控制较难。

③.复合土工膜减渗

优点是减渗效果好，且当湖区水头较高时，与复合土生态减渗方案相比，无减渗层土体颗粒流失、减渗层土体有被破坏的可能，适用于湖泊中部深水区的底部减渗。同时，由于其渗透系数小，适用于水质净化的人工湿地的底部减渗，可防止再生水下渗进入地下含水层污染地下水，减轻对地下水环境的影响。缺点是土工膜为非天然材质，隔绝了河道地上地下的连通性，且土工膜较为脆弱容易损坏，适应地形变化的能力弱，因此不宜用在湖泊浅水区、种植区等需要种植、扦插水生植物的区域、岸坡等地形变化起伏处及需设亲水平台、栈桥的港湾区。

④.膨润土防水毯减渗

膨润土防水毯具有减渗效果好，对自然生态系统的影响较硬化处理及土工膜减渗小，防水毯自身有一定的结构强度，不易受损坏，且受损后能自身修复，适应地形变化能力强等优点，适用于湖泊浅水区，岸坡，种植区及港湾区。

⑤.黏土减渗

采用黏土作为减渗层。优点是减渗及生态效果良好，缺点是受黏土资源限制，且取土也对当地生态环境造成破坏。

（4）.河道景观工程

河道景观建设是对河道进行生态整治的重要环节，主要内容包括河道水域沿岸带及水域范围内的景观建设。景观建设的目的是通过对河道空间与平面、纵向与横向的综合整治，做 到到提高城镇水系防洪排涝和供水标准与河道景观相结合，河道清淤与环境保护相结合，河道整治与改善当地的人居环境相结合，最终营造人与自然和谐的水环境。河道景观工程主要 包括以下几个方面。

①.河道平面修复

过去在河道平面设计时,一般采取拓宽断面、裁弯取直、修筑高堤等措施，这些方法在一定时期内解决了洪涝灾害的问题，但却淡化了河流的资源功能和生态功能，破坏了自然河流的生态链，导致生态环境的不断恶化。因此，在满足安全行洪断面的条件下,改变过去裁弯取直的办法,随着地形、层次的变化“易弯则弯,易窄则窄，易宽则宽”，恢复河流的纵向连续性和横向连通性;同时尽可能多安排一些蓄水湖池，这种“袋囊状”的结构不仅有益于防洪，且对景观和生态系统都具有重大意义。

②.河道断面修复

任何与生态过程相协调,尽量使其对环境的破坏影响达到最小的设计形式都称为生态设计。河道的断面恢复要综合考虑河道的防洪排水及生态景观的功能,不断优化断面设计，最终达到良好的生态河道体系。河道系统中一片草地、一块林地、一座山丘、一个岛屿都可能是一个自然生态系统，在恢复中应采取多种工程和管理措施，维持河道断面的自然性状。目前国内外典型的河道断面形式主要有: 矩形断面、梯形断面、复式断面和双层断面。

③.生态河堤工程

生态河堤建设是目前国际上河流治理与建设的新趋势。生态河堤是融现代水利工程学、环境科学、生物科学、生态学、美学等学科于一体的水利工程，它以“保护、创造生物良好的生存环境和自然景观”为前提，在考虑具有一定强度、安全性和耐久性的同时，充分考虑生态效果，把河堤改造成水体和土体、水体和生物相互涵养，适合生物生长的仿自然状态。生态河堤不仅可发挥涵水保土的作用，而且能改善大气、水体和土壤的质量，进而将大大改善生态环境和人们的生活质量。沿岸景点的建设将增加周边环境的文化氛围,实现良好的社会效益和生态效益，这对城镇生态建设、拓展城镇发展空间等方面，具有重要意义。

④.滨岸植被缓冲带工程

国内外研究实践表明，滨岸缓冲带是截留陆域面源污染物、改善河道水质的有效手段。作为河陆生态系统的连接地带，缓冲带对保持河道的生态性具有重要意义，主要体现在以下四方面:a对地表径流可以起到滞缓作用，调节入河(水体)的洪峰流量;b降低地表径流速度并对其中的颗粒态污染物起过滤和拦截作用;c植物吸收、土壤吸附溶解态的污染物;d促进氮的反硝化作用。城镇是人口大量集中和工业规模庞大的地方,势必会产生许多生活和工业垃圾，如得不到及时有效处理，将会随雨水直接进入地表或地下水，形成新的非点源污染，导致水环境恶化。滨岸植被缓冲带的建立，不仅可以吸收径流中的有机成分，减少进入水体中污染物的含量，而且对于营造滨岸景观、改善生态环境和保持水土流失具有重要意义。