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河流生态修复技术范文1
关键词：污水河；生态修复；生态河道体系
据不完全统计，我国大约有80%的城市河道己受不同程度的污染，由此每年造成的直接经济损失就高达377亿元。据1999年全国环境状况公报可知：我国流经城市的河段普遍受到严重污染，141个国控城市河段中，就有大约63.8%的城市河段处于IV类至劣V类水质。改革开放以来，随着上游城市经济发展的不断加速，煤炭和电力等“耗水型”工程项目的快速建设，形成杂乱无序开发利用有限的水资源问题，加上污水等污染物的肆意排放，造成城市河流水能供需长期处于不平衡状态，水资源严重紧缺，导致流域内生态系统结构功能受到严重的破坏，各类服务功能急剧衰减退化。人民生活水平的不断提高，加上环境保护意识的不断加强，城市居民和政府开始越来越重视河流生态环境功能的修复与保护。由于受传统治理理念的桎梏，许多城市在多年的污水河治理中均以防洪功能为主，在对生态系统进行修复的方案措施上，缺乏统一明确的区域河段生态修复管理目标体系。本文将结合自我对河流污水治理方面多年的研究经验，依据河流生态修复相关理论技术构建河流生态河道修复目标体系，以期与其它河流污水治理生态修复相关工程进行共同探讨。
1 河流生态系统基本组成
河流生态系统的结构是由其内部的生物组分和非生物环境间，通过相互的约束作用，在时间和空间上按照一定序列和联系规则进行整合的组织形式和逻辑秩序。河流中的生态系统同其它水域生态链一样，也具有一定的营养结构、生物种群多样性、以及时间和空间位置坐标等基本特性。
2 河流生态修复技术研究
河道生态修复是指在河流现有基础上，采取相关的技术手段，对已受到污损的河道进行改造与重建，即：通过生态化工程建设，将各种生态修复技术应用到实际河流生态修复工程中，尽可能的恢复和完善河流生态系统功能结构，恢复其应该具有的服务功能和质量水平。
2.1 生态化护坡技术
生态护坡工程施工工艺流程一般为:先在河流边坡岩体上铺上铁丝网或塑料网，然后用锚钉和锚杆将网进行固定，接着用喷射机将两层不同厚度的生态基材喷射至带网状的坡面上，即：第一层厚约5～10cm，不含种子；而第二层厚约1cm，包含生态化护坡专用种子。生态化护坡是利用植被涵水固土的原理对河流开挖边坡进行岩土稳定和美化生态环境的一种新的绿色护坡技术，是集河流动力学、岩土工程力学、生态学、植物学、以及土壤肥料学等多门学科专业为一体的综合性河流生态修复技术。
2.2 河道景观规划建设
河道景观规划建设也是河流生态修复的一项重要技术，主要涉及到河道现有平面和断面两个基础条件。天然的河流中既有凹岸也有凸岸、既有浅滩也有沙洲，不同的河流“微地形“既可以为河流中各种生物生存栖息提供适宜的生境，又可可以减低河水流速、蓄洪涵水、消弱洪水的破坏力等。在对河道生态修复平面景观规划建设时，应尽量保持河道现有的自然弯曲，不应为了进行景观设计而进一步破损河道的生态系统。在进行河道断面景观规划建设时，应在结合艺术功能时，收放有致，不必强求平行等宽，同时要设计出一个能够常年保证有水的水道，且能够应付不同水位、流量等特性的复式断面结构。
2.3 水质生态修复技术
污染受损的水资源水质条件很差的主要原因是水体受污染后缺氧导致河流生态环境功能降低所致。利用相应的机械设备，人工向水体中充入清洁空气或氧气，以加速水体内部复氧过程，从而提高水体的溶解氧水平，通过逐步恢复和增强河流生态环境中好氧微生物的自身活力，加快对水体中有机污染物的降解速度，从而有效改善受污损水体的水质性能，进而恢复河流水体中生态系统综合性能水平。底泥疏浚是污染河流治理过程中最为常用的技术，同时也是一种见效迅速的方法措施。底泥疏实际上就是将河流底部的污染物从水域生态环境中清除出去，不仅可以削减底泥对上覆水体生物的重复污害率，同时可以解决河流底部内源释放造成河流生态受到二次污染。
3 污水河生态河道体系
3.1生态河道构建的基本原则和目标
在突出河流生态功能体系内部整体协调能力的前提下，通过各河段功能的相互补偿调节，实现对河流生态体系的大范围治理；按防洪与生态景观优美、农作物经济利益等功能进行可利用水资源协调分配，遵循可持续发展与前瞻性的建设目标。污损河流河道生态功能修复体系是在河流现有的生态环境结构的基础上，以指导河流生态修复为总体目标。
3.2 生态河道构建体系
本文所构筑的生态河道体系是基于污损河流现有生态环境调查与搜集流域相关水环境资料的基础上，利用先进RS与GIS技术平台，对污损河流进行系统的生态环境现状评价分析，以明确污损河流中流域生态系统的空间结构分布；然后进行各项生态功能评价分析，以期获得水生环境中所存在的生态问题现状和发展趋势,以确定污损河流生态系统中存在的生态敏感区域及分项生态功能重要性的空间特异性能；最后根据污损河流的分布情况，对河道进行分区治理，并提出时间上的不同河段生态修复调控最终指标。
4 结束语
建立生态河道构建体系是污水河流规范化、科学化治理工作的必要措施，是污水河流河道整治理论、技术、以及具体生态修复规划设计工程实践科学合理衔接的重要技术保障。污水河流在进行生态河道整治过程中，其具体方案的制定及具体相应技术措施的采取，应结合河流实际情况因地因时因类制宜，在空间和时间等结构上形成污损河流各河段生态修复的基本方向与综合调控指标，保障河流污水治理工作高效稳定、节能经济的开展。
参考文献
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河流生态修复技术范文2
[关键词]城市；河流；水环境；生态修复；治理模式
中图分类号：X171.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0301-01
1.引言
城市河流对社会、经济发展以及生态保护具有十分重要的地位。城市生活环境具有密集性，对与人类关联密切等特点，一旦出现城市河流水环境污染并且污染超出自然消化能力则导致城市河流区域乃至整个城市出现生态平衡损害[1]。因此，研究城市河流水环境生态修复途径与模式，对于城市水污染治理，维护自然生态平衡，具有重要的意义。
2.传统修复途径存在的问题分析
传统的城市河流水环境修复途径一般为截污和清淤，这两种途径都存在着很大的局限性。因为河流为开放性系统，其受到外部相关联环境因素的影响而无法“独善其身”。比如，河道沿岸种植物，城市地下污水排放，沿岸雨水汇集等因素都将可能将氮、磷、碳乃至重金属元素带入河流之中，从而导致河流水质环境被动恶化。
针对上述问题采取截污措施仍然无法有效的解决氮元素污染难题。这是因为大气中的氮元素仍然可以通过河流中的藻类植物进行吸收。所以，要想精确调节住氮的关联源，对富营养化水体来说，是非常困难的。除了氮元素的关联污染之外，磷元素也具有类似效应，磷元素与藻类互相作用以至于富磷情况下水体磷元素过量储集而造成污染。
根据以上分析，采取传统的截污和清淤途径难以有效修复城市河流水环境生态。
3.城市河流水环境生态修复模式
城市河流水环境生态的修复难以简单地通过人类活动的退缩而恢复到过去的状态。概括来说，水环境生态的修复有四种模式可以选择，即复育、修整、改善与再造，这四种模式的概念及特性如下：
1）复育。对现有水环境生态经过人工措施，使其各种组成、条件、功能、景致等都能恢复到未受干扰前的状态。
2）修整。针对城市河流某个特定的生态环境扰前应具有的部分重点特征，经过人工措施，使其能重现这部分的功能、特性。
3）改善。采取人工方式改进城市河流水环境生态中某些功能，但无须考虑是否为原有的环境特性。
4）再造。又称重构，即重新“构造”一个城市河流水环境生态，即使此环境中所包含的特性从来未出现在原区域中。
无论是复育或修整原有的水环境生态，还是改善或再造新的城市河流生态，均须考虑河流区域气候、水纹环境特点，将生态安全作为水环境生态修复的前提，包括：一、增强对城市河流生态的调控能力，将污染负荷的变化控制在水环境生态系统可承受能力之内；二、强化、改进城市河流生态系统的自我修复能力，使水环境能够抵御环境变化的不利影响[2]。
4.城市河流的生态修复措施
岸堤是城市水环境的基本要素，对河坡与浮石带、湾区和等部位进行结构研究的基础上，设计城市河流地带的生态工程和宜居景观。
分别针对城市河流的各段岸线采取引水冲污措施即通过清洁江河水置换河道的污染河水，从而实现生态岸堤的滞洪补枯，涵养水源、改善生境以将原污染河道中的污染物稀释或带入下游，在护坡上种植柳树芦苇等耐湿喜水性植物降低河道的污染负荷以提高河水的自净能力。
城市河流岸堤的生态修复关键一点是护岸设计。针对底泥中的有机物在细菌作用下发生分解使河水变黑变臭问题，采用“设计遵从自然”的城市河流规划的新观念和新方法降低水中的溶解氧浓度，同时产生硫化氢、磷化氢等恶臭气体。选用改进岸堤技术新建河堤解决常年冲刷和上游环境的恶化造成的严重水土流失问题。改进的岸堤采用前缘为砂质河滩，可以单一出现也可成为一组大致平行的堤出现，构建岸堤的材料可以为砂质、砾石材料、水泥材料等结合混凝制成。才去的方案充分考虑城市河道的生态、经济和社会效益，达到生物多样性显著提高，重建强有效的水环境自然生态平衡。
河流进入城市中心区后，鉴于城市用地的局限，无法采用宽体式斜坡护岸技术，主要是采用立体式石砌生态护岸技术，并辅助种植耐阴植物以调节环境温度、湿度、吸附消化有害气体和灰尘，建设形成滨水生态空间，丰富水景景观。
在植被选择上，综合搭配基本草种、树种和花形成具有不同高度、适应四季、错落有致的植物区。利用植物区实现气复氧技术用于应对河道的突发污染即在适当的位置针对河水进行人工复氧，提高水体的溶解氧水平。选用沉淀剂净化水体，恢复水体中好氧生物的活力，用活性炭吸附污染物质使水体自净能力增强，从而改善河流的水质状况，并配以微生物降解水中的有机物质重建提水、沉水植物群落吸附过量盐质。
综合采用生态清淤、底泥干化与资源化利用造岛一体化技术实现城市河流生态修复，并辅以生态工程技术措施，有效滞纳、吸收、转化、降解各种污染物，改善水环境；同时遵循生态适应性原则，因地制宜配置功能植物，恢复湖滨带自然景观格局和生境类型，发挥滨岸湿地植被的截污去污功能，为水生动物提供适宜的栖息和繁衍场所，完善入湖河道生态系统。
5.结论
针对城市河流水环境生态修复问题，概括了四种修复模式，并进行了分析，给出河流地貌特征的修复、河岸带的整治和重建、水文特征及生物物种的恢复途径。所提模式在城市河流生态修复实践中提供思路和借鉴。
参考文献
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在社会生产过程中水利工程对经济与社会有着巨大的作用,同时也要看到水利工程对河流生态系统造成了不同程度的影响。人类整治河道修筑堤坝等活动人为的改变了河流的多样性、连续性和流动性,使水域的流速、水深、水温、自水流边界、水文规律等自然条件发生重大改变。这些改变对河流生态系统造成的影响是不容忽视的。未来的水利工程在权衡社会经济需求与生态系统健康需求这二者关系方面,似应强调水利工程在满足人类社会需求的同时,兼顾水域生态系统的健康和可持续性。
2生态水利工程
从学科发展角度看,现在的水利工程学的学科基础主要是工程力学和水文学,水利工程规划设计主要对象是水文系统,往往忽视生命系统的现状和未来风险等问题。学科的进一步发展应吸收生态学理论及方法,促进水利工程学与生态学的交叉融合,用以改进和完善水利工程的规划及设计理论,形成水利工程学新的学科分支——生态水利工程学。生态水利工程学作为水利工程学的一个新的分支,是研究水利工程在满足人类社会需求的同时,兼顾水域生态系统健康与可持续性需求的原理与技术方法的工程学。生态水利工程的内涵是:对于新建工程,是指进行传统水利建设的同时(如治河、防洪工程),兼顾河流生态修复的目标。对于已建工程,则是对于被严重干扰河流重点进行生态修复。生态水利工程将与传统治污技术、清洁生产(生态产业)及环境立法和资源管理一起,成为河流生态建设的主要手段之一。
3生态水利工程的规划设计原则
3.1工程安全性和经济性原则
生态水利工程是一项综合性工程,在河流综合治理中既要满足人的需求,包括防洪、灌溉、供水、发电、航运等需求,也要兼顾生态系统的可持续性。生态水利工程既要符合水利工程学原理,也要符合生态学原理。生态水利工程的工程设施必须符合水文学和工程力学的规律,以确保工程设施的安全、稳定和耐久性。工程设施必须在设计标准规定的范围内,能够承受洪水、侵蚀、风暴、冰冻、干旱等自然力荷载。按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计时,必须充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征,动态地研究河势变化规律,保证河流修复工程的耐久性。
对于生态水利工程的经济合理性分析,应遵循风险最小和效益最大原则。由于对生态演替的过程和结果事先难以把握,生态水利工程往往带有一定程度的风险。这就需要在规划设计中进行方案比选,更要重视生态系统的长期定点监测和评估。另外,充分利用河流生态系统自我恢复规律,是力争以最小的投入获得最大产出的合理技术路线。
3.2提高河流形态的空间异质性原则
一个地区的生境空间异质性越高,就意味着创造了多样的小生境,能够允许更多的物种共存。反之,如果非生物环境变得单调,生物群落多样性必然会下降,生物群落的性质、密度和比例等都会发生变化,造成生态系统某种程度的退化。由于人类活动,特别是大规模治河工程的建设,造成自然河流的渠道化及河流非连续化,使河流生境在不同程度上单一化,引起河流生态系统的不同程度退化。生态水利工程的目标是恢复或提高生物群落的多样性,但是并不意味着主要靠人工直接种植岸边植被或者引进鱼类、鸟类和其他生物物种,生态水利工程的重点应该是尽可能提高河流形态的异质性,使其符合自然河流的地貌学原理,为生物群落多样性的恢复创造条件。
在确定河流生态修复目标以后,就应该对于河流进行生物调查、地貌历史和现状进行勘查和评估,建立河流地貌数据库和生物资源数据库。遥感技术和地理信息系统(GIS)是水文、河流地貌和生物调查的有力工具。关键的工作步骤是在以上两种调查工作的基础上,确定环境因子与生物因子的相关关系,必要时建立某种数学模型。河流环境因子包括河流河势、蜿蜒度、横断面形状及材料、流速、水位、水质、水温、泥沙、营养盐的迁移转化、水文周期变化等。研究的内容包括:调查单个生物因子的基本需求,评估各种生物因子的相互关系和制约条件,对于“关键种”或标志性生物的环境因子进行分类和评估。在众多的环境因子中,识别那些对于系统的结构和功能具有重要意义的环境因子,在此基础上进行河流地貌学设计和生物栖息地的设计。
3.3生态系统自设计、自我恢复原则
生态系统的自组织功能表现为生态系统的可持续性。自组织的机理是物种的自然选择,也就是说某些与生态系统友好的物种,能够经受自然选择的考验,寻找到相应的能源和合适的环境条件。
将自组织原理应用于生态水利工程时,生态工程设计与传统水工设计有本质的区别。像设计大坝这样的人工建筑物是一种确定性的设计,建筑物的几何特征、材料强度都是在人的控制之中,建筑物最终可以具备人们所期望的功能。河流修复工程设计与此不同,生态工程设计是一种“指导性”的设计,或者说是辅设计。依靠生态系统自设计、自组织功能,可以由自然界选择合适的物种,形成合理的结构,从而完成设计和实现设计。成功的生态工程经验表明,人工与自然力的贡献各占一半。
传统的水利工程设计的特征是对于自然河流实施控制。而设计生态水利工程时,要求工程师必须放弃控制自然界的动机,树立新的工程理念。因为依靠人力和技术控制自然界是不可能的。人们要善于利用生态系统自组织、自设计这个宝贵财富,实现人与自然的和谐。需要强调的是,地球上没有两条相同的河流,每一条河流的特点都是各不相同的。因此,每一项生态水利工程必须因地制宜,充分尊重每一条河流的自然属性和美学价值,寻求最佳的生态工程方案。
自设计理论的适用性还取决于具体条件。包括水量、水质、土壤、地貌、水文特征等生态因子,也取决于生物的种类、密度、生物生产力、群落稳定性等多种因素。在利用自设计理论时,需要注意充分利用乡土种。引进外来物种时要持慎重态度,防止生物入侵。
3.4景观尺度及整体性原则
河流生态修复规划和管理应该在大景观尺度、长期的和保持可持续性的基础上进行,而不是在小尺度、短时期和零星局部的范围内进行。在大景观尺度上开展的河流生态修复效率要高。小范围的生态修复不但效率低,而且成功率也低。整体性是指从生态系统的结构和功能出发,掌握生态系统各个要素间的交互作用,提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法,而不是仅仅考虑河道水文系统的修复问题,也不仅仅是修复单一动物或修复河岸植被。
景观则是指生态学中的景观尺度。景观尺度包括空间尺度和时间尺度。为什么在景观的大尺度上进行河流修复规划?首先,水
域生态系统是一个大系统,其子系统包括生物系统、广义水文系统和人造工程设施系统。广义水文系统又与生物系统交织在一起,形成自然河流生态系统。而人类活动和工程设施作为生境的组成部分,形成对于水域生态系统的正负影响。水域生态系统受到胁迫时,需要对于各种胁迫因素之间的相
互关系进行综合、整体研究。其次,必须重视水域生境的易变性、流动性和随机性的特点,这些特点决定了生物种群的基本生存条件。水域生态系统是随着降雨、水文变化及潮流等条件在时间与空间中扩展或收缩的动态系统。再者,河流生态系统是一个开放的系统,与周围生态系统随时进行能量传递和物质循环,一条河流的生态修复活动不可能是孤立的,还需要与相邻的流域的生态修复活动进行协调。最后,河流生态修复的时间尺度也十分重要。河流系统的演进是一个动态过程。每一个河流生态系统都有它自己的历史。河流生态修复是靠时间做工作的。有研究指出,湿地重建或修复需要大约15~20a的时间。因此对于河流生态修复项目要有长期准备,同时进行长期的监测和管理。
3.5反馈调整式设计原则
生态系统的成长是一个过程,河流修复工程需要时间。从长时间尺度看,自然生态系统的进化需要数百万年时间。进化的趋势是结构复杂性、生物群落多样性、系统有序性及内部稳定性都有所增加和提高,同时对外界干扰的抵抗力有所增强。从较短的时间尺度看,生态系统的演替,即一种类型的生态系统被另一种生态系统所代替也需要若干年的时间,期望河流修复能够短期奏效往往是不现实的。
生态水利工程规划设计主要是模仿成熟的河流生态系统的结构,力求最终形成一个健康、可持续的河流生态系统。在河流工程项目执行以后,就开始了一个自然生态演替的动态过程。这个过程并不一定按照设计预期的目标发展,可能出现多种可能性。
意识到生态系统和社会系统都不是静止的,在时间与空间上常具有不确定性。除了自然系统的演替以外,人类系统的变化及干扰也导致了生态系统的调整。这种不确定性使生态水利工程设计不同于传统工程的确定性设计方法,而是一种反馈调整式的设计方法。是按照“设计—执行(包括管理)—监测—评估—调整”这样一种流程以反复循环的方式进行的。在这个流程中,监测工作是基础。监测工作包括生物监测和水文观测。评估的内容是河流生态系统的结构与功能的状况及发展趋势。常用的方法是参照比较方法,一种是与自身河流系统的历史及项目初期状况比较,一种是与自然条件类似但未进行生态修复的河流比较。
在反馈调整式设计过程中,提倡科学家、管理者和当地居民及社会各界的广泛参与,通过对话、协商,以寻求共同利益。提倡多学科的交流和融合,提高设计的科学性。
参考文献:
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经济功能
在安全得到初步保障后,城市河流的经济功能逐渐引起重视,它是指水作为一种重要资源所发挥的功能,包括供水、交通运输、农田灌溉和
水产养殖等作用。
景观功能
河流景观侧重水景观,以水为中心轴线向两岸扩展,包括水域景观、过度区域景观以及岸上景观等。现代城市河流是由若干人工设施和自然存在物共同组成的集合体,各种组成部分形成密不可分的系统关系,充分研究发挥这些系统组成部分之间的关系,并加以利用,可大大增强河流景观建设的效果。
生态环境功能
生态环境功能主要指水维持自然生态过程于趋于生态环境条件的功能。一个完善的城市河流生态体系,应该具备改善水质及水体的自净能力、调节局部水温变化、维持水生态系统的平衡、保持生态多样性等功能要求。现代的城市河流修复不仅要考虑河流生存的需要,更要保障人类的基本生存安全,因此,如今河流整治工程必须兼顾安全、经济、景观与生态环境等多重功能,其中安全、经济性是基础,景观、生态性是体现现代人追求“自然”、“亲水”的基本要求。与河流的自然状况,以及分析河流整治状况与生态系统的相互影响；1989年,Pabst提出了河流的自然特性尽量要靠外界的自然力来恢复的理念,强调河道要有生态自然修复的功能;1991年,日本开始推行重视创造多样化河流形态的“多自然型河流建设”。于此同时,国外也开展许多大型的生态修复工程实践,如1987年,德国莱茵河流域管理委员会提出了重塑莱茵河的生态,使鱿鱼重新回到莱茵河的“莱茵河蛙鱼2000计划”,随后莱茵河保护国际委员会(工CPR)又进一步制定了“莱茵河蛙鱼2020计划”;在密西西比河上,Juliann等[5〕在CapeGirardeau附近主河槽内对大型无脊椎动物进行了研究,John等对河上游鱼类的时空分布进行了研究;1987年,为解决斯凯恩河(SkjernRiver)的水环境问题,丹麦通过了退耕2200公顷,恢复河流洪泛区地的决议,并于2002年基本完成修复工程。
国内外河流生态修复研究进展
1国外研究进展
人们对河流的生态环境修复的认知已经经历了半个多世纪,在德国Seifert首先提出“亲河川整治”概念后,EmstBittmann于1965年首先在莱茵河用芦苇和柳树进行生态护岸实验,并取得了很好的效果;Schlueter认为河流近自然治理要在满足人类对河流合理利用的前提下,保护或促进河流的生物多样性;1980年,瑞士州河川保护建设局将生态护岸法发展为“多自然型河道生态修复技术”,对河流的治理重视恢复植被和建设自然护岸[3];1983年,Bidner提出河流整治首先要考虑河道的水力学特性、地貌学特点
2国内研究进展
国内开展河流生态修复的研究工作起步相对较晚,但发展非常迅速。有关生态河流治理理念方面,董哲仁首先提出了“生态水工学”的概念,指出改善河流生态系统、修复河流生态环境的工程措施及思路德孙宗凤认为生态水利是我国新时期水利建设的必由之路,提出了如何把生态建设和水利工程建设有机地融为一体;孙东亚等在流域尺度的河流生态恢复研究中,指出我国现阶段河流修复中的首要任务是遏制流域内引起生态系统退化的水污染。在河流生态工程实践方面,尤其是河道生态护坡的工程应用上,我国在近二十年来做了许多尝试,如工程中分别采用了植被护坡、格宾网石笼(蜂巢网箱)护坡、生态袋护坡、连锁式铺面砖护坡、土工格栅+固土种植基护坡、三维土工网垫护坡、混凝土植生块护坡、绿色混凝土护坡、土壤固化剂护坡等。总结国内外的城市河流生态修复研究现状可知,当前国内外展开的河流生态修复工作仍着眼于河流某一方面的功能,如国外在兼顾景观的同时,更侧重生态修复和重建等方面的工作,而国内则较多地考虑护岸措施生态化,对于生态修复理念与生态功能实现还有待进一步加强。
城市河流生态修复方法研究
由前述的河流功能划分内容可知,生态功能与景观功能己然成为现代城市河流建设的两大重要评价指标。
1生态功能修复
河流生态系统中较为重要的物理组成包括河岸、浅滩、潜流带和生物栖息地等,它们是河流生物生存及完成河流生态过程的基质,其稳定和健康发展对城市河流的生态系统具有重要作用。因此,河流生态功能的修复工程应具有相对完整性和系统性,需涵盖河流的形态、水体水质、生物群落及栖息地等修复内容。
(1)河流形态修复
自然河流的横断面通常由三部分组成,分别为主河槽、洪泛区和高地边缘过渡带(见图1)。
河流形态修复的主要目标是构建近自然型的多样性河流形态,它是流域生态系统生态环境的核心,亦生物群落多样性的基础。对于河道形态多样性的修复,高永胜等针对我国目前一些中小河流健康受损的实际情况,提出从纵、横两方面来提高河流形态多样性的修复方法:在纵向上,修复河流蜿蜒性,在河床上创建深潭一浅滩序列;在横向上,构建包括主河槽和洪泛区在内的多样性断面形态,并采用生态型岸坡防护结构,避免河流岸坡的硬质化。
(2)水质修复
水质的修复可分置换净化水和河流水体内修复两种方式,其中净化水可通过城市污水集中处理、湿地修复工程等方式获得;而水体内修复可采用能够增强河流净化能力的相关技术实现,如曝气、引水稀释、添加试剂、生物操控、恢复水生植被、水体内生物强化等;另外还可以通过底泥疏浚、底泥污染物控制等方式实现河流水质的净化效果。
(3)生物群落恢复及栖息地修复
河流生态系统的生物群落恢复包括水生植物恢复、底栖动物、浮游生物、鱼类等。在河流的形态及水体水质得到改善后,河流生物群落的恢复就变得相对容易,可通过自然恢复或进行简单的人工强化,必要时采用人工重建措施。另外,恢复河流的生物群落还需要对生物栖息地进行改善,如营造适合生物生存的河流环境和形态,如多样化的流速、弯曲且深浅不一的河道、合适的水深、温度和生态状况。
2景观功能修复
河流由于其自身的特点,河流景观与一般意义上的园林景观、地理景观不尽相同。河流的景观侧重水景观,以水位中心轴线想两岸扩展,包括水域景观、过渡域景观及岸上景观等。,图2为河道景观构成示意图,可见,现代城市河流是由若干人工设施和自然存在物组成的组合体,而研究这些组成部分之间的关系,并在具体的景观设计中予以应用,则可以大大增强河流景观建设的效果。在城市河流景观建设时,要根据河流所处的位置,结合城市规划,遵循格局连续性、自然和人文相结合、共享性、整体性、可持续性等原则,确定合理的景观布局。具体构建思路为「17〕:(l)查阅分析河流修复前后在城市发展过程中所扮演的角色,准确地定位城市河流功能;(2)在满足城市未来发展需求的基础上,确定景观设计的主题和亮点;(3)综合考虑河流的功能多样性要求,对河流进行合理的形态规划;(4)完善运行管理措施,以保证景观的可持续性。
河流生态修复技术范文5
哪种修复方法适合松花江的水生态修复,要根据松花江的实际情况和具体特点有针对性的选择。
1)人类社会的发展已经不可能把河流恢复到原始状态。完全复原意味着对所有上下游及滨河带的输入输出(水质、水量、泥沙、生物有机体)的改变、复原,由于河流和流域的联系,只有在对整个河流系统和绝大部分流域都进行完全修复的时候,才有可能实现。在松花江多年的治理实践中,修建了大量水资源利用工程、防洪工程等(如取水口、排污口、拦河坝、堤防、河流裁弯取直、渠化等),加之各种人为破坏和干扰,河流原始形态和面貌已发生巨大变化,不可能再建立过去的那种原始条件。
2)生态系统是一个动态的整体,生态平衡是一个动态的平衡。生态系统是在保持动态平衡时,不断发展演化的。河流生态修复并不意味着绝对的稳定性。正相反,河流系统必须依赖于一定程度的洪水、侵蚀和水质变化的扰动,来保证其多样性。河流的退化正是由于河流生态系统失去了动态平衡。随着时间的推移,河流生态系统在自然力与人类共同作用下,已经形成了新系统的动态平衡。因此,没有必要让河流恢复到原始状态。因此,松花江水生态修复的目标应该是结合防洪、河道整治和城市景观建设等工程规划,对河流系统恶化甚至丧失的(或即将要恶化和丧失的)必要生态功能和社会功能进行修复,完善河流自调节机制,并使其达到新的动态平衡。
2松花江水生态系统修复的任务
2.1松花江地貌学特征的改善地貌学特征的改善包括恢复河流的纵向连通性、横向连通性和竖向连通性;对松花江而言,就是要保持其纵向蜿蜒性和横向形态的多样性;实施退耕还湿,恢复滩涂生态系统;加强沟通水系,增强过洪能力;加大恢复植被力度,增强滩涂生态功能;修复缓冲区,控制人为干扰和过渡利用;采用生态型护坡,避免河道直线化和河岸的混凝土化,使其具有作为河流的自然形态。
2.2水质、水量、水文、水力条件的改善水质条件的改善要通过污水处理、控制污水排放、生态技术治污、源头清洁生产、发展循环经济等改善河流水系的水质。水量条件的改善是通过水资源的合理配置以维持河流河道最小生态需水量(和最低生态水位)和最大流量(最高水位)。水文情势和水力条件的改善是尽量保持自然河流丰枯变化的模式,使河流两岸水陆交错带以及滩涂湿地有适当的洪水的干扰,以保持生态系统的生物多样性,以及结构和功能的稳定。
2.3生物物种多样性恢复生物物种多样性恢复包括濒危、珍稀、特有生物物种的保护、水陆交错带植被恢复、鱼类等水生生物资源的恢复等。
3河流生态修复的原则
3.1社会服务功能和生态功能同时修复松花江水生态修复应在满足防洪、供水、发电、旅游等社会服务功能的同时,具备良好的生态功能。
3.2与防洪规划等相关规划相协调松花江水生态修复应该符合社会发展总体规划,特别要与松辽流域和哈尔滨市的防洪规划相协调,还应与有国家和区域经济发展规划、流域综合规划、水环境保护规划、城市市政建设规划、自然保护区等规划相衔接。
3.3自然自我修复为主、人工干预为辅松花江水生态修复要充分利用生态系统的自组织功能,当外界干扰未超过生态系统的承载能力时,可以按照自组织功能靠自然演替实现自我恢复目标。当外界干扰超过生态系统的承载能力时,则需要辅助人工干预措施创造生境条件。然后,充分发挥自然修复功能,使生态系统实现某种程度的修复。
3.4确保生态系统用水需求应在水资源承载能力范围内,规划社会经济发展用水,应在满足社会经济发展需要的前提下,确保生态系统的用水需求。
3.5确保河流水质达标污水达标排放,控制面源污染,确保河流水质达标。
4松花江水生态修复措施建议
目前的松花江哈尔滨市区江段,现有江道形态已失去天然河道的特点,这是哈尔滨市城市、社会、经济发展的需求造成的。在河流生态修复过程中,应从尊重历史的角度出发,在满足防洪安全的前提下,进行适当修复,建议如下:
1)虽然受两岸堤防限制,整个江道形态固定,但江道内河流的蜿蜒形态依然存在。同时,鉴于现有堤防是多年历史形成的重要防洪体系,而且目前还达不到100年一遇标准。因此,建议两岸堤防位置不变,保持现有江道水流形态的蜿蜒性以及两岸堤防的非自然形态。
2)江道内已有不少滩岛、浅滩和深潭,地表景观较为丰富,具有多样化的水生环境和动植物栖息地,不易再造浅滩和深潭,而应结合《松花江流域防洪规划》和《黑龙江省哈尔滨市防洪规划修编报告》,清除主江道有碍行洪、恶化航道及严重影响城市环境的淤积滩涂,增强河流的泄洪功能。
3)现状堤防已将江道严重缩窄,最窄处仅有1.5km,不宜为了土地开发利用或顺直堤防。将堤防向江道内推进,进一步挤占河流的空间和洪水的行洪空间,不利于河流的防洪功能和生态功能的修复。
4)鉴于现状堤防、大坝等人工构筑物破坏了江道水流的横向和竖向连通性,可采取措施恢复或改善,修复松花江两岸水陆交错带生态系统,使该江段河流廊道成为具有生命源泉意义的百里生态长廊。
5)由于大顶子山航电枢纽的建设以及松花江7个规划梯级的建设,河流纵向连通性修复困难,但需加强河流水生鱼类等生物的生态监测,一旦发现有发生生态问题的趋势,及时进行科学研究并采取适当修补措施。
河流生态修复技术范文6
关键词：北运河治理生态修复 污染防治研究
The treatment technology research about ecological restoration and pollution control on North Canal in Tongzhou urban district
Su Ying1Li Changsheng2
1.Beijing Tongzhou Science and Technology committee101100;2.Beijing Zhifeng HuayuanEnvironmental EngineeringCo.Ltd101107
Abstract：Synthetically analyze the trunk and branch of North Canal in Tongzhou urban district, topographic feature, landform, river, water quality, benthonic organism, and the pollution discharge factor. Use the terrestrial and aquatic plant organism habits, biology and ecology purification function to research fencing and nurturing in overflow land, structuring biological chain, ecological retaining water, non-point source pollution control. Lead into the idea of ecological restoration and pollution control technology, transit the river treatment of manual work to ecological restoration mode gradually. This is very important for pushing forward ecological civilization construction of North Canal in Tongzhou urban district, and promoting the water environment virtuous cycle development.
Key Words: North Canal treatment, ecological restoration, pollution control, research
中图分类号：TV85文献标识码： A
1 引言
北运河是京杭大运河的上游段，是海河流域的主要水系之一，干流全长 90公里，位于北京市东南，其中，干流界面北关闸上游为温榆河，北关闸下游为北运河。北运河主要支流有通惠河、凉水河、凤港减河等，承担北京市城区、西郊地区及东郊部分地区的排水任务。通州区境内的北运河长41.9km，其生态建设和水环境安全直接影响城区社会发展和经济环境。本文在分析通州区段北运河生态区位、水环境质量、生物组成特点、水环境保护目标、生态保护压力的基础上，以水环境生态保护重点、污染面源控制、污染消减与生态建设并重为依托，结合河滩地封育、生物链构建、生态蓄水形式、污染控制，引入生态修复与污染控制技术理念，使河道由人工治理逐步过渡到生态修复的模式。
2 北运河水质现状与生态状况
2.1河流水污染现状
2012年4月，北京市水务局监测数据表明，北运河水系48个河段中，除5个无水河段外，有35个河道的水质都属于劣Ⅴ类。流域河水呈黄绿色，其中，岸摊发臭垃圾堆和水中白色漂浮物随处可见，说明北运河自净能力较差， 水质状况不容乐观。近些年，随着社会经济的发展，北运河流域人口数量不断增加，工业企业、畜牧养殖业等的规模不断扩大，污水排放量日益增加，水质恶化现象仍在加剧；另外，近几年自然干旱现象严重，河流雨水汇入水量不断锐减，更加剧了河道水质恶化趋势。
2.2河流底栖生物监测情况
采集北运河上新华大街桥、六环辅路桥和宋郎路桥的三个代表性生物样品进行底栖生物分析。分析数据表明，北运河通州城区段底栖大型无脊椎动物主要由两类组成，分寡毛类和摇蚊科类。其中寡毛类 5 种，摇蚊科类3 种，共 8 种。这 8 种底栖动物在各断面分布有所区别，其中六环辅路桥寡毛类2 种，摇蚊幼虫 2 种，新华大街桥寡毛类 3 种，摇蚊幼虫 1 种，种类最多的是宋郎桥，寡毛类3 种，摇蚊幼虫类3 种。从底栖动物种类组成上看，其特点是生物种类较少，以寡毛类最多为5 种，摇蚊幼虫只有 3 种；同时，这些种类多为耐污染种，说明该段河流所受污染较为严重。根据监测得到的底栖动物种类和数量，对各个取样点的生物多样性指数进行计算，评价结果见表1。
通州区北运河城市段生物多样性指数评价结果
取样点 新华大街桥 六环路辅路桥 宋郎路桥
D 值 1.36 1.43 1.71
污染等级 中污染 中污染 中污染
结果表明：D值越大，说明水体受污染程度越小，相应地其生态系统结构及其运营状况越健康。北运河底栖生物种类和数量少、且主要为耐污种类；多样性指数较低，表明其水质状况较差，生态系统退化严重。北运河底栖生物多样性指数从一个侧面反映了北运河污染程度及生态退化情况。
2.3北运河生态状况
通州区属北温带半湿润半干旱大陆性季风气候区，春秋干旱少雨，夏季炎热多雨，冬季寒冷多西北风。多年平均降水量约为600毫米，降水特点是年际变化大，年内集中；多年平均水面蒸发量为1815.5毫米，蒸发强烈。全区多年平均水资源总量约为2.16亿立方米，人均水资源占有量约410立方米。根据通州区水资源评价资料，全区可利用水资源量为30032万立方米，其中地表水可利用总量平均为10360万立方米。地下水资源比较丰富，多年平均降雨入渗补给量为14452万立方米，地表水入渗补给量为2780万立方米，农业灌溉水入渗补给量为3610万立方米，年可开采量约为2亿立方米。而随着经济的发展和城市化进程的加快，每年的需水量以9.3%左右递增。因此，通州区水资源的供需矛盾日益突出，缺口逐年加大。随着人口规模的发展，人均水资源量逐渐减少，污水排放量却日趋增大，城市河流水生态系统面临越来越大的压力，出现河流断流，湿地萎缩，地下水位下降及生态退化等严重问题。天然降雨量减少形成的河道断流，河漫滩植被砍伐，河道人工化、渠道化，挖沙造成的河道沙化，都加剧了河道生态环境的恶化，降低水体的自净能力并使河流生态系统退化。城市河流承担着城市正常运行的水供给与受纳功能、生态功能、景观美化功能，健康的水环境是城市可持续发展的重要保障。[1]城市水环境的污染，水生态系统的破坏，对人民健康和城市生态安全构成了威胁。治理水环境，恢复水生态系统，正常发挥河流的社会功能，才能使城市良性、可持续发展。
3.主要问题
3.1地表水污染，制约了生态品质
北运河上游，随着人口的大量涌入，人口密度的增加，生活污水排放量也随之增大。中国环境状况公报的数据显示，全国生活污水排放量逐年增加，其中的COD与氨氮等主要污染物的排放量远大于工业废水。[2]来自上游的生活污水成分复杂，主要来自餐厨废水、洗衣废水、冲厕水、淋浴水等，其中含有脂肪、米糠菜屑、洗涤用剂、化学品成分、大肠杆菌、汗液等。生活污水排放量大，有机物和化学品含量高，难于降解等是北运河水体污染的重要因素。
除上游生活污水外，北运河还承载了区内大量生活、工业、农业、畜牧业、餐饮业、娱乐业等废水。根据通州水务局的统计资料，目前北运河通州城市段 11. 2km河段内，每年共有入河污水 6149 万方，这还是近几年对近 70个排污口进行截流后的情况。由此可见，北运河水体水质恶化受区内入河污水的影响很大。
3.2天然径流补给量减少，生态环境脆弱
《北京市“十二五”时期水资源保护及利用规划》的数据显示，与多年平均降水量相比，近12年来北京市降水量减少19%，水资源总量减少43%，入境水量减少77%，两库来水减少79%。可用水资源急剧减少，导致没有适当的径流补给河道，河道自净能力减弱，承载力降低，加重了河流的污染。河流污染程度的加深直接造成水中及河道周边动植物死亡，生物种类及数量降低，生物物种退化，生态多样性减少等一系列生态问题。加之为争取水资源而进行的地下水超采，水源地保护等工程设施的建设，都会对河道水生态系统产生影响。
3.3水体功能区承载污染负荷大与治理技术不相适宜
通州区位于北京市东南，处于北京市水系的下方，区内河道多为排水河道，承担着上游区县和北京市区的排洪、排污任务，长期接纳的是上游的雨水和污水。因近些年降雨量明显减少，而入河污水量显著增多，所以上游排入河道的水大部分为污水，水体污染更加严重。近些年，随着地表水体污染日益严重，对于河流、湖泊等污染水体的水质改善技术研究已经取得了一定进展，但还存在很多不足，尤其对于北运河这样的城区河流，因为河道周边空间有限，所以很多处理技术难以应用；此外，北运河水体水量巨大，处理量太小对于改善整个河道水环境不能起到根本作用。
综上所述，作为北京市水系的重要组成部分，北运河的水环境质量直接关系到北京市整体的水资源可持续利用和发展进程，改善北运河水体质量，提高流域水资源利用程度，是北京市水资源可持续利用的迫切需要，对于实现北京市环境、社会和经济的协调和可持续发展具有重要意义。作为通州区内的主要河流，北运河的水环境问题已经严重阻碍了通州区的社会、经济发展，引起了政府有关部门和当地人民群众的广泛关注。因此，改善北运河水环境，提高其水体质量，对于通州区的社会、经济发展和北京市的水资源可持续利用是十分必要的，具有重要意义。
4.控制水污染实施生态修复技术的思路
生态修复(ecological restoration)是指通过人为的调控，使受损害的生态系统恢复到受干扰前的自然状况，恢复其合理的内部结构、高效的系统功能和协调的内在关系。
4.1探究机理，寻找对策
自然河流净化作用主要通过河流中的生物链发生作用，生物链主要由水生植物、水生及两栖类动物、浮游生物、原生动物、微生物等构成。水生植物能够吸收水里的氮、磷等无机物作为生长的营养物质，并产生氧气提供给水生及两栖动物，同时其庞大的根系又为微生物及水生动物、两栖类动物提供栖息地。微生物依靠水生植物的根系形成生物膜，能够将动植物的尸体及其他有机物进行降解和利用。原生动物以细菌、真菌为食，浮游生物以原生动物为食，水生动物摄食浮游生物，鸟类和两栖类以水生动物为食。水生态系统形成的生物链，发挥了水体的自净作用，一旦某一环节产生了问题，如水中有机物超出了微生物降解能力，就会破坏生物链，进而破坏水体的自净作用。
河流生态系统也是一个复合系统, 由河岸生态系统、水生态系统、湿地及沼泽生态系统等子系统组成, 其生态健康受水文、地形、动力等诸多因素影响[3] 。向河道内排放污废水、过量用水、挤占河滩地、砍伐森林、引入外来物种以及大规模筑坝、修建水库、河道渠道化等水利工程措施, 都会破坏河流生态系统健康【4】。河道内水生生态系统和河岸生态系统遭到破坏, 必然造成生物多样性降低，生物量锐减，河流水质恶化。
4.2找准方法，注重创新
开发生态水体修复技术，是当前水环境技术的研究和开发热点。实际上，大自然在发展变化的长期过程中，本身已经具备了自我净化、自我完善的强大能力，这使得自然界得以持续而有序地运行，其中水体的自然生物净化能力，在人类出现之前的远古时期，就保证了自然界江河湖泊水体的洁净。目前开发的水体生态修复技术，实质上是按照仿生学的理论，对自然界恢复能力与自净能力的强化，可以说，按照自然界自身规律去恢复其本来面貌，强化自然界自身的自净能力去治理被污染水体，这是人与自然和谐相处的合乎逻辑的治污思路，也是一条创新的技术路线。
近几十年，通过大量研究与实践，已明确水环境污染实际上是典型的生态问题， 因此， 在对污染水域进行治理时，应用生态学方法能使生态问题得到最终解决。近年，强调治理与生态修复相结合，甚至更加强调生态修复的作用。从上世纪七十年代起，尤其是近十余年来，日本、美国、德国、瑞士等发达国家纷纷对以往的水环境治理思路进行反思，提出了生态治水的新理念，尊重河湖系统的自然规律，注重对其自然生态和自然环境的恢复和保护，使河湖的综合服务功能得以展现。
4.3综合比对，优势显著
目前，国际上处理河湖水库水体污染的方法主要是三种，一是物理方法，即是通过水利工程措施，如综合调水，底泥疏浚，曝气复氧，机械除藻等达到加速污染物移除与转化的作用；二是化学方法，利用化学药剂的投放，主要起到絮凝沉淀污染水体中内源性负荷磷，释放氮以及化学除藻；三是生态修复方法，通过人工湿地的构建，水生植物栽种，微生物菌群培养,模仿自然生态体系的建立，营造和复原自然生态形态，充分发挥生态净化作用。目前这三种水处理技术的比较发现，物理处理法往往治标不治本,只能作为对付突发性水体污染的应急措施。化学方法花费较高，且易造成二次污染。[5] 生态处理方法兼具安全性、经济性、美观性。这种处理技术不向水体投放药剂，不会形成二次污染；工程造价相对较低，不需耗能或低耗能，运行成本低廉；用生态方法治污，还可以与绿化环境及景观改善相结合， 在治理区可以建设休闲和体育设施， 创造人与自然相融合的优美环境。所以，这种廉价实用技术十分适用我国江河湖库大范围的污水治理工作。
4.4类别划分，总结归纳
水生态修复技术主要包括植物净化技术、动物净化技术、微生物净化技术、仿生植物净化技术、土地净化技术，多自然型河道构建等。
水生植物净化技术，是利用水生植物及其共生的微环境去除水体中的污染物。水生植物能够吸收水中的氮、磷等营养物质，抑制浮游藻类的生长，同时依附生长于水生植物庞大根系的微生物群能够对有机物进行降解，从而实现水中污染物的转移和分解。
水生动物净化技术，是通过水生动物的食物链效应，维持水体中食鱼性鱼类、食浮游性鱼类、浮游生物之间的食物链平衡，达到水质改善的目的。【6】水生动物主要包括浮游动物、游泳动物和底栖动物，他们以水体中的细菌、藻类、有机碎屑等为食物，可有效地减少水体中的悬浮物、提高其透明度。投放数量适当、物种配比合理的水生动物，可以延长生态系统的食物链、提高生物净化效果。
微生物净化技术，是通过微生物对有机物的降解作用，去除水中污染物。水中微生物主要由藻类、细菌、原生动物等组成，以生物膜的形式存在。依靠微生物技术的主要工艺方法有生物廊道、氧化塘、生物滤池、生物接触氧化池等。
仿生植物净化技术，仿照河流生态系统中的沉水植物轮藻，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。【7】土地净化技术，以土地为主要处理设施，污水中的污染物质经过土壤－植物系统的吸附、过滤、转移等作用被去除，污水达到一定程度的净化。由于污水中含有大量的氮、磷等营养元素，通过灌溉等方式，土壤、农作物、植物对污染物进行拦截、吸收，既满足了农作物等对营养元素的需要，对污水也达到了净化的目的。
多自然型河道构建技术即多种生物可以生存、繁殖的治理技术，它以保护、创造生物良好的生存环境与自然景观为建设前提,它不是单纯的环境生态保护,而是在再生生物群落的同时, 建设具有设定抗洪强度的河流水利工程。【6】目前治理污染河流趋向于多种技术的综合应用，同时还要考虑河流的污染特点，水利条件，生态环境特征，气候，治理目标等。
5.几点建议
河流的自然环境由水、河道、堤岸、河畔植被以及在此空间生存的生物群落构成。生物、生态技术治理北运河应主要从三方面入手，
一是河道形式的构建，护坡护岸生态材料的开发，生物链的构造与培育。河道形式的构建主要是改造河道流路及河床的物理特性, 即是创造出接近自然的流路, 水流要有不同的流速带。［8］要通过对岸堤生态槽（沟）、河岸边坡湿地、坡脚碎石床、河道碎石床等不同的河道断面构建形式进行研究，构造出适合生物多样性的河道形式。新型生态护槽/岸材料的开发主要考虑对氮磷的吸收，提供有利于植物生长的空间结构，同时保证其抗压、抗冻性达到规范要求。生物链的构造与培育主要从鱼类种群和植物种群的构建进行研究，鱼类种群的构建包括鱼类种类、放养密度，植物种群的构建主要考虑植物种类的选取，通过实验比对研究可得出相关结论。
二是生态净化技术的研究与应用。首先在北运河选取实验区，局部展开生态净化技术的应用。通过对研究区水体净化的适宜性和应用的工艺流程、工艺参数和处理效果进行研究评价，取得污染负荷、水力条件、植物种群和处理单元设置、生物填料等方面数据，从而研究出适合北运河治理的生态净化技术。
三是建立有效的生态修复技术模式。生态形河流治理，就是在河流空间内，将河道治理、护岸治理、河岸提防治理都融入生态概念，在不影响河道泄洪排涝功能的前提下，更多地运用天然生态因素进行水体的净化，同时营造景观水体满足人们亲水近水的需要。河流的生态治理和修复需要关注水体质量、河道形式、生物链构造、生态系统多样性等多方面因素，需要根据流域的具体情况，从关键影响因素入手，逐一解决问题，逐步建立一套适合本地区及流域特点的水污染控制与生态修复并重的技术模式。
参考文献：
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