南方雨源型城市河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)與應(yīng)用

雨源型河流廣泛分布于我國(guó)南方季風(fēng)區(qū)和快速城市化地帶，尤其在粵港澳大灣區(qū)、長(zhǎng)三角城市群、閩江口城市群及海南島等年降雨量豐富且雨季集中的區(qū)域最為典型。該類河流以降雨為主要補(bǔ)給水源，徑流過程高度不穩(wěn)定，是生態(tài)系統(tǒng)中最為薄弱且修復(fù)難度極高的典型類別之一。我國(guó)南方濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)氣候帶城市河流的核心特征與面臨挑戰(zhàn)，在該區(qū)域極具代表性。

雨源型河流的水量水質(zhì)波動(dòng)性大首先，其水文過程高度不穩(wěn)定，生態(tài)基流保障困難。受季風(fēng)氣候影響，降雨時(shí)空分布不均，河流徑流過程呈現(xiàn)很強(qiáng)的季節(jié)性和隨機(jī)性。旱季河道常常斷流或流量極低，生態(tài)基流嚴(yán)重不足；雨季短時(shí)強(qiáng)降雨形成的洪峰流量可達(dá)旱季流量的數(shù)十倍甚至上百倍，水文過程的劇烈波動(dòng)嚴(yán)重影響水生生物棲息環(huán)境的穩(wěn)定性。其次，面源污染負(fù)荷集中釋放，水質(zhì)沖擊性惡化嚴(yán)重。由于城市不透水面積大，降雨初期地表積累的污染物隨徑流快速匯入河道，具有典型的面源污染“初期沖刷效應(yīng)”。再次，河道形態(tài)人工化程度高，生態(tài)功能嚴(yán)重退化。長(zhǎng)期以來的城市開發(fā)建設(shè)導(dǎo)致河道硬化、渠化現(xiàn)象普遍，天然河岸帶被大量侵占，河流橫向連通性和縱向連續(xù)性遭到嚴(yán)重破壞。同時(shí)，底泥污染積累、水生植被消失、生物多樣性銳減等問題突出，河流生態(tài)系統(tǒng)自凈能力和生態(tài)服務(wù)功能顯著下降。受極端氣候與城市面源污染疊加影響，傳統(tǒng)末端截污、硬質(zhì)清淤、濕地補(bǔ)水等治理手段難以持續(xù)奏效，亟須從“結(jié)構(gòu)修復(fù)”轉(zhuǎn)向“功能重構(gòu)”，實(shí)現(xiàn)治理模式與修復(fù)理念的根本變革。

本研究立足我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略任務(wù)和美麗中國(guó)的建設(shè)需求，采用分階段、分步驟、因地制宜的漸進(jìn)式生態(tài)修復(fù)策略，以期系統(tǒng)解決雨源型城市河流治理中的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸與基礎(chǔ)理論難題，為推動(dòng)我國(guó)雨源型城市河流從以工程手段為主的傳統(tǒng)治理模式向以生態(tài)系統(tǒng)整體性修復(fù)為核心的現(xiàn)代治理模式轉(zhuǎn)型，提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐。

城市河流生態(tài)環(huán)境演變及河流生態(tài)修復(fù)理論發(fā)展趨勢(shì)

城市河流作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅承擔(dān)著供水、防洪、景觀等功能，對(duì)維持流域內(nèi)生物多樣性和生態(tài)平衡亦具有重要作用。然而，隨著城市化進(jìn)程的加速，城市河流正面臨日益嚴(yán)峻的生態(tài)壓力，具體表現(xiàn)為水環(huán)境質(zhì)量下降、洪澇風(fēng)險(xiǎn)增加、生物多樣性下降以及城市開發(fā)導(dǎo)致河道空間被不斷侵占等問題。這些生態(tài)威脅導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)功能逐步退化，影響城市河流健康可持續(xù)發(fā)展，因此研究有效的河流生態(tài)環(huán)境修復(fù)理論技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.城市河流生態(tài)環(huán)境演變的階段性特征

城市河流生態(tài)環(huán)境演變呈現(xiàn)出明顯的階段性特征，可劃分為“自然本底維持—人為干擾退化—主動(dòng)修復(fù)調(diào)控”三階段，各階段在驅(qū)動(dòng)力、生態(tài)響應(yīng)及恢復(fù)潛力等方面具有顯著差異。

自然本底維持階段，城市河流生態(tài)系統(tǒng)維持著相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和功能，主要承擔(dān)供水、航運(yùn)等基礎(chǔ)性服務(wù)功能。

隨著工業(yè)化與城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速推進(jìn)，城市河流普遍進(jìn)入人為干擾退化階段，高強(qiáng)度人類活動(dòng)導(dǎo)致的水體污染負(fù)荷激增、河道形態(tài)人工化加劇等生態(tài)環(huán)境問題凸顯，進(jìn)而引發(fā)水生生物多樣性顯著降低等生態(tài)退化現(xiàn)象。改革開放后我國(guó)處于以發(fā)展經(jīng)濟(jì)為主導(dǎo)的階段（1978—2000年），生態(tài)環(huán)境經(jīng)歷了典型的人為干擾退化過程，整體環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)從局部到全面的惡化趨勢(shì)，單純的點(diǎn)源污染治理難以從根本上改善生態(tài)環(huán)境。從國(guó)際視角看，工業(yè)革命時(shí)期（1790—1890年）經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與水資源緊張之間的矛盾催生了水管理制度創(chuàng)新，尤其是作為全球首部水環(huán)境保護(hù)法規(guī)，英國(guó)1876年頒布的《河流防污法》開創(chuàng)了水污染防治制度化先河。

進(jìn)入主動(dòng)修復(fù)調(diào)控階段后，河流治理理念發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變。20世紀(jì)50年代德國(guó)提出的“近自然河道修復(fù)理論”、20世紀(jì)80年代恢復(fù)生態(tài)學(xué)學(xué)科的建立以及1988年國(guó)際恢復(fù)生態(tài)學(xué)學(xué)會(huì)（SER）的成立等一系列具有標(biāo)志性的歷史事件推動(dòng)了相關(guān)理論發(fā)展，標(biāo)志著河流治理理念的重大突破。SER在2002年明確定義生態(tài)恢復(fù)概念，2019年修訂發(fā)布《生態(tài)恢復(fù)實(shí)踐的國(guó)際原則與標(biāo)準(zhǔn)（第二版）》，同年聯(lián)合國(guó)大會(huì)將2021—2030年確定為“聯(lián)合國(guó)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)十年”。我國(guó)2000—2012年實(shí)施一系列生態(tài)修復(fù)政策，2012年提出了尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念，堅(jiān)持節(jié)約優(yōu)先、保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)為主的方針，2020年出臺(tái)《全國(guó)重要生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程總體規(guī)劃（2021—2035年）》，近年相繼啟動(dòng)母親河復(fù)蘇行動(dòng)和美麗河湖建設(shè)，將治理重點(diǎn)從單一污染控制拓展為流域系統(tǒng)修復(fù)，治理目標(biāo)也從水質(zhì)改善提升至生態(tài)系統(tǒng)功能恢復(fù)。這些理論創(chuàng)新和實(shí)踐探索不僅推動(dòng)了治理技術(shù)的革新，更體現(xiàn)了人類對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)認(rèn)知的持續(xù)深化，為全球城市河流生態(tài)治理提供了重要參考。

2.河流生態(tài)修復(fù)理論的發(fā)展趨勢(shì)

河流生態(tài)修復(fù)理論經(jīng)歷了從單要素調(diào)控向系統(tǒng)整合、從靜態(tài)目標(biāo)恢復(fù)到動(dòng)態(tài)適應(yīng)性管理的改變，這一發(fā)展過程反映出對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性與動(dòng)態(tài)性認(rèn)知的持續(xù)深化。該理論體系的構(gòu)建，為雨源型城市河流的系統(tǒng)治理和生態(tài)修復(fù)實(shí)踐奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。河流生態(tài)修復(fù)理論起源于對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的深入認(rèn)知，在河流連續(xù)體理論（River Continuum Concept）、洪水脈沖理論（Flood Pulse Concept）等的基礎(chǔ)上，發(fā)展形成了適用于我國(guó)國(guó)情的河流生態(tài)理論框架，進(jìn)一步推動(dòng)了修復(fù)實(shí)踐從單一工程措施向生態(tài)系統(tǒng)整體性恢復(fù)轉(zhuǎn)變。

SER在系統(tǒng)總結(jié)全球經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上修訂發(fā)布《生態(tài)修復(fù)實(shí)踐的國(guó)際原則與標(biāo)準(zhǔn)（第二版）》，為全球生態(tài)修復(fù)工作提供了系統(tǒng)的指導(dǎo)框架，明確提出八大核心原則，其中包括利益相關(guān)方協(xié)同參與、多學(xué)科知識(shí)整合、基于本地生態(tài)系統(tǒng)特征并考慮環(huán)境變化、支持和優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)過程、采用適應(yīng)性管理評(píng)估生態(tài)恢復(fù)目標(biāo)以達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)功能的全面提升等。近年來興起的“基于自然的解決方案”（NbS）理念為河流生態(tài)修復(fù)注入了新思想。該理念強(qiáng)調(diào)依托自然生態(tài)系統(tǒng)自身的功能與過程來應(yīng)對(duì)各類生態(tài)問題挑戰(zhàn)，以期實(shí)現(xiàn)生態(tài)-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)效益的協(xié)同發(fā)展。在河流生態(tài)修復(fù)實(shí)踐中，NbS理念傾向于充分發(fā)揮濕地、植被和土壤等自然要素的水質(zhì)凈化作用和生境維持功能，推動(dòng)構(gòu)建更具韌性與可持續(xù)性的生態(tài)治理體系。

我國(guó)學(xué)者提出了生態(tài)水工學(xué)、漸進(jìn)式生態(tài)修復(fù)等理論生態(tài)水工學(xué)強(qiáng)調(diào)在水利工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與調(diào)度中系統(tǒng)性地引入生態(tài)學(xué)原理，通過工程-生態(tài)協(xié)同的技術(shù)框架實(shí)現(xiàn)防洪、供水與生態(tài)功能的統(tǒng)籌優(yōu)化，其核心在于將生態(tài)目標(biāo)量化并納入工程約束與運(yùn)行策略。漸進(jìn)式生態(tài)修復(fù)是一種以分階段推進(jìn)、循序漸進(jìn)實(shí)施和自適應(yīng)管理為特征的生態(tài)治理路徑，其本質(zhì)是在充分評(píng)估生態(tài)現(xiàn)狀與生態(tài)承載力的基礎(chǔ)上，通過階段性干預(yù)，逐步恢復(fù)河流的水文連通性、生態(tài)過程和棲息地結(jié)構(gòu)。二者既各自成體系，又在實(shí)踐中互為支撐：生態(tài)水工學(xué)提供技術(shù)框架、工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐手段，漸進(jìn)式生態(tài)修復(fù)提供可操作的理論基礎(chǔ)、實(shí)施路徑與系統(tǒng)方案，共同推動(dòng)我國(guó)河流治理由工程主導(dǎo)向生態(tài)優(yōu)先與可持續(xù)并重的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。

3.漸進(jìn)式生態(tài)修復(fù)理論發(fā)展

傳統(tǒng)“恢復(fù)至退化前狀態(tài)”修復(fù)模式往往難以取得理想成效。漸進(jìn)式生態(tài)修復(fù)理論的提出為破解這一困境提供了思路。該理論通過量化評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀與可恢復(fù)性，分階段、分步驟地采取“環(huán)境治理、生態(tài)修復(fù)、自然恢復(fù)”的系統(tǒng)治理模式，對(duì)受損生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行循序漸進(jìn)的修復(fù)和治理。漸進(jìn)式生態(tài)修復(fù)有利于正確處理自然恢復(fù)和人工修復(fù)的關(guān)系，依據(jù)生態(tài)退化程度和修復(fù)潛力，為不同階段設(shè)定切實(shí)可行的目標(biāo)，避免盲目追求生態(tài)系統(tǒng)回到“原始狀態(tài)”；在修復(fù)過程中實(shí)施持續(xù)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，根據(jù)生態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化修復(fù)措施；綜合運(yùn)用自然和人工兩種手段，統(tǒng)籌水文過程調(diào)節(jié)、水質(zhì)改善、生境重建與生物群落恢復(fù)等多維要素，因地因時(shí)制宜，分區(qū)分類決策，尋求復(fù)蘇退化生態(tài)系統(tǒng)的最佳途徑和解決方案，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)功能的整體性與可持續(xù)恢復(fù)。

當(dāng)前，城市河流生態(tài)修復(fù)正處于理論創(chuàng)新與實(shí)踐轉(zhuǎn)型關(guān)鍵時(shí)期，既面臨新理念帶來的發(fā)展機(jī)遇，又需應(yīng)對(duì)氣候變化和土地資源約束等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在此背景下，雨源型城市河流因其特殊的“枯季斷流、汛期成污”水文特征，成為生態(tài)修復(fù)中極具特殊性與復(fù)雜性的重點(diǎn)對(duì)象。隨著海綿城市建設(shè)在工程實(shí)踐中的示范效應(yīng)逐步顯現(xiàn)，河流生態(tài)修復(fù)已從早期以水質(zhì)改善或河道整治為主的單一治理模式，逐步轉(zhuǎn)向融合水文調(diào)控、生態(tài)功能恢復(fù)與社會(huì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)的多目標(biāo)協(xié)同治理。這一轉(zhuǎn)型對(duì)分布于南方多雨地區(qū)的雨源型城市河流而言顯得尤為迫切。從未來發(fā)展趨勢(shì)看，修復(fù)策略更注重生態(tài)系統(tǒng)整體性與其服務(wù)功能的協(xié)同提升；修復(fù)技術(shù)逐漸趨向數(shù)字孿生、人工智能與智能傳感等高新技術(shù)，推動(dòng)生態(tài)修復(fù)走向智慧化與精準(zhǔn)化。這標(biāo)志著河流生態(tài)修復(fù)已從傳統(tǒng)的污染控制上升為融合生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)多重目標(biāo)的系統(tǒng)性治理工程，體現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)理論和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)在實(shí)踐中的深入應(yīng)用與融合。由此可見，隨著智慧技術(shù)不斷突破與綜合治理體系持續(xù)完善，河流生態(tài)修復(fù)將在提升城市生態(tài)系統(tǒng)韌性、推動(dòng)流域高質(zhì)量發(fā)展方面發(fā)揮關(guān)鍵支撐作用。

南方雨源型城市河流生態(tài)修復(fù)內(nèi)涵、認(rèn)知模式、理論框架

1.雨源型城市河流的特征與退化機(jī)理

雨源型城市河流是指位于城市建成區(qū)，主要依靠當(dāng)?shù)亟涤暄a(bǔ)給、缺乏穩(wěn)定的徑流來源且水文情勢(shì)具有強(qiáng)烈季節(jié)性波動(dòng)的城市河流。其具體特征表現(xiàn)為全年天然徑流中降雨補(bǔ)給占比高（通?！?0%），旱季易發(fā)生斷流，汛期因流域不透水面積占比高導(dǎo)致徑流系數(shù)大、水文過程陡漲陡落，并受高強(qiáng)度人類活動(dòng)（如河道渠化、硬化）顯著影響，形成自然-人工復(fù)合的河道系統(tǒng)。受季風(fēng)氣候與高強(qiáng)度城市化雙重脅迫，雨源型城市河流在水文、水質(zhì)與生態(tài)結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)典型的“三高”（高徑流系數(shù)、高污染負(fù)荷、高人類干擾強(qiáng)度）與“三低”（低生態(tài)基流保障率、低水環(huán)境容量、低自然岸線率）退化特征，且各因素間存在復(fù)雜的耦合與放大效應(yīng)。此類河流受城市化導(dǎo)致的不透水地表擴(kuò)張與極端天氣事件的疊加影響，水動(dòng)力與水質(zhì)過程呈現(xiàn)高度變異性，治理難度顯著增加。在旱季，河道常出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，生態(tài)基流喪失嚴(yán)重；而在雨季，洪峰迅速匯入，河道水位劇烈變化，形成“洪來澇退”突發(fā)性響應(yīng)。受長(zhǎng)期地表污染物累積效應(yīng)與降雨徑流沖刷作用協(xié)同影響，降雨初期徑流水質(zhì)呈現(xiàn)顯著的污染峰值特征，形成具有明顯時(shí)序特征的暴雨徑流面源污染沖擊負(fù)荷。水質(zhì)惡化又導(dǎo)致底泥黑臭、棲息地退化、水生態(tài)系統(tǒng)破碎化顯著。雨源型城市河流在水文過程、污染響應(yīng)和生態(tài)結(jié)構(gòu)等維度上呈現(xiàn)出“三重脅迫”特征，成為當(dāng)前城市生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

2.雨源型城市河流生態(tài)修復(fù)的雙軸識(shí)別框架

國(guó)外城市河流治理強(qiáng)調(diào)恢復(fù)河流“自然原貌”或“歷史狀態(tài)”，但這一理想的復(fù)原路徑在雨源型城市河流中具有明顯的局限性。當(dāng)前生態(tài)修復(fù)理念正逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴肮δ苓m應(yīng)”為導(dǎo)向，立足于實(shí)際水資源狀況、污染特性以及生態(tài)承載力，重構(gòu)具備關(guān)鍵生態(tài)和社會(huì)服務(wù)功能的雨源型城市水生態(tài)系統(tǒng)。在修復(fù)目標(biāo)方面，不再局限于形態(tài)或景觀層面的“還原”，而是注重維持水體流動(dòng)性、恢復(fù)其自凈能力和重建生物棲息地。

在城市河流生態(tài)修復(fù)過程中，“生態(tài)退化強(qiáng)度-生態(tài)恢復(fù)能力”雙軸識(shí)別旨在構(gòu)建一套量化刻畫生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)及其修復(fù)潛力的二維診斷框架，為治理決策提供科學(xué)依據(jù)。其中，生態(tài)退化強(qiáng)度軸主要衡量河流系統(tǒng)相對(duì)于自然或健康參考狀態(tài)的偏離程度，聚焦流域水文過程、水質(zhì)負(fù)荷、生境結(jié)構(gòu)與生態(tài)功能的系統(tǒng)性退化表現(xiàn)。通過引入一系列定量指標(biāo)（如流量偏離度、污染物濃度超標(biāo)倍數(shù)、岸線硬化率與底棲生物完整性指數(shù)等）對(duì)人類干擾強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)值化表達(dá)，從而定位生態(tài)問題的深度、廣度與急迫性。此軸本質(zhì)上反映的是“問題之重”，即生態(tài)系統(tǒng)在多維干擾下“被破壞的程度”。與之相對(duì)應(yīng)，生態(tài)恢復(fù)能力軸則關(guān)注系統(tǒng)“回歸至可接受狀態(tài)”的內(nèi)在與外在支撐條件，強(qiáng)調(diào)恢復(fù)彈性、空間承載、調(diào)控能力與社會(huì)支持的綜合表現(xiàn)。該軸涵蓋生態(tài)系統(tǒng)自身的自然恢復(fù)潛力（如河道與濕地連通度、流域緩沖帶寬度等）、資源與政策條件（如可用于修復(fù)的土地資源、治理資金投入等）以及管理響應(yīng)（如水資源調(diào)控靈活性、污染源識(shí)別與控制能力等）。通過構(gòu)建“可恢復(fù)性指數(shù)”，識(shí)別不同區(qū)域生態(tài)修復(fù)的可能性與預(yù)期成效。

雙軸交叉構(gòu)成九宮格式分類體系，支撐對(duì)河段實(shí)施分區(qū)治理、分階段推進(jìn)與動(dòng)態(tài)調(diào)整，形成漸進(jìn)式修復(fù)路徑邏輯起點(diǎn)。這一機(jī)制突破了傳統(tǒng)“單軸評(píng)估”模式局限，也為復(fù)雜河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建提供了更為精準(zhǔn)和可操作的理論工具。

同時(shí)，治理模式正在由末端治理向全過程系統(tǒng)調(diào)控轉(zhuǎn)變，逐步構(gòu)建覆蓋污染源頭控制、徑流過程調(diào)節(jié)、生態(tài)系統(tǒng)功能修復(fù)和底泥生態(tài)治理等多層級(jí)的協(xié)同治理體系。在技術(shù)層面，雨源型城市河流生態(tài)修復(fù)正在經(jīng)歷從工程手段向智慧化調(diào)控轉(zhuǎn)型，基于多源數(shù)據(jù)融合的數(shù)值模擬和智能化決策系統(tǒng)顯著提升了治理效能。在生態(tài)修復(fù)理念層面，實(shí)現(xiàn)了從單要素治理向多要素協(xié)同的改變，基于流域整體性、生態(tài)系統(tǒng)連通性和生態(tài)功能協(xié)同性的系統(tǒng)思維，正在重塑雨源型城市河流生態(tài)治理的理論框架與實(shí)踐范式。

3.理論框架體系構(gòu)建

本研究針對(duì)雨源型城市河流治理中的關(guān)鍵科學(xué)問題和技術(shù)瓶頸，構(gòu)建了集理論構(gòu)建、技術(shù)集成、智能支撐、評(píng)估反饋為一體的理論體系，提出“理論-技術(shù)-決策”的綜合治理路徑，突出“流域-岸坡-水體-河底”的系統(tǒng)性治理理念，強(qiáng)調(diào)從技術(shù)適配到成效評(píng)估的全鏈條覆蓋，構(gòu)建支持動(dòng)態(tài)調(diào)控的智慧化平臺(tái)，推動(dòng)治理從經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)向向數(shù)據(jù)模型主導(dǎo)轉(zhuǎn)變。該框架已在我國(guó)南方珠三角等典型區(qū)域得到廣泛驗(yàn)證，有效提升了城市河流治理的科學(xué)性、適應(yīng)性與可持續(xù)性。南方雨源型城市河流生態(tài)修復(fù)理論框架體系見下圖。

▲南方雨源型城市河流生態(tài)修復(fù)理論框架體系

南方雨源型城市河流生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)

受獨(dú)特的水文特性和高強(qiáng)度人類活動(dòng)影響，南方雨源型城市河流面臨著生態(tài)水量不足、水質(zhì)污染和生態(tài)功能退化等多重挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的“末端治理”模式已無法滿足河流健康需求，亟須構(gòu)建一套“流域-岸坡-水體-河底”四位一體的系統(tǒng)性生態(tài)修復(fù)技術(shù)。本研究提出南方雨源型城市河流的立體環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系，集成面向非常規(guī)水源高效利用的生態(tài)補(bǔ)水技術(shù)、城市河流生態(tài)護(hù)岸技術(shù)、濕地景觀嵌合型生態(tài)修復(fù)技術(shù)、底泥評(píng)估與資源化處置技術(shù)以及全過程智慧管控與優(yōu)化決策技術(shù)，推動(dòng)城市河流減污、降碳、擴(kuò)綠協(xié)同增效，提升生物多樣性，助力建設(shè)創(chuàng)新、宜居、美麗、韌性、文明、智慧的現(xiàn)代化人民城市。

1.面向非常規(guī)水源高效利用的生態(tài)補(bǔ)水技術(shù)

雨源型城市河流普遍面臨旱季生態(tài)基流保障困難和雨季水質(zhì)惡化等突出問題。傳統(tǒng)的生態(tài)補(bǔ)水模式主要依賴天然徑流或外調(diào)水源，難以滿足雨源型城市河流生態(tài)修復(fù)的實(shí)際需求。因此，充分利用城市雨洪水、再生水等非常規(guī)水源開展生態(tài)補(bǔ)水，已成為解決雨源型城市河流生態(tài)水量不足問題的重要途徑。面向非常規(guī)水源高效利用的生態(tài)補(bǔ)水，通過構(gòu)建非常規(guī)水聯(lián)合調(diào)度與優(yōu)化配置技術(shù)和面源污染協(xié)同控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多水源的聯(lián)合調(diào)度與優(yōu)化配置，有效解決雨源型城市河流水量不穩(wěn)定和生態(tài)基流保障率低的問題，為生態(tài)修復(fù)提供可靠的水資源保障。

（1）非常規(guī)水聯(lián)合調(diào)度與優(yōu)化配置技術(shù)

非常規(guī)水聯(lián)合調(diào)度與優(yōu)化配置技術(shù)是雨源型城市河流生態(tài)補(bǔ)水的核心，通過統(tǒng)籌利用城市雨洪水、再生水等非常規(guī)水源，將其作為河流生態(tài)補(bǔ)水的重要來源，彌補(bǔ)天然徑流的不足。該技術(shù)首先基于監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)不同水源的水量、水質(zhì)、可利用性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和全面評(píng)估，在此基礎(chǔ)上，基于智能決策系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型，科學(xué)確定河流生態(tài)補(bǔ)水方案。在水源配置方面，建立“取水-調(diào)壓-蓄用-凈化”一體化生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度配置體系：取水模塊通過智能控制的多點(diǎn)、分質(zhì)取水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同水源的精準(zhǔn)獲取；調(diào)壓模塊通過高低壓分區(qū)、串并聯(lián)協(xié)同的智能化方式，保障補(bǔ)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；蓄用模塊通過調(diào)蓄工程設(shè)施，實(shí)現(xiàn)水量的時(shí)空調(diào)節(jié)；凈化模塊通過生態(tài)處理、深度處理等工藝，結(jié)合在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，保障補(bǔ)水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水的精細(xì)化管理和動(dòng)態(tài)優(yōu)化配置。

（2）面源污染協(xié)同控制技術(shù)

面源污染協(xié)同控制技術(shù)是雨源型城市河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系的重要組成部分。城市雨水徑流具有“初期沖刷效應(yīng)”污染特征，即初期雨水污染負(fù)荷一般較高。面源污染協(xié)同控制技術(shù)通過構(gòu)建“時(shí)間-強(qiáng)度-污染負(fù)荷”的徑流分質(zhì)識(shí)別模型，確定初期雨水與后期雨水的分界點(diǎn)。針對(duì)污染負(fù)荷較高的初期雨水，采用“源頭+過程+末端”多級(jí)控制策略，減少入河污染物：源頭借助透水鋪裝、綠色屋頂?shù)鹊陀绊戦_發(fā)設(shè)施，減少徑流產(chǎn)生量和污染物沖刷量；過程通過截流井、截流閘門、溢流堰、植草溝等設(shè)施攔截，實(shí)現(xiàn)對(duì)初期雨水的精準(zhǔn)截流，并利用調(diào)蓄池進(jìn)行暫存和初步沉淀處理；末端處理采用“混凝沉淀+過濾+消毒”的常規(guī)處理工藝或“人工濕地+生態(tài)濾池”等生態(tài)處理工藝，進(jìn)一步提升水質(zhì)。而對(duì)于污染程度較輕的后期雨水，則可直接用于河道生態(tài)補(bǔ)水，實(shí)現(xiàn)資源化利用。

▲基于非常規(guī)水源的雨源型城市河流生態(tài)補(bǔ)水協(xié)同調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

2.城市河流生態(tài)護(hù)岸技術(shù)

雨源型城市河流河岸帶在城市發(fā)展過程中受到劇烈的人為干擾，且干擾程度具有顯著的空間異質(zhì)性，城市建成區(qū)、城市近郊、城市遠(yuǎn)郊等不同河段的干擾強(qiáng)度差異明顯。因此，生態(tài)護(hù)岸技術(shù)應(yīng)根據(jù)城市河流的空間區(qū)位特征和受干擾程度，因地制宜，分類施策。

（1）城市建成區(qū)直立型生態(tài)護(hù)岸技術(shù)

城市建成區(qū)河道兩側(cè)用地緊張，傳統(tǒng)的緩坡式生態(tài)護(hù)岸難以實(shí)施，而傳統(tǒng)的重力式擋墻和漿砌石護(hù)岸雖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但棲息地和水陸物質(zhì)交換等生態(tài)功能嚴(yán)重不足。本研究提出直立型生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，可解決城市建成區(qū)空間受限與護(hù)岸生態(tài)功能不足等問題，顯著提升城市護(hù)岸結(jié)構(gòu)安全性與生態(tài)性。該技術(shù)體系以“灌注樁+生態(tài)植草袋”結(jié)構(gòu)為核心，通過結(jié)構(gòu)生態(tài)化設(shè)計(jì)、植被多樣化配置、水陸生態(tài)系統(tǒng)連通性恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)工程安全與生態(tài)功能的統(tǒng)一。

在結(jié)構(gòu)生態(tài)化設(shè)計(jì)方面，采用雙排灌注樁結(jié)構(gòu)作為護(hù)岸的主體支撐體系，具有占地面積小、適應(yīng)性強(qiáng)、施工便捷等優(yōu)勢(shì)。該結(jié)構(gòu)通過地梁、腰梁、冠梁形成完整的鋼筋混凝土連接體系，既保證了結(jié)構(gòu)安全，又為生態(tài)化改造預(yù)留了充足空間。雙排樁中間設(shè)置截污的排水廊道，可有效收集和處理地表徑流，防止污染物直接入河。

在植被配置方面，針對(duì)垂直空間特征和不同高程的水文條件，構(gòu)建立體植物配置體系：常規(guī)水位以上區(qū)域選用耐旱植物，具有較強(qiáng)的岸坡固土能力；常規(guī)水位附近區(qū)域配置挺水植物，能夠適應(yīng)周期性水位變化并具有較強(qiáng)的水質(zhì)凈化能力；水下區(qū)域種植沉水植物，構(gòu)建水下森林系統(tǒng)。

在水陸生態(tài)系統(tǒng)連通性恢復(fù)方面，護(hù)岸結(jié)構(gòu)中設(shè)置生態(tài)通道，利用植草袋之間的空隙和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，為兩棲動(dòng)物、爬行動(dòng)物等提供水陸之間的遷移通道；在水下，灌注樁結(jié)構(gòu)形成的多樣化生境可為魚類等水生動(dòng)物提供豐富的棲息空間；通過在不同高程配置不同類型的植物形成“沉水植物-挺水植物-陸生植物”連續(xù)梯度，在水陸交界處營(yíng)造生態(tài)過渡帶，實(shí)現(xiàn)水生生態(tài)系統(tǒng)向陸生生態(tài)系統(tǒng)平緩過渡。

（2）近郊河段“復(fù)式斷面+生態(tài)緩沖帶”技術(shù)

城市近郊河段用地相對(duì)寬松，傳統(tǒng)的單斷面割裂了水陸生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致橫向連通性較弱。針對(duì)城市近郊河段兼顧行洪安全、生態(tài)連通性和休閑游憩等多目標(biāo)需求，本研究提出“復(fù)式斷面+生態(tài)緩沖帶”的護(hù)岸技術(shù)。該技術(shù)通過模擬自然河流形態(tài)構(gòu)建“主槽+灘地”的復(fù)式斷面，并結(jié)合生態(tài)緩沖帶有效解決河岸帶功能單一、生態(tài)連通性差等問題。

在復(fù)式斷面構(gòu)建方面，將河道劃分為主河槽和灘地：主河槽作為主要行洪通道，保障防洪安全的同時(shí)可維持河流的基本生態(tài)功能；灘地可根據(jù)地形條件設(shè)計(jì)親水平臺(tái)、濕地公園等，滿足市民的休閑需求。

在生態(tài)緩沖帶構(gòu)建方面，利用灘地和岸坡空間，構(gòu)建由“水生植被帶-濕生植被帶-陸生植被帶”組成的多層次植被群落。通過梯度植被配置，可提升河流水陸之間的生態(tài)連通性，促進(jìn)生物多樣性恢復(fù)。

（3）遠(yuǎn)郊河段“近自然”生態(tài)護(hù)岸技術(shù)

城市遠(yuǎn)郊河段作為城鄉(xiāng)交錯(cuò)的關(guān)鍵區(qū)域，保留了大量的自然基底，人為干擾相對(duì)較弱，但仍然面臨局部開發(fā)帶來的岸坡侵蝕和生態(tài)退化風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的硬質(zhì)護(hù)岸會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)連續(xù)性。針對(duì)遠(yuǎn)郊河段生態(tài)保護(hù)目標(biāo)，本研究提出“近自然”生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，旨在最大程度地維持河流岸帶的天然狀態(tài)，通過最低限度的人工干預(yù)，促進(jìn)岸坡局部穩(wěn)定與整體生態(tài)功能維護(hù)之間的平衡。“近自然”生態(tài)護(hù)岸技術(shù)充分利用河流的自然形態(tài)，避免大規(guī)模開挖和填筑，僅對(duì)局部不穩(wěn)定岸段進(jìn)行生態(tài)化加固。護(hù)岸結(jié)構(gòu)優(yōu)先選用自然材料，不僅能提供必要的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，材料本身的多孔和可降解特性也能為植物生長(zhǎng)提供有利條件。例如，采用木樁結(jié)合拋石的方式穩(wěn)固坡腳，既能抵抗水流沖刷，又能形成多樣的生境。此外，植被群落采用本地的草本、灌木、喬木植物，模擬自然演替過程，配置從傍水的濕生、挺水植物到坡上的灌木和喬木的連續(xù)植被帶?！敖匀弧鄙鷳B(tài)護(hù)岸技術(shù)不僅能有效防止岸坡侵蝕，還能重建水陸生態(tài)連通性，為區(qū)域內(nèi)的生物多樣性保護(hù)提供關(guān)鍵支持。

3.濕地景觀嵌合型生態(tài)修復(fù)技術(shù)

傳統(tǒng)濕地修復(fù)技術(shù)難以適應(yīng)雨源型城市河流劇烈的水文和水環(huán)境波動(dòng)，在雨季高污染負(fù)荷沖擊下，其凈化效率顯著降低，而在旱季低流量條件下，也極易發(fā)生生態(tài)功能退化。此外，城市河流還承載著重要的景觀和社會(huì)服務(wù)功能，構(gòu)建的濕地需要在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)和景觀營(yíng)造等多重目標(biāo)。與此同時(shí)，該類濕地修復(fù)還面臨諸多挑戰(zhàn)，包括生境條件不穩(wěn)定、生物群落結(jié)構(gòu)單一、生態(tài)系統(tǒng)脆弱等生態(tài)問題。因此，針對(duì)雨源型城市河流徑流系數(shù)高、水環(huán)境容量低的問題，迫切需要構(gòu)建適應(yīng)其特征的濕地修復(fù)技術(shù)體系，以應(yīng)對(duì)劇烈水文變化、污染負(fù)荷波動(dòng)、生態(tài)功能退化與景觀需求多樣等復(fù)雜局面。

針對(duì)雨源型城市河流濕地修復(fù)的復(fù)雜需求，本研究提出濕地景觀嵌合型生態(tài)修復(fù)技術(shù)，將傳統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立的水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)、景觀營(yíng)造等功能有機(jī)嵌合，在同一空間實(shí)現(xiàn)多功能的協(xié)同發(fā)揮。在技術(shù)路徑上，構(gòu)建“沉砂池+接觸氧化+高效沉淀+垂直潛流濕地+表流濕地”的復(fù)合流程，形成從預(yù)處理到深度凈化、從生態(tài)修復(fù)到景觀營(yíng)造的完整技術(shù)鏈條。在設(shè)計(jì)理念上，提出“濕地+景觀廊道+親水平臺(tái)”的空間布局模式，實(shí)現(xiàn)生態(tài)功能與景觀功能的深度融合。在調(diào)控機(jī)制上，建立多級(jí)緩沖、自適應(yīng)調(diào)節(jié)、智能監(jiān)控的系統(tǒng)調(diào)控體系，有效應(yīng)對(duì)雨源型城市河流水文條件復(fù)雜多變的挑戰(zhàn)。

濕地景觀嵌合型生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要包括水質(zhì)凈化、生境多樣性構(gòu)建、景觀功能和系統(tǒng)調(diào)控四個(gè)核心組成部分，通過多層次、多維度的技術(shù)耦合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的最大化。在水質(zhì)凈化方面，構(gòu)建“多級(jí)處理+深度凈化”的技術(shù)體系，通過沉砂池、接觸氧化池、高效沉淀池形成多級(jí)預(yù)處理體系，通過垂直潛流濕地實(shí)現(xiàn)深度凈化；在生境多樣性構(gòu)建方面，建立“立體分層+多樣配置+棲息營(yíng)造+連通恢復(fù)”的技術(shù)體系，通過水深梯度構(gòu)建立體分層生境，通過植物配置提升生物多樣性，通過生態(tài)島、人工魚巢等營(yíng)造動(dòng)物棲息地，通過生態(tài)廊道恢復(fù)生態(tài)連通性（見下圖）；在景觀功能方面，表流濕地采用景觀嵌合設(shè)計(jì)，植物配置實(shí)現(xiàn)四季有景，親水設(shè)施滿足休閑需求，文化元素提升內(nèi)涵品質(zhì)；在系統(tǒng)調(diào)控方面，建立“智能監(jiān)測(cè)+適應(yīng)調(diào)控+優(yōu)化管理”的技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)精準(zhǔn)調(diào)控和高效運(yùn)行。

▲深圳市茅洲河定崗湖濕地的生境多樣性構(gòu)建

4.底泥評(píng)估與資源化處置技術(shù)

雨源型城市河流底泥中污染物的沉積、釋放與遷移轉(zhuǎn)化過程呈現(xiàn)明顯的時(shí)空分異特征，雨季時(shí)大量面源污染隨徑流沖刷進(jìn)入河流并沉積，而旱季低水位條件下沉積物易向水體釋放污染物。因此，傳統(tǒng)靜態(tài)評(píng)估方法難以準(zhǔn)確反映其真實(shí)污染狀況。此外，雨源型城市河流沉積物含重金屬、有機(jī)污染物和抗生素等多種污染物，各污染物間存在復(fù)雜的相互作用和協(xié)同效應(yīng)，針對(duì)單一污染物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估無法全面反映復(fù)合污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。城市河流底泥還承載著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、微生物和底棲動(dòng)物生境等重要的生態(tài)功能，底泥治理不僅要削減污染，還要兼顧其生態(tài)功能的保護(hù)與恢復(fù)。傳統(tǒng)的底泥治理技術(shù)未能充分考慮雨源型河流底泥污染的動(dòng)態(tài)性和系統(tǒng)性，難以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的生態(tài)修復(fù)效果。因此，雨源型城市河流底泥治理需建立動(dòng)態(tài)評(píng)估體系、分類處置策略和漸進(jìn)式修復(fù)模式，統(tǒng)籌考慮污染控制與生態(tài)保護(hù)的雙重目標(biāo)。

針對(duì)雨源型城市河流底泥的復(fù)雜特征，本研究提出構(gòu)建精準(zhǔn)化底泥評(píng)估技術(shù)體系，建立“物理-化學(xué)-生物-生態(tài)”四維評(píng)估框架。在物理特性評(píng)估方面，通過粒度分析、含水率檢測(cè)等手段，全面掌握底泥的基本物理性質(zhì)，為后續(xù)處置工藝選擇提供依據(jù)；在化學(xué)成分評(píng)估方面，建立重金屬、有機(jī)污染物、營(yíng)養(yǎng)鹽的綜合檢測(cè)體系；在生物毒性評(píng)估方面，采用多種生物指示物進(jìn)行毒性試驗(yàn)，包括發(fā)光細(xì)菌急性毒性試驗(yàn)、底棲動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)等，建立底泥生物毒性的綜合評(píng)價(jià)體系；在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，基于污染物濃度、生物有效性、暴露途徑等因素，建立底泥生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)劃分為低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)三個(gè)等級(jí)。通過四維評(píng)估的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨源型城市河流底泥污染狀況和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的精準(zhǔn)識(shí)別，為分類處置和漸進(jìn)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

基于精準(zhǔn)評(píng)估結(jié)果，本研究提出漸進(jìn)式底泥修復(fù)與資源化處置技術(shù)，建立“分類處置+漸進(jìn)修復(fù)+資源利用”技術(shù)路徑。在分類處置方面，根據(jù)評(píng)估結(jié)果將底泥劃分為輕度污染、中度污染、重度污染三個(gè)等級(jí)，分別采用原位物理化學(xué)修復(fù)、原位生物修復(fù)、異位處理與資源化利用等三種策略。輕度污染底泥可通過覆蓋、隔離等措施控制污染物擴(kuò)散，結(jié)合生物炭、磷酸鹽等鈍化劑，降低污染物生物有效性；中度污染底泥采用生物修復(fù)方式，通過植物修復(fù)、微生物修復(fù)等技術(shù)促進(jìn)污染物降解，并通過生境營(yíng)造、群落構(gòu)建等措施恢復(fù)生態(tài)功能；重度污染底泥采用異位物化處理技術(shù)，例如“微磁絮凝+超磁分離+尾水回收”一體化處理工藝，處理后的底泥可制備生態(tài)土壤、園林基質(zhì)、透水磚等建筑材料，實(shí)現(xiàn)從廢物處置向資源利用轉(zhuǎn)變，為雨源型城市河流底泥的可持續(xù)治理提供系統(tǒng)性的技術(shù)解決方案。

5.全過程智慧管控與優(yōu)化決策技術(shù)

傳統(tǒng)河流生態(tài)修復(fù)工程普遍面臨監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)碎片化、模型模擬精度有限、調(diào)控過程過度依賴經(jīng)驗(yàn)判斷等技術(shù)瓶頸，導(dǎo)致治理策略難以動(dòng)態(tài)優(yōu)化，制約了精準(zhǔn)決策的實(shí)現(xiàn)。尤其在雨源型城市河流中，水文條件波動(dòng)劇烈且污染負(fù)荷時(shí)空異質(zhì)性顯著，導(dǎo)致靜態(tài)的修復(fù)與管控技術(shù)設(shè)計(jì)難以適應(yīng)復(fù)雜多變的生態(tài)系統(tǒng)需求?，F(xiàn)有技術(shù)體系在數(shù)據(jù)處理、模型耦合與決策優(yōu)化等環(huán)節(jié)存在割裂，造成生態(tài)修復(fù)工程普遍存在效率偏低、能耗偏高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性不足等問題。因此，構(gòu)建貫穿生態(tài)修復(fù)全過程的智慧管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)感知到智能決策的閉環(huán)管理，成為提升河流生態(tài)修復(fù)效能的關(guān)鍵突破口。

本研究提出“物理-數(shù)據(jù)”雙驅(qū)動(dòng)的數(shù)字孿生生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，通過多源感知網(wǎng)絡(luò)、智能模擬引擎和優(yōu)化決策模塊的有機(jī)融合，建立覆蓋“污染識(shí)別-模型構(gòu)建-方案優(yōu)化-效果評(píng)估”的全鏈條智慧管控技術(shù)體系。在數(shù)據(jù)感知層面，集成衛(wèi)星遙感、無人機(jī)航測(cè)、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)等多維技術(shù)，構(gòu)建“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)、水量、生態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集；在模型構(gòu)建層面，耦合水文水動(dòng)力模型與機(jī)器學(xué)習(xí)算法，突破傳統(tǒng)模型參數(shù)固化、響應(yīng)滯后的局限，開發(fā)具有自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)；在決策層面，融合多目標(biāo)優(yōu)化算法與不確定性分析方法，建立考慮污染削減、生態(tài)補(bǔ)水與能效優(yōu)化的協(xié)同決策模型。該系統(tǒng)通過“感知—模擬—決策—反饋”的閉環(huán)管控機(jī)制，實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)修復(fù)從經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)向數(shù)據(jù)智能驅(qū)動(dòng)的根本轉(zhuǎn)變。

南方雨源型城市河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

粵港澳大灣區(qū)、西江流域、海南島等地區(qū)的大部分城市河流都屬于雨源型河流，早期環(huán)境治理方法多采用傳統(tǒng)截污納管方式，然而傳統(tǒng)治理模式難以應(yīng)對(duì)高密度城市化背景下的復(fù)合型水生態(tài)環(huán)境問題。本研究選取廣東省深圳市茅洲河流域作為典型案例，旨在系統(tǒng)闡述生態(tài)修復(fù)理論與技術(shù)在雨源型城市河流中的綜合應(yīng)用。

茅洲河是深圳市第一大河，流域面積388km2，具有典型的雨源型城市河流特征：雨季短時(shí)強(qiáng)降雨頻繁，非雨季水動(dòng)力不足，降雨補(bǔ)給比高達(dá)90%，枯水期（10月—次年3月）平均流量不足年均流量的4%。受其特殊水文特征影響，茅洲河長(zhǎng)期面臨雨季面源污染急劇增加與旱季水體自凈能力下降的雙重壓力，曾被生態(tài)環(huán)境部與住房城鄉(xiāng)建設(shè)部列為掛牌督辦的黑臭水體。針對(duì)茅洲河的典型問題，本研究基于“生態(tài)退化強(qiáng)度-生態(tài)恢復(fù)能力”雙軸識(shí)別框架，構(gòu)建了集污染控制、生態(tài)補(bǔ)水與水質(zhì)保障于一體，多目標(biāo)協(xié)同的漸進(jìn)式生態(tài)修復(fù)理論與技術(shù)方案。該方案通過整合水文調(diào)控、生態(tài)修復(fù)和智慧管理等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了“流域-岸坡-水體-河底”四位一體的立體化生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系，形成完整的雨源型城市河流綜合治理體系。

①流域尺度。通過因地制宜提出雨洪水與再生水等非常規(guī)水源利用模式，采用“晴雨”差異化調(diào)度方案，有效緩解了水資源時(shí)空分布不均狀況；研發(fā)面源污染協(xié)同控制技術(shù)，采用“源頭+過程+末端”多級(jí)控制策略，減少入河污染物；研發(fā)全流域生態(tài)補(bǔ)水技術(shù)，通過雨水與非常規(guī)水聯(lián)合調(diào)度與優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)日均生態(tài)補(bǔ)水規(guī)模150萬m3，旱季生態(tài)基流保障率提升80%，有效改善了旱季生態(tài)基流不足與雨季面源污染問題。

②岸坡尺度。通過研發(fā)復(fù)合式生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，采用結(jié)構(gòu)生態(tài)化設(shè)計(jì)、植被配置多樣化、水陸生態(tài)系統(tǒng)連通性恢復(fù)三個(gè)方面的系統(tǒng)集成，使總磷削減率達(dá)48%；實(shí)施岸坡面源阻控與生態(tài)緩沖帶建設(shè)，增強(qiáng)了對(duì)徑流污染的攔截與凈化能力。

③水體尺度。針對(duì)水體污染治理需求，構(gòu)建了濕地景觀嵌合型生態(tài)修復(fù)技術(shù)，其中對(duì)關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)工程燕羅濕地（面積6.5hm2）采用“強(qiáng)化預(yù)處理-多級(jí)濕地凈化-生態(tài)補(bǔ)水”的集成工藝，使出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅳ類水，最大日處理規(guī)模1.8萬t，總氮去除率52%，顯著提升了河道水質(zhì)凈化能力。

④河底尺度。針對(duì)底泥污染嚴(yán)重、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)突出等問題，研發(fā)了集污染評(píng)估與資源化處置于一體的關(guān)鍵技術(shù)體系，基于漸進(jìn)式生態(tài)修復(fù)理念，建立了“分類處置+漸進(jìn)修復(fù)+資源利用”的技術(shù)路徑，創(chuàng)新底泥治理技術(shù)，使脫水效率提升50%，有效抑制了內(nèi)源污染釋放。

在全過程智慧調(diào)控尺度上，構(gòu)建了全流域水文、水動(dòng)力、水環(huán)境耦合河流治理決策支持系統(tǒng)，研發(fā)了河道再生水動(dòng)態(tài)補(bǔ)水精準(zhǔn)調(diào)配技術(shù)，建立水動(dòng)力-水環(huán)境耦合模型，提出基于旱雨季、雨情與潮汐動(dòng)態(tài)的智能化補(bǔ)水機(jī)制，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水通道優(yōu)化與高低壓分區(qū)并聯(lián)配水，單位補(bǔ)水能耗降低23%～31%；通過融合污染識(shí)別、水動(dòng)力調(diào)控與模型優(yōu)化的智慧管理系統(tǒng)，削減入河污染物負(fù)荷66.9%。

實(shí)踐結(jié)果顯示，茅洲河流域治理后整體水質(zhì)指標(biāo)提升80%以上，魚類從幾近絕跡恢復(fù)至26種，治理工程不僅顯著改善了茅洲河流域水環(huán)境質(zhì)量，還實(shí)現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)與社會(huì)服務(wù)功能的協(xié)同增強(qiáng)，為我國(guó)南方雨源型城市河流的生態(tài)修復(fù)提供了可復(fù)制、可推廣的技術(shù)路徑和實(shí)施范式，對(duì)同類氣候背景和高度城市化區(qū)域的河流治理具有重要的示范價(jià)值，也為全球城市河流的綜合治理提供了中國(guó)方案。

結(jié)論與展望

圍繞我國(guó)南方城市河流生態(tài)修復(fù)問題，系統(tǒng)構(gòu)建了雨源型城市河流生態(tài)修復(fù)理論與技術(shù)體系。以“生態(tài)退化強(qiáng)度-生態(tài)恢復(fù)能力”雙軸識(shí)別為基礎(chǔ)，診斷生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)，提出了針對(duì)性的漸進(jìn)式修復(fù)路徑。在技術(shù)層面構(gòu)建了“流域-岸坡-水體-河底”四位一體的立體修復(fù)技術(shù)體系，并結(jié)合數(shù)字孿生與多模型耦合平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了全過程智慧化調(diào)控與動(dòng)態(tài)優(yōu)化。關(guān)鍵技術(shù)已在多個(gè)典型流域治理工程中示范應(yīng)用，包括粵港澳大灣區(qū)核心水系（如深圳茅洲河）及長(zhǎng)江重要支流（如贛江）等，顯著提升了流域生態(tài)功能恢復(fù)效率和水質(zhì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，取得了良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)綜合效益。

隨著國(guó)家“現(xiàn)代化人民城市”建設(shè)戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，雨源型城市河流作為城市生態(tài)系統(tǒng)中高度敏感且易受擾動(dòng)的單元，面臨極端天氣事件頻發(fā)、水源依賴性強(qiáng)、污染負(fù)荷加劇等多重挑戰(zhàn)，生態(tài)修復(fù)亟須在理論構(gòu)建、技術(shù)集成與系統(tǒng)調(diào)控等方面持續(xù)深化。未來研究應(yīng)圍繞理論體系的完善與創(chuàng)新、技術(shù)方法的迭代升級(jí)，以及智能技術(shù)的深度融合與應(yīng)用三個(gè)維度開展。

1.構(gòu)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)韌性驅(qū)動(dòng)的漸進(jìn)式生態(tài)修復(fù)新范式

未來研究應(yīng)推動(dòng)河流生態(tài)從靜態(tài)結(jié)構(gòu)修復(fù)到動(dòng)態(tài)系統(tǒng)調(diào)控的范式轉(zhuǎn)變，重點(diǎn)構(gòu)建以生態(tài)韌性提升和多功能協(xié)同優(yōu)化為核心的適應(yīng)性修復(fù)體系。需深入解析“降雨驅(qū)動(dòng)-水文過程-生態(tài)響應(yīng)”的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，量化關(guān)鍵生態(tài)過程的非線性特征與閾值效應(yīng)，建立區(qū)域尺度的擾動(dòng)-響應(yīng)耦合模型；研發(fā)基于氣候區(qū)劃和流域特征的差異化修復(fù)策略，通過構(gòu)建典型氣候帶以及不同土地利用類型的分類修復(fù)技術(shù)庫，提升理論方法的空間適配性和工程可移植性。該方向的突破將有力推動(dòng)河流生態(tài)修復(fù)從“均質(zhì)化”工程模式向“精準(zhǔn)化、系統(tǒng)化”調(diào)控范式跨越發(fā)展。

2.構(gòu)建城景協(xié)同的嵌合式生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系

應(yīng)在技術(shù)維度進(jìn)一步打破工程碎片化治理格局，開發(fā)適用于城市建成區(qū)、空間受限區(qū)域的“嵌合式”修復(fù)模塊，如“直立護(hù)岸+濕地旁路+智能補(bǔ)水”等組合技術(shù)單元。應(yīng)強(qiáng)化綠色基礎(chǔ)設(shè)施與水動(dòng)力調(diào)控系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)，推動(dòng)生態(tài)修復(fù)與城市功能協(xié)同融合，形成基于場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)的“精準(zhǔn)修復(fù)-智能配置”技術(shù)體系，提升生態(tài)工程的調(diào)控效率與景觀友好性。

3.構(gòu)建基于數(shù)字孿生的雨源型城市河流智慧管控系統(tǒng)

以多源數(shù)據(jù)感知、模型集成與自適應(yīng)調(diào)控為核心的智慧管控體系將成為雨源型城市河流生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵方向。未來可進(jìn)一步融合遙感、物聯(lián)網(wǎng)、大模型等技術(shù)，構(gòu)建“感知-模擬-決策-反饋”閉環(huán)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染溯源、資源配置、生態(tài)績(jī)效的全過程數(shù)字孿生支撐。特別應(yīng)發(fā)展具有自學(xué)習(xí)能力與自優(yōu)化機(jī)制的智能控制算法，支持在極端天氣、多目標(biāo)沖突場(chǎng)景下的快速響應(yīng)與智能調(diào)度，推進(jìn)城市水生態(tài)治理向自適應(yīng)智能系統(tǒng)邁進(jìn)。

致謝：本研究得到了水利部黃河下游灘區(qū)生態(tài)水文演變野外科學(xué)觀測(cè)研究站的支持。

Abstract: Systematically promoting the ecological restoration of urban rivers and the collaborative management of watersheds is a key path to achieving the goals of high-quality water resources development and building a beautiful China. In southern China, rain-fed urban rivers generally face compound environmental problems such as insufficient ecological flows, water pollution, and degradation of ecological functions, which have become a prominent shortcoming restricting regional high-quality development. To address this complex challenge, a theoretical and technical system for ecological restoration of rain-fed urban rivers in southern China has been constructed. Theoretically, it breaks through the static concept of “restoring to the undegraded state” prevailing internationally and establishes a dynamic and progressive restoration framework based on the dual-axis identification of “degradation severity - restoration capacity”. Technically, it develops an integrated ecological restoration technology system covering “river basin - riparian zone - water body - river bed”, and further innovates a full-process intelligent restoration system that combines pollution identification, water resources modeling, and regulation optimization, forming a comprehensive governance solution with coordinated objectives of pollution control, water quality assurance, and ecological water replenishment. This achievement has been successfully applied in the management of typical rivers in southern China such as the Maozhou River, producing significant ecological restoration effects.

Keywordsrain-fed urban rivers; progressive ecological restoration; intelligent regulation; watershed collaborative management; ecological revetment; water resource; water quality; unconventional water resources

本文引用格式：

劉俊國(guó)，田展，周子俊，南方雨源型城市河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)與應(yīng)用[J].中國(guó)水利，2025（18）：29-38+50.

封面攝影陳舉宗

責(zé)編王慧

校對(duì)｜劉磊寧

審核楊軼

監(jiān)制李坤

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