城市河流综合治理专题报告

一 基本概念

1.1河流

1.1.1自然河流
定义：自然河流是指常年或季节性有水流动的天然线形河道。
特征：
√河岸线蜿蜒，河面宽窄变化不定；
√河床起伏不定，即“浅滩——深潭结构”。在浅滩区域，水流速度较快，
带走轻质的泥狭被水流，留下松散石块空隙成为了小型水生动植物栖息的空间；而深潭由于水深且流速慢，成为了大型鱼类的栖息场所；
√良好的自净能力。河水流速不断变化，河床中沉淀的营养素被重新翻动，水体含氧量増加，微生物分解和消化能为大大增强。

1.1.2城市河流
定义：指发源于城区或流经城市区域的河流或河流段，也包括历史上虽属人工开挖，但经多年演化已具有自然河流特点的运河和渠系。
组成要素：河流通常由水体、湿地、河滩地、河堤、河岸等组成，是立体化的生态体系。河流生态区包括各类湿地、河滩地、滨河原生绿地、自然河岸等具有特殊生态功能的地区，它们是河流生态系统得以健康的关键。

图1河流的组成

1.1.3健康河流
定义：河流健康是指河流既能保持河流生态系统完整性，又能维持其对人类社会提供的各种服务功能。
作用：河流与其间的生物多样性共存共生，构成了一种互相藕合的有机生命系统。健康的河流，可以涵养水土，保护植被、调节气候、净化环境、美化景观，保证系统中的各种生物链条正常运转，实现生态系统的良性循环。
评价方法：根据评价内容分为：物理—化学评价、栖息地评价、水文评价、生物评价。根据评价原理分为预测模型方法、多指标方法。

1.2河流生态修复

1.2.1定义
河流生态系统是一个复杂、开放、动态、非平衡和非线性的系统，认识河流本质特征的核心便是认识河流生态系统的组成结构与功能，修复受损河流生态系统的核心便是进行河流生态修复。
河流生态修复是指以在河流接近自然化的基础上满足人类生产生活要求为目标，通过人工手段改变河流的受损状态，并监测和评价效果的过程。
√河流生态修复的评价和监测内容：修复目标、修复理念和修复影响。

1.2.2目标
一般河流生态修复的目标主要包括河岸带稳定，水质改善，栖息地增加，生物多样性的增加，渔业发达及美学和娱乐，以期河流能够更加自然化。
修复目标可分为2类：河流污染治理目标和生态修复目标，我国河流生态修复以改善受污染河流的水质为目标，尚不能完全实现生态修复的目标，这为我国河流恢复今后的发展指明了方向。在制定恢复目标时，不能单纯只考虑河流本身的状况，还需要根据其所处地域的生态信息进行分类，并根据其种类来制定目标。

1.2.3理念
1938年德国Seifert首先提出近自然河溪治理的概念。20世纪70年代末瑞士Zurich州河川保护局建设部提出了“多自然型河道生态修复技术”，即拆除已建的混凝土护岸，改修成柳树和自然石护岸给鱼类等提供生存空间，把直线形河道改修为具有深潭和浅滩的蛇形弯曲的自然河道，让河流保持自然状态。

1.2.4发展趋势
从人类与河流关系的发展史来看，河流经历了“开发利用——水质恢复一一可持续利用”几个时期。到如今，人们把景观学和生态学原理与城市河流治理联系起来，城市河流生态景观治理时期已经到来。
以“近自然”理念来指引城市河流生态景观治理，是未来城市河流生态景观发展的总趋势。具体到设计过程的着手点可概归为以下几点：
√尽最大可能地恢复和构建河流生态系统
√河流平面与断面设计向自然河流形式转变
√流域内功能多样化
√采用先进工程技术及生态材料
√与周边环境相融合
√引入历史文化背景

二 现状分析
随着全球范围的水生态系统正以惊人的速度遭到严重的改变和破坏，各国河流生态修复技术的研究不断发展起来。欧美、澳洲、日本等发达地区，较小河流的生态修复研究实践较多，修复技术已比较成熟；较大河流生态系统的修复工作也已有不少实例，如泰晤士河、密西西比河、莱茵河、多瑙河等。随着修复实践的开展，河流修复已经从单纯的结构性修复发展到整个系统整体的结构、功能与
动力学过程的综合修复。

2.1我国河流治理现状
前要打好污染防治攻坚战，生态环境部将污染防治攻坚战细分为“蓝天保卫战、
在我国绝大多数城市，河流的水质、生态环境都很差。在城市河道生态和景观用水保障技术研究及水质改善工程技术应用方面的研究较少。近年来，北京、上海、天津、西安等少数大都市已着手对城市河流水环境进行大规模整治，但很大程度上仍然沿用传统的规划治理观念和技术方法，经治理过的河流明显地表现为工程治河思想的产物，对河流景观和生态缺乏充分的考虑，治理效果与现代城市的舒适性要求仍存在较大的差距。总体上仍然呈现出自然环境质量不断下降的趋势。我国在今后相当长的一个时期内，河流水污染将是一个长期存在的问题，局部水污染甚至还将进一步恶化。因此，水环境的修复成为我国环境保护的重要
内容。

2.1.1我国河流治理存在的问题

√河流系统面积减少：河流空间被道路、市街、商业区、住宅区挤占，自然河叉、溪沟被填埋、暗渠化，河流河流规划面积难以保证；
√环境污染严重：城市垃圾管理不善，沿河堆积；下水道建设滞后，污水直排；河流水质恶化、水域功能退化甚至消失；
√河流生态系统退化、自净能力丧失：河道人工化、物理化，水域栖息生物减少或消失河滨生物栖息地网络被分割、孤立，河岸自然生物群落消失绿地人工化，生物多样性受损；
√自然地貌改变，水文特征恶化：河岸自然地形被平整化，河流岸线直线化，景观多样性消失；枯水流量减少；地下水交换受阻，洪水威胁增大；
√河流功能简单化甚至完全丧失：河流系统演化为单调的泻洪道和排污沟，原有经济、生态、社会、文化功能能消失。

2.2四川省和成都市河流治理现状
为贯彻落实《国务院关于印发水污染防治行动计划的通知》（国发〔2015〕
17号）【参考文献1】，四川省人民政府关于印发《〈水污染防治行动计划〉四川省工作方案》(四川版水十条)。
主要目标：到2020年，全省水环境质量得到阶段性改善。地表水中水质较好水体稳中向好，污染严重水体大幅度减少，一般水体稳步改善；饮用水安全保障水平持续提升；地下水环境质量保持稳定；岷江、沱江流域的成都、眉山、乐山、宜宾、德阳、资阳、内江、自贡、泸州等市，以及嘉陵江流域的绵阳、遂宁、南充、广安、达州等市重点控制区域水环境状况不断好转。到2030年，力争全省水环境质量总体改善，水生态系统功能初步恢复。到本世纪中叶，生态环境质量全面改善，生态系统实现良性循环。
治理成果：目前，全省流域水质持续改善，2018年1-4月，全省87个国考断面中，地表水水质优良断面（达到或优于III类）72个，占比82.8%，较去年同期提高2.3个百分点，超过国家年度考核目标3.5个百分点。全省城市黑臭水体共99条，涉及14个地市，总长度357公里，总面积29平方公里。
截至2018年一季度，已整治竣工74个。

三 行业分析

3.1政策红利：

√根据《重点流域水污染防治规划（2011—2015年）四川省实施方案》【参考
文献2】，各市州各类型项目数量及估算投资金额如下表统计。

√根据《成都市生态文明建设 2025 规划》【参考文献 3】，全市生态环境治理工程中， 水、大气、土壤环境治理工程包含 47 个项目，计划总投资 1081.59 亿元。

3.2 我国黑臭水体治理发展现状及市场发展空间预测

3.2.1 黑臭水体治理发展现状分析

黑臭水体治理任务时限紧， 2018 年将全面爆发。 党的十九大提出 2020 年以前要打好污染防治攻坚战，生态环境部将污染防治攻坚战细分为“蓝天保卫战、柴油货车污染治理、城市黑臭水体治理、渤海综合治理、长江保护修复、水源地
保护、农业农村污染治理”共七大战役，黑臭水体在七大战役中排第三位，是国家治水的突破口和奠基石。2018 年 5 月 7 日， 生态环境部联合住建部启动黑臭水体专项治理行动，只
有满足 4 项考评标准黑臭水体才能“摘帽”。 4 项标准分别是：群众满意、感官上“不黑不臭”、水质监测的四项指标符合标准、建立沿河垃圾收集转运处置体系。

表 2 城市水体水质监测标准

截至 2018 年 5 月 19 日，省级城市黑臭水体治理完成率达到 98.53%，完成黑臭水体治理 604 个，成功实现黑臭水体 2017 年考核目标，增强市场对 2020年黑臭水体治理目标完成的信心。

3.2.2 黑臭水体治理市场发展空间预测

投入资金上千亿，市场空间可期。 截至 2018 年 5 月中旬，全国一共认定黑臭水体 2100 个，总流域面积 1463 平方公里；正在制定治理方案的水体 91 个，共计 14 平方公里；治理中的水体 264 个，共计 170 平方公里；已完成治理 1745个，共1279 平方公里。官方口径下，年内 87%流域面积的黑臭水体已经治理完毕。全国黑臭水体治理完成进度 83%，“治理+运营”双轮驱动。 截至 2018 年 5月 19 日，全国地级以上城市建成区黑臭水体总长度 7938.89 公里，数量合计 2100个，完成进度达 83.10%；按各省完成进度分别估算未完成治理长度，则黑臭水体治理未完成长度为 1350.48 公里，其中湖北为 531 公里、广东为 118 公里、 四川为 58 公里。全国黑臭水体治理按“水十条”规划进度有序开展，运营项目规模逐步提高，“治理+运营”双轮驱动未来行业增长。

3.2.2.1 黑臭水体治理市场空间及运营市场空间分析预测

目前全国地级以上城市建成区未完成长度估算为 1350.48 公里。 根据测算，预计黑臭水体治理市场空间约 910 亿元，年运营市场空间约 640 亿元。随着运营市场逐步打开，行业即将进入“治理+运营”双轮驱动、 市场集中度提升阶段。

3.2.2.2 黑臭水体治投资规模预计

水质提升任务重，投入金额超 5000 亿。 黑臭水体治理仅仅是流域治理的一个分支，流域治理的整体市场远大于黑臭水体。根据《重点流域水污染防治规划（2016-2020）》 [参考文献 4]，到 2020 年长江等 7 大重点流域水质优良率（Ⅰ～Ⅲ类）要达到 70%以上，劣 V 类比例控制在 5%以下。《规划》显示，“十三五”期间预计流域治理总投资 7000 亿，按照“十二五”72.8%的项目完成度来估算， 实际投入资金也将达到约 5100 亿。

图 4 “十三五”重点流域水环境综合治理项目投资预算（单位：亿）

3.3 业务分析

近年来，流域治理与水环境综合整治有机结合， 在“水十条”和“七大污染防治攻坚战”的倡导之下， 流域治理行业借助 PPP 模式快速发展，东方园林、铁汉生态、 蒙草生态、 岭南股份、棕榈生态等园林公司纷纷进入。 其中， 东方园林中标的城市河流综合治理项目数量最多， 2017 年以来，东方园林中标项目涉及城市河流综合治理的重大项目达到 10 个，中标金额合计 154.56 亿元，成为河流综合治理行业订单规模最大园林公司， 依托 PPP 模式， 具体运作模式多为 BOT（建设-运营-移交），项目合作期都在 15 年以上（包括建设期和运营维护期）。铁汉生态、 蒙草生态、 岭南股份、棕榈生态等园林公司在河流综合治理建设方面均取得一定规模订单，多家园林公司对流域生态修复和综合治理业务积极布局。

主要园林公司取得的河流综合治理的订单情况（万元）

四 城市河流综合治理策略

4.1 我国城市河流综合规划治理和生态建设应采取的方法

4.1.1 景观生态学方法

从景观生态学的角度来看，城市河流景观是城市景观中重要的一种自然地理要素，是重要的生态廊道之一。但是，城市化进程使城市河流成为人类活动与自然过程共同作用最为强烈的地带之一，堤防、护岸、沿河的建筑、桥梁等人工景观建筑物强烈改变了城市河流的自然景观，产生了许多影响。景观生态学为城市河流提供了一个综合研究场所，可以解决河流景观复杂的科学和社会问题，为实施城市河流的综合治理与生态建设及管理提供了科学方法的支持。

4.1.2 景观规划设计三元论的方法

同济大学刘滨谊教授提出的景观规划设计三元论，如现代景观规划设计的三元素：（1）景观环境形象；（2）环境生态绿化；（3）大众行为心理。 对于不同的具体景观规划设计，三元素所占的比例以及侧重不同。“三元论”明确地告诉我们城市河流综合治理与生态建设的内容包括那些方面，也指导了我们从哪几方面考虑城市河流综合治理与生态建设

4.1.3 近自然河流生态工程治理的方法

近自然河流生态工程治理是根据景观生态学原理，结合具体流域地质、地貌、水文、植被及区域社会经济条件，按照自然流域的发生和发展规律实施的一种多功能的工程措施。
特征： 兼备工程措施和生物措施的优点，即具有防护河流灾害、保护和合理
利用河流自然资源的特点，具有提高景观多样性、维护人类与自然环境和谐性的特征。
目标： 在满足河道行洪的功能下，使城市河流退化的生态系统恢复到河流退化生态系统的原始状态或与原始状态有差异但具有一定结构和生态功能的状态。同时美化河流空间，塑造丰富的河流景观，为城市居民提供享受充分自然情趣的公共空间。
Tips： 详见参考文献【5】“近自然”理念的指导作用

4.2 河流生态修复技术
18 世纪后， 人类在河流地区建设的生态实践经历了： 人工景观需求——自然景观需求——自然生态需求的过程， 建设手段也从只管感受向技术理性转变，这一过程实际上是与生态思想在城市建设领域的逐渐推广和深入进程相一致的。
我国近几年在城市河流水处理方面也开始采用生态工程技术治理水环境， 比较典型的是成都府南河畔的人工湿地系统——活水公园和重庆桃花溪。河流水环境是指以河道水域为中心、包含河道周边环境的一个特定区域。此区域由河水环境、河岸环境以及河岸带周边环境三部分组成。通常由水体、湿地、河滩地、河堤、河岸等组成， 是立体化的生态体系。河流生态修复措施根据河流水环境的三个组成部分，分别对应了三种修复方法， 河水环境改善主要采用生态浮床与生物接触氧化组合技术， 河岸环境修复采用多自然河流治理， 河岸带周边环境治理采用沿岸植被重建和恢复。

4.2.1 多自然型河流法

定义：“多自然型河流治理法”即“多种生物可以生存、繁殖的治理法”， 它以生态学原理为指导，以“保护、创造生物良好的生存环境与自然景观”为建设前提， 对城市河流进行以自然演化为特征的自主修复。特征： 不再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。 在河流的生态修复中，应尽量减少工程对当地动植物的影响， 使河流适应自然的营造力，尽量不靠人力而靠自然的规律来维持。比如利用河流缓冲带、滨水植物、水边湿地和沼泽地森林或池塘，培育滨水和湿地生态群落，可以有效的减少侵蚀泥沙进入河道，削减进入河流的营养物，达到较好的改善水环境的效果。又比如运用人工湿地或土地处理技术，利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重共同作用和环境的自我调控能，来实现对污水的净化等。

4.2.1.1 河道治理
河道治理主要是改造河道流路及河床的物理特性，即创造出接近自然的流路，水流要有不同的流速带，具体来说就是河流低水河槽（在平水期、枯水期时水流经过）要弯曲、蛇形，河流要既有浅滩、又有深潭，河床要多孔质化，造出水体流动多样性以有利于生物的多洋性。为营造出有利于鱼类等生长的河床，在日本常将直径 0.8-1m 大小的自然石经排列埋入河床造成深沟及浅滩、形成鱼礁。这种方法被称为植石治理法或埋石治理法。例如在福岛县伊那川采用此法，营造出适于香鱼喜好的周边流速为 60-80 cm/秒、砾石内部流速约为 30 cm/秒的鱼礁后，据跟踪调查已将自然河流中香鱼生息密度由 1 尾/m2 左右，提高到 10 尾/m2 米左右，鱼类因有更佳的生息环境而更快繁殖。

4.1.1.2 护岸治理
多自然型护岸工程的标准型式，一般可分为三种：
（1） 自然原型护岸： 即只采用种植植被保护河岸， 保持自然河岸特性的护岸，抗洪能力较差。
（2） 自然型护岸： 不但只种植植被，还采用石材、木材等天然材料， 增强了护岸抗洪能力。
（3） 多自然型护岸： 又称生态护岸，在自然型护岸的基础上再用混凝土、钢筋混凝土等材料，确保了护岸抗洪能力。 对于城市河流而言，第三种模式应用较为广泛。

生态护岸概念的内涵包括两个要素：一是河道护岸满足防洪抗冲标准要求，要点是构建能透水、透气、生长植物的生态防护平台。二是河道护岸满足边坡生态平衡要求，即要建立良性的河坡生态系统，由高大乔木、低矮灌木、花草、鱼巢、水草、动物沿滩地、迎水边坡、坡脚及近岸水体组成河岸立体生态体系。
①植物护坡
采用发达根系植物进行护坡固土，即可以达到固土保沙，防止水土流失，满足生态环境的需要，还可以进行景观造景。
特点： 植被护坡具有自我修复和持久作用、低能耗低物耗、费用一效益综合优势、环境兼容性等，当植被结构与工程结构联合使用时，两者能够相互加强，相互补充。固土植物可根据该地区的气候选择适宜的植物品种，如沙棘林、沙打旺、拘祀、紫花首楷、羊毛草、黑麦草、无芒雀麦、早熟禾系列、冰草、百慕达、三叶草、黄草木犀等耐碱、耐寒、耐早和抗虫害品种，种草应考虑混播。
②土工合成材料护坡
土工材料固土种植基可分为土工网垫固土种植、 土工单元固土种植等多种形式。土工固土网垫是由多层非拉伸网和双向拉伸平面网组成，在多层网的交接点经热熔后粘接，形成稳定的空间网垫， 运用较广。
特点： 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。一般可由人工铺设，植物种植一般采用草籽加水力喷草技术完成，这种护坡结构现在，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此型式。土工单元固土种植基， 即利用聚丙烯、高密度聚乙烯等片状材料经热熔粘接成蜂窝状单元中填土植草达到固土护坡的作用。
特点： 这种护坡形式虽然比单纯植物护坡抗雨水冲刷效果好一些，但还不能应用到堤防迎水坡面。采用混凝土、石笼等做成外框来增加坡面稳定性，但还是难以抵御较大洪水侵蚀。
③植被型生态混凝土护坡

在城市河道护坡或护岸结构中可以利用生态混凝土预制块体进行铺设，或直接作为护坡结构，既实现了混凝土护坡，又能在坡上种植花草，美化环境，使硬化和绿化完美结合。植被型生态混凝土由多孔混凝土、保水材料、缓释肥料和表层土组成。多孔混凝土由粗骨料、水泥、适量的细掺和料组成，是植被型生态混凝土的骨架。保水材料以有机质保水剂为主，并掺入无机保水剂混合使用，为植物提供必需的水分。表层土铺设于多孔混凝土表面，形成植被发芽空间，减少土中水分蒸发，提供植被发芽初期的养分和防止草生长初期混凝土表面过热。
常见材料： 环保型路面透水砖、鱼巢砖、生态墙砖、植草砖等。很多植被草都能在植被型生态混凝土上很好生长，如紫羊毛、无芒雀麦表现出良好的耐碱性和耐旱性，紫羊毛还表现出优异的耐寒性能。

4.2.2 河道岸坡植被重建与恢复

水生大型植物是一个广泛分布在江河湖泊等各种水体中的高等植物类群，也是水生态系统的重要组成部分和主要的初级生产者之一，介于水一气及水陆界面，对水生态系统物质和能量的循环和传递起调控作用。 当前，重建水生植被己成为大型水体生态工程修复的重要措施。河道岸坡植被重建与恢复主要方法就是建立河岸植被缓冲带。河流缓冲区域： 河水一陆地交界处的两边，直至河水影响消失为止的地带，包括湿地、草地、灌木等不同类型景观，呈现出明显的演替规律。河岸带： 水陆交错带的一种景观表现形式， 即岸边陆地上同河水发生作用的植被区域， 是介于河溪和高地植被之间的生态过渡带。

作用：可以滞留泥沙等颗粒物质，过滤来自高地和地表径流所带来的污染物，维护河岸，改进邻近地区的微气候，维持地表水的蓄积和地表及地下水的循环变 动，维持水陆交错带植被群落等。植被缓冲带主要是由挺水植物、浮水植物和沉水植物交替组成。如下图所示：

4.2.3 生态浮床与生物接触氧化组合技术

原理阐述：
（1） 利用生物降解功能， 以浮床作为载体，将原本只能在陆地上种植的花卉移植到产生水华的水域表面在美化水域景观的同时，通过植物根部的吸收、吸附作用和物种竞争相克机理， 削减富集水体中的氮、磷及有机物质。
（2） 利用悬挂在浮床基质下面的生物纤维填料的表面形成的勃液状的生物膜对污染水体进行净化。 随着部分水质指标的改善，为好氧微生物的大量繁殖创造了条件，通过微生物对有机污染物、营养物的进一步分解，使水质得到进一步改善。
（3） 最终通过收获植物体的形式，将氮、磷等营养物质以及吸附在植物体内、根系表面和生物填料上的污染物搬离水体，使水体中的污染物减少。