南方雨源型城市河流生態修復技術與應用

雨源型河流廣泛分布于我國南方季風區和快速城市化地帶，尤其在粵港澳大灣區、長三角城市群、閩江口城市群及海南島等年降雨量豐富且雨季集中的區域最為典型。該類河流以降雨為主要補給水源，徑流過程高度不穩定，是生態系統中最為薄弱且修復難度極高的典型類別之一。我國南方濕潤、半濕潤氣候帶城市河流的核心特征與面臨挑戰，在該區域極具代表性。

雨源型河流的水量水質波動性大首先，其水文過程高度不穩定，生態基流保障困難。受季風氣候影響，降雨時空分布不均，河流徑流過程呈現很強的季節性和隨機性。旱季河道常常斷流或流量極低，生態基流嚴重不足；雨季短時強降雨形成的洪峰流量可達旱季流量的數十倍甚至上百倍，水文過程的劇烈波動嚴重影響水生生物棲息環境的穩定性。其次，面源污染負荷集中釋放，水質沖擊性惡化嚴重。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”。再次，河道形態人工化程度高，生態功能嚴重退化。長期以來的城市開發建設導致河道硬化、渠化現象普遍，天然河岸帶被大量侵占，河流橫向連通性和縱向連續性遭到嚴重破壞。同時，底泥污染積累、水生植被消失、生物多樣性銳減等問題突出，河流生態系統自凈能力和生態服務功能顯著下降。受極端氣候與城市面源污染疊加影響，傳統末端截污、硬質清淤、濕地補水等治理手段難以持續奏效，亟須從“結構修復”轉向“功能重構”，實現治理模式與修復理念的根本變革。

本研究立足我國生態文明建設的戰略任務和美麗中國的建設需求，采用分階段、分步驟、因地制宜的漸進式生態修復策略，以期系統解決雨源型城市河流治理中的關鍵技術瓶頸與基礎理論難題，為推動我國雨源型城市河流從以工程手段為主的傳統治理模式向以生態系統整體性修復為核心的現代治理模式轉型，提供科學依據與技術支撐。

城市河流生態環境演變及河流生態修復理論發展趨勢

城市河流作為生態系統的重要組成部分，不僅承擔著供水、防洪、景觀等功能，對維持流域內生物多樣性和生態平衡亦具有重要作用。然而，隨著城市化進程的加速，城市河流正面臨日益嚴峻的生態壓力，具體表現為水環境質量下降、洪澇風險增加、生物多樣性下降以及城市開發導致河道空間被不斷侵占等問題。這些生態威脅導致河流生態系統功能逐步退化，影響城市河流健康可持續發展，因此研究有效的河流生態環境修復理論技術具有重要的現實意義。

1.城市河流生態環境演變的階段性特征

城市河流生態環境演變呈現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—主動修復調控”三階段，各階段在驅動力、生態響應及恢復潛力等方面具有顯著差異。

自然本底維持階段，城市河流生態系統維持著相對穩定的結構和功能，主要承擔供水、航運等基礎性服務功能。

隨著工業化與城鎮化進程的加速推進，城市河流普遍進入人為干擾退化階段，高強度人類活動導致的水體污染負荷激增、河道形態人工化加劇等生態環境問題凸顯，進而引發水生生物多樣性顯著降低等生態退化現象。改革開放后我國處于以發展經濟為主導的階段（1978—2000年），生態環境經歷了典型的人為干擾退化過程，整體環境質量呈現從局部到全面的惡化趨勢，單純的點源污染治理難以從根本上改善生態環境。從國際視角看，工業革命時期（1790—1890年）經濟社會發展與水資源緊張之間的矛盾催生了水管理制度創新，尤其是作為全球首部水環境保護法規，英國1876年頒布的《河流防污法》開創了水污染防治制度化先河。

進入主動修復調控階段后，河流治理理念發生了根本性轉變。20世紀50年代德國提出的“近自然河道修復理論”、20世紀80年代恢復生態學學科的建立以及1988年國際恢復生態學學會（SER）的成立等一系列具有標志性的歷史事件推動了相關理論發展，標志著河流治理理念的重大突破。SER在2002年明確定義生態恢復概念，2019年修訂發布《生態恢復實踐的國際原則與標準（第二版）》，同年聯合國大會將2021—2030年確定為“聯合國生態系統恢復十年”。我國2000—2012年實施一系列生態修復政策，2012年提出了尊重自然、順應自然、保護自然的生態文明理念，堅持節約優先、保護優先、自然恢復為主的方針，2020年出臺《全國重要生態系統保護和修復重大工程總體規劃（2021—2035年）》，近年相繼啟動母親河復蘇行動和美麗河湖建設，將治理重點從單一污染控制拓展為流域系統修復，治理目標也從水質改善提升至生態系統功能恢復。這些理論創新和實踐探索不僅推動了治理技術的革新，更體現了人類對河流生態系統認知的持續深化，為全球城市河流生態治理提供了重要參考。

2.河流生態修復理論的發展趨勢

河流生態修復理論經歷了從單要素調控向系統整合、從靜態目標恢復到動態適應性管理的改變，這一發展過程反映出對河流生態系統復雜性與動態性認知的持續深化。該理論體系的構建，為雨源型城市河流的系統治理和生態修復實踐奠定了堅實的理論基礎。河流生態修復理論起源于對河流生態系統結構與功能關系的深入認知，在河流連續體理論（River Continuum Concept）、洪水脈沖理論（Flood Pulse Concept）等的基礎上，發展形成了適用于我國國情的河流生態理論框架，進一步推動了修復實踐從單一工程措施向生態系統整體性恢復轉變。

SER在系統總結全球經驗的基礎上修訂發布《生態修復實踐的國際原則與標準（第二版）》，為全球生態修復工作提供了系統的指導框架，明確提出八大核心原則，其中包括利益相關方協同參與、多學科知識整合、基于本地生態系統特征并考慮環境變化、支持和優化生態系統修復過程、采用適應性管理評估生態恢復目標以達到生態系統各項功能的全面提升等。近年來興起的“基于自然的解決方案”（NbS）理念為河流生態修復注入了新思想。該理念強調依托自然生態系統自身的功能與過程來應對各類生態問題挑戰，以期實現生態-社會-經濟效益的協同發展。在河流生態修復實踐中，NbS理念傾向于充分發揮濕地、植被和土壤等自然要素的水質凈化作用和生境維持功能，推動構建更具韌性與可持續性的生態治理體系。

我國學者提出了生態水工學、漸進式生態修復等理論生態水工學強調在水利工程的規劃、設計與調度中系統性地引入生態學原理，通過工程-生態協同的技術框架實現防洪、供水與生態功能的統籌優化，其核心在于將生態目標量化并納入工程約束與運行策略。漸進式生態修復是一種以分階段推進、循序漸進實施和自適應管理為特征的生態治理路徑，其本質是在充分評估生態現狀與生態承載力的基礎上，通過階段性干預，逐步恢復河流的水文連通性、生態過程和棲息地結構。二者既各自成體系，又在實踐中互為支撐：生態水工學提供技術框架、工程設計與實踐手段，漸進式生態修復提供可操作的理論基礎、實施路徑與系統方案，共同推動我國河流治理由工程主導向生態優先與可持續并重的戰略轉型。

3.漸進式生態修復理論發展

傳統“恢復至退化前狀態”修復模式往往難以取得理想成效。漸進式生態修復理論的提出為破解這一困境提供了思路。該理論通過量化評估生態系統現狀與可恢復性，分階段、分步驟地采取“環境治理、生態修復、自然恢復”的系統治理模式，對受損生態系統進行循序漸進的修復和治理。漸進式生態修復有利于正確處理自然恢復和人工修復的關系，依據生態退化程度和修復潛力，為不同階段設定切實可行的目標，避免盲目追求生態系統回到“原始狀態”；在修復過程中實施持續監測與評估，根據生態響應動態優化修復措施；綜合運用自然和人工兩種手段，統籌水文過程調節、水質改善、生境重建與生物群落恢復等多維要素，因地因時制宜，分區分類決策，尋求復蘇退化生態系統的最佳途徑和解決方案，促進生態系統功能的整體性與可持續恢復。

當前，城市河流生態修復正處于理論創新與實踐轉型關鍵時期，既面臨新理念帶來的發展機遇，又需應對氣候變化和土地資源約束等嚴峻挑戰。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，成為生態修復中極具特殊性與復雜性的重點對象。隨著海綿城市建設在工程實踐中的示范效應逐步顯現，河流生態修復已從早期以水質改善或河道整治為主的單一治理模式，逐步轉向融合水文調控、生態功能恢復與社會系統協調的多目標協同治理。這一轉型對分布于南方多雨地區的雨源型城市河流而言顯得尤為迫切。從未來發展趨勢看，修復策略更注重生態系統整體性與其服務功能的協同提升；修復技術逐漸趨向數字孿生、人工智能與智能傳感等高新技術，推動生態修復走向智慧化與精準化。這標志著河流生態修復已從傳統的污染控制上升為融合生態、社會、經濟多重目標的系統性治理工程，體現出生態系統服務理論和可持續發展目標在實踐中的深入應用與融合。由此可見，隨著智慧技術不斷突破與綜合治理體系持續完善，河流生態修復將在提升城市生態系統韌性、推動流域高質量發展方面發揮關鍵支撐作用。

南方雨源型城市河流生態修復內涵、認知模式、理論框架

1.雨源型城市河流的特征與退化機理

雨源型城市河流是指位于城市建成區，主要依靠當地降雨補給、缺乏穩定的徑流來源且水文情勢具有強烈季節性波動的城市河流。其具體特征表現為全年天然徑流中降雨補給占比高（通?！?0%），旱季易發生斷流，汛期因流域不透水面積占比高導致徑流系數大、水文過程陡漲陡落，并受高強度人類活動（如河道渠化、硬化）顯著影響，形成自然-人工復合的河道系統。受季風氣候與高強度城市化雙重脅迫，雨源型城市河流在水文、水質與生態結構上呈現典型的“三高”（高徑流系數、高污染負荷、高人類干擾強度）與“三低”（低生態基流保障率、低水環境容量、低自然岸線率）退化特征，且各因素間存在復雜的耦合與放大效應。此類河流受城市化導致的不透水地表擴張與極端天氣事件的疊加影響，水動力與水質過程呈現高度變異性，治理難度顯著增加。在旱季，河道常出現斷流現象，生態基流喪失嚴重；而在雨季，洪峰迅速匯入，河道水位劇烈變化，形成“洪來澇退”突發性響應。受長期地表污染物累積效應與降雨徑流沖刷作用協同影響，降雨初期徑流水質呈現顯著的污染峰值特征，形成具有明顯時序特征的暴雨徑流面源污染沖擊負荷。水質惡化又導致底泥黑臭、棲息地退化、水生態系統破碎化顯著。雨源型城市河流在水文過程、污染響應和生態結構等維度上呈現出“三重脅迫”特征，成為當前城市生態修復的重點與難點。

2.雨源型城市河流生態修復的雙軸識別框架

國外城市河流治理強調恢復河流“自然原貌”或“歷史狀態”，但這一理想的復原路徑在雨源型城市河流中具有明顯的局限性。當前生態修復理念正逐步轉變為以“功能適應”為導向，立足于實際水資源狀況、污染特性以及生態承載力，重構具備關鍵生態和社會服務功能的雨源型城市水生態系統。在修復目標方面，不再局限于形態或景觀層面的“還原”，而是注重維持水體流動性、恢復其自凈能力和重建生物棲息地。

在城市河流生態修復過程中，“生態退化強度-生態恢復能力”雙軸識別旨在構建一套量化刻畫生態系統狀態及其修復潛力的二維診斷框架，為治理決策提供科學依據。其中，生態退化強度軸主要衡量河流系統相對于自然或健康參考狀態的偏離程度，聚焦流域水文過程、水質負荷、生境結構與生態功能的系統性退化表現。通過引入一系列定量指標（如流量偏離度、污染物濃度超標倍數、岸線硬化率與底棲生物完整性指數等）對人類干擾強度進行數值化表達，從而定位生態問題的深度、廣度與急迫性。此軸本質上反映的是“問題之重”，即生態系統在多維干擾下“被破壞的程度”。與之相對應，生態恢復能力軸則關注系統“回歸至可接受狀態”的內在與外在支撐條件，強調恢復彈性、空間承載、調控能力與社會支持的綜合表現。該軸涵蓋生態系統自身的自然恢復潛力（如河道與濕地連通度、流域緩沖帶寬度等）、資源與政策條件（如可用于修復的土地資源、治理資金投入等）以及管理響應（如水資源調控靈活性、污染源識別與控制能力等）。通過構建“可恢復性指數”，識別不同區域生態修復的可能性與預期成效。

雙軸交叉構成九宮格式分類體系，支撐對河段實施分區治理、分階段推進與動態調整，形成漸進式修復路徑邏輯起點。這一機制突破了傳統“單軸評估”模式局限，也為復雜河流生態系統的恢復重建提供了更為精準和可操作的理論工具。

同時，治理模式正在由末端治理向全過程系統調控轉變，逐步構建覆蓋污染源頭控制、徑流過程調節、生態系統功能修復和底泥生態治理等多層級的協同治理體系。在技術層面，雨源型城市河流生態修復正在經歷從工程手段向智慧化調控轉型，基于多源數據融合的數值模擬和智能化決策系統顯著提升了治理效能。在生態修復理念層面，實現了從單要素治理向多要素協同的改變，基于流域整體性、生態系統連通性和生態功能協同性的系統思維，正在重塑雨源型城市河流生態治理的理論框架與實踐范式。

3.理論框架體系構建

本研究針對雨源型城市河流治理中的關鍵科學問題和技術瓶頸，構建了集理論構建、技術集成、智能支撐、評估反饋為一體的理論體系，提出“理論-技術-決策”的綜合治理路徑，突出“流域-岸坡-水體-河底”的系統性治理理念，強調從技術適配到成效評估的全鏈條覆蓋，構建支持動態調控的智慧化平臺，推動治理從經驗導向向數據模型主導轉變。該框架已在我國南方珠三角等典型區域得到廣泛驗證，有效提升了城市河流治理的科學性、適應性與可持續性。南方雨源型城市河流生態修復理論框架體系見下圖。

▲南方雨源型城市河流生態修復理論框架體系

南方雨源型城市河流生態修復關鍵技術

受獨特的水文特性和高強度人類活動影響，南方雨源型城市河流面臨著生態水量不足、水質污染和生態功能退化等多重挑戰，傳統的“末端治理”模式已無法滿足河流健康需求，亟須構建一套“流域-岸坡-水體-河底”四位一體的系統性生態修復技術。本研究提出南方雨源型城市河流的立體環境治理和生態修復技術體系，集成面向非常規水源高效利用的生態補水技術、城市河流生態護岸技術、濕地景觀嵌合型生態修復技術、底泥評估與資源化處置技術以及全過程智慧管控與優化決策技術，推動城市河流減污、降碳、擴綠協同增效，提升生物多樣性，助力建設創新、宜居、美麗、韌性、文明、智慧的現代化人民城市。

1.面向非常規水源高效利用的生態補水技術

雨源型城市河流普遍面臨旱季生態基流保障困難和雨季水質惡化等突出問題。傳統的生態補水模式主要依賴天然徑流或外調水源，難以滿足雨源型城市河流生態修復的實際需求。因此，充分利用城市雨洪水、再生水等非常規水源開展生態補水，已成為解決雨源型城市河流生態水量不足問題的重要途徑。面向非常規水源高效利用的生態補水，通過構建非常規水聯合調度與優化配置技術和面源污染協同控制技術，可實現多水源的聯合調度與優化配置，有效解決雨源型城市河流水量不穩定和生態基流保障率低的問題，為生態修復提供可靠的水資源保障。

（1）非常規水聯合調度與優化配置技術

非常規水聯合調度與優化配置技術是雨源型城市河流生態補水的核心，通過統籌利用城市雨洪水、再生水等非常規水源，將其作為河流生態補水的重要來源，彌補天然徑流的不足。該技術首先基于監測網絡系統對不同水源的水量、水質、可利用性進行實時監測和全面評估，在此基礎上，基于智能決策系統多目標優化模型，科學確定河流生態補水方案。在水源配置方面，建立“取水-調壓-蓄用-凈化”一體化生態補水調度配置體系：取水模塊通過智能控制的多點、分質取水系統，實現對不同水源的精準獲取；調壓模塊通過高低壓分區、串并聯協同的智能化方式，保障補水系統的穩定運行；蓄用模塊通過調蓄工程設施，實現水量的時空調節；凈化模塊通過生態處理、深度處理等工藝，結合在線水質監測系統，保障補水水質達標，實現補水的精細化管理和動態優化配置。

（2）面源污染協同控制技術

面源污染協同控制技術是雨源型城市河流生態修復技術體系的重要組成部分。城市雨水徑流具有“初期沖刷效應”污染特征，即初期雨水污染負荷一般較高。面源污染協同控制技術通過構建“時間-強度-污染負荷”的徑流分質識別模型，確定初期雨水與后期雨水的分界點。針對污染負荷較高的初期雨水，采用“源頭+過程+末端”多級控制策略，減少入河污染物：源頭借助透水鋪裝、綠色屋頂等低影響開發設施，減少徑流產生量和污染物沖刷量；過程通過截流井、截流閘門、溢流堰、植草溝等設施攔截，實現對初期雨水的精準截流，并利用調蓄池進行暫存和初步沉淀處理；末端處理采用“混凝沉淀+過濾+消毒”的常規處理工藝或“人工濕地+生態濾池”等生態處理工藝，進一步提升水質。而對于污染程度較輕的后期雨水，則可直接用于河道生態補水，實現資源化利用。

▲基于非常規水源的雨源型城市河流生態補水協同調控網絡

2.城市河流生態護岸技術

雨源型城市河流河岸帶在城市發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性，城市建成區、城市近郊、城市遠郊等不同河段的干擾強度差異明顯。因此，生態護岸技術應根據城市河流的空間區位特征和受干擾程度，因地制宜，分類施策。

（1）城市建成區直立型生態護岸技術

城市建成區河道兩側用地緊張，傳統的緩坡式生態護岸難以實施，而傳統的重力式擋墻和漿砌石護岸雖結構穩定，但棲息地和水陸物質交換等生態功能嚴重不足。本研究提出直立型生態護岸技術，可解決城市建成區空間受限與護岸生態功能不足等問題，顯著提升城市護岸結構安全性與生態性。該技術體系以“灌注樁+生態植草袋”結構為核心，通過結構生態化設計、植被多樣化配置、水陸生態系統連通性恢復，實現工程安全與生態功能的統一。

在結構生態化設計方面，采用雙排灌注樁結構作為護岸的主體支撐體系，具有占地面積小、適應性強、施工便捷等優勢。該結構通過地梁、腰梁、冠梁形成完整的鋼筋混凝土連接體系，既保證了結構安全，又為生態化改造預留了充足空間。雙排樁中間設置截污的排水廊道，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，針對垂直空間特征和不同高程的水文條件，構建立體植物配置體系：常規水位以上區域選用耐旱植物，具有較強的岸坡固土能力；常規水位附近區域配置挺水植物，能夠適應周期性水位變化并具有較強的水質凈化能力；水下區域種植沉水植物，構建水下森林系統。

在水陸生態系統連通性恢復方面，護岸結構中設置生態通道，利用植草袋之間的空隙和網格結構，為兩棲動物、爬行動物等提供水陸之間的遷移通道；在水下，灌注樁結構形成的多樣化生境可為魚類等水生動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”連續梯度，在水陸交界處營造生態過渡帶，實現水生生態系統向陸生生態系統平緩過渡。

（2）近郊河段“復式斷面+生態緩沖帶”技術

城市近郊河段用地相對寬松，傳統的單斷面割裂了水陸生態系統，導致橫向連通性較弱。針對城市近郊河段兼顧行洪安全、生態連通性和休閑游憩等多目標需求，本研究提出“復式斷面+生態緩沖帶”的護岸技術。該技術通過模擬自然河流形態構建“主槽+灘地”的復式斷面，并結合生態緩沖帶有效解決河岸帶功能單一、生態連通性差等問題。

在復式斷面構建方面，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可維持河流的基本生態功能；灘地可根據地形條件設計親水平臺、濕地公園等，滿足市民的休閑需求。

在生態緩沖帶構建方面，利用灘地和岸坡空間，構建由“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連通性，促進生物多樣性恢復。

（3）遠郊河段“近自然”生態護岸技術

城市遠郊河段作為城鄉交錯的關鍵區域，保留了大量的自然基底，人為干擾相對較弱，但仍然面臨局部開發帶來的岸坡侵蝕和生態退化風險。傳統的硬質護岸會嚴重破壞生態連續性。針對遠郊河段生態保護目標，本研究提出“近自然”生態護岸技術，旨在最大程度地維持河流岸帶的天然狀態，通過最低限度的人工干預，促進岸坡局部穩定與整體生態功能維護之間的平衡。“近自然”生態護岸技術充分利用河流的自然形態，避免大規模開挖和填筑，僅對局部不穩定岸段進行生態化加固。護岸結構優先選用自然材料，不僅能提供必要的結構穩定性，材料本身的多孔和可降解特性也能為植物生長提供有利條件。例如，采用木樁結合拋石的方式穩固坡腳，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植被帶?！敖匀弧鄙鷳B護岸技術不僅能有效防止岸坡侵蝕，還能重建水陸生態連通性，為區域內的生物多樣性保護提供關鍵支持。

3.濕地景觀嵌合型生態修復技術

傳統濕地修復技術難以適應雨源型城市河流劇烈的水文和水環境波動，在雨季高污染負荷沖擊下，其凈化效率顯著降低，而在旱季低流量條件下，也極易發生生態功能退化。此外，城市河流還承載著重要的景觀和社會服務功能，構建的濕地需要在有限的空間內實現水質凈化、生態修復和景觀營造等多重目標。與此同時，該類濕地修復還面臨諸多挑戰，包括生境條件不穩定、生物群落結構單一、生態系統脆弱等生態問題。因此，針對雨源型城市河流徑流系數高、水環境容量低的問題，迫切需要構建適應其特征的濕地修復技術體系，以應對劇烈水文變化、污染負荷波動、生態功能退化與景觀需求多樣等復雜局面。

針對雨源型城市河流濕地修復的復雜需求，本研究提出濕地景觀嵌合型生態修復技術，將傳統相對獨立的水質凈化、生態修復、景觀營造等功能有機嵌合，在同一空間實現多功能的協同發揮。在技術路徑上，構建“沉砂池+接觸氧化+高效沉淀+垂直潛流濕地+表流濕地”的復合流程，形成從預處理到深度凈化、從生態修復到景觀營造的完整技術鏈條。在設計理念上，提出“濕地+景觀廊道+親水平臺”的空間布局模式，實現生態功能與景觀功能的深度融合。在調控機制上，建立多級緩沖、自適應調節、智能監控的系統調控體系，有效應對雨源型城市河流水文條件復雜多變的挑戰。

濕地景觀嵌合型生態修復技術主要包括水質凈化、生境多樣性構建、景觀功能和系統調控四個核心組成部分，通過多層次、多維度的技術耦合實現系統功能的最大化。在水質凈化方面，構建“多級處理+深度凈化”的技術體系，通過沉砂池、接觸氧化池、高效沉淀池形成多級預處理體系，通過垂直潛流濕地實現深度凈化；在生境多樣性構建方面，建立“立體分層+多樣配置+棲息營造+連通恢復”的技術體系，通過水深梯度構建立體分層生境，通過植物配置提升生物多樣性，通過生態島、人工魚巢等營造動物棲息地，通過生態廊道恢復生態連通性（見下圖）；在景觀功能方面，表流濕地采用景觀嵌合設計，植物配置實現四季有景，親水設施滿足休閑需求，文化元素提升內涵品質；在系統調控方面，建立“智能監測+適應調控+優化管理”的技術體系，實現系統精準調控和高效運行。

▲深圳市茅洲河定崗湖濕地的生境多樣性構建

4.底泥評估與資源化處置技術

雨源型城市河流底泥中污染物的沉積、釋放與遷移轉化過程呈現明顯的時空分異特征，雨季時大量面源污染隨徑流沖刷進入河流并沉積，而旱季低水位條件下沉積物易向水體釋放污染物。因此，傳統靜態評估方法難以準確反映其真實污染狀況。此外，雨源型城市河流沉積物含重金屬、有機污染物和抗生素等多種污染物，各污染物間存在復雜的相互作用和協同效應，針對單一污染物的風險評估無法全面反映復合污染的生態風險。城市河流底泥還承載著營養物質循環、微生物和底棲動物生境等重要的生態功能，底泥治理不僅要削減污染，還要兼顧其生態功能的保護與恢復。傳統的底泥治理技術未能充分考慮雨源型河流底泥污染的動態性和系統性，難以實現可持續的生態修復效果。因此，雨源型城市河流底泥治理需建立動態評估體系、分類處置策略和漸進式修復模式，統籌考慮污染控制與生態保護的雙重目標。

針對雨源型城市河流底泥的復雜特征，本研究提出構建精準化底泥評估技術體系，建立“物理-化學-生物-生態”四維評估框架。在物理特性評估方面，通過粒度分析、含水率檢測等手段，全面掌握底泥的基本物理性質，為后續處置工藝選擇提供依據；在化學成分評估方面，建立重金屬、有機污染物、營養鹽的綜合檢測體系；在生物毒性評估方面，采用多種生物指示物進行毒性試驗，包括發光細菌急性毒性試驗、底棲動物急性毒性試驗等，建立底泥生物毒性的綜合評價體系；在生態風險評估方面，基于污染物濃度、生物有效性、暴露途徑等因素，建立底泥生態風險評估模型，將生態風險劃分為低風險、中風險、高風險三個等級。通過四維評估的有機結合，實現對雨源型城市河流底泥污染狀況和生態風險的精準識別，為分類處置和漸進修復提供科學依據。

基于精準評估結果，本研究提出漸進式底泥修復與資源化處置技術，建立“分類處置+漸進修復+資源利用”技術路徑。在分類處置方面，根據評估結果將底泥劃分為輕度污染、中度污染、重度污染三個等級，分別采用原位物理化學修復、原位生物修復、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散，結合生物炭、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方式，通過植物修復、微生物修復等技術促進污染物降解，并通過生境營造、群落構建等措施恢復生態功能；重度污染底泥采用異位物化處理技術，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土壤、園林基質、透水磚等建筑材料，實現從廢物處置向資源利用轉變，為雨源型城市河流底泥的可持續治理提供系統性的技術解決方案。

5.全過程智慧管控與優化決策技術

傳統河流生態修復工程普遍面臨監測數據碎片化、模型模擬精度有限、調控過程過度依賴經驗判斷等技術瓶頸，導致治理策略難以動態優化，制約了精準決策的實現。尤其在雨源型城市河流中，水文條件波動劇烈且污染負荷時空異質性顯著，導致靜態的修復與管控技術設計難以適應復雜多變的生態系統需求。現有技術體系在數據處理、模型耦合與決策優化等環節存在割裂，造成生態修復工程普遍存在效率偏低、能耗偏高、長期穩定性不足等問題。因此，構建貫穿生態修復全過程的智慧管控系統，實現從數據感知到智能決策的閉環管理，成為提升河流生態修復效能的關鍵突破口。

本研究提出“物理-數據”雙驅動的數字孿生生態修復系統，通過多源感知網絡、智能模擬引擎和優化決策模塊的有機融合，建立覆蓋“污染識別-模型構建-方案優化-效果評估”的全鏈條智慧管控技術體系。在數據感知層面，集成衛星遙感、無人機航測、物聯網監測等多維技術，構建“天空地水工”一體化監測網絡，實現水質、水量、生態參數的實時動態采集；在模型構建層面，耦合水文水動力模型與機器學習算法，突破傳統模型參數固化、響應滯后的局限，開發具有自適應學習能力的動態模擬系統；在決策層面，融合多目標優化算法與不確定性分析方法，建立考慮污染削減、生態補水與能效優化的協同決策模型。該系統通過“感知—模擬—決策—反饋”的閉環管控機制，實現河流生態修復從經驗驅動向數據智能驅動的根本轉變。

南方雨源型城市河流生態修復技術的實踐應用

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

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：雨季短時強降雨頻繁，非雨季水動力不足，降雨補給比高達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，曾被生態環境部與住房城鄉建設部列為掛牌督辦的黑臭水體。針對茅洲河的典型問題，本研究基于“生態退化強度-生態恢復能力”雙軸識別框架，構建了集污染控制、生態補水與水質保障于一體，多目標協同的漸進式生態修復理論與技術方案。該方案通過整合水文調控、生態修復和智慧管理等關鍵技術，構建了“流域-岸坡-水體-河底”四位一體的立體化生態修復技術體系，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水源利用模式，采用“晴雨”差異化調度方案，有效緩解了水資源時空分布不均狀況；研發面源污染協同控制技術，采用“源頭+過程+末端”多級控制策略，減少入河污染物；研發全流域生態補水技術，通過雨水與非常規水聯合調度與優化配置，實現日均生態補水規模150萬m3，旱季生態基流保障率提升80%，有效改善了旱季生態基流不足與雨季面源污染問題。

②岸坡尺度。通過研發復合式生態護岸技術，采用結構生態化設計、植被配置多樣化、水陸生態系統連通性恢復三個方面的系統集成，使總磷削減率達48%；實施岸坡面源阻控與生態緩沖帶建設，增強了對徑流污染的攔截與凈化能力。

③水體尺度。針對水體污染治理需求，構建了濕地景觀嵌合型生態修復技術，其中對關鍵性節點工程燕羅濕地（面積6.5hm2）采用“強化預處理-多級濕地凈化-生態補水”的集成工藝，使出水水質穩定達到地表水Ⅳ類水，最大日處理規模1.8萬t，總氮去除率52%，顯著提升了河道水質凈化能力。

④河底尺度。針對底泥污染嚴重、生態風險突出等問題，研發了集污染評估與資源化處置于一體的關鍵技術體系，基于漸進式生態修復理念，建立了“分類處置+漸進修復+資源利用”的技術路徑，創新底泥治理技術，使脫水效率提升50%，有效抑制了內源污染釋放。

在全過程智慧調控尺度上，構建了全流域水文、水動力、水環境耦合河流治理決策支持系統，研發了河道再生水動態補水精準調配技術，建立水動力-水環境耦合模型，提出基于旱雨季、雨情與潮汐動態的智能化補水機制，實現補水通道優化與高低壓分區并聯配水，單位補水能耗降低23%～31%；通過融合污染識別、水動力調控與模型優化的智慧管理系統，削減入河污染物負荷66.9%。

實踐結果顯示，茅洲河流域治理后整體水質指標提升80%以上，魚類從幾近絕跡恢復至26種，治理工程不僅顯著改善了茅洲河流域水環境質量，還實現了生態系統功能的恢復與社會服務功能的協同增強，為我國南方雨源型城市河流的生態修復提供了可復制、可推廣的技術路徑和實施范式，對同類氣候背景和高度城市化區域的河流治理具有重要的示范價值，也為全球城市河流的綜合治理提供了中國方案。

結論與展望

圍繞我國南方城市河流生態修復問題，系統構建了雨源型城市河流生態修復理論與技術體系。以“生態退化強度-生態恢復能力”雙軸識別為基礎，診斷生態系統狀態，提出了針對性的漸進式修復路徑。在技術層面構建了“流域-岸坡-水體-河底”四位一體的立體修復技術體系，并結合數字孿生與多模型耦合平臺，實現了全過程智慧化調控與動態優化。關鍵技術已在多個典型流域治理工程中示范應用，包括粵港澳大灣區核心水系（如深圳茅洲河）及長江重要支流（如贛江）等，顯著提升了流域生態功能恢復效率和水質的長期穩定性，取得了良好的生態、經濟和社會綜合效益。

隨著國家“現代化人民城市”建設戰略的深入推進，雨源型城市河流作為城市生態系統中高度敏感且易受擾動的單元，面臨極端天氣事件頻發、水源依賴性強、污染負荷加劇等多重挑戰，生態修復亟須在理論構建、技術集成與系統調控等方面持續深化。未來研究應圍繞理論體系的完善與創新、技術方法的迭代升級，以及智能技術的深度融合與應用三個維度開展。

1.構建動態系統韌性驅動的漸進式生態修復新范式

未來研究應推動河流生態從靜態結構修復到動態系統調控的范式轉變，重點構建以生態韌性提升和多功能協同優化為核心的適應性修復體系。需深入解析“降雨驅動-水文過程-生態響應”的級聯效應，量化關鍵生態過程的非線性特征與閾值效應，建立區域尺度的擾動-響應耦合模型；研發基于氣候區劃和流域特征的差異化修復策略，通過構建典型氣候帶以及不同土地利用類型的分類修復技術庫，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河流生態修復從“均質化”工程模式向“精準化、系統化”調控范式跨越發展。

2.構建城景協同的嵌合式生態修復技術體系

應在技術維度進一步打破工程碎片化治理格局，開發適用于城市建成區、空間受限區域的“嵌合式”修復模塊，如“直立護岸+濕地旁路+智能補水”等組合技術單元。應強化綠色基礎設施與水動力調控系統的協同設計，推動生態修復與城市功能協同融合，形成基于場景驅動的“精準修復-智能配置”技術體系，提升生態工程的調控效率與景觀友好性。

3.構建基于數字孿生的雨源型城市河流智慧管控系統

以多源數據感知、模型集成與自適應調控為核心的智慧管控體系將成為雨源型城市河流生態修復的關鍵方向。未來可進一步融合遙感、物聯網、大模型等技術，構建“感知-模擬-決策-反饋”閉環體系，實現對污染溯源、資源配置、生態績效的全過程數字孿生支撐。特別應發展具有自學習能力與自優化機制的智能控制算法，支持在極端天氣、多目標沖突場景下的快速響應與智能調度，推進城市水生態治理向自適應智能系統邁進。

致謝：本研究得到了水利部黃河下游灘區生態水文演變野外科學觀測研究站的支持。

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，田展，周子俊，南方雨源型城市河流生態修復技術與應用[J].中國水利，2025（18）：29-38+50.

封面攝影陳舉宗

責編王慧

校對｜劉磊寧

審核楊軼

監制李坤

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