第19卷 第11期 中 国 水 运 Vol.19 No.11 2019年 11月 China Water Transport November 2019
收稿日期：2019-06-08
作者简介：吴 攀（1988-），男，博士，水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院工程师。 基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFC0402108）和江苏省水利科技项目（2017044；2018038）。
吴 攀，陆 彦，陆永军，黄廷杰，王唯旭
（水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，江苏 南京 210029）
摘 要：生境改良是航道整治工程中对区域进行生态保护和修复的基础，随着生态航道的建设和发展得到越来越多的重视。本文对生境改良技术的定义、类型、特点、应用及其发展趋势进行了阐述和探讨，提出生境改良技术尚处于发展阶段，需完善构建技术体系，加强技术应用和生态效果监测，为生态航道建设提供理论和技术参考。 关键词：生境改良；生态航道；生态护坡；航道整治；河流底质
中图分类号：U615 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）11-0145-03
航道是水运经济的基础，近年来随着我国水运行业的高速发展和生态文明战略的实施，特别是习近平总书记对长江黄金水道“要把修复长江生态环境摆在压倒性位置，共抓大保护，不搞大开发”要求的提出，航道建设的绿化、生态化成为未来发展的主流方向。“生态航道”理念在此新时代背景下得以提出，注重满足通航需求和水域生态健康之间协调发展[1-2]。生态航道建设是在传统航道建设的基础上发展起来的，在航道整治工程中引入生态学理论和生态修复技术，维护航道水域生态系统的相对自然稳定和健康[3-4]。
传统的航道整治工程如抛石、沉排、护岸等措施在一定程度上导致原生境发生改变或局部生境丧失，破坏了原有地形地貌的自然过渡，不利于水-土介质的物质联通和栖息生物的生存发展[5]，因此需要在生态航道建设中对生境进行修复和改良，这也是对区域生态进行保护和修复的基础，生境改良技术从而得以运用和发展，成为生态航道建设中重要的生态修复技术。
生境改良技术以生态修复理论为指导，利用生态工程技术手段，对被破坏和受影响的生境进行恢复性、保护性改善，提高生物栖息地环境质量及其稳定性。本文主要以生态航道建设对生境保护的需求出发，注重在航道整治工程规划、设计和施工中介入生态保护措施，藉此阐述生境改良技术的类型、特点、应用及其发展。
一、生境改良技术
针对航道整治工程具有规模大、范围广、影响深和破坏强等特点，生境改良技术需要从原生境受影响的程度着手，制定不同的生态保护和修复措施。
1．生境改良技术的类型 （1）土壤生境改良技术
航道整治对洲滩、岸坡会产生一定的侵占和破坏，如传统航道整治工程对岸滩进行大范围硬质化防护铺设，为此需要对岸滩土壤生境进行改良，增加适合动植物生存的栖息地面积，减小生境破碎化程度，提高土壤生境质量。其中生态护坡为应用较广的一项技术，较为常用的包括生态砖护坡、土
电网调度管理条例工植草固土网垫、植被型混凝土护坡、网石笼结构生态护岸、格宾和雷诺护垫护岸、自然型护岸、多孔质护岸等[6]。虽然生态护坡保留或重建了部分土壤生境，但是对原生境的干扰是不可逆的，未来还需探索更加生态友好的土壤生境改良技术。
（2）底质生境改良技术
工程炸礁、疏浚、抛投、沉排等施工行为导致水下底质生境一定程度的丧失，改变了水下生物的生存环境，为此需要结合航道整治工程，改善底质地形地貌、沉积环境，以利于水下生物生存繁衍。已有的底质生境改良技术包括深潭浅滩地形营造、生态结构护底、生态清淤等。构建底部起伏多样的地形环境为底栖生物和鱼类提供多种生存空间，如在浅滩生境中水流湍急，有利于曝气增氧，而且藻类等
水生生物繁多，为鱼类提供了觅食场所；在深潭生境中水流缓慢，成为底栖生物和鱼类的繁育场所。生态结构护底利用具有一定孔隙的软体排、钩连透水框架等，总体上保留了一定的生物活动空间，相比传统的大面积排体铺底有所改进[7]。而生态清淤一般需要明确清淤范围和规模，选择合适的清淤季节和工艺，如环保绞吸式清淤，提高挖掘精度和轨迹，并合理选择输泥方式和弃场位置，准确控制施工过程中水体浊度，避免对水体的过度污染和水下生物的强侵害[8]。
（3）水域生境改良技术
工程施工引起局部地区水体流速、交换能力降低，水域悬浮物浓度增加，对底泥的扰动可能使沉积污染物在短时内大量释放，造成水质恶化等[4]，这些影响均会导致水体中浮游动植物、鱼类等的水域生境质量下降。水域生境改良技术就是为了改善水动力环境、增加水流结构多样性和提升水质，包括水质净化技术、生态坝体、人工鱼巢技术等。水质净化技术研究较多，如应用于河湖污染水体治理的曝气增氧、絮凝吸附、微生物降解和生态浮床等[9]，在提升水环境质量方面发挥作用。生态坝体中多孔、多形态的堤身构件置于航道水域中，可产生局部多样的上升流、背涡流等流场结构，从而改善水生生物的觅食活动环境，同时坝体结构本身也可以
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成为水生生物的栖息场所[7]。人工鱼巢的设置如网箱、透空格栅鱼巢排等在水流中产生了多种水流结
构，增加水体流动性，成为浮游动植物聚集地，为鱼类提供觅食场所[7，10]。
（4）区域生境改良技术
一般而言，航道水域与周边水系具有紧密的水力联系和生态关联，航道整治工程可能对上下游、干支流甚至流域等的生境产生影响[18]，区域生境改良技术就是在更大的流域尺度上对航道建设影响的生态联结区进行整体生境改良布局。其中，鱼道建设是重要的区域生境改良技术之一，减缓了筑坝活动对河流的阻隔影响，帮助鱼类等水生物种在河流中恢复自由游动，如垂直竖缝式鱼道、仿自然通道型式鱼道、导墙式鱼道、横隔板式鱼道等在我国得到较多应用[12]。生态涵养试验区建设为近年来生态航道建设中尝试的新兴生态保护措施，为的是对河流生境进行保护，如在工程施工期划定一定的水域面积，联合运用多种生境改良技术，在生态涵养试验区中建设人工生态岛，增加生境异质性，投放人工鱼巢等，为水生动物营造休养生息的场所。
2．生境改良技术的特点
（1）生态性
生境改良技术的初衷是尽量减少航道建设和整治工程对原始生境的侵占和破坏，融合了生态修复理念，采用生态友好型技术手段，通过对受损生境进行修复和改善，为水生动植物提供良好的生存栖息环境，促进生态系统健康发展。
（2）高效性
结合航道建设和整治施工的特点，从土壤、底质、水域和区域等方面对原生境提出针对性的改良措施，适用程度高，而且一般可伴随施工期同步进行，在后续运营期中也将持续发挥生境改良效果，生态效益高。
（3）景观性
生境改良除了要满足航道整治工程中的生态保护需求外，还需注重生态景观，提升修复工程与自然景观的融合，依据当地的地形地貌和景观特点，注重使用生态友好型材料，提高生境异质性和景观多样性，维护不同生物的发展空间。
二、生境改良技术在生态航道中的应用
随着生态航道的建设和发展，生境改良技术的应用将越来越广泛。这里结合实际工程应用，选择两项新型的生境改良技术进行介绍。
（1）耐淹植物在生态护滩中的应用
针对长江中下游河道洲滩易受水流冲蚀发生运移使得洲滩岸坡不稳的问题，而且枯水季节水位下降后，
消落带出露植物景观差，洪水再次淹没后更易造成冲蚀，因此运用耐淹植物—土壤复合体的联结稳固作用和适宜的生态工程措施，达到岸滩结构稳定性的需求，并修复洲滩生态景观。
本技术主要采用植物生态护滩方法，包括耐淹植物组成植物网结构主体，生态结构配套固定底质，利用土壤微地形再塑栽植方法和科学管理方法组成。如岸坡上主要采用自然护坡，种植耐淹植物和草本植物（如狗牙根）；高滩上采用木桩定点、麻绳铺底，种植耐淹植物和草本；低滩上运用钢丝网格或者生态植草砖，种植耐淹植物，用抛石压载（图1）。本技术考虑应用了耐水淹植物的生理生态习性，及相应配套生态工程的防浪固滩功能，综合利用发挥了土壤-植物系统的自我构建和物种的互利共生作用，固土效率高、景观效果好，
提升了滩地地质结构稳定和生态景观。
图1 耐淹植物在生态护滩中的应用方案示意图
（2）生态堤身在水域生境改良中的应用
针对传统构建的丁坝、围堰等整治结构对水体生态系统有一定的侵扰、造成生境质量下降问题，研发了一种W型透水生态堤身结构，提高区域栖息地生境质量，改善浮游生物和鱼类等的生存环境。
W型透水生态堤身可由块石或透水框架抛投而成，近岸堤身与河岸夹角20~30°，往上下游曲折延伸，总体呈“W”型（图2）。W型透水生态堤身周围可产生多样的水流结构，形成上升流、加速流、缓流和漩涡等多样流，打破了原有河道单一流速模式，形成了多水流态分布的环境，有利于水体和营养物质交换，形成浅滩-深潭的地貌格局，控制河岸侵蚀和局部冲刷。W型透水生态堤身对局部水流结构的改
变明显，甚至形成了鱼类活动聚集地，具有“集鱼效应”，特别是在生态涵养区的应用，可提升局部生境质量，提高水域生态系统
的生物多样性，提升近岸区域景观效果。
光电脉搏传感器图2 W型透水生态堤身结构示意图
三、生境改良技术的发展趋势
（1）精细化设计
随着对生态航道建设理念和航道整治工程生态影响的深入理解，生境改良技术从航道整治技术的生态化逐步转向生态工程技术的融合应用，到新材料、新结构、新工艺的生态友好型生境改良技术的研发，需要进行更加精细化的设计，从生境保护和改良的生态理念落实应用到实际工程中的生态结构、修复措施，进行技术研发的设计参数化和应用工程化。
（2）多技术融合
生境的影响、破坏往往是区域性、长期性的，生境改良常常不是单种技术能够解决，需要多种技术的融合，考虑土壤、底质、水域等生境空间的保护和修复，而且需要注重对生态栖息地在工程施工的前期调查、中期改良、后期监测等，对技术的应用效果进行跟踪反馈。（下转第149页）
第11期 王 剑等：杭甬运河宁波姚江段生态航道指标体系研究 149
植被种类等。对有洄游鱼类的河段，应在洄游期进行连续监测。
对于生物监测而言，生物采样点布设与物理化学采样点布设不完全一致。生物调查采样不设采样断面，只设采样垂线。在一条采样垂线上，视采集生物种类及其分布状况和测定项目，可设一至数个采样点。鱼类活动范围大，不宜设置采样垂线。可在一定范围内，按鱼类食性进行采集。
不同生物物种的监测频率不同，可参考国外通常采用的生物监测频率，并结合我国相关技术规范执行。
3．生态航道评价
生态航道评价主要通过生态航道分级完成，定义航道的理想状况为最佳状况，定义航道生态系统严重退化状况为最坏状况，介于最佳和最坏等级中间再分成若干等级。生态要素包括水文、水质、地貌、生物等，各要素层又分为若干指标，确定各项指标理想标准值需要开展大量工作，包括进行河流生态与生物普查，收集历史和现状数据资料，在大量数据支持下，按照统计学原理，结合专家经验确定。有些指标如果有相应的国家或行业标准就可直接引用，比如水质类别等。随后按照与理想状况的偏离程度计算具体指标分值。
生态航道评价工作可对航道生态化水平进行定量描述，科学计算出航道生态化运营维护管理后航道生
态状况的提升程度，从而使生态航道管理更加合理有效，使航道生态化维护更加有的放矢。因此，有目的性地对生态航道进行评价是十分必要的。
三、结论
（1）本文研究了杭甬运河宁波姚江段航道及环境状况，包括水环境和声环境基本情况，确定了处于运营期的姚江航道面临最大的环境问题有两个：一是稳定航道水质；二是控制航运噪声。
（2）建立了面向河流生态系统保护对象的多指标生态航道判别方法，综合考虑河流生态系统中的水文特性、水质特性、地貌特性以及生物特性等保护对象，制定了全方位的航道生态化指标体系，是定量分析生态航道水平以及提高航道生态化维护可操作性的重要手段。
（3）生态航道评价主要通过生态航道分级完成，具体指标分值按照与理想状况的偏离程度计算。
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（上接第146页）关敏卿
（3）全流域布局
航道水域条件复杂多样，从上游到下游、支流到干流的物质输移和水动力联系紧密，长期影响生境，现阶段的生境改良较多集中于某河段或局域，生境改良效果有限，为应对河段的多样生境保护需求，需从流域尺度进行全面设计与布局，发展和应用不同的生境改良技术，避免重复、无效的改良措施，充分发挥生境改良技术的协同作用。
（4）生态效益多样化
生境改良不仅提高了生境的稳定性、多样性，而且是结合就地地形地貌和工程措施，对生境的生态景观进行提升，增强生境的环境容量，发挥改良生境的生态服务功能和效益，促进生态航道的建设和发展。
四、结语
在生态航道建设中，生境改良技术是对区域进行生态保护和修复的基础，已逐步发展成为重要的生态修复技术，在土壤生境、底质生境、水域生境和区域生境方面均有所应用，具有生态性、高效性和景观性特点。生境改良技术多样且应用广泛，但应用广度和深度尚有不足，未来有向精细化设计、多技术融合、全流域布局、生态效益多样化等方面发展的趋势。总体上，生境改良技术在生态航道建设中的应用还处于发展阶段，全过程的修复还不完善，如缺乏生态疏浚土的规划利用、生境改良实施效果的长期监测等，为此还需要更多生境改良技术的工程应用实践，完善构建生境改良技术体系，加强生境改良工程的生态监测，为生态航道建设、保护航道水域生态系统健康提供技术支撑。
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