基于生态修复的小型河流水质提升技术优化与实践
摘要
小型河流是水生态系统的“毛细血管”，其水质状况直接影响流域生态环境质量和区域可持续发展能力。然而，受城镇化加速推进和工农业活动强度持续增大的影响，大量小型河流面临水质恶化、生态功能退化、自净能力丧失等多重压力。传统的末端治理模式难以从根本上解决小型河流的水质问题，亟须以生态修复为核心理念实现水质提升技术的系统性优化。本文立足于小型河流水环境特征及其污染成因，系统分析了生态修复技术在小微水体治理中的应用现状与优化方向，结合苏州平原河网生态修复技术集成、辽宁黑水河“增氧曝气+生物措施”、南方感潮河道近自然生态修复等典型案例，从技术集成优化、多技术协同和长效管护机制三个维度探索了基于生态修复的小型河流水质提升技术路径。研究认为，小型河流水质提升的关键在于从“单一技术应用”走向“系统集成优化”，构建“外源削减—内源清除—生态重构—长效维持”的全链条技术体系。
关键词：小型河流；生态修复；水质提升；技术优化；生态治理
一、引言
小型河流作为水生态系统的“毛细血管”，在维系区域水环境安全、涵养生物多样性、支撑农业生产和居民生活等方面发挥着不可替代的基础性功能。然而，随着城镇化进程的加速推进和工农业活动的持续增强，大量小型河流面临水质严重恶化、生态功能显著退化、自净能力基本丧失等多重压力。
西部大开发平原地区农村河道尤其是中小河道、毛细管河道因人类生产、生活的影响，自然生态遭到破坏，突出表现在水质严重污染、水量衰减甚至干涸、河床的结构和稳定性下降、滨河带的生态功能退化、河流生境多样性及生物多样性显著下降等方面。据相关调查，农村中小河流水体COD和BOD₅普遍处于25~40mg/L和4.0~9.0mg/L之间，DO仅2.0~6.0mg/L，NH₃-N和TP分别处于0.6~2.4mg/L和0.10~0.35mg/L的水平。水质恶化不仅威胁着流域生态安全，也直接影响着沿岸居民的生产生活和区域可持续发展。
传统的河道治理模式多采用“末端治理”思路，以清淤、截污、硬化护岸等工程措施为主，虽然短期内能够在一定程度上改善水质感官指标，但往往治标不治本，难以从根本上恢复河流的生态功能和自净能力。近年来，随着生态理念的不断深化，基于生态修复的小型河流水质提升技术逐渐成为研究热点和实践方向。这些技术包括湿地修复、植被恢复、河床清淤、水质净化等，如何在小型河流尺度上实现生态修复技术的优化集成与高效应用，已成为水环境治理领域亟待解决的关键问题。
二、小型河流水质恶化的成因与生态修复机理
2.1 小型河流水环境特征与污染成因
小型河流具有流量小、流速缓、水体交换能力弱、环境容量低等显著特征。苏州地区农村中小河道的调查数据显示，各代表河段水体的COD和BOD₅分别处于25~40mg/L和4.0~9.0mg/L之间，且呈现“未治理>砌块护岸>生态护岸>底泥疏浚>生态浮床>生态湿地”的递减规律；DO处于2.0~6.0mg/L之间，且“生态湿地≈生态浮床>底泥疏浚>生态护岸≈砌块护岸>未治理”；NH₃-N、TP分别处于0.6~2.4mg/L和0.10~0.35mg/L之间。这些水文特征决定了小型河流对污染物的稀释扩散能力远低于大型河流，一旦受到外源污染输入，水质往往在短时间内急剧恶化，且恢复周期漫长。
从污染来源看，小型河流的水质恶化主要受到三方面因素的共同驱动。一是外源污染输入。农村生活污水直排、农田面源污染、畜禽养殖废水等，是导致小型河流水质恶化的直接原因。二是内源污染释放。长期积累的底泥中有机质和营养盐在厌氧条件下不断向水体释放，形成持续的内源污染。三是水文条件恶化。河道渠化、硬质化导致水体与岸带生态系统的物质交换受阻；水系连通性下降导致水体流动性减弱、自净能力降低；生态流量不足进一步加剧了污染物的累积效应。加之水中污染物长期积聚，在较高的温度和充足的光照下，藻类繁殖速度大大增加，导致水体富营养化加重。
2.2 生态修复提升水质的核心机理
与传统工程措施不同，基于生态修复的水质提升技术强调“以自然力量修复自然”，其核心机理可从三个层面加以理解。
第一，污染物的生物-生态削减。通过构建健康的微生物群落和水生植物系统，利用微生物的降解作用、植物的吸收转化作用以及附着生物膜的过滤吸附作用，实现对水体中COD、NH₃-N、TP等污染物的有效去除。水生态修复技术强调通过恢复水体自身的生态功能，不断提升水环境质量。从污染物的降解系数来看，各代表河段水体的KCOD呈现“生态湿地>生态浮床>生态护岸>未治理>砌块护岸>底泥疏浚”的排序；KNH₃-N呈现“生态湿地>生态护岸>生态浮床>砌块护岸>底泥疏浚>未治理”的排序；KTP呈现“生态湿地>生态浮床>底泥疏浚>生态护岸>砌块护岸>未治理”的排序。
第二，水生态系统的结构与功能修复。生态修复不仅关注水质指标的改善，更注重恢复河流生态系统的完整性和自维持能力。
黑龙江国土资源通过恢复河道自然形态、构建多样化的生境类型、重建完整的食物网结构，使河流重新获得自我净化和自我调节的能力。研究表明，小型水体生态修复工程对河流水文地貌形态的恢复具有促进作用，河流水质在5年内持续改善，物种多样性持续上涨。从浮游生物量来看，代表河段水体的浮游生物种群类别数呈现“生态浮床>木桩+自然护岸>生态护岸>砌块护岸>底泥疏浚”的规律。
第三，水文-生态的协同调控。水质改善不能脱离水文条件的支撑。通过生态补水、水系沟通等措施，恢复河道的流动性和水体交换能力，为生态修复措施的有效运行提供水文基础。以尧太河闸为补水口、5m³/s为补水规模，在补水80h后水体平均代谢率可达96.9%；以石路浜闸、尧太河闸为补水口，2m³/s和3m³/s为补水规模，在补水80h后水体平均代谢率可达97.7%。水系沟通前后各断面水体的代谢情况也呈现显著改善。
三、小型河流水质提升生态修复技术的优化方向
3.1 单一技术的适用性分析与改进
当前应用于小型河流水质提升的生态修复技术种类繁多，但每种技术都有其特定的适用条件和局限性。
生态浮床技术通过在水面种植水生植物，利用植物根系吸收和微生物膜降解作用去除水体中的氮磷等污染物。10种植物对水体污染物去除存在一定的差异性，但综合考虑植物生长情况，凤眼蓝、菖蒲、香蒲单一型生态岛对乡村河道水质净化效果较好。其中，凤眼蓝对COD去除效果最好，去除率达31.8%。生态浮床在提升浮游生物多样性方面效果优于其他技术。
生态湿地技术（包括表面流湿地、潜流湿地等）在污染物降解方面表现最为全面，对COD、BOD₅、NH₃-N和TP的降解系数均居各类技术之首。农村河道3种生态治理模式（生态浮床、生态护岸和生态湿地）的模拟结果显示，生态湿地改善水质效果最佳。但其占地面积较大，在用地紧张的小型河流沿岸实施存在一定困难。
底泥疏浚技术能够有效清除内源污染，对水体透明度的改善效果较为显著。环保绞吸式疏浚工艺对水体中TP、TN和COD的平均削减率分别达38.5%、38.9%、35.8%，对底泥TN、TP、OM平均削减率达47.8%、52.3%、45.6%。但疏浚过程可能对底栖生态系统造成扰动，且需要配套的淤泥处置方案。
人工水草技术通过物理吸附和生物膜作用去除污染物。动态试验表明，人工净水草对NH₃-N、COD和TP的平均去除率分别达50.3%、68.7%和22.1%。在适宜条件（DO 2.0~3.0mg/L、水力停留时间20h）下处理效果稳定。
针对单一技术的局限性，技术改进的方向主要集中在三个方面：一是通过材料创新提升技术的处理效率和使用寿命；二是通过工艺优化降低技术的实施成本和维护难度；三是通过与其他技术的组合克服单一技术的短板。
3.2 多技术协同与系统集成优化
小型河流水质问题的复杂性决定了单一技术难以胜任全面的水质提升任务。多技术协同与系统集成已成为当前生态修复技术发展的重要趋势。
在技术组合策略上，应根据河流的具体污染特征和生态状况，形成“源头控制—过程拦截—末端修复”的梯级治理体系。重庆奉节县朱衣镇的示范实践表明，综合运用生态净化床、湿地植物和人工水草等多种修复组合，在外界主要污染源得到削减控制后，示范小微水体中CODMn、NH₃-N、TN、TP等指标达到《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类水质标准以上，水生态系统功能得到恢复。
苏州平原河网地区的研究提出了生态护岸、生态浮床、生态湿地、底泥疏浚、生态补水、沟通水系等集成修复方案。考虑到各生态修复技术的互补性，建议在选取生态补水方案时从多个补水口补水，使河网各个区域的河道都达到最小需水量，而补水流量不宜过大。苏州市吴江区白浦港的治理实践也表明，采用控源截污、生态清淤、活水工程、生态修复等工程措施，能有效控制河道污染，提升河道水环境和水生态。
3.3 基于NbS理念的技术路径重构
基于自然的解决方案（Nature-based Solutions, NbS）强调利用自然生态系统的服务功能解决社会挑战。将NbS理念引入小型河流水质提升领域，意味着从“工程主导”转向“自然主导”的技术路径重构。
NbS理念下的技术路径重构包含三个核心转变。一是从“控制自然”转向“顺应自然”——尊重河流的自然形态和生态过程，避免过度的人工干预。北京山区生态清洁小流域建设在小型水体生态修复中，从防洪、水质、生态和休闲娱乐四个方面探讨了修复目标、技术及做法。二是从“单一目标”转向“多重效益”——在提升水质的同时兼顾防洪安全、生态修复、景观营造和休闲功能。三是从“短期工程”转向“长效生态”——通过生态系统的自维持能力实现水质的长期稳定。丽水中小河流治理使河湖生态岸线比例大幅提高，水生植被覆盖率增加，水生动植物多样性逐步恢复，河道自净能力明显增强。通过拆除、修复、改建三类措施，创新设计斜坡式鱼道、旁通鱼道等模式，打通鱼类洄游通道897公里，有效恢复瓯江流域石斑鱼等水生生物洄游通道。
四、典型案例分析与实践验证
4.1 苏州平原河网农村中小河道生态修复
苏州地区平原河网密布，农村中小河道普遍面临水质污染、生态退化等问题。研究者运用AHP-综合指数评价法构建了以自然结构健康、生态系统健康、社会服务状况为准则层的平原地区农村中小河道诊断体系。基于诊断结果，提出了生态护岸、生态浮床、生态湿地、底泥疏浚、生态补水、沟通水系等集成修复方案。
修复效果预测表明，生态补水方案中，以合理流量和补水口配置进行补水80小时后，水体平均代谢率可达96.9%~97.7%。水系沟通前后各断面水体的代谢情况也呈现显著改善。苏州市2025年度农村河道治理项目共涉及3条骨干河道与12条生态河道，覆盖张家港市、常熟市、太仓市、昆山市、吴江区、吴中区、相城区7个区县。通过清淤疏浚、岸坡整治、水系沟通等手段促进了河道水体流动，改善了区域水环境和水生态。
4.2 辽宁黑水河“增氧曝气+生物措施”联合治理
辽宁绥中县黑水河是典型的中小型河道，水环境恶化问题突出。该工程采用“增氧曝气+生物措施”相结合的方式，在河道中实施人工增氧以提高水体溶解氧含量，同时配合水生植物种植和微生物强化等生物措施。治理后水质参数得到有效改善，基本能够达到Ⅲ类水质标准。
该案例的关键经验在于：增氧曝气为后续的生物修复创造了必要的好氧条件，而生物措施则实现了污染物的持续削减和水生态系统的逐步恢复。二者相互配合、协同发力，避免了过去“重工程、轻生态”的片面做法。与此同时，工程还对河道滨水区和非滨水区进行透水铺装、雨水花园、渗透塘等设施建设，从源头上控制面源污染输入。
4.3 南方感潮河道近自然生态修复实践
感潮平原中心城区河道受潮汐影响显著，水质波动大、生态修复难度高。某典型河段采用近自然生态修复技术，通过集成构建河道水质稳定技术、海绵设施生态岸线、优化水生态系统措施等技术体系，在不改变河道基本形态的前提下开展系统修复。
修复后的监测数据显示，化学需氧量（COD）、氨氮、总磷、浊度/悬浮物（SS）各均值较未处理河道水质均值分别降低约23%、41%、35%、51%/52%，5大类抗生素除洁霉素、克林霉素和磺胺吡啶外均未检出，河道水质从在地表水Ⅳ类水质上下波动稳定达到Ⅳ类（总氮指标除外）。这一案例表明，即使在感潮等复杂水文条件下，通过近自然生态修复手段同样可以实现水质的显著提升。
4.4 实践成效的综合分析
综合上述案例及更广泛的小型河流生态修复实践，可以归纳出以下共性规律。
技术集成优于单一技术。 苏州平原河网的研究表明，单一技术的修复效果有限，而多技术集成后的修复效果显著优于单一技术——生态湿地对各项污染物的降解系数均居首位，而生态浮床、生态护岸、底泥疏浚等技术各有侧重。将多种技术科学组合，可以实现“1+1>2”的系统效应。
源头控制是根本前提。 重庆奉节县小微水体示范表明，在外界主要污染源得到削减控制后，各项水质指标才能达到Ⅲ类标准以上。黑水河治理中配套建设的透水铺装、雨水花园等面源污染控制设施也印证了这一点。
长效管护是持续保障。 怀九河小型水体生态修复工程的研究表明，工程完成后河流水质在5年内持续改善，物种多样性持续上涨。小型河流生态修复不是“一次性工程”，需要通过持续的监测评估、定期的维护管理和动态的优化调整，确保修复效果的长期稳定。
五、基于生态修复的小型河流水质提升实践路径
5.1 技术集成优化路径
针对小型河流的特征，应构建“外源削减—内源清除—生态重构—长效维持”的全链条技术体系。
外源削减是水质提升的前提。通过完善截污管网、建设生态缓冲带、推广生态农业等措施，最大限度减少外源污染物进入河道。苏州高新区通过城乡融合生态治理项目，以养分高效利用为手段实现农业面源的源头控制，以生态沟渠为载体实现氮磷流失过程阻截。
内源清除是水质提升的基础。对于底泥污染严重的小型河流，应在科学评估的基础上实施精准清淤，同时配套淤泥的资源化利用方案。怀九河小型水体生态修复工程的实践表明，底泥疏浚等措施对河流水文地貌形态的恢复具有促进作用。
生态重构是水质提升的核心。根据河流的水文特征和生态本底，选择适宜的生态修复技术并进行集成优化。在水质较差、溶解氧较低的河段优先采用增氧曝气措施；在污染负荷较高的河段重点建设生态湿地；在岸带退化严重的河段实施生态护岸和植被恢复；在透明度较低的河段构建“水下森林”。
长效维持是水质提升的保障。建立常态化的水质监测体系，定期评估修复效果并及时调整技术方案；落实河长制和长效管护责任；引导公众参与，形成共建共治共享的治理格局。
5.2 技术选择的适配性原则
小型河流生态修复技术的选择应遵循三项基本原则。
一是因河施策。 不同河流的污染类型、水文特征、生态本底和治理目标各不相同，技术选择应充分体现差异化。平原河网地区与山区河流、感潮河道与封闭水体，其适用的技术方案存在显著差异。
二是经济可行。 小型河流治理往往面临资金约束，技术选择应兼顾效果与成本，优先采用低投入、低维护、可持续的近自然修复技术。欧盟小型水体生态修复的经验表明，防洪、水质、生态和休闲娱乐四个方面的功能修复同等重要。
三是生态安全。 技术选择应避免对河流生态系统造成二次伤害，优先采用基于自然的解决方案，尊重河流的自然演化规律。
5.3 长效管护与监测评估机制
小型河流生态修复的效果能否持续，关键在于长效管护和监测评估机制是否到位。
在监测评估方面，应建立覆盖修复前、修复中、修复后的全周期监测体系，以水质指标（COD、NH₃-N、TP、DO等）、生态指标（生物多样性、水生植物覆盖度等）和水文指标（流量、流速、透明度等）为核心监测内容。通过持续的监测数据积累，客观评估修复效果，为技术优化提供科学依据。
在长效管护方面，应明确管护责任主体，落实常态化巡查、保洁和维护制度。日照市赵庄河创新推行的“河湖长制+AI赋能”双轮驱动模式，通过智慧水利平台与监测系统，大幅提升了水域管理的智能化、精细化水平，将河岸线打造为集水面保洁、生物栖息、智慧监测等多功能于一体的生态走廊。对于采用人工湿地、生态浮床等生物措施的河段，还需定期进行植物收割、基质清理和设备维护，确保处理效果的持续稳定。
六、结语
小型河流水质提升是水环境治理的“最后一公里”，也是生态修复最具挑战性的领域之一。本文的分析表明，小型河流水质恶化的根源在于外源污染持续输入、内源污染不断释放和水文生态条件退化三者的叠加效应。传统的单一技术、末端治理模式难以从根本上解决问题，必须转向以生态修复为核心、以技术集成为手段、以系统治理为路径的综合方案。
苏州平原河网“补水+沟通+修复”的系统集成使水体代谢率在80小时内达到97.7%；辽宁黑水河“增氧曝气+生物措施”的联合治理使水质基本达到Ⅲ类标准；南方感潮河道近自然生态修复使COD、氨氮、总磷、SS分别降低23%、41%、35%、51%/52%——这些实践共同证明：小型河流水质提升的关键在于从“单一技术应用”走向“系统集成优化”，构建“外源削减—内源清除—生态重构—长效维持”的全链条技术体系。
面向未来，小型河流水质提升仍需在以下方向持续探索：一是深化NbS理念在小型河流治理中的应用，进一步降低治理的工程依赖和长期维护成本；二是加强小微水体生态修复技术的标准化和规范化建设；三是推动水质监测与生态评估的数字化转型，为精准治理提供数据支撑。唯有技术、管理与理念的协同升级，小型河流才能真正实现从“浊水”到“清水”、从“死水”到“活水”的生态回归。
参考文献
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