河道生态护坡对地表径流的污染控制

第２８卷第７期２００８年７月环境科学学报ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅＶ０１．２８，Ｎｏ．７Ｊｕｌ．，２００８

蔡婧，李小平，陈小华．２００８．河道生态护坡对地表径流的污染控制［Ｊ］．环境科学学报，２８（７）：１３２６—１３３４ＣａｉＪ．ＬｉｘＰ，ＣｈｅｎＸＨ．２００８．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｉｖｅｒｂａｎｋｓｌｏｐｅｓｓｕｒｆａｃｅｒｕｎｏｆｆｐｏｌｌｕｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＡｃｔｓＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，２８（７）：１３２６一１３３４

河道生态护坡对地表径流的污染控制

蔡婧１，李小平２…，陈小华２

１．上海大学环境与化学工程学院，上海２０００７２２．上海市环境科学研究院，上海２００２３３收稿日期：２００７－０６－０２修回日期：２００７—１０·１７录用日期：２００８－０５—０４

摘要：在上海市进木港生态河道示范区．通过现场模拟径流试验，研究了柴笼、灌丛垫、植草３种不同类型的生态护坡对地表径流的延滞作用和污染控制作用．结果表明，生态护坡在控制地表径流污染方面具有良好的生态效益，柴笼对地表径流的平均延滞时间为２８．００一３３．３３ｍｉｎ，可拦截８０．９５％粒径为３０．０７一１１１．０５ｐ．ｍ的悬浮固体，可截留９２．５８％一９７．１５％的水溶态营养盐和７５．７５％一９１．２４％的泥沙结合态营养盐．灌丛垫使地表径流进入河道的时间比对照裸坡滞后９．７０—１５．３３ｍｉｎ，可有效截留８８．５３％一９２．９４％的水溶态营养盐；但其对悬浮颗粒的拦截能力比柴笼和植草护坡弱．植草护坡延滞地表径流的能力不及柴笼和灌丛垫，但其对地表径流中较小粒径的悬浮固体（１４．８９—５２．６３斗ｍ）和泥沙结合态营养盐的拦截率分别达到８５．９３％和８０．５３％一８５．３３％．研究还探讨了生态护坡对地表径流污染的控制与植被覆盖度、土壤含水率以及土壤抗剪强度等指标的关系，并提出了控制地表径流污染的生态护坡优化组合方案．关■词：生态护坡；延滞地表径流；颗粒粒径；悬浮固体；营养盐文章编号：０２５３－２４６８（２００８）０７－１３２６—０９中图分类号：Ｘ５２２文献标识码：Ａ

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１引言（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）

随着社会经济高速地增长，城市规模不断扩大，高度密集的人口和产业对区域生态环境的改变产生了深远的影响，对地表水环境造成的压力尤为突出．在点源污染得到有效控制后，城市非点源污染对水体的污染日益加剧（ＥＰＡ，１９９０；朱继业等，１９９９；尹澄清，２００６），地表径流污染在城市水环境质量的恶化中占有很大的比重（Ｌｅｅｅｔａ１．，２０００）．上海地区雨量充沛，但季节分配不均，５３％一７３％的降水主要分布在汛期（６—９月）．汛期暴雨所形成的地表径流历时短、流量大，而且携带着来自大气、城市路面和屋面的沉积物、Ｎ、Ｐ营养物等污染物；暴雨冲刷河岸后排入城市河流，引发了河岸带土壤侵蚀严重、河道淤阻、河滨生境多样性丧失、河流富营养化等生态问题．因此，控制地表径流对上

基金项目：上海市科委重大攻关项目（Ｎｏ．０５ＤＺｌ２００９）ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＫｅｙＰｒｏｊｅｃｔｏｆｔｈｅＳｈａｎｇｈａｉＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＣｏｍｍｉｔｔｅｅ（Ｎｏ．０５ＤＺｌ２００９）作者简介：蔡婧（１９８２一），女，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｎｇｅａｉ４１１＠１６３．ｃｏｍ：·通讯作者（责任作者），Ｅ－ｍａｉｌ：Ｘｉａｏｐｉｎ＆．．１ｅｅ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｒｎＢｉｏｇｒａｐｈｙ：ＣＡＩＪｉｎｇ（１９８２一），ｆｅｍａｌｅ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｎｇｃａｌ４１ｌ＠１６３．ｃｏｒｎ：｝Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ

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　万方数据７期蔡婧等：河道生态护坡对地表径流的污染控制１３２７

海城市河流的污染有着很重要的现实意义．本研究中引入生态护坡技术作为控制地表径流污染的主要工程手段．生态护坡工程是一项建立在可靠的土壤工程基础上的生物工程，即采用存活植物及其它辅助材料术构筑各类边坡（山地斜坡、江河湖库堤岸、海岸坡岸等）结构，来实现稳定边坡、减少水土流失和改善栖息地生境等功能的集成工程技术（Ｃｏｐｐｉｎｅｔａ１．，１９９０）．同传统的工程技术相比，生态护坡技术在技术、生态、经济和美学上具有显著优势．目前国内外对河道生态护坡的研究较多，但大多集中在生态护坡理论的阐述（Ｓｉｍｏｎｅｔａ１．，２０００；汪洋等，２００５）、生态护坡材料的研究（Ｍｉｌｌｅｒｅｔａ１．，１９９８；董世魁等，２００６）、生态护坡应用实例的列举（Ｖｅｒｄｉ，１９９８；罗楠，２００６）或是只关注护坡技术本身（保洛·迪·皮特罗，２００２；夏继红等，２００４），而往往忽视了对已完成的生态护坡工程进行工程后评估．２００４年４月，上海市浦东新区机场镇的生态河道示范区全部竣工后，相关学者对生态护坡工程的生态效果进行了持续的生态监测，获得了生态护坡工程对河道坡岸的支撑、稳固以及对坡岸生境的改善等定量数据和结论（Ｌｉｅｔａ１．，２００６；陈小华等，２００７）．为了进一步研究生态护坡工程在控制地表径流方面的功效，获取基础数据，为当前我国地表水体的生态护坡的优化设计提供理论依据，本研究中选取典型的土壤生物工程类型柴笼（Ｌｉｖｅｆａｓｅｉｎｅｓ）、灌丛垫（Ｂｒｕｓｈｍａｔｔｒｅｓｓ）以及传统的植草护坡（Ｇｒａｓｓｒｅｖｅｔｍｅｎｔ）为研究对象，现场模拟地表径流，对这３种生态护坡延滞地表径流、拦截悬浮固体和营养盐的能力进行了试验研究，以探讨生态护坡对地表径流污染的控制与植被覆盖度、土壤含水率以及土壤抗剪强度等指标的关系，并提出了控制城市非点源污染的生态护坡优化组合方案．２材料与方法（Ｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓ）

２．１研究区域及生态护坡示范工程进木港位于上海市徐汇区，是黄浦江的一条支流，总长约３５０ｍ，平均河宽约１０ｍ．河岸土壤为壤土，含１．０％一１．５％的有机质．河岸顶部零星地分布有若干杂草带，主要是加拿大一枝黄花等外来植物．进木港西接交通要道、东接黄浦江的一个渡口，所处的区域为工业、居住混合区．路面积聚了大量的粉尘、垃圾等地表沉积物．每遇降水，地表沉积物就随着地表径流大量地输送到进木港中，导致部分河段侵蚀坍塌、河道淤积、河水黑臭．２００６年２月，以河道生态修复为目标对进木港实施了河道综合整治．生态护坡工程是综合整治最重要的生态修复工程之一，主要集中在进木港南岸．工程实施面积约２１００ｍ２，共选用了３种护坡类型，其中柴笼２１０ｍ２、灌丛垫８７０ｍ２、植草护坡５０ｍ２．综合考虑上海市的植物资源和自然环境特征，本研究的土壤生物工程采用杞柳（Ｓａｌｉｘｓｕｃｈｏｗｅｎｓｉｓ）的扦插枝．柴笼技术是将数十株可生根的扦插活枝捆成圆柱状，将其按水平或等高线方向埋人坡岸的浅层土壤内；活枝重新生长后，在坡岸形成像“水坝”一样的阶梯结构．灌丛垫技术是将大量的植物活枝（灌木枝条为主）顺坡岸铺设，较粗的一端指向水面，有芽头的细端指向坡顶；活枝铺设厚度控制在１０～１５ｃｍ，其上覆盖营养土壤，植物生长后在整个坡面形成高密度高强度的植物防护体系（Ｇｒａｙｅｔａ１．，１９９６）．植草护坡选用的植物是狗牙根（Ｃ．ｄａｃｔｙｌｏｎ（￡．）Ｒｅｒｓ），在坡岸的营养土壤上播种草种并养护成型，形成草坪．径流流经不同类型边坡的水流走向如图１所示．

圈ｌ不同类型边坡的水流走向示意田Ｆｉｇ．１Ｄｉａｇｒａｍｏｆｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆ