南方雨源型城市河流生态修复技术与应用

南方雨源型城市河流生态修复技术与应用

雨源型河流广泛分布于我国南方季风区和快速城市化地带，尤其在粤港澳大湾区、长三角城市群、闽江口城市群及海南岛等年降雨量丰富且雨季集中的区域最为典型。该类河流以降雨为主要补给水源，径流过程高度不稳定，是生态系统中最为薄弱且修复难度极高的典型类别之一。我国南方湿润、半湿润气候带城市河流的核心特征与面临挑战，在该区域极具代表性。

雨源型河流的水量水质波动性大首先，其水文过程高度不稳定，生态基流保障困难。受季风气候影响，降雨时空分布不均，河流径流过程呈现很强的季节性和随机性。旱季河道常常断流或流量极低，生态基流严重不足；雨季短时强降雨形成的洪峰流量可达旱季流量的数十倍甚至上百倍，水文过程的剧烈波动严重影响水生生物栖息环境的稳定性。其次，面源污染负荷集中释放，水质冲击性恶化严重。由于城市不透水面积大，降雨初期地表积累的污染物随径流快速汇入河道，具有典型的面源污染“初期冲刷效应”。再次，河道形态人工化程度高，生态功能严重退化。长期以来的城市开发建设导致河道硬化、渠化现象普遍，天然河岸带被大量侵占，河流横向连通性和纵向连续性遭到严重破坏。同时，底泥污染积累、水生植被消失、生物多样性锐减等问题突出，河流生态系统自净能力和生态服务功能显著下降。受极端气候与城市面源污染叠加影响，传统末端截污、硬质清淤、湿地补水等治理手段难以持续奏效，亟须从“结构修复”转向“功能重构”，实现治理模式与修复理念的根本变革。

本研究立足我国生态文明建设的战略任务和美丽中国的建设需求，采用分阶段、分步骤、因地制宜的渐进式生态修复策略，以期系统解决雨源型城市河流治理中的关键技术瓶颈与基础理论难题，为推动我国雨源型城市河流从以工程手段为主的传统治理模式向以生态系统整体性修复为核心的现代治理模式转型，提供科学依据与技术支撑。

城市河流生态环境演变及河流生态修复理论发展趋势

城市河流作为生态系统的重要组成部分，不仅承担着供水、防洪、景观等功能，对维持流域内生物多样性和生态平衡亦具有重要作用。然而，随着城市化进程的加速，城市河流正面临日益严峻的生态压力，具体表现为水环境质量下降、洪涝风险增加、生物多样性下降以及城市开发导致河道空间被不断侵占等问题。这些生态威胁导致河流生态系统功能逐步退化，影响城市河流健康可持续发展，因此研究有效的河流生态环境修复理论技术具有重要的现实意义。

1.城市河流生态环境演变的阶段性特征

城市河流生态环境演变呈现出明显的阶段性特征，可划分为“自然本底维持—人为干扰退化—主动修复调控”三阶段，各阶段在驱动力、生态响应及恢复潜力等方面具有显著差异。

自然本底维持阶段，城市河流生态系统维持着相对稳定的结构和功能，主要承担供水、航运等基础性服务功能。

随着工业化与城镇化进程的加速推进，城市河流普遍进入人为干扰退化阶段，高强度人类活动导致的水体污染负荷激增、河道形态人工化加剧等生态环境问题凸显，进而引发水生生物多样性显著降低等生态退化现象。改革开放后我国处于以发展经济为主导的阶段（1978—2000年），生态环境经历了典型的人为干扰退化过程，整体环境质量呈现从局部到全面的恶化趋势，单纯的点源污染治理难以从根本上改善生态环境。从国际视角看，工业革命时期（1790—1890年）经济社会发展与水资源紧张之间的矛盾催生了水管理制度创新，尤其是作为全球首部水环境保护法规，英国1876年颁布的《河流防污法》开创了水污染防治制度化先河。

进入主动修复调控阶段后，河流治理理念发生了根本性转变。20世纪50年代德国提出的“近自然河道修复理论”、20世纪80年代恢复生态学学科的建立以及1988年国际恢复生态学学会（SER）的成立等一系列具有标志性的历史事件推动了相关理论发展，标志着河流治理理念的重大突破。SER在2002年明确定义生态恢复概念，2019年修订发布《生态恢复实践的国际原则与标准（第二版）》，同年联合国大会将2021—2030年确定为“联合国生态系统恢复十年”。我国2000—2012年实施一系列生态修复政策，2012年提出了尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主的方针，2020年出台《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划（2021—2035年）》，近年相继启动母亲河复苏行动和美丽河湖建设，将治理重点从单一污染控制拓展为流域系统修复，治理目标也从水质改善提升至生态系统功能恢复。这些理论创新和实践探索不仅推动了治理技术的革新，更体现了人类对河流生态系统认知的持续深化，为全球城市河流生态治理提供了重要参考。

2.河流生态修复理论的发展趋势

河流生态修复理论经历了从单要素调控向系统整合、从静态目标恢复到动态适应性管理的改变，这一发展过程反映出对河流生态系统复杂性与动态性认知的持续深化。该理论体系的构建，为雨源型城市河流的系统治理和生态修复实践奠定了坚实的理论基础。河流生态修复理论起源于对河流生态系统结构与功能关系的深入认知，在河流连续体理论（River Continuum Concept）、洪水脉冲理论（Flood Pulse Concept）等的基础上，发展形成了适用于我国国情的河流生态理论框架，进一步推动了修复实践从单一工程措施向生态系统整体性恢复转变。

SER在系统总结全球经验的基础上修订发布《生态修复实践的国际原则与标准（第二版）》，为全球生态修复工作提供了系统的指导框架，明确提出八大核心原则，其中包括利益相关方协同参与、多学科知识整合、基于本地生态系统特征并考虑环境变化、支持和优化生态系统修复过程、采用适应性管理评估生态恢复目标以达到生态系统各项功能的全面提升等。近年来兴起的“基于自然的解决方案”（NbS）理念为河流生态修复注入了新思想。该理念强调依托自然生态系统自身的功能与过程来应对各类生态问题挑战，以期实现生态-社会-经济效益的协同发展。在河流生态修复实践中，NbS理念倾向于充分发挥湿地、植被和土壤等自然要素的水质净化作用和生境维持功能，推动构建更具韧性与可持续性的生态治理体系。

我国学者提出了生态水工学、渐进式生态修复等理论生态水工学强调在水利工程的规划、设计与调度中系统性地引入生态学原理，通过工程-生态协同的技术框架实现防洪、供水与生态功能的统筹优化，其核心在于将生态目标量化并纳入工程约束与运行策略。渐进式生态修复是一种以分阶段推进、循序渐进实施和自适应管理为特征的生态治理路径，其本质是在充分评估生态现状与生态承载力的基础上，通过阶段性干预，逐步恢复河流的水文连通性、生态过程和栖息地结构。二者既各自成体系，又在实践中互为支撑：生态水工学提供技术框架、工程设计与实践手段，渐进式生态修复提供可操作的理论基础、实施路径与系统方案，共同推动我国河流治理由工程主导向生态优先与可持续并重的战略转型。

3.渐进式生态修复理论发展

传统“恢复至退化前状态”修复模式往往难以取得理想成效。渐进式生态修复理论的提出为破解这一困境提供了思路。该理论通过量化评估生态系统现状与可恢复性，分阶段、分步骤地采取“环境治理、生态修复、自然恢复”的系统治理模式，对受损生态系统进行循序渐进的修复和治理。渐进式生态修复有利于正确处理自然恢复和人工修复的关系，依据生态退化程度和修复潜力，为不同阶段设定切实可行的目标，避免盲目追求生态系统回到“原始状态”；在修复过程中实施持续监测与评估，根据生态响应动态优化修复措施；综合运用自然和人工两种手段，统筹水文过程调节、水质改善、生境重建与生物群落恢复等多维要素，因地因时制宜，分区分类决策，寻求复苏退化生态系统的最佳途径和解决方案，促进生态系统功能的整体性与可持续恢复。

当前，城市河流生态修复正处于理论创新与实践转型关键时期，既面临新理念带来的发展机遇，又需应对气候变化和土地资源约束等严峻挑战。在此背景下，雨源型城市河流因其特殊的“枯季断流、汛期成污”水文特征，成为生态修复中极具特殊性与复杂性的重点对象。随着海绵城市建设在工程实践中的示范效应逐步显现，河流生态修复已从早期以水质改善或河道整治为主的单一治理模式，逐步转向融合水文调控、生态功能恢复与社会系统协调的多目标协同治理。这一转型对分布于南方多雨地区的雨源型城市河流而言显得尤为迫切。从未来发展趋势看，修复策略更注重生态系统整体性与其服务功能的协同提升；修复技术逐渐趋向数字孪生、人工智能与智能传感等高新技术，推动生态修复走向智慧化与精准化。这标志着河流生态修复已从传统的污染控制上升为融合生态、社会、经济多重目标的系统性治理工程，体现出生态系统服务理论和可持续发展目标在实践中的深入应用与融合。由此可见，随着智慧技术不断突破与综合治理体系持续完善，河流生态修复将在提升城市生态系统韧性、推动流域高质量发展方面发挥关键支撑作用。

南方雨源型城市河流生态修复内涵、认知模式、理论框架

1.雨源型城市河流的特征与退化机理

雨源型城市河流是指位于城市建成区，主要依靠当地降雨补给、缺乏稳定的径流来源且水文情势具有强烈季节性波动的城市河流。其具体特征表现为全年天然径流中降雨补给占比高（通常≥70%），旱季易发生断流，汛期因流域不透水面积占比高导致径流系数大、水文过程陡涨陡落，并受高强度人类活动（如河道渠化、硬化）显著影响，形成自然-人工复合的河道系统。受季风气候与高强度城市化双重胁迫，雨源型城市河流在水文、水质与生态结构上呈现典型的“三高”（高径流系数、高污染负荷、高人类干扰强度）与“三低”（低生态基流保障率、低水环境容量、低自然岸线率）退化特征，且各因素间存在复杂的耦合与放大效应。此类河流受城市化导致的不透水地表扩张与极端天气事件的叠加影响，水动力与水质过程呈现高度变异性，治理难度显著增加。在旱季，河道常出现断流现象，生态基流丧失严重；而在雨季，洪峰迅速汇入，河道水位剧烈变化，形成“洪来涝退”突发性响应。受长期地表污染物累积效应与降雨径流冲刷作用协同影响，降雨初期径流水质呈现显著的污染峰值特征，形成具有明显时序特征的暴雨径流面源污染冲击负荷。水质恶化又导致底泥黑臭、栖息地退化、水生态系统破碎化显著。雨源型城市河流在水文过程、污染响应和生态结构等维度上呈现出“三重胁迫”特征，成为当前城市生态修复的重点与难点。

2.雨源型城市河流生态修复的双轴识别框架

国外城市河流治理强调恢复河流“自然原貌”或“历史状态”，但这一理想的复原路径在雨源型城市河流中具有明显的局限性。当前生态修复理念正逐步转变为以“功能适应”为导向，立足于实际水资源状况、污染特性以及生态承载力，重构具备关键生态和社会服务功能的雨源型城市水生态系统。在修复目标方面，不再局限于形态或景观层面的“还原”，而是注重维持水体流动性、恢复其自净能力和重建生物栖息地。

在城市河流生态修复过程中，“生态退化强度-生态恢复能力”双轴识别旨在构建一套量化刻画生态系统状态及其修复潜力的二维诊断框架，为治理决策提供科学依据。其中，生态退化强度轴主要衡量河流系统相对于自然或健康参考状态的偏离程度，聚焦流域水文过程、水质负荷、生境结构与生态功能的系统性退化表现。通过引入一系列定量指标（如流量偏离度、污染物浓度超标倍数、岸线硬化率与底栖生物完整性指数等）对人类干扰强度进行数值化表达，从而定位生态问题的深度、广度与急迫性。此轴本质上反映的是“问题之重”，即生态系统在多维干扰下“被破坏的程度”。与之相对应，生态恢复能力轴则关注系统“回归至可接受状态”的内在与外在支撑条件，强调恢复弹性、空间承载、调控能力与社会支持的综合表现。该轴涵盖生态系统自身的自然恢复潜力（如河道与湿地连通度、流域缓冲带宽度等）、资源与政策条件（如可用于修复的土地资源、治理资金投入等）以及管理响应（如水资源调控灵活性、污染源识别与控制能力等）。通过构建“可恢复性指数”，识别不同区域生态修复的可能性与预期成效。

双轴交叉构成九宫格式分类体系，支撑对河段实施分区治理、分阶段推进与动态调整，形成渐进式修复路径逻辑起点。这一机制突破了传统“单轴评估”模式局限，也为复杂河流生态系统的恢复重建提供了更为精准和可操作的理论工具。

同时，治理模式正在由末端治理向全过程系统调控转变，逐步构建覆盖污染源头控制、径流过程调节、生态系统功能修复和底泥生态治理等多层级的协同治理体系。在技术层面，雨源型城市河流生态修复正在经历从工程手段向智慧化调控转型，基于多源数据融合的数值模拟和智能化决策系统显著提升了治理效能。在生态修复理念层面，实现了从单要素治理向多要素协同的改变，基于流域整体性、生态系统连通性和生态功能协同性的系统思维，正在重塑雨源型城市河流生态治理的理论框架与实践范式。

3.理论框架体系构建

本研究针对雨源型城市河流治理中的关键科学问题和技术瓶颈，构建了集理论构建、技术集成、智能支撑、评估反馈为一体的理论体系，提出“理论-技术-决策”的综合治理路径，突出“流域-岸坡-水体-河底”的系统性治理理念，强调从技术适配到成效评估的全链条覆盖，构建支持动态调控的智慧化平台，推动治理从经验导向向数据模型主导转变。该框架已在我国南方珠三角等典型区域得到广泛验证，有效提升了城市河流治理的科学性、适应性与可持续性。南方雨源型城市河流生态修复理论框架体系见下图。

▲南方雨源型城市河流生态修复理论框架体系

南方雨源型城市河流生态修复关键技术

受独特的水文特性和高强度人类活动影响，南方雨源型城市河流面临着生态水量不足、水质污染和生态功能退化等多重挑战，传统的“末端治理”模式已无法满足河流健康需求，亟须构建一套“流域-岸坡-水体-河底”四位一体的系统性生态修复技术。本研究提出南方雨源型城市河流的立体环境治理和生态修复技术体系，集成面向非常规水源高效利用的生态补水技术、城市河流生态护岸技术、湿地景观嵌合型生态修复技术、底泥评估与资源化处置技术以及全过程智慧管控与优化决策技术，推动城市河流减污、降碳、扩绿协同增效，提升生物多样性，助力建设创新、宜居、美丽、韧性、文明、智慧的现代化人民城市。

1.面向非常规水源高效利用的生态补水技术

雨源型城市河流普遍面临旱季生态基流保障困难和雨季水质恶化等突出问题。传统的生态补水模式主要依赖天然径流或外调水源，难以满足雨源型城市河流生态修复的实际需求。因此，充分利用城市雨洪水、再生水等非常规水源开展生态补水，已成为解决雨源型城市河流生态水量不足问题的重要途径。面向非常规水源高效利用的生态补水，通过构建非常规水联合调度与优化配置技术和面源污染协同控制技术，可实现多水源的联合调度与优化配置，有效解决雨源型城市河流水量不稳定和生态基流保障率低的问题，为生态修复提供可靠的水资源保障。

（1）非常规水联合调度与优化配置技术

非常规水联合调度与优化配置技术是雨源型城市河流生态补水的核心，通过统筹利用城市雨洪水、再生水等非常规水源，将其作为河流生态补水的重要来源，弥补天然径流的不足。该技术首先基于监测网络系统对不同水源的水量、水质、可利用性进行实时监测和全面评估，在此基础上，基于智能决策系统多目标优化模型，科学确定河流生态补水方案。在水源配置方面，建立“取水-调压-蓄用-净化”一体化生态补水调度配置体系：取水模块通过智能控制的多点、分质取水系统，实现对不同水源的精准获取；调压模块通过高低压分区、串并联协同的智能化方式，保障补水系统的稳定运行；蓄用模块通过调蓄工程设施，实现水量的时空调节；净化模块通过生态处理、深度处理等工艺，结合在线水质监测系统，保障补水水质达标，实现补水的精细化管理和动态优化配置。

（2）面源污染协同控制技术

面源污染协同控制技术是雨源型城市河流生态修复技术体系的重要组成部分。城市雨水径流具有“初期冲刷效应”污染特征，即初期雨水污染负荷一般较高。面源污染协同控制技术通过构建“时间-强度-污染负荷”的径流分质识别模型，确定初期雨水与后期雨水的分界点。针对污染负荷较高的初期雨水，采用“源头+过程+末端”多级控制策略，减少入河污染物：源头借助透水铺装、绿色屋顶等低影响开发设施，减少径流产生量和污染物冲刷量；过程通过截流井、截流闸门、溢流堰、植草沟等设施拦截，实现对初期雨水的精准截流，并利用调蓄池进行暂存和初步沉淀处理；末端处理采用“混凝沉淀+过滤+消毒”的常规处理工艺或“人工湿地+生态滤池”等生态处理工艺，进一步提升水质。而对于污染程度较轻的后期雨水，则可直接用于河道生态补水，实现资源化利用。

▲基于非常规水源的雨源型城市河流生态补水协同调控网络

2.城市河流生态护岸技术

雨源型城市河流河岸带在城市发展过程中受到剧烈的人为干扰，且干扰程度具有显著的空间异质性，城市建成区、城市近郊、城市远郊等不同河段的干扰强度差异明显。因此，生态护岸技术应根据城市河流的空间区位特征和受干扰程度，因地制宜，分类施策。

（1）城市建成区直立型生态护岸技术

城市建成区河道两侧用地紧张，传统的缓坡式生态护岸难以实施，而传统的重力式挡墙和浆砌石护岸虽结构稳定，但栖息地和水陆物质交换等生态功能严重不足。本研究提出直立型生态护岸技术，可解决城市建成区空间受限与护岸生态功能不足等问题，显著提升城市护岸结构安全性与生态性。该技术体系以“灌注桩+生态植草袋”结构为核心，通过结构生态化设计、植被多样化配置、水陆生态系统连通性恢复，实现工程安全与生态功能的统一。

在结构生态化设计方面，采用双排灌注桩结构作为护岸的主体支撑体系，具有占地面积小、适应性强、施工便捷等优势。该结构通过地梁、腰梁、冠梁形成完整的钢筋混凝土连接体系，既保证了结构安全，又为生态化改造预留了充足空间。双排桩中间设置截污的排水廊道，可有效收集和处理地表径流，防止污染物直接入河。

在植被配置方面，针对垂直空间特征和不同高程的水文条件，构建立体植物配置体系：常规水位以上区域选用耐旱植物，具有较强的岸坡固土能力；常规水位附近区域配置挺水植物，能够适应周期性水位变化并具有较强的水质净化能力；水下区域种植沉水植物，构建水下森林系统。

在水陆生态系统连通性恢复方面，护岸结构中设置生态通道，利用植草袋之间的空隙和网格结构，为两栖动物、爬行动物等提供水陆之间的迁移通道；在水下，灌注桩结构形成的多样化生境可为鱼类等水生动物提供丰富的栖息空间；通过在不同高程配置不同类型的植物形成“沉水植物-挺水植物-陆生植物”连续梯度，在水陆交界处营造生态过渡带，实现水生生态系统向陆生生态系统平缓过渡。

（2）近郊河段“复式断面+生态缓冲带”技术

城市近郊河段用地相对宽松，传统的单断面割裂了水陆生态系统，导致横向连通性较弱。针对城市近郊河段兼顾行洪安全、生态连通性和休闲游憩等多目标需求，本研究提出“复式断面+生态缓冲带”的护岸技术。该技术通过模拟自然河流形态构建“主槽+滩地”的复式断面，并结合生态缓冲带有效解决河岸带功能单一、生态连通性差等问题。

在复式断面构建方面，将河道划分为主河槽和滩地：主河槽作为主要行洪通道，保障防洪安全的同时可维持河流的基本生态功能；滩地可根据地形条件设计亲水平台、湿地公园等，满足市民的休闲需求。

在生态缓冲带构建方面，利用滩地和岸坡空间，构建由“水生植被带-湿生植被带-陆生植被带”组成的多层次植被群落。通过梯度植被配置，可提升河流水陆之间的生态连通性，促进生物多样性恢复。

（3）远郊河段“近自然”生态护岸技术

城市远郊河段作为城乡交错的关键区域，保留了大量的自然基底，人为干扰相对较弱，但仍然面临局部开发带来的岸坡侵蚀和生态退化风险。传统的硬质护岸会严重破坏生态连续性。针对远郊河段生态保护目标，本研究提出“近自然”生态护岸技术，旨在最大程度地维持河流岸带的天然状态，通过最低限度的人工干预，促进岸坡局部稳定与整体生态功能维护之间的平衡。“近自然”生态护岸技术充分利用河流的自然形态，避免大规模开挖和填筑，仅对局部不稳定岸段进行生态化加固。护岸结构优先选用自然材料，不仅能提供必要的结构稳定性，材料本身的多孔和可降解特性也能为植物生长提供有利条件。例如，采用木桩结合抛石的方式稳固坡脚，既能抵抗水流冲刷，又能形成多样的生境。此外，植被群落采用本地的草本、灌木、乔木植物，模拟自然演替过程，配置从傍水的湿生、挺水植物到坡上的灌木和乔木的连续植被带。“近自然”生态护岸技术不仅能有效防止岸坡侵蚀，还能重建水陆生态连通性，为区域内的生物多样性保护提供关键支持。

3.湿地景观嵌合型生态修复技术

传统湿地修复技术难以适应雨源型城市河流剧烈的水文和水环境波动，在雨季高污染负荷冲击下，其净化效率显著降低，而在旱季低流量条件下，也极易发生生态功能退化。此外，城市河流还承载着重要的景观和社会服务功能，构建的湿地需要在有限的空间内实现水质净化、生态修复和景观营造等多重目标。与此同时，该类湿地修复还面临诸多挑战，包括生境条件不稳定、生物群落结构单一、生态系统脆弱等生态问题。因此，针对雨源型城市河流径流系数高、水环境容量低的问题，迫切需要构建适应其特征的湿地修复技术体系，以应对剧烈水文变化、污染负荷波动、生态功能退化与景观需求多样等复杂局面。

针对雨源型城市河流湿地修复的复杂需求，本研究提出湿地景观嵌合型生态修复技术，将传统相对独立的水质净化、生态修复、景观营造等功能有机嵌合，在同一空间实现多功能的协同发挥。在技术路径上，构建“沉砂池+接触氧化+高效沉淀+垂直潜流湿地+表流湿地”的复合流程，形成从预处理到深度净化、从生态修复到景观营造的完整技术链条。在设计理念上，提出“湿地+景观廊道+亲水平台”的空间布局模式，实现生态功能与景观功能的深度融合。在调控机制上，建立多级缓冲、自适应调节、智能监控的系统调控体系，有效应对雨源型城市河流水文条件复杂多变的挑战。

湿地景观嵌合型生态修复技术主要包括水质净化、生境多样性构建、景观功能和系统调控四个核心组成部分，通过多层次、多维度的技术耦合实现系统功能的最大化。在水质净化方面，构建“多级处理+深度净化”的技术体系，通过沉砂池、接触氧化池、高效沉淀池形成多级预处理体系，通过垂直潜流湿地实现深度净化；在生境多样性构建方面，建立“立体分层+多样配置+栖息营造+连通恢复”的技术体系，通过水深梯度构建立体分层生境，通过植物配置提升生物多样性，通过生态岛、人工鱼巢等营造动物栖息地，通过生态廊道恢复生态连通性（见下图）；在景观功能方面，表流湿地采用景观嵌合设计，植物配置实现四季有景，亲水设施满足休闲需求，文化元素提升内涵品质；在系统调控方面，建立“智能监测+适应调控+优化管理”的技术体系，实现系统精准调控和高效运行。

▲深圳市茅洲河定岗湖湿地的生境多样性构建

4.底泥评估与资源化处置技术

雨源型城市河流底泥中污染物的沉积、释放与迁移转化过程呈现明显的时空分异特征，雨季时大量面源污染随径流冲刷进入河流并沉积，而旱季低水位条件下沉积物易向水体释放污染物。因此，传统静态评估方法难以准确反映其真实污染状况。此外，雨源型城市河流沉积物含重金属、有机污染物和抗生素等多种污染物，各污染物间存在复杂的相互作用和协同效应，针对单一污染物的风险评估无法全面反映复合污染的生态风险。城市河流底泥还承载着营养物质循环、微生物和底栖动物生境等重要的生态功能，底泥治理不仅要削减污染，还要兼顾其生态功能的保护与恢复。传统的底泥治理技术未能充分考虑雨源型河流底泥污染的动态性和系统性，难以实现可持续的生态修复效果。因此，雨源型城市河流底泥治理需建立动态评估体系、分类处置策略和渐进式修复模式，统筹考虑污染控制与生态保护的双重目标。

针对雨源型城市河流底泥的复杂特征，本研究提出构建精准化底泥评估技术体系，建立“物理-化学-生物-生态”四维评估框架。在物理特性评估方面，通过粒度分析、含水率检测等手段，全面掌握底泥的基本物理性质，为后续处置工艺选择提供依据；在化学成分评估方面，建立重金属、有机污染物、营养盐的综合检测体系；在生物毒性评估方面，采用多种生物指示物进行毒性试验，包括发光细菌急性毒性试验、底栖动物急性毒性试验等，建立底泥生物毒性的综合评价体系；在生态风险评估方面，基于污染物浓度、生物有效性、暴露途径等因素，建立底泥生态风险评估模型，将生态风险划分为低风险、中风险、高风险三个等级。通过四维评估的有机结合，实现对雨源型城市河流底泥污染状况和生态风险的精准识别，为分类处置和渐进修复提供科学依据。

基于精准评估结果，本研究提出渐进式底泥修复与资源化处置技术，建立“分类处置+渐进修复+资源利用”技术路径。在分类处置方面，根据评估结果将底泥划分为轻度污染、中度污染、重度污染三个等级，分别采用原位物理化学修复、原位生物修复、异位处理与资源化利用等三种策略。轻度污染底泥可通过覆盖、隔离等措施控制污染物扩散，结合生物炭、磷酸盐等钝化剂，降低污染物生物有效性；中度污染底泥采用生物修复方式，通过植物修复、微生物修复等技术促进污染物降解，并通过生境营造、群落构建等措施恢复生态功能；重度污染底泥采用异位物化处理技术，例如“微磁絮凝+超磁分离+尾水回收”一体化处理工艺，处理后的底泥可制备生态土壤、园林基质、透水砖等建筑材料，实现从废物处置向资源利用转变，为雨源型城市河流底泥的可持续治理提供系统性的技术解决方案。

5.全过程智慧管控与优化决策技术

传统河流生态修复工程普遍面临监测数据碎片化、模型模拟精度有限、调控过程过度依赖经验判断等技术瓶颈，导致治理策略难以动态优化，制约了精准决策的实现。尤其在雨源型城市河流中，水文条件波动剧烈且污染负荷时空异质性显著，导致静态的修复与管控技术设计难以适应复杂多变的生态系统需求。现有技术体系在数据处理、模型耦合与决策优化等环节存在割裂，造成生态修复工程普遍存在效率偏低、能耗偏高、长期稳定性不足等问题。因此，构建贯穿生态修复全过程的智慧管控系统，实现从数据感知到智能决策的闭环管理，成为提升河流生态修复效能的关键突破口。

本研究提出“物理-数据”双驱动的数字孪生生态修复系统，通过多源感知网络、智能模拟引擎和优化决策模块的有机融合，建立覆盖“污染识别-模型构建-方案优化-效果评估”的全链条智慧管控技术体系。在数据感知层面，集成卫星遥感、无人机航测、物联网监测等多维技术，构建“天空地水工”一体化监测网络，实现水质、水量、生态参数的实时动态采集；在模型构建层面，耦合水文水动力模型与机器学习算法，突破传统模型参数固化、响应滞后的局限，开发具有自适应学习能力的动态模拟系统；在决策层面，融合多目标优化算法与不确定性分析方法，建立考虑污染削减、生态补水与能效优化的协同决策模型。该系统通过“感知—模拟—决策—反馈”的闭环管控机制，实现河流生态修复从经验驱动向数据智能驱动的根本转变。

南方雨源型城市河流生态修复技术的实践应用

粤港澳大湾区、西江流域、海南岛等地区的大部分城市河流都属于雨源型河流，早期环境治理方法多采用传统截污纳管方式，然而传统治理模式难以应对高密度城市化背景下的复合型水生态环境问题。本研究选取广东省深圳市茅洲河流域作为典型案例，旨在系统阐述生态修复理论与技术在雨源型城市河流中的综合应用。

茅洲河是深圳市第一大河，流域面积388km²，具有典型的雨源型城市河流特征：雨季短时强降雨频繁，非雨季水动力不足，降雨补给比高达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响，茅洲河长期面临雨季面源污染急剧增加与旱季水体自净能力下降的双重压力，曾被生态环境部与住房城乡建设部列为挂牌督办的黑臭水体。针对茅洲河的典型问题，本研究基于“生态退化强度-生态恢复能力”双轴识别框架，构建了集污染控制、生态补水与水质保障于一体，多目标协同的渐进式生态修复理论与技术方案。该方案通过整合水文调控、生态修复和智慧管理等关键技术，构建了“流域-岸坡-水体-河底”四位一体的立体化生态修复技术体系，形成完整的雨源型城市河流综合治理体系。

①流域尺度。通过因地制宜提出雨洪水与再生水等非常规水源利用模式，采用“晴雨”差异化调度方案，有效缓解了水资源时空分布不均状况；研发面源污染协同控制技术，采用“源头+过程+末端”多级控制策略，减少入河污染物；研发全流域生态补水技术，通过雨水与非常规水联合调度与优化配置，实现日均生态补水规模150万m³，旱季生态基流保障率提升80%，有效改善了旱季生态基流不足与雨季面源污染问题。

②岸坡尺度。通过研发复合式生态护岸技术，采用结构生态化设计、植被配置多样化、水陆生态系统连通性恢复三个方面的系统集成，使总磷削减率达48%；实施岸坡面源阻控与生态缓冲带建设，增强了对径流污染的拦截与净化能力。

③水体尺度。针对水体污染治理需求，构建了湿地景观嵌合型生态修复技术，其中对关键性节点工程燕罗湿地（面积6.5hm²）采用“强化预处理-多级湿地净化-生态补水”的集成工艺，使出水水质稳定达到地表水Ⅳ类水，最大日处理规模1.8万t，总氮去除率52%，显著提升了河道水质净化能力。

④河底尺度。针对底泥污染严重、生态风险突出等问题，研发了集污染评估与资源化处置于一体的关键技术体系，基于渐进式生态修复理念，建立了“分类处置+渐进修复+资源利用”的技术路径，创新底泥治理技术，使脱水效率提升50%，有效抑制了内源污染释放。

在全过程智慧调控尺度上，构建了全流域水文、水动力、水环境耦合河流治理决策支持系统，研发了河道再生水动态补水精准调配技术，建立水动力-水环境耦合模型，提出基于旱雨季、雨情与潮汐动态的智能化补水机制，实现补水通道优化与高低压分区并联配水，单位补水能耗降低23%～31%；通过融合污染识别、水动力调控与模型优化的智慧管理系统，削减入河污染物负荷66.9%。

实践结果显示，茅洲河流域治理后整体水质指标提升80%以上，鱼类从几近绝迹恢复至26种，治理工程不仅显著改善了茅洲河流域水环境质量，还实现了生态系统功能的恢复与社会服务功能的协同增强，为我国南方雨源型城市河流的生态修复提供了可复制、可推广的技术路径和实施范式，对同类气候背景和高度城市化区域的河流治理具有重要的示范价值，也为全球城市河流的综合治理提供了中国方案。

结论与展望

围绕我国南方城市河流生态修复问题，系统构建了雨源型城市河流生态修复理论与技术体系。以“生态退化强度-生态恢复能力”双轴识别为基础，诊断生态系统状态，提出了针对性的渐进式修复路径。在技术层面构建了“流域-岸坡-水体-河底”四位一体的立体修复技术体系，并结合数字孪生与多模型耦合平台，实现了全过程智慧化调控与动态优化。关键技术已在多个典型流域治理工程中示范应用，包括粤港澳大湾区核心水系（如深圳茅洲河）及长江重要支流（如赣江）等，显著提升了流域生态功能恢复效率和水质的长期稳定性，取得了良好的生态、经济和社会综合效益。

随着国家“现代化人民城市”建设战略的深入推进，雨源型城市河流作为城市生态系统中高度敏感且易受扰动的单元，面临极端天气事件频发、水源依赖性强、污染负荷加剧等多重挑战，生态修复亟须在理论构建、技术集成与系统调控等方面持续深化。未来研究应围绕理论体系的完善与创新、技术方法的迭代升级，以及智能技术的深度融合与应用三个维度开展。

1.构建动态系统韧性驱动的渐进式生态修复新范式

未来研究应推动河流生态从静态结构修复到动态系统调控的范式转变，重点构建以生态韧性提升和多功能协同优化为核心的适应性修复体系。需深入解析“降雨驱动-水文过程-生态响应”的级联效应，量化关键生态过程的非线性特征与阈值效应，建立区域尺度的扰动-响应耦合模型；研发基于气候区划和流域特征的差异化修复策略，通过构建典型气候带以及不同土地利用类型的分类修复技术库，提升理论方法的空间适配性和工程可移植性。该方向的突破将有力推动河流生态修复从“均质化”工程模式向“精准化、系统化”调控范式跨越发展。

2.构建城景协同的嵌合式生态修复技术体系

应在技术维度进一步打破工程碎片化治理格局，开发适用于城市建成区、空间受限区域的“嵌合式”修复模块，如“直立护岸+湿地旁路+智能补水”等组合技术单元。应强化绿色基础设施与水动力调控系统的协同设计，推动生态修复与城市功能协同融合，形成基于场景驱动的“精准修复-智能配置”技术体系，提升生态工程的调控效率与景观友好性。

3.构建基于数字孪生的雨源型城市河流智慧管控系统

以多源数据感知、模型集成与自适应调控为核心的智慧管控体系将成为雨源型城市河流生态修复的关键方向。未来可进一步融合遥感、物联网、大模型等技术，构建“感知-模拟-决策-反馈”闭环体系，实现对污染溯源、资源配置、生态绩效的全过程数字孪生支撑。特别应发展具有自学习能力与自优化机制的智能控制算法，支持在极端天气、多目标冲突场景下的快速响应与智能调度，推进城市水生态治理向自适应智能系统迈进。

致谢：本研究得到了水利部黄河下游滩区生态水文演变野外科学观测研究站的支持。

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：

刘俊国，田展，周子俊，南方雨源型城市河流生态修复技术与应用[J].中国水利，2025（18）：29-38+50.

封面摄影陈举宗

责编王慧

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