0 引 言
河流是大自然的动脉[1]，而河岸带更是连接水生生态系统和陆地生态系统的“纽带”，所以在河流治理中，河岸带发挥着至关重要的作用。河流污染是点源污染、面源污染与内源污染的共同作用[2]。据报道，超过90%的雨水径流会直接排入河流中，这意味着有大量面源污染物排放在河流中[3]。河水的流动会造成一些污染物的分散，使得各种污染物在河水中的浓度偏低，且河流水量较大，难以通过集中措施来对这些污染物进行控制,故减少外源污染物进入河流是降低水体污染的重要途径[4]。河道边坡湿地是削减河流外源污染的重要途径。
河岸湿地是利用河岸自身的地理位置，结合既高效又环保的人工湿地[5-6]的处理原理，形成既具有投资少[7]、处理效率高[8]、管理方便等优点，又可截留入河面源污染和净化河道水质的湿地。河岸坡边人工湿地一方面可以实现对面源污染中氮、磷的截留和水体的净化，另一方面通过河岸生态系统的恢复来提高河流抗污染负荷冲击能力[9]。
本研究根据现有的河道常用的边坡形状，设计了阶梯形和斜坡形2种不同形状的河道坡边人工湿地，对比这2种形状的湿地对河水净化的效果，并且对我国现有的河道传统的坡边形状进行分析，提出针对不同形状的坡边湿地改造方法，从而为河道坡边湿地的建造提供参考。
1 材料与方法
1.1 坡边人工湿地填料和植物的选择
湿地填料选用粒径为2～3 mm的沸石和4～5 mm 的陶粒以体积比为1∶1混合填充，填料上面覆盖10 cm的天然土壤为植物根系的生长层。
在植物选用上，选用冷季型水生植物水芹菜[10]和暖季型水生植物菖蒲，植株高均为75～80 cm，重量约为0.045 kg，各植株的大小基本一致，以密度为20 棵/m2来进行栽种。
1.2 实验装置
净化河水的实验装置是采用玻璃钢制作的长3 m、高1 m、宽2 m的长方体装置，斜坡形和阶梯形的坡边人工湿地装置各2套。通过向装置中加入填料构造自然斜坡和阶梯式的坡面形式。斜坡形式的坡脚为45°，边角用沸石和陶粒填料按照比例填入，然后用铁网固定，如图1所示。对于阶梯形坡边人工湿地，分别在高0.3，0.5，0.7 m处建立1级阶梯，将沸石和陶粒填料按照比例填入铁笼中，堆砌成所需形状的湿地，如图2所示。2种形式的坡边人工湿地植物均种植在垂直高度为0.3，0.5 m处。进水为北京市小中河河水，水位控制在0.6 m，设置进水流速为4 m/d。
图1 斜坡形坡边人工湿地实验装置示意
Fig.1 Schematic diagram of experimental device for sloped slope constructed wetland
图2 阶梯形坡边人工湿地实验装置示意
Fig.2 Schematic diagram of experimental device for stepped slope constructed wetland
1.3 水质分析方法
COD：重铬酸盐法；
纳氏试剂分光光度法；TP: 钼酸铵分光光度法；TN：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；温度、DO和pH：多功能水质分析仪。
2 结果与分析
2.1 不同形状的坡边湿地对COD的去除
2种不同形状的坡边人工湿地对COD的去除如图3和图4所示。可知：进水COD浓度波动较大，其值为29～53 mg/L，这可能是因为河水中不同时间段所接纳的污染物不同。稳定运行后斜坡形坡边人工湿地出水ρ(COD)为24～43 mg/L，阶梯形坡边湿地为31～40 mg/L，最高去除率分别为29.41%和41.18%。阶梯形坡边湿地COD去除率要高于斜坡形坡边湿地。与传统的在河道中建造的人工湿地相比(COD去除率为85%)[11]，河岸坡边人工湿地对COD的去除率要低一些，这可能是因为两者在河流中所处的位置不同，河道中人工湿地的环境更适合微生物的生长，故COD的去除率更高，但是根据图3可看出，河岸人工湿地也能实现对有机物的降解和去除。
—原水； 
—斜坡形湿地； 
—阶梯形湿地。
图3 不同形状的坡边湿地对COD的影响
Fig.3 The effects of different shapes of slope wetlands on COD
—斜坡形湿地； —阶梯形湿地。
图4 不同形状的坡边湿地对COD去除率的比较
Fig.4 Comparison of COD removal rates of different shapes of slope wetlands
2.2 不同形状的坡边湿地对TP的去除
Vymazal[12]研究表明：人工湿地中TP的去除是由细菌活动、植物吸收、微生物固定和多孔介质吸附等多因素共同作用的结果。不同形状的坡边湿地对TP的去除效果如图5和图6所示。可知：进水ρ(TP)为1.2～5.5 mg/L，启动初期2种形状的湿地对TP的去除几乎无差别，运行一段时间后，阶梯形坡边湿地TP去除率略大于斜坡形坡边湿地，2种湿地的最高去除率分别为63%、60%，当达到最高去除率时，TP去除率两者都开始有所下降，可能是因为此时天气开始变冷，植物开始枯萎导致的，所以推测在TP的去除中，植物的贡献比较大。综上分析，当河水中TP较高时，优先选择阶梯形坡边湿地。
—原水； —斜坡形湿地； —阶梯形湿地。
图5 不同形状的坡边湿地对TP的影响
Fig.5 The effects of different shapes of slope wetlands on TP
—斜坡形湿地； —阶梯形湿地。
图6 不同形状的坡边湿地对TP去除率的比较
Fig.6 Comparison of TP removal rates of different shapes of slope wetlands
2.3 不同形状的坡边湿地对NH3-N的去除
图7和图8为不同形状的坡边湿地对NH3-N的去除效果。
—原水； 
—斜坡形湿地； 
—阶梯形湿地。
图7 不同形状的坡边湿地对NH3-N的影响
Fig.7 The effects of different types of shapes wetlands on NH3-N
—斜坡形湿地； —阶梯形湿地。
图8 不同形状的坡边湿地对NH3-N去除率的比较
Fig.8 Comparison of NH3-N removal rates of different shapes of slope wetlands
可以看出：进水ρ(NH3-N)为0.34～2.5 mg/L，斜坡形和阶梯形坡边人工湿地对NH3-N的最高去除率分别为85%、83%。在运行过程中，斜坡形坡边湿地NH3-N去除率大于阶梯形坡边湿地。研究表明，在人工湿地中，NH3-N的去除主要是通过填料的吸附作用[13]。所以当河水中NH3-N浓度较高时，可以优先选择建造斜坡形坡边湿地。
3 河道边坡的分类及特点
河道传统的边坡有3种形式：硬质化的斜坡、台阶式边坡、自然原型土坡[14-15]。硬质化的斜坡和台阶式的边坡一般都是采用砌石包括浆砌石和干砌石、混凝土和钢筋混凝土浇筑、砌块而成，它的修筑一般是考虑河道要承担排涝泄洪的作用，从而需要保证岸坡的稳定性。但是硬质化也存在一些缺点和不足，例如，硬质化通常没有考虑生态性问题，从而对水质修复几乎没有作用。杨益等[15]报道了河道硬质化边坡的缺点和不足以及所带来的危害：1)河道边坡硬化，没有土壤导致河水中的很多污染物不能被土壤所吸附，阻断了河水与土壤之间的物质交换；2)没有植物和微生物生存的空间，使得处理污染物的主力军——微生物不能发挥作用，不能建立完善的生态系统；3)阻挡面源污染物方面，硬质坡面无法截留雨水径流。自然原型缓坡是指河道中常见的土坡，能提供动植物以及微生物栖息的空间，也符合最初Malayen等[16]所提出的“近自然河溪治理”的观点。这种边坡具有“生态性”的特点，但也存在一些不足，例如，无“稳定性”，对洪水、台风、冻融等没有抵抗力，易发生变形、坍塌等问题，从而对人们的生命和财产构成威胁。
4 河道边坡湿地的改造方法
4.1 硬质化边坡河岸湿地改造方法
对于硬质化边坡通常有2种改造方法：
1)完全破除原有的边坡结构，重新构造新的边坡来建造坡边湿地。关春曼等[17]将固体废弃物的再生处置理念与护坡技术结合，提出了将生态袋装进石笼网中再和废旧的轮胎联合的生态护岸技术。首先将碎石装进生态袋中放在底部，可有效地防止土质岸坡崩岸，然后在每层生态袋之间水平铺设植物锚杆，石笼挡墙外没有废弃的轮胎，在轮胎腔体中栽种护坡植物，再与穿过轮胎间隙的植物锚杆一起形成生态防护植被覆盖层。在这种技术中使用生态袋可以抵抗湿胀干缩的变形，使用废旧回收的轮胎具有节约资源、充分利用的效应。另外，还可以采用生态混凝土技术来构建坡边湿地，此技术是选用特殊材料、特殊工艺制作出来的具有较多空隙，适宜动植物及微生物生存的混凝土，在其表面摊铺一定量的土体，土中的植物生长可以穿透混凝土结构，扎根在土壤上，对于水质改善较大的河道可以选择生物相容性的生态混凝土。该方法透水性透气性较好，可提供动植物及微生物适宜的生存环境，从而有效地促进水质的自然净化能力。
2)在保留原有边坡结构的基础上进行改造。蜂巢隔室技术是先在原有的硬质化的坡面上进行铺设，隔室里面可以填入填料，在填料上铺设10 cm左右的本地土壤夯实，然后在其上种植植物。合肥市十五里河[14]两岸浆砌石块的硬质化边坡就是采用此技术，种植植物为本地麦冬草。
4.2 自然原型缓坡的改造方法
对于自然原型缓坡，可以在陡峭或冲蚀较严重的情况下对驳岸底部即坡脚用石笼、木桩或堆砌石块进行护底，然后再种植植物；或者直接在坡面上铺设空心砖，在砖的空心处种植植物，这样既可以抵抗雨水的冲刷，也能改善动植物栖息环境。还可以利用柔性生态土工袋，由聚丙烯或者聚酯纤维无纺布制成，它的透水性及孔径均能满足植物生长的条件，施工时无需大型施工机械，只需把土装进生态袋内逐个铺设在边坡上，然后在柔性生态袋表面种植可以净化水质的植物，对于自然原型缓坡湿地的构建较其他形状的坡面更容易。
5 结 论
1)河岸人工湿地能够实现对有机物的降解和去除，且不同形状的河道坡边湿地对COD的去除率不同，阶梯形坡边湿地对COD的去除率要高于斜坡形坡边湿地。
2)河岸人工湿地能够有效去除TP。斜坡形和阶梯形坡边湿地对TP的最高去除率分别为60%、63%。当河水中TP含量较高时，优先选择阶梯形坡边湿地。
3)斜坡形、阶梯形坡边人工湿地对NH3-N的最高去除率分别为85%、83%。当河水中NH3-N浓度较高时，可优先选择建造斜坡形坡边湿地。
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