年代鲑鱼对于生活在北美西北海岸的土著居民来说是非常基本的，因此几个民族世世代代都称自己为“鲑鱼人”。但当移民到来时，他们的农业和城市发展摧毁了这种强大的鱼类。新居民砍掉了曾经减缓和吸收雨水的河边植被，导致洪水。他们把弯弯曲曲的小溪拉直，试图加快洪水冲刷土地的速度，并加固河岸以防止侵蚀，但更快的水流挖开了河床。后来，城市规划者和工程师们将溪流引入地下管道，这样他们就可以在上面建造更多的城市，将水道与土壤、植物和动物断开。这些伤害的累积影响导致了山洪暴发、河岸不稳定、严重污染和生命衰退。神圣的鲑鱼几乎都消失了。
在北美和世界各地，城市铲平水道，使其臣服。直到1999年，美国内政部(U.S. Department of the Interior)列出了西雅图的罪行大鳞大麻哈鱼受到濒危物种法案的威胁法律规定市政府有义务在开展任何可能影响鲑鱼的新资本项目时帮助它们。试图改善西雅图溪流状况的工程师们开始重新引入一些曲线，并插入巨石和树干，以创造更多的自然栖息地，但总的来说，鲑鱼没有回来。洪水也仍然是一种危险，因为雨水从硬化的城市景观冲进仍然不灵活的渠道，溢出了水。
2004年，生物学家凯瑟琳·林奇(Katherine Lynch)在她的雇主西雅图公共事业公司(Seattle Public utilities)举办的另一场关于如何解决这些问题的会议上坐了下来，突然她有了一个顿悟。也许修复项目之所以失败，是因为他们忽视了一个被城市化破坏的鲜为人知的特征:河流的“内脏”。
流是一个系统。它不仅包括两岸之间的水流，还包括它周围和下面的土地、生命和水。林奇一直在追踪有关河床下方一层湿沉积物、小石头和微小生物的发现，这层沉积物被称为“潜流带”——这个词来自希腊语海波，意思是“under”，和变阻器,意思是“流”。水流向下过滤进入这一动态层，与上升的地下水混合。潜流区的水像它上面的地表水一样向下游流动，但速度要慢几个数量级。
对于一条大河来说，低潮带可以有几十英尺深，在河岸外侧可以延伸到一英里。它通过调节关键的物理、生物和化学过程来保持水18新利官网多久了道的健康，包括河床通气、水氧化、温度调节、污染清除和食物产生。一些生物学家将潜流区比作人类的肠道，有一个完整的微生物组．也有人叫它“河中的肝”。
健康18新利官网多久了的潜流区充满了生命。甲壳类动物、蠕虫和水生昆虫不断地在水流带和水面之间移动。线虫、桡足动物、轮虫和缓步动物也会上下挖掘，为水在地下混合创造空间。微生物在整个区域繁殖。从下面涌上来的水给河床里的鲑鱼卵带来了氧气。林奇意识到，试图恢复西雅图溪流的人很少考虑到低流区，或者把溪流疏导会把低流区冲走，或者把溪流放入管道会使低流区与上方的溪流断开。
这次会议讨论的是西雅图的桑顿河(Thornton Creek)，它原本蜿蜒穿过肥沃的低地雨林，排干了一个11.6平方英里的分水岭，然后流入华盛顿湖(Lake Washington)。开发商已经把它拉直，用岩石或混凝土加固，在一些地方把它挤进只有几英尺宽的沟渠里。有一段时间，它沿着一条高速公路跑了15英里，穿过了数百户人家的后院。有些房子离狭窄的小溪很近，他们的甲板都悬在水面上。桑顿被认为是城市中退化最严重的小溪，也是最危险的一条:它几乎每年都会淹没一条主要道路，阻塞了通往学校、社区中心、医院、企业和公交路线的通道。有时，河流两侧的房屋和一所高中也被洪水淹没。
会议上的讨论集中在当时的最佳做法上:通过开垦邻近的土地，拆除防洪堤，并在河岸上重新种植当地植物，将河流与洪泛区重新连接起来。林奇大胆地告诉团队，该项目应该更进一步:重建缺失的低潮区。这将意味着回收空间下河流，填满了沙子和砾石，可能会把这个地区的小居民带回来。
据林奇所知，还没有人试图在城市河流中重建一个消失的低潮区。她希望恢复河流的肠道可以帮助桑顿溪更好地保持自身，减少对持续的、昂贵的人力援助的需求。她还认为，如果这种革命性的方法成功了，它将为城市河流的恢复树立一个新的标准，目前世界各地的洪水经常造成人员伤亡和数十亿美元的损失。世界各地的城市曾经限制和包容了成千上万条溪流，将它们从公众记忆中抹去。一项研究发现，费城已经掩埋了73%的溪流。另一项研究统计66%埋在巴尔的摩。在全球范围内，许多残留在水面上的河流已经生病或濒临死亡。恢复桑顿溪的低潮带可以为增强生物多样性创造一个蓝图，同时也减少城市的洪水和干旱。
与会的科学家们对林奇这个激进的提议很感兴趣。但在随后的会议上，她很快就遇到了其他决策者之间的一个基本障碍。“人们，”她说，“根本不知道我在说什么。”
区域生活
低气压带是一个充满活力的地方。它的水化学成分、温度和生命形式不同于上面的河流和下面的地下水。这种介于生态系统之间的生态系统被称为过渡带——界限空间，可以孕育巨大的生物多样性，因为来自邻近环境的物种，以及只居住在该空间的微生物和其他生物在那里混合。
潜流区的微小生物起着生态系统工程师的作用，将无机化合物代谢为植物和昆虫的食物。它们在带和河床沉积物之间搬运有机物和营养物质，并在氮、磷和沉积物中发挥关键作用碳循环．低流还有助于调节河流的温度，在炎热的夏季带来相对较低的地下水，在寒冷的冬季带来较温暖的地下水。
科学家们通过绘制水道两岸土壤中发现的水生昆虫和鱼类胚胎的分布图，展示了低水区可以达到多宽多深。对于像桑顿这样的城市小溪，其横向延伸距离可达30英尺。水深可能在河床以下三英尺。
将河流拉直并在其泛滥平原上建造房屋可以摧毁低洼地带。这也加剧了问题:落在路面和屋顶上的雨水不能渗入土壤，而是从这些坚硬的表面上跑掉，带着细小的灰尘和污染物冲进小溪。这些被生态学家称为“浮华”的水流，产生了一种消防水带的效果，冲刷河床和河床下埋藏了几个世纪的潜流物质。最终剩下的是不透水的下腹部，如页岩或花岗岩。一条笔直的、有装甲的河道，往往无法阻挡浮华的径流;河水溢出堤岸，淹没了这个地区。
繁荣的泛滥平原吸收了潜在的洪水。它们还能减慢水的速度，耗散水的能量，减少侵蚀。慢速水更容易沉入地下，随着时间的推移，其中一些会通过潜流流回溪流中，在干旱时期提供水。具有稳定低流的天然河流在冬季和夏季之间的流量更平衡，有助于全年保持河流中的水，即使在干旱易发地区。
所有这些过程都使流能够维护自身。如果潜流区被剥离，河流的生物肠道就会消失，这条河流保持健康的希望就会很小——就像人类因为肠道微生物群被破坏而出现严重的消化道问题一样。18新利官网多久了
Hyporheic重建
林奇2000年在华盛顿大学第一次了解到低潮带，但直到2004年她和地貌学家兼客座讲师蒂姆·阿贝(Tim Abbe)一起到森林实地考察时，她才意识到低潮带的范围有多广。当他们停止行走时，她感到惊讶。他指出，他们所在的地面覆盖着附近一条小溪的低潮区。“我看着周围的树木和蕨类植物，”她回忆道，“心想，这怎么可能?”
林奇在新斯科舍省出生和长大，后来搬到了美国太平洋西北部，最后在西雅图公共事业公司工作，专注于河流修复。在2004年的会议上，桑顿溪的两段被规划为振兴，被称为汇合和翠鸟。它们总共有1600英尺长。该团队选择这些跨度是因为它们原本是泛滥平原，允许在那里泛滥可以大大减少河流较长路线上的问题洪水。西雅图公园管理部门已经买断了那些房屋被洪水淹没的房主——在汇流区有5座，在翠鸟区有6座——这样就可以修复一些被偷走的小河湾。
林奇知道，让决策者尝试一些新的东西是很难的。城市河流修复耗资巨大，风险也很大——也就是说，要确保人们的财产不被洪水淹没。到2007年，经过多次讨论，设计计划包括了低度修复——尽管在接下来的7年里，它没有被批准作为项目的正式组成部分。林奇说，这样的时间表在需要资金的城市项目中很常见;土地所有者、社区团体和多个机构之间的协调;评价社会公正和平等。
林奇的主管要求这项工作包括流监测，这样科学家们就可以提供数据来指导后续的项目。时任美国鱼类和野生动物管理局(U.S. Fish and Wildlife Service)地貌学家的保罗·巴克(Paul Bakke)进行了基线测量，结果证实桑顿溪的低潮区几乎已被完全刮走。该公司聘请了西雅图的自然系统设计公司，这是一家负责修复水道的科学和工程公司。林奇将Bakke和公司的首席工程师Mike Hrachovec合作，创造了这个创新的设计。
这次修复对巴克来说是私人的，他在20世纪60年代和70年代沿着桑顿溪(Thornton Creek)长大，经常钓凶残的鳟鱼，玩水串。就在他上高中之前，市政府向他发放了在小溪边建造公寓的许可证，切断了他与水的联系。“这些我非常喜欢的老地方，是我的那种荒野……突然之间，他们不仅被堵住了，而且被铺平了。”“这非常令人不安。”
赫拉科维奇年轻时也经常出入南达科他州布莱克山的小溪。然而，当林奇将他们组合在一起重新设计桑顿溪时，两人发现合作很艰难。在一次战斗中，巴克想在河床上铺上更大的砾石，这样水就能更容易地进入潜流层。否则，他担心城市的灰尘会流入小溪，堵塞向下的水流。Hrachovec担心，大的砾石可能会把太多的水输送到地下，在夏天使地表溪流干涸，杀死鱼类。这种不确定性是很难让一座城市尝试新事物的原因之一。
水流的形状、梯度、水流速度和碎屑也会影响进出潜流带的水流。为了理清头绪，该团队使用计算机模拟和一个大沙箱进行了测试，模拟水流动力学，并尝试不同的岩石集料、曲线和木材放置来将水驱至地下。西雅图最终得到了满足，并在其他城市的要求到位后，于2014年初发出了招标。然后，在2014年5月，就在建设即将开始之前，西雅图公共事业项目经理提出了预算问题，因为另一个项目超时了。“就在我眼前，”林奇难以置信地回忆道，“他说，‘这种低能症是什么?’然后他就剪了。”
林奇告诉经理这个区域是多么的重要，并认为在这两个地点总共1050万美元的预算中，潜流要素只占了30万美元。她告诉他，这项投资——用于挖掘巨石、砾石和更细的沉积物等材料——可能很快就会有回报。她的团队已经确定，重建该区域将减少每年平均花费100万美元从附近一个用于吸收大量径流的雨水塘疏浚沉积物的费用。
她还提醒经理，监测将为如何重建城市河流提供经验教训，使其更接近其全部复杂性，使西雅图成为这项工作的全球领导者。最后，他们进行了谈判。林奇能够保持Confluence低水位恢复完好;翠鸟的活动范围缩短了25%
2014年夏天，推土机搬进来了。Hrachovec和他的团队在从房屋中回收的空间中挖出了宽敞的曲线，将小溪从4或8英尺拓宽到25或30英尺。为了使河床恢复到以前的高度，并重新引入能够保持低洼地带的物质，他们在近8英尺深的地方形成了沉积物和砾石层。Hrachovec和Bakke以精确的角度将不同尺寸的原木插入水中——有些部分被埋在水中，有些则在河床上纵横交错——形成微小的瀑布、瀑布池和几乎静止的水形成的水压，迫使水进入该区域。这些精心放置的圆木和巨石，被称为“潜流结构”，也会产生涡流和缓慢的水流，为幼鱼和虫子提供安全的避风港——所有这些都是为了模仿自然溪流的特征。
翠鸟机场的重建工作在那年秋天完成，汇流机场的重建工作在2015年春天完成。小溪的水流变慢了，所以沉淀物从水柱中掉了出来，开始改善溪流的形状和河床。这一行动还减少了下游快速堆积的泥沙，这些泥沙是该市经常花费巨大代价清除的。在接下来的五年里，砾石和淤泥逐渐堆积在木栅栏后面，形成了更温和的等级。
这种监测使得Bakke和Hrachovec能够通过感知温度和跟踪示踪剂来跟踪水流。他们证实了水确实向下移动，并穿过了潜流带。在2020年的一篇论文中，他们报告说，水在那里混合的速度是施工前的89倍。数据分析证明，这条河是按照Bakke和hrachovech的初衷运行的。
但这种流动是否也支持了生命并减少了污染?
窃听小溪
恢复溪流的自然形状可以鼓励流离失所的植物和动物迁回。然而，在许多情况下，只有一些物种返回。由于团队安装的砾石和沙子是无菌区域，Bakke认为它们可能需要生物启动。
如果一个物种从一个生态系统中消失了，我们的本能就是把它重新引入。但生态学家们痛苦地意识到一些警示故事，比如养了一条令人满意的鳟鱼，却无意中带来了病原体。即使是把一种本土植物带回来，也会撼动已经适应了这种植物消失的系统。
西雅图所在的金县的环境科学家凯特·麦克尼尔(Kate Macneale)明白这一点。她将监测昆虫作为溪流健康状况的一种衡量标准，并根据她所谓的“昆虫评分”对它们进行评级。18新利官网多久了麦克尼尔发现，城市化和较低的bug得分之间存在明显的相关性;她认为，有些物种过于敏感，无法生存。
几年前的一次经历让她重新思考了这个结论。汪达尔破坏了她在西雅图朗费罗溪(Longfellow Creek)建立的一项实验，该实验将捕获的虫子释放到城市河流的“野外”。两年后，她在那里采集鱼类样本时，在一条鱼的内脏中发现了一种虫，一种caddisfly。Caddisflies只能活几个星期，所以它不可能是被意外释放的个体:它一定是“那个个体的孙子”，她说。“我简直不敢相信。”
麦克尼尔意识到，在重建的河流中，一些昆虫可能消失了，不是因为它们无法适应这种环境，而是因为附近没有昆虫来重新定居。恢复小溪的生命将会回归的想法，依赖于从健康的上游栖息地迁移过来的生物。18新利官网多久了但麦克尼尔表示，朗费罗河的源头“简直就是家得宝(Home Depot)的停车场”。她说，如果要让生物在恢复的河流中重新定居，“我们可能需要帮助它们。”
有了这样的见解，她得到了国王郡的许可，在四条小溪里种上了石蝇、蜉蝣、石蝇和其他物种。其中一些人幸存了下来。2019年，桑顿溪研究团队尝试了另一项开创性的举措:给设计好的低潮区注入生命。与人体肠道相似，这个过程有点像给一个人喂益生菌，甚至是粪便移植，以恢复他们的肠道微生物群。
美国国家海洋和大气管理局的水流生态学家莎拉·莫雷和微生物学家琳达·罗德斯来了。他们把野生微生物和无脊椎动物放在小篮子里，放在附近健康的雪松河流域。18新利官网多久了他们带了几个篮子回到实验室来记录捕获的物种，并把其他的埋在桑顿溪恢复的低潮区。
无脊椎动物和微生物迅速在这些地区定居。但是，尽管个体数量很多，生物多样性却相对较低。根据两人在2021年发表的论文水在美国，一些新物种繁殖了，但大多数其他物种与未恢复河段的物种相似。
莫雷和罗兹正在考虑为什么他们引进的物种没有成功。因为这门科学是如此的新，他们没有排除任何可能的解释。供体水流可能差异太大，或修复区域太小，或水质太差。他们可能在一些生物所需的小植被生长之前，过早地给低纬度地区接种了疫苗。然而，在一些鳟鱼的内脏中，林奇发现了桑顿溪至少20年来从未见过的水生昆虫。“鱼比我们更擅长采样，”她说。科学家们现在正在进行另一项更敏感的监测研究。
不过，Morley和Rhodes确实发现，开始生活在恢复河段的微生物比附近未恢复河段的微生物活跃得多，Rhodes说，这表明它们“正变得兴奋起来做一些事情”——可能是建立生物膜和生物量，清洁污染物或分解有机物质。恢复的部分有七倍多的甲壳类动物，蠕虫和昆虫，以及更大的整体物种多样性。
跟踪化学物质
关于桑顿溪恢复的最后一个问题是，它是否在清除暴风雨期间随径流涌入的污染，从草坪肥料到城市垃圾。林奇花了三年时间才找到一位化学家来进行这项研究。她回忆说:“所有人都说这不可能。”他们说，很难追踪水在潜流区停留了多长时间，也很难测量当水在地下停留的时候化学物质是否被清除了。
林奇最终找到了科罗拉多矿业学院(Colorado School of Mines)的工程师斯凯勒·赫尔佐格(Skuyler Herzog)，他专门研究潜流区。“他坐下一架飞机来到这里，”林奇愉快地回忆道。在对低潮区进行了多年的学术研究后，他很兴奋地进行了真正的修复试验。林奇聘请了华盛顿大学的化学家爱德华·科洛兹耶来帮忙。
研究小组将示踪染料放入一个工程设计的水池中，将水推入潜流区。然后，他们监测了下游7英尺和15英尺的出口点，以确定一“包”水在重新流入地面之前停留了多长时间;水会在水下停留30分钟到3个小时或更长时间。他们还从溪流中收集了水样，并使用质谱法来测量风暴径流中的不同污染物。他们数到将近1900人。
科学家们在水包进入低流区之前和浮出水面之后分别对它们进行了取样，并将它们与低流区上方流向下游的水进行了比较。表面流动使大约17%的化学物质浓度减少了至少一半。7英尺长的潜流段使59%的化学物质浓度降低了至少一半，15英尺长的潜流段使78%的化学物质浓度降低了至少一半。由于水在这些短暂的低潮期停留的时间很短，研究小组认为污染物主要是被沉积物或生物膜卡住了，而不是被微生物立即分解，尽管这种分解在较长时间内是常见的。
Hrachovec说，如此短的低潮期能够减少如此多的污染，这令人“瞠目”。他补充说，“想想如果我们有更多可用的资源，我们能做多少好事，这令人震惊。”
一个新的标准?
桑顿溪的研究结果令人鼓舞。自2015年修复工作完成以来，这条小溪周围的社区就没有被洪水淹没过，即使是在大风暴期间。河流的温度和流量全年都比较稳定。为了省钱，城市需要减少疏浚，而邻居们也喜欢在扩大的绿地上花时间。然而，这项工作也揭示了大自然的系统是多么复杂，一旦受损，恢复它们是多么困难。随着城市和机构越来越多地转向基于自然的解决方案，桑顿溪的经验可以帮助专家了解哪些步骤有效，哪些需要改进。
这一成功帮助林奇说服了西雅图公共事业公司和其他城市的决策者们，让他们认识到河流肠道的重要性。潜流修复已经成为公用事业公司小溪项目的正式组成部分，虽然没有保证，但经常被考虑。泰勒溪现在有8个计划在1200英尺长的水下重建项目。赫尔佐格正在测试改进的设计，以增加水在潜流中的“停留时间”，并正在研究这能增加多少清洁效果。重建桑顿溪北支流的计划包括低空结构。由于该地区有能力减少污染，该市可能会在朗费罗河(Longfellow Creek)沿岸的修复工程中加入潜流式结构。科奥德杰发现，朗费罗河中含有一种来自汽车轮胎颗粒的化学物质，这种物质会杀死三文鱼;该项目将于2026年开工。
尽管如此，小规模的修复并不能完全弥补对长河的破坏。“雨水径流、生物多样性、洪水——这些都是流域尺度的问题，”巴克说。这就是为什么重建需要沿着溪流或河流在许多地方分布。阿贝，那位启发林奇的地貌学家，现在在自然系统设计公司工作。他计划并监督了华盛顿州另外5个县的14项轻度修复工作。2019年，阿贝与史蒂夫·科尔克(Steve Kolk)一起走在奇兰县毒溪(Poison Creek)的一个项目上，科尔克是美国填海局的一名工程师，该机构在生态圈因建造巨型水坝而臭名昭著。正如阿贝所说，科尔克突然停下脚步，说道:“最终，你说的是成千上万的这些治疗来恢复我们的分水岭。”神父说:“宾果”。
在一个已建成的城市中为更多的自然水流寻找空间似乎很困难，但建筑物被替换的频率比人们想象的要高，尤其是当它们定期发洪水的时候。城市可以收回这片土地，西雅图就是这样做的。即使是在关键地方的小项目也能产生影响。通过修复汇流和翠鸟的泛滥平原，西雅图缓解了桑顿河沿岸的洪水问题。
最令林奇兴奋的是，这些潜流创新在2018年秋天获得了最终的批准，当时奇努克鲑鱼从普吉特湾游过来，在溪流恢复的潜流区产卵。
林奇回忆说:“那真的很感人。”“我们做到了。你可以恢复低气压区。你可以恢复自然过程的程度，我们实际上是在吸引鲑鱼来产卵。”她说，如果这两条城市小溪的小修复能帮助重新启动一个正常运转的生态系统，“我认为未来真的有希望。”
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