滹沱河干旱河道的生態(tài)環(huán)境修復模式的研究

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　　滹沱河為石家莊市的主要河流之一，位于石家莊市區(qū)的北部，離中心城區(qū)約12km.歷史上滹沱河地區(qū)曾是水豐土肥的地方，農業(yè)耕種條件優(yōu)越，寬闊的漫灘地構成出山口河道特有的景觀格局，“冬去山明水秀，春來鳥語花香”，不僅為下游地區(qū)提供了豐富的水資源，也對區(qū)域環(huán)境質量的改善和氣候的調節(jié)起到了一定的作用。20世紀50年代末，由于滹沱河上游水利工程的建設，滹沱河（石家莊段）沿線城鎮(zhèn)區(qū)域經濟獲得迅速發(fā)展，滹沱河沿線的自然、水文循環(huán)條件被改變，加之人們對流域共生共榮關系認識的局限，到20世紀80年代，滹沱河（石家莊段）已基本斷流，只在行洪期間過水。

　　經過幾十年的演變，滹沱河的生態(tài)環(huán)境問題越來越突出，影響越來越大，特別是在石家莊市區(qū)段，滹沱河已由一條興利之河變成一條毒害之河，集中表現在河道干化、植被退化、水污染嚴重等方面，造成該區(qū)域生態(tài)環(huán)境退化和惡化的后果。從氣象條件和環(huán)境監(jiān)測數據看，該河已成為城市最大的沙塵污染源。改善滹沱河區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況成為石家莊市實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關鍵。雖然我國對河道的治理已有了一定的經驗，但對干旱河道的治理方案及思路的研究還處在探索、徘徊階段。為此，我們課題組針對滹沱河進行了生態(tài)綜合整治研究，提出了滹沱河生態(tài)環(huán)境修復的理論和實施方案，在一定程度上為國家推廣干旱河道的生態(tài)環(huán)境整治與建設提供了科學依據。

　　2、國內外河流的治理思想

　　2.1國外河流治理進程

　　國外對河流生態(tài)環(huán)境的研究和實踐已有一百多年的歷史，取得了顯著的效果。通常的做法是基于河流生態(tài)系統(tǒng)的管理和維持生物多樣性的河流流量研究，通過改善河流水質、重建和恢復生態(tài)等內容的實踐來改善生態(tài)環(huán)境，如減少枯水期引水量，大幅度減少地下水開采。

　　國外對河流實施單一目標管理的立場是為了避免洪水，以保證居民的安全，即以質量轉移動力學為基礎，通過建立河流和洪泛平原生境、建設人工大壩等工程措施，降低洪峰流量，使日流量趨于穩(wěn)定。但這樣做存在的問題是河流經長時間的運行，來自上游的沉積物不斷積累，沖刷洪水流量減小，水和沉淀物的自然流動受到抑制，水流攜帶的泥沙沉積在水庫和下游地區(qū)，河流的生境趨于惡化。河流綜合管理研究則彌補了單一目標管理的不足，采用河道內流量增量法、蒙大納法、流量持續(xù)時間曲線法、棲息地排水法、水力學評價法等方法，從河流的研究范圍和尺度、河流系統(tǒng)分類和評價、河流恢復、稀釋用水及維持生物多樣性的河流流量5個方面統(tǒng)籌考慮，以維持河流生態(tài)環(huán)境的自然平衡。最具代表性的是Ward提出的四維河流生態(tài)系統(tǒng)，即河流在縱向、橫向、垂向和時間分量上具有連續(xù)性、相互性、融合性、延續(xù)性特點。

　　在維持生物多樣性的河流流量研究中，20世紀90年代以前對生態(tài)需水量的研究主要集中在河道自身的物理形態(tài)、所關心的魚類及無脊椎動物等對流量的需求方面，對整個生態(tài)系統(tǒng)的完整性未能加以充分考慮。20世紀90年代后，petts認為在河流管理中，應從縱向的連接、洪泛平原的流量、維持河道的流量3個方面進行考慮，并提出確定生態(tài)系統(tǒng)可接受流量的兩個步驟：一是制定生態(tài)目標和綜合目標，提出生境和物種數量可接受的損失度，如在荷蘭的自然政策方針中，生態(tài)系統(tǒng)可接受的最大損失度為物種的5％；二是參照基流量、考慮當前可接受的平均流量、極低或極高的流量及頻率和持續(xù)時間，確定可操作的最小單元，并提出相應的具體生態(tài)目標。

　　2.2國內河流治理進程

　　與國外相比，由于國內缺少對河流生態(tài)環(huán)境的正確認識，只注重經濟建設，忽視對生態(tài)環(huán)境的維持，出現了城市和工業(yè)用水擠占農業(yè)用水，農業(yè)用水擠占生態(tài)用水的現象，導致生態(tài)環(huán)境惡化，進而對經濟的可持續(xù)發(fā)展構成極大威脅，具體表現如20世紀90年代以來黃河頻繁斷流、北方地區(qū)沙塵暴肆虐、江河湖泊水體污染嚴重。

　　近幾年，隨著人們對河流認識的深入及工程的實施，對河流的生態(tài)環(huán)境治理從原來僅對河流水環(huán)境污染進行治理和改善水環(huán)境質量逐步向河流生態(tài)用水、河流生態(tài)恢復及濕地、流域生態(tài)建設等方面擴展，如成都的府南河、太原的汾河、濟南的小清河等河流水環(huán)境改善工程。但從流域及河流兩側的社會發(fā)展、產業(yè)調整、土地及規(guī)劃控制、生態(tài)景觀建設等方面進行綜合研究的成果甚少，基本上沒有工程實踐。

　　3、對滹沱河（石家莊段）生態(tài)環(huán)境的認識

　　3.1生態(tài)環(huán)境現狀

　　滹沱河是海河流域的主要支流，發(fā)源于山西省繁寺縣，流經山西、河北兩省，共有256條支流匯入，全長513.3km，流域面積為4.6萬km2.據歷史記載，滹沱河易決善遷，改道頻繁，行洪時主流搖擺不定，沖淤變化迅速。

　?。?）地質地貌。該區(qū)域位于滹沱河河漫灘地帶，其地質類型屬河漫灘侵蝕堆積土體結構。巖性以粉細砂為主，局部夾有中粗砂。土體結構松散，地殼穩(wěn)定性較差，易造成不均勻地面沉陷和地面裂縫。土壤發(fā)育在沖積母質上，類型為褐土、新積土、風沙土、潮土、水稻土。地形地貌特征明顯，河谷寬闊，河曲發(fā)育，多淺灘。

　　（2）水資源。該區(qū)域內有滹沱河及小青河、汊河、古運糧河、周漢河4條支流。此外，還有北泄洪渠。該流域內有崗南和黃壁莊兩水庫，總庫容量為27.8億m³；地表河流呈現“有河皆涸，有水皆污”的狀況，即使在常年有水的河段中，屬V類以上水質的河段約占60％。地下水資源豐富，是城市地下水的主要采集區(qū)，擔負著為市區(qū)和當地提供工農業(yè)生產和生活用水的重任。但由于多年來的長期超采，地下水位逐年下降，市區(qū)地下水下降呈漏斗狀，漏斗中心水位降至38m～42m，漏斗區(qū)面積已近400km².

　　（3）植被資源。據衛(wèi)星遙感影像解析和現場調查，該區(qū)域內有陸地（含濕地）鄉(xiāng)土、栽培和野生高等植物種類共計175種，植被總覆蓋率為28％～30％。

　　（4）土地資源。起初，滹沱河沿線僅限于農墾，兩岸灘地內并無村落。19世紀初，京漢鐵路和滹沱河導流堤（又稱月牙堤）修建后，該區(qū)域開始出現農業(yè)生產。到20世紀50年代～60年代，石家莊市政府、正定縣決定在滹沱河兩岸開辟林場，進行大規(guī)模植樹造林。至20世紀70年代后期，受“邊、散、洞”布局指導思想的影響，在月牙堤內相繼建設了教育、科研單位及一些大型工業(yè)企業(yè)。進入20世紀80年代后期，快速的經濟建設導致生態(tài)環(huán)境越來越惡化。到2003年底，現狀土地利用基本為農用地，用地結構為喬木用地15.0％、草地17.2％、耕地49.0％、水面2.1％、苗圃1.4％、垃圾用地0.6％、建設用地8.3％及裸沙6.4％。

　　3.2主要環(huán)境問題

　　從目前看，滹沱河的生態(tài)環(huán)境具有綜合性特征，必須從系統(tǒng)性、獨立性、相關性角度進行比較、分析，篩選出主要矛盾。

　?。?）土地利用方式不能滿足滹沱河地區(qū)的生態(tài)功能要求。滹沱河兩岸植被稀疏，沙灘裸露，垃圾遍布，為城市的沙塵污染源，同時，地下水下降漏斗區(qū)面積逐年擴大，地下水位不斷加深，地下水受到污染。

　?。?）產業(yè)結構不合理，土地利用粗放，綜合效益低下。從對產業(yè)進行調查的結果看，各產業(yè)都處于較低層次，經濟水平整體較低。第一產業(yè)以傳統(tǒng)的種植業(yè)和林業(yè)為主，科技含量較低；第二產業(yè)以二、三類工業(yè)為主，無朝陽產業(yè)，經濟效益低，環(huán)境污染嚴重；第三產業(yè)以商業(yè)為主，科研教育初具規(guī)模，但文化、旅游、科技、服務發(fā)展水平相對較低。

　?。?）土地無序開發(fā)，環(huán)境承載力下降。一方面，農民過度墾荒，無節(jié)制地向土地索取糧食，將多年的濕地、成熟的草甸變成耕地，大面積的果園、林地被復耕為農田，加快了土地貧瘠化和沙化的速度；另一方面，在月牙堤內，一大批科研院校，甚至幾十家企業(yè)進行開發(fā)建設，嚴重超出了該區(qū)地下水的自凈能力和環(huán)境承載力。

　　（4）基礎設施短缺，生態(tài)環(huán)境的保障體系不夠健全。無統(tǒng)一的供水體系，直接影響到城市供水設施的安全可靠性；排水設施和污水處理設施及環(huán)衛(wèi)設施的不完善，導致污水未經處理就直接排入河道或滲坑。

　?。?）用地布局混亂，建設無序，景觀質量較差。滹沱河的建設用地布局分散，生產、生活用地混雜，交通不暢，空間無序，沿主要干道兩側的建筑破舊，河道兩岸垃圾成堆，生態(tài)環(huán)境日益惡化，與石家莊現代化大都市的整體形象要求相去甚遠。

　　（6）綠化面積少，植被疏枯，固沙樹種、草種單一。整個研究區(qū)域內林地少，僅3000hm²，約占研究區(qū)面積的15％，且林帶種植結構簡單，郁閉度很低，綠色屏障殘缺、連續(xù)性差。

　　4、滹沱河生態(tài)環(huán)境修復

　　對于滹沱河河道的治理，我們在保證其水利功能的基礎上，提出復合生態(tài)系統(tǒng)治理理念，即保持河流的連續(xù)性和與城市的共生互補性，重點處理好河流兩側的土地利用模式，以及重點做好生態(tài)防洪、植物生態(tài)系統(tǒng)的修復工作。

　　4.1土地利用模式

　　基于滹沱河流域的特殊功能，在綜合建設適宜性、景觀適宜性、生態(tài)適宜性和經濟適宜性評價（表1）的基礎上，通過環(huán)境目標、社會目標、經濟目標三大目標的和諧發(fā)展，在堅持“生態(tài)優(yōu)先、景觀經濟并重”的原則下，制定出科學合理、優(yōu)化可行的土地利用模式—“一線、兩岸、三段、六區(qū)”，使該區(qū)域成為石家莊市區(qū)北部的綠色生態(tài)屏障、水源涵養(yǎng)區(qū)、風景旅游度假區(qū)、近郊森林公園、生態(tài)農業(yè)教育科研基地。

　　“一線”是指在滹沱河行洪制導線以內，結合防洪要求分斷面進行控制，300m以內（五年一遇）為永久性河道，300m～800m為沙地草甸，800m以外至行洪制導線為疏林草地。“兩岸”為防風林帶。“三段”是指滹沱河3個功能有別的宏觀功能段，即南水北調工程以西為集園、林、果、田、居為一體的大地自然景觀功能段，南水北調工程—京深高速公路段為游憩休閑度假功能段，京深高速公路以東為農、林、苗結合型的生態(tài)農業(yè)種植功能段。“六區(qū)”是指6個生態(tài)功能區(qū)，即生態(tài)防護區(qū)、生態(tài)恢復區(qū)、生態(tài)園林區(qū)、生態(tài)展示區(qū)、生態(tài)農業(yè)園區(qū)和生態(tài)聚居園區(qū)。

　　4.2生態(tài)防洪

　　滹沱河流域屬東亞季風氣候區(qū)，季節(jié)性雨季明顯，洪水災害具有迅速且持續(xù)時間較短的特點。雖然修建了崗南、黃壁莊兩個水庫和一些其它防洪設施，但防洪標準也不足十年一遇。為保證滹沱河（石家莊段）順利地行洪、泄洪和利于滹沱河（石家莊段）區(qū)域生態(tài)環(huán)境的快速恢復，我們提出了生態(tài)防洪的措施。

　　在滹沱河北岸的大孫村村南建設雁翅柳生態(tài)軟堤防，對滹沱河北岸制導線以外的已開發(fā)的河灘地進行“退耕還林”。同時，對現有荒灘實施綠化工程，改造現有低質林區(qū)。

　　將滹沱河南岸的生態(tài)防洪分為3段。①黃壁莊大壩下至南水北調中線段：保留原有不規(guī)整的天然沙堤。對不完善的河堤，按照設計制導線建設生物軟堤防。水庫大壩下的河道兩側多短溝，適合建設柳谷坊。②南水北調中線至京珠高速公路段：在京廣鐵路西側，改造現有月牙堤，堤外側表面種植地被植物護坡，內側為青石條干砌堤壩，便于生物、水分、養(yǎng)分的交流。其中，京廣鐵路東側至汊河入滹沱河口段，采用回填采沙坑、整修護砌岸坡等工程措施，緊靠滹沱河深槽右岸新建南堤。③京珠高速公路以東，機場路以東段：整修堤防，在無堤防的村莊外沿規(guī)劃制導線建設生物軟堤防，在受到洪水沖擊的堤內側建設雁翅柳防浪林。

　　4.3植物生態(tài)系統(tǒng)的修復

　　根據河道水資源、氣候、土壤等特征，結合景觀建設的需求和河道的水利功能，提出橫向層疊、縱向梯級的河道治理理念和采取林景型、林經型、林生型3種主要的片林復層結構種植模式。

　　4.3.1橫向層疊、縱向梯級的河道治理理念

　　（1）橫向層疊。橫向層疊是指河道、河堤和階地3層治理斷面。河道：在河道內禁止挖沙，平整灘地，依靠兩岸生態(tài)環(huán)境的修復，自然固定流沙，形成沙灘河床景觀；300m～800m的河漫灘，是傳統(tǒng)的行洪灘道，嚴禁種植阻水植物，禁止在河灘地內開荒造田，保護野生草本植被，逐步形成沙地草甸草原景觀；800m以外至行洪制導線是營造生物防洪和疏林草地景觀地帶，可建設柳、桑緩洪雁翅綠化工程。河堤：一是在迎水面密植喬、灌木，建設生物軟堤防；二是在人工堤防中，采用柔性護岸，以草本植物、灌木為主，其中迎水坡可采用三維生物網草皮護坡，坡腳應設防護林；三是保證有500m寬的大面積堤岸積防護林帶。階地：在恢復農田防護網的基礎上，發(fā)展復合型農林業(yè)或都市型農業(yè)，改變單一的農作物耕作模式。在此基礎上，利用沙地景觀、河流水環(huán)境、森林植被，發(fā)展以觀光游覽與休閑娛樂為主的旅游產業(yè)。

　?。?）縱向梯級?？v向梯級是按照河道的自然特性、水利功能及其所承擔的功能和職能將其劃分為3段。上段為黃壁莊大壩下至南水北調中線—保護原有的人工林和防護林帶，繼續(xù)擴大人工造林和防護林帶，形成水土保持區(qū)和水源涵養(yǎng)區(qū)；中段為南水北調中線到京珠高速公路—整合資源，治理污染，種樹植草防風固沙，構建以月牙堤圍合地帶為中心，以沙地河灘綠色生態(tài)恢復為主題的城市近郊休閑區(qū)；下段為京珠高速公路以東，機場路以東—建立復合型農林區(qū)，發(fā)展花卉、蔬菜、果品、畜牧業(yè)，實現生態(tài)效益與經濟效益的同步提高。

　　4.3.2片林復層結構種植模式

　　為使滹沱河南岸的片林、林帶更好地發(fā)揮生態(tài)效益，提出片林復層結構種植模式理念。該模式包括“春景”“夏景”“秋景”“冬景”“四季景觀”5種林景型模式，“林果”“林藥”“林蜜”3種林經型模式，“防護模式”“耐瘠薄模式”2種林生型模式。這三種復層結構種植模式的設計，均以1hm²為設定面積，喬木占地面積最小以20m2/株為計算單位，喬灌比例為1∶2.

　?。?）林景型模式。通過垂柳、水杉、紅瑞木、棣棠等樹種的搭配，形成豐富的天際線及紅、黃、綠的視覺效果，達到春季可觀繡線菊，夏季可觀滿樹金黃的欒樹，秋冬季可觀多姿百態(tài)的紅瑞木、棣棠的景觀時序。具體種植模式為：①上木。欒樹（200株）+垂柳（100株）+水杉（50株）。②中木。繡線菊（黃櫨）（250株）+紅瑞木（紅葉小檗）（150株）+棣棠（金葉女貞）（100株）。③下木。玉簪（400墩）+金銀花+丹麥草。

　　（2）林經型模式。在產生經濟效益的同時，創(chuàng)造一定的生態(tài)效益和社會效益，即選取多種藥用植物，形成春季連翹奪目，春夏之季金銀花、芍藥競相爭妍，夏季珍珠梅串串白花驅暑，秋季銀杏渲染片林景色，冬季側柏蒼翠的景象。具體種植模式為：①上木。側柏（200株）+銀杏（100株）+杜仲（50株）。②中木。連翹（200株）+珍珠梅（250株）+枸杞（150株）+紅葉小檗（100株）。③下木。金銀花+寬葉麥冬+芍藥。

　　（3）林生型模式。以防風治沙塵污染為目標，選取連翹、泡桐、丁香等滯塵、抗污染能力強的樹種，形成夏秋開花、冬顯干皮的特色。具體種植模式為：①上木。毛泡桐（200株）+皂莢（100株）+白皮松（50株）。②中木。珍珠梅（250株）+連翹（200株）+紫丁香（150株）+木槿（100株）。③下木。山蕎麥+地錦。

　　目前，滹沱河（石家莊市段）的整治和修復工作取得了較好的生態(tài)效益和經濟效益。如上游續(xù)建的小壁自然生態(tài)園，總占地1025000畝，林地和疏林地占80％，植被率達到90％以上，基本形成了水、草、鳥、獸、林共生的良好的自然生態(tài)環(huán)境，為許多野生動物的生存、繁殖和棲息提供了庇護場所。汊河一期工程通過模擬自然風光，將該區(qū)域建成集自然生態(tài)、水源保護、休閑度假、知識教育功能為一體的自然生態(tài)觀察園和濱水景區(qū)，結合采砂大坑的回填處理，在汊河入滹沱河口上、下游段的滹沱河深槽營造人工濕地，建設生態(tài)景觀和進行生態(tài)河道的修復。同時，河道岸坡采用土工格室護岸、三維網草皮護岸和緩坡等形式，使滯洪區(qū)防洪標準和汊河行洪標準達到五十年一遇，既保障了城市財產的安全，又保障了該區(qū)域的地下水不再受到污染。