黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)措施與效果分析

萬(wàn)學(xué)匯,曹峻博

（蘭州文理學(xué)院，甘肅 蘭州 730010）

黃河自西向東流經(jīng)青海、甘肅、寧夏等9省市自治區(qū)。由于黃河常年從黃土高原流向下游，并且黃土高原土質(zhì)松散，導(dǎo)致黃河經(jīng)流黃土高原后，水體攜帶大量泥沙，成為全世界水土流失最多、最嚴(yán)重的河流，同時(shí)也是生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)[1-2]。黃河上游陸地與水源之間的交接區(qū)域形成大面積濕地區(qū)域，濕地具有水體區(qū)域的特點(diǎn)與陸地的特點(diǎn)，生態(tài)功能方面能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)區(qū)域的氣候調(diào)節(jié)，還能夠?qū)崿F(xiàn)生物多樣性，并且能保護(hù)水源，降低污染情況，但是該區(qū)域濕地面積逐年縮減，含水量呈現(xiàn)遞減狀態(tài)，生態(tài)環(huán)境由于人為因素遭受嚴(yán)重破壞[3]，同時(shí)濕地最基本的功能逐漸衰弱[4]。

王倩等[5]提出了基于浮游生物群落和水文連通的黃河三角洲濕地優(yōu)先恢復(fù)節(jié)點(diǎn)篩選方法，研究了黃河中的浮游生物群落組成及結(jié)構(gòu)特征，利用多種植物組合構(gòu)建人工浮島，種植香蒲、蘆葦、千屈菜等挺水植物，提高黃河中的浮游植物和浮游動(dòng)物的多樣性水平，從而提高潮溝系統(tǒng)的水文連通度或改變潮溝內(nèi)水流流速，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，但是該方法未修復(fù)河道、河灘，僅考慮了黃河水生態(tài)平衡。趙騰飛等[6]研究了黃河濕地孟津段生態(tài)環(huán)境狀況及對(duì)策，以依靠恢復(fù)濕地植物群落、滿足濕地生態(tài)需水量為主要恢復(fù)方法，并且通過(guò)改變耕種方式、科普宣教、加強(qiáng)管理的方式，保護(hù)濕地生態(tài)環(huán)境及動(dòng)植物資源，在避免二次破壞的前提下修復(fù)濕地生態(tài)環(huán)境，但是該恢復(fù)措施未考慮修復(fù)河道空間結(jié)構(gòu)，修復(fù)措施存在局部現(xiàn)象。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文分析黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)措施與效果，引入無(wú)痕設(shè)計(jì)理念，從水生動(dòng)植物修復(fù)、河道、河灘修復(fù)、重新構(gòu)造河道空間結(jié)構(gòu)和自然景觀修復(fù)等方面制定生態(tài)環(huán)境恢復(fù)措施，為黃河濕地生態(tài)環(huán)境治理提供參考依據(jù)。

1 黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)措施

1.1 研究區(qū)域概況

本文研究的黃河中上游濕地為河口鎮(zhèn)后端支流，長(zhǎng)度約為65 km，南北橫向最窄處為0.8 m，最寬處為5.1 m。該區(qū)域常年受溫帶季風(fēng)氣候影響，雨熱同期，該濕地屬于黃土丘陵地貌，受到黃河沖擊后產(chǎn)生的沖擊扇平原濕地，富含豐富的水力資源。濕地生態(tài)平衡性脆弱，但是從記錄能夠看出，該區(qū)域存在大量珍稀動(dòng)、植物。濕地自古便是農(nóng)耕地區(qū)，人類活動(dòng)頻繁，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前該濕地農(nóng)耕區(qū)面積占面積的42.8%。交通網(wǎng)線縱橫交錯(cuò)，分布多條國(guó)家級(jí)高速與國(guó)道，線路網(wǎng)復(fù)雜程度較高。水文特征受三峽水利工程和小浪底水利工程影響，發(fā)生了顯著變化。近3年濕地水文變化情況見(jiàn)表1。

從表1中能夠看出，本文所研究的濕地，夏季為豐水期，冬季為枯水期，豐水期時(shí)，黃河流量增大，而枯水期時(shí)，流量明顯減小。

該濕地存在大量人類活動(dòng)痕跡，固體污染物、水源污染以及噪聲污染頻繁發(fā)生，生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重威脅。濕地內(nèi)水資源污染現(xiàn)狀如圖1所示。

表1 濕地水文情況Tab.1 Hydrology of wetland

圖1 濕地內(nèi)水資源污染現(xiàn)狀Fig.1 Present situation of water pollution in wetland

研究區(qū)域中人造魚(yú)塘、荷塘較多，對(duì)于研究區(qū)域發(fā)揮氣候調(diào)節(jié)的作用，同時(shí)還能為珍稀動(dòng)物提供食物。該濕地受到多處水利工程影響，成為永久性農(nóng)田。發(fā)展農(nóng)業(yè)過(guò)程中必然使用大量化肥和農(nóng)藥，造成土壤與水源嚴(yán)重污染[7]。

有學(xué)者分析了該區(qū)域的植物群落情況，土壤中的有機(jī)物嚴(yán)重超標(biāo)，生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴(yán)重破壞，同時(shí)由于大量水利工程的使用，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)水資源嚴(yán)重不足，人類頻繁活動(dòng)造成區(qū)域內(nèi)濕地生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致森林覆蓋率低，如圖2所示。

圖2 植被生態(tài)環(huán)境森林覆蓋率Fig.2 Vegetation ecological environment forest coverage rate

根據(jù)圖2可知，達(dá)到100%森林覆蓋率的區(qū)域僅占研究區(qū)域的極少部分，其中森林覆蓋率在30%左右的面積較多，但是相對(duì)于研究區(qū)域而言，該森林覆蓋率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期，說(shuō)明其遭到了嚴(yán)重的破壞，綠植面積急劇減少，生態(tài)失去平衡。

1.2 生態(tài)環(huán)境恢復(fù)堅(jiān)持原則

（1）依法恢復(fù)生態(tài)環(huán)境。從20世紀(jì)中晚期開(kāi)始，我國(guó)政府逐漸意識(shí)到保護(hù)濕地的重要性，并出臺(tái)一系列有關(guān)濕地保護(hù)的相關(guān)的法律法規(guī)，盡管法律法規(guī)能夠?qū)崿F(xiàn)中國(guó)濕地的相關(guān)治理，但是并沒(méi)有符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，部分法律條文不夠完善。因此，治理黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境前，政府需要發(fā)揮主導(dǎo)作用，頒布適合地方濕地治理的相關(guān)規(guī)定，實(shí)現(xiàn)依法治理，針對(duì)當(dāng)?shù)剡`反規(guī)定的破壞濕地行為，制定嚴(yán)厲的處罰措施，保證濕地生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[8]。

（2）協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)發(fā)展。本文研究區(qū)域受到水利工程發(fā)展，部分區(qū)域完全轉(zhuǎn)換成農(nóng)耕區(qū)域，當(dāng)?shù)鼐用褚虻刂埔?，積極發(fā)展經(jīng)濟(jì)，并且取得可觀成績(jī)。這種謀求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方式，影響分配濕地土地資源，農(nóng)田侵占濕地原有空間，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境生態(tài)保護(hù)之間存在嚴(yán)重沖突，因此，為實(shí)現(xiàn)濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，需要先規(guī)劃經(jīng)濟(jì)與生態(tài)恢復(fù)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，既保護(hù)生態(tài)環(huán)境合理恢復(fù)，同時(shí)還需要不影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展[9]。

1.3 河道濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)措施

1.3.1 基于無(wú)痕設(shè)計(jì)理念的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)

無(wú)痕設(shè)計(jì)是一種全新的設(shè)計(jì)思想，從生命生存體征整體角度出發(fā)，更加高效、準(zhǔn)確地修復(fù)人類生存環(huán)境，并且發(fā)揮調(diào)節(jié)生態(tài)的作用。無(wú)痕設(shè)計(jì)包含3個(gè)主要價(jià)值，分別為本體、溢價(jià)與元代共生。其中本體價(jià)值的根本目標(biāo)是構(gòu)建更加健康的生態(tài)環(huán)境循環(huán)體系[10-12]；溢價(jià)價(jià)值體現(xiàn)社會(huì)價(jià)值，通過(guò)生態(tài)環(huán)境修復(fù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)社會(huì)資源釋放；遠(yuǎn)代共生機(jī)制主要是探索邏輯價(jià)值。無(wú)痕設(shè)計(jì)力求探索人與自然的和諧共處。常見(jiàn)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)手段主要由要求開(kāi)展修復(fù)的單位主導(dǎo)，例如政府或地方相關(guān)機(jī)構(gòu)，根據(jù)與這些部門的溝通結(jié)果，設(shè)計(jì)初步修復(fù)的草圖，溝通完成后深化設(shè)計(jì)，按照草圖中的內(nèi)容執(zhí)行設(shè)計(jì)方案[13]。但是無(wú)痕設(shè)計(jì)更加尊重自然生態(tài)規(guī)律，通過(guò)無(wú)痕設(shè)計(jì)修復(fù)生態(tài)環(huán)境時(shí)，既考慮政府的規(guī)劃要求，也考慮自然生態(tài)環(huán)境的發(fā)展規(guī)律，優(yōu)先考慮自然生態(tài)因素，采用無(wú)痕設(shè)計(jì)理念恢復(fù)黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境的步驟如下。

（1）現(xiàn)場(chǎng)勘查。分析研究區(qū)域的自然情況，確定提升整體生態(tài)修復(fù)效果的模式，探索解決現(xiàn)階段生態(tài)環(huán)境污染問(wèn)題的策略[14-15]。

（2）概念化設(shè)計(jì)修復(fù)方案。整理生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的初步設(shè)計(jì)模型，并分析設(shè)計(jì)模型的可行性，結(jié)合黃河中上游河道的實(shí)際情況以及自然資源、設(shè)計(jì)合理性，確定最適合恢復(fù)的設(shè)計(jì)方案，整理方案細(xì)節(jié)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)最大化利用價(jià)值。

（3）草圖生成。初步深化設(shè)計(jì)方案樣本，盡可能設(shè)計(jì)多套修復(fù)方案[16]。

（4）檢測(cè)設(shè)計(jì)內(nèi)容。確定設(shè)計(jì)方案是否滿足地方政府（委托方）的生態(tài)環(huán)境修復(fù)要求，如果委托方不滿意設(shè)計(jì)內(nèi)容，返回步驟（2），重新結(jié)合研究區(qū)域的基本情況，制定全新設(shè)計(jì)方案。

（5）完善修復(fù)方案設(shè)計(jì)內(nèi)容。進(jìn)一步深化濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)問(wèn)題，使用可演示軟件或者計(jì)算機(jī)設(shè)備，在計(jì)算機(jī)端實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的演示，設(shè)計(jì)思路遵循自然生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，設(shè)計(jì)內(nèi)容既考慮資源獲取也綜合資源釋放原則，要求設(shè)計(jì)過(guò)程不破壞原有生態(tài)平衡，同時(shí)造成二次污染，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)痕設(shè)計(jì)。

（6）最終設(shè)計(jì)結(jié)果呈現(xiàn)。通過(guò)效果良好的無(wú)痕設(shè)計(jì)方案，呈現(xiàn)黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)設(shè)計(jì)方案，該過(guò)程需要借助計(jì)算機(jī)設(shè)備，整合之前步驟的各個(gè)細(xì)節(jié)，呈現(xiàn)恢復(fù)效果[17-18]。

1.3.2 無(wú)痕設(shè)計(jì)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)方案

按照以上無(wú)痕設(shè)計(jì)的步驟，設(shè)計(jì)黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)措施。派遣有關(guān)技術(shù)人員實(shí)地考察本文研究區(qū)域，深入了解研究區(qū)域的水質(zhì)、水流、含沙量等情況，確定生態(tài)系統(tǒng)情況與環(huán)境承載力，整合該濕地目前存在的諸多問(wèn)題，以該數(shù)據(jù)內(nèi)容為基礎(chǔ)，請(qǐng)相關(guān)專家作出評(píng)價(jià)分析，并給出生態(tài)恢復(fù)建議，使用無(wú)痕設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)研究區(qū)域的各個(gè)主要區(qū)域生態(tài)環(huán)境恢復(fù)方案。

（1）河道補(bǔ)水防滲修復(fù)。本文所研究區(qū)域水源較為充足，冬季枯水期仍舊能夠達(dá)到249 m3/d，濕地范圍中均為活水，可利用水資源充沛，不需要采取補(bǔ)水措施，但是為防止堤壩發(fā)生滲水情況，在堤壩兩端種植合適植物，控制水土流失情況[19]。

（2）水生動(dòng)植物修復(fù)。研究區(qū)域中由于優(yōu)異的濕地環(huán)境，生長(zhǎng)、生存大量珍稀保護(hù)動(dòng)、植物，通過(guò)人工濕地處理技術(shù)，結(jié)合水生態(tài)修復(fù)技術(shù)[20]，修復(fù)該區(qū)域中的珍稀動(dòng)植物生存環(huán)境，從而恢復(fù)該黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境。

（3）河道、河灘修復(fù)。本文研究區(qū)域是典型的黃河中上游河道濕地，存在大面積河漫灘以及河道帶，河漫灘上分布大量不同種類的濕地植物，該植物影響濕地的污水治理、水土流失和濕地的生態(tài)系統(tǒng)，并且影響當(dāng)?shù)厣锏亩鄻有匝葑儭：拥纼啥说木G化情況直接關(guān)系河岸水土流失情況，例如，根系發(fā)達(dá)的植物數(shù)量少，或者沒(méi)有種植高大喬木，大量珍稀飛禽沒(méi)有合適的棲息地，導(dǎo)致水土流失量大。因此，需要從河岸綠化與河灘修復(fù)2個(gè)角度，修復(fù)研究區(qū)域中的河道與河灘。

（4）重新構(gòu)造河道空間結(jié)構(gòu)。本文研究區(qū)域曾經(jīng)嘗試修復(fù)生態(tài)環(huán)境，但是該區(qū)域經(jīng)常發(fā)生洪水災(zāi)害，因此，為符合防洪需求，規(guī)劃改造過(guò)程中將河道改造設(shè)計(jì)為梯形，但是下游仍舊保持河道自然狀態(tài)，這種變化不利于下游排洪減災(zāi)，經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察檢測(cè)，該種規(guī)劃也不符合河道空間的規(guī)劃。河道與淺灘區(qū)域的植被覆蓋率較低，破壞該區(qū)域的生態(tài)平衡。根據(jù)實(shí)際勘察結(jié)果，結(jié)合自然環(huán)境的需求，規(guī)劃整理河道空間，構(gòu)建完全不同的生態(tài)環(huán)境，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)該區(qū)域的生物多樣性，為更多珍稀動(dòng)物提供棲息地。

（5）自然景觀修復(fù)。在對(duì)濕地生態(tài)景觀進(jìn)行修復(fù)時(shí)，需要從該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀出發(fā)，考慮當(dāng)?shù)厝宋臍v史風(fēng)貌，遵循自然發(fā)展，依據(jù)無(wú)痕設(shè)計(jì)理念對(duì)其進(jìn)行人為修復(fù)。采取這種方式可盡可能的保留自然風(fēng)貌，弱化人工影響，確保修復(fù)后的景觀更具自然性。

2 黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)效果

2.1 水資源污染恢復(fù)效果

研究區(qū)域經(jīng)濟(jì)文化繁盛，常住人口3萬(wàn)余人，水資源遭受大量污染，破壞了黃河流域的生態(tài)環(huán)境。政府采取無(wú)痕設(shè)計(jì)方式控制該區(qū)域的點(diǎn)源污染，投資大量資金恢復(fù)水資源，興建大量污水管網(wǎng)，同時(shí)投資建立一處全新的污水處理廠，經(jīng)過(guò)一段時(shí)期治理恢復(fù)，水資源得到極大改善，治理后水資源變化效果如圖3所示。

采用本文方法對(duì)研究區(qū)域受污染水源開(kāi)展一期治理后，經(jīng)過(guò)專家檢測(cè)，該研究區(qū)域的水資源已經(jīng)初步符合水資源應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)污水處理廠改變治理措施，污水排放基本已經(jīng)達(dá)標(biāo)。

在污水出水口位置，相關(guān)部門種植16.67 hm2蘆葦，蘆葦能夠二次處理污水，進(jìn)一步凈化黃河水體。該措施屬于無(wú)痕設(shè)計(jì)，符合以自然恢復(fù)為主的概念，既保證水資源的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，還避免破壞濕地的原有自然景觀。

圖3 水資源生態(tài)恢復(fù)后效果Fig.3 Effect after ecological restoration of water resources

2.2 植被生態(tài)環(huán)境恢復(fù)效果

本文所研究區(qū)域水源主要來(lái)自黃河干流，水土流失嚴(yán)重。為緩解這種情況，需要使用根系較為發(fā)達(dá)的植物種植在濕地之中，水源沿岸種植根系發(fā)達(dá)且耐水的涵養(yǎng)植物，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)水質(zhì)與涵養(yǎng)水土，這類植物包括蘆葦、檉柳、楊樹(shù)、椿樹(shù)等。河道沿岸種植沙棘、桑樹(shù)、連翹等灌木提升植被覆蓋率。使用本文方法后，研究區(qū)域的植被覆蓋變化情況如圖4所示。

圖4 植被覆蓋率變化情況Fig.4 Change of vegetation coverage

由圖4可知，研究區(qū)域使用本文方法恢復(fù)生態(tài)環(huán)境后，植被覆蓋率出現(xiàn)顯著增長(zhǎng)的狀態(tài)，并且大幅度擴(kuò)大了植被覆蓋面積，其中100%森林覆蓋率增加最明顯，與圖2相比，其占比至少增加了數(shù)倍以上。大量灌木、喬木種植發(fā)揮水土保持作用。植被增加能夠保留天然降水，將天然降水下滲到土壤中的距離縮短，降低雨水對(duì)于土壤的沖擊。這些植被具有發(fā)達(dá)的根系，能夠?qū)ν寥腊l(fā)揮固定作用，防止水土流失加劇。為恢復(fù)研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，使用本文方法依靠人工種植的方式，種植大量灌木和喬木，使生態(tài)環(huán)境具有物種多樣性，栽種的部分植被生長(zhǎng)情況見(jiàn)表2。

表2 植被種群組成Tab.2 Vegetation population composition

從表2中數(shù)據(jù)可知，為治理研究區(qū)域水土流失，人工種植大量根系發(fā)達(dá)的草本植物和高大樹(shù)木，蘆葦和衛(wèi)矛這些發(fā)揮關(guān)鍵作用的植物蓋度在55%～90%，高大的槐樹(shù)和桑樹(shù)這類灌木能夠發(fā)揮減緩降水的能力，堿蓬這種生長(zhǎng)在鹽堿地的植物重要度僅為1.897%，說(shuō)明該區(qū)域土壤鹽堿度低，適合大多數(shù)植物生長(zhǎng)，大面積將蘆葦?shù)人参锓N植在濕地淺灘周圍，降低水源污染情況。因此，使用本文方法能夠明顯恢復(fù)濕地區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。

2.3 河道空間生態(tài)環(huán)境恢復(fù)效果

由于本文研究區(qū)域具有豐富的濕地資源與砂土資源，該區(qū)域?yàn)楦浇鞘刑峁┙ㄔO(shè)的砂料，但是大量人工開(kāi)挖導(dǎo)致該區(qū)域河道深淺不同，地形破碎且河道遭受嚴(yán)重破壞。因此，需要重新構(gòu)建黃河道空間生態(tài)環(huán)境。依據(jù)本文方法合理規(guī)劃河道的空間結(jié)構(gòu)，規(guī)劃前后對(duì)比結(jié)果如圖5所示。

圖5 河道空間生態(tài)環(huán)境恢復(fù)Fig.5 Restoration of ecological environment in river channel space

由于本文研究區(qū)域交通網(wǎng)線錯(cuò)綜復(fù)雜，并且砂料開(kāi)采嚴(yán)重破壞河道空間，導(dǎo)致黃河濕地生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)較差的狀態(tài)；同時(shí)，大量建筑工程造成河道周圍的植被生存環(huán)境遭受破壞，也導(dǎo)致濕地環(huán)境喪失多樣性。因此，恢復(fù)河道生態(tài)景觀時(shí)，需要注重構(gòu)建河道的多樣空間。從圖5（b）河道空間結(jié)構(gòu)恢復(fù)的狀態(tài)可知，開(kāi)展恢復(fù)工作以后，河道結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)多處自然彎曲，深淺河段交替，同時(shí)拓寬河道寬度，凹凸地形均勻分布，淺水區(qū)與深水區(qū)交替淺灘與深潭，部分區(qū)域布置島嶼與沼澤，依據(jù)無(wú)痕設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建自然形態(tài)的河岸線與河底線，打造流速差異，為水生植物提供更多生長(zhǎng)空間，本文的恢復(fù)措施有效改善了研究區(qū)域的濕地生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)了生態(tài)功能。

3 結(jié)論

黃土高原的整體生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，需要注意中上游河道濕地的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)問(wèn)題。本文從黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)措施與效果角度著手，分析河道濕地治理的可用策略，采用無(wú)痕設(shè)計(jì)手段恢復(fù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，創(chuàng)造更加良好的濕地區(qū)域。經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)，通過(guò)無(wú)痕設(shè)計(jì)恢復(fù)研究濕地區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，獲得較為良好的修復(fù)效果，水資源、植被分布以及河道空間結(jié)構(gòu)均得到有效恢復(fù)。