長(zhǎng)江中下游航道護(hù)岸水生植被修復(fù)技術(shù)

劉夢(mèng)齊

（長(zhǎng)江武漢航道工程局，湖北 武漢 430000）

護(hù)岸工程是天然航道治理中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，護(hù)岸工程以往多以混凝土、拋石等堅(jiān)硬的物質(zhì)為主，設(shè)計(jì)與施工中更加注重結(jié)構(gòu)的安全性和防洪性，卻忽略了護(hù)岸的美學(xué)價(jià)值、生態(tài)功能、河流生態(tài)完整性和水陸生態(tài)系統(tǒng)的連接能力。生態(tài)護(hù)岸是近幾年來(lái)我國(guó)航道治理工程中一種重要的生態(tài)修復(fù)方式，隨著相關(guān)工作的持續(xù)推進(jìn)，建設(shè)生態(tài)化航道護(hù)岸已受到了越來(lái)越多工程方的重視[1]。生態(tài)護(hù)岸既能達(dá)到工程的設(shè)計(jì)要求，又能促進(jìn)植物生長(zhǎng)、生物交換、地表徑流、地下水的流通，可以為改善濱水區(qū)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性、生物的生存等創(chuàng)造良好條件。長(zhǎng)江航道作為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的重要樞紐，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)對(duì)外發(fā)展的“黃金水道”。但在深入此方面內(nèi)容的研究中發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)生態(tài)護(hù)岸的生態(tài)性研究主要集中在植被覆蓋度、物種豐富度、微生物方面，而對(duì)其植被恢復(fù)狀況的追蹤研究卻相對(duì)較少。為此，本文將在此次研究中，以長(zhǎng)江中下游航道護(hù)岸工程項(xiàng)目為例，提出一種針對(duì)護(hù)岸水生植被的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。

1 工程概況

為確保修復(fù)技術(shù)的實(shí)施達(dá)到預(yù)期效果，在開展相關(guān)研究前，對(duì)長(zhǎng)江中下游航道護(hù)岸工程項(xiàng)目的基本情況進(jìn)行勘察。根據(jù)勘查發(fā)現(xiàn)此次研究的項(xiàng)目位于武漢地區(qū)上游，距離武漢約180km，上游自楊林山起，下游自石碼頭終止，對(duì)應(yīng)的中游部分里程在172km～210km范圍內(nèi)。

為選擇適宜生存的水生植被，需要在掌握航道護(hù)岸的基本情況后，對(duì)該項(xiàng)目所在地的氣象條件進(jìn)行分析，明確項(xiàng)目所在地內(nèi)普遍為丘陵和平原。長(zhǎng)江中下游地區(qū)各地年平均氣溫差異很大[2]。其中，年平均氣溫受緯度的影響明顯，由南部的19℃逐步向北遞減至15℃；由于受季風(fēng)影響，長(zhǎng)江流域冬夏氣溫差異較大，尤其在長(zhǎng)江中下游更為顯著，1月氣溫最低，為2℃～8℃；7月最熱達(dá)28℃～30℃，湖北南部、湖南、江西、江蘇等地月平均氣溫接近30℃，是我國(guó)最熱的地區(qū)之一。極端最高氣溫在長(zhǎng)江中下游大多可超過(guò)40℃，以江西省修水站的44.9℃（1953年8月12日）為最高值，極端最高氣溫大多出現(xiàn)在7月下旬至8月中旬，極端最低氣溫全流域都在0℃以下，大多數(shù)出現(xiàn)在1月中旬至2月上旬。

長(zhǎng)江中下游地區(qū)年降水量大于1600mm 的地區(qū)主要分布在江西、湖南部分地區(qū)。年降水量超過(guò)2000mm的地區(qū)基本分布在山區(qū)。各大支流水系平均年降水量為：洞庭湖水系1431mm，漢江904mm，鄱陽(yáng)湖水系1648mm，太湖水系1177mm。受季風(fēng)活動(dòng)影響，各地雨季遲早不一。

2 水生植被修復(fù)技術(shù)

2.1 長(zhǎng)江中下游航道護(hù)岸水上護(hù)坡拋石

掌握該工程項(xiàng)目的實(shí)際情況后，設(shè)計(jì)長(zhǎng)江中下游航道護(hù)岸水上護(hù)坡拋石施工，通過(guò)此種方式，為護(hù)岸水生植被修復(fù)工作的開展提供良好的支撐。結(jié)合工程需求，此次水上護(hù)坡拋石工程量101794m3，選用船舶定位、運(yùn)輸?shù)冉M合方式設(shè)計(jì)施工方案[3]。在此過(guò)程中，塊石運(yùn)輸船舶應(yīng)滿足600t以上的作業(yè)需求。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況，本維修工程每個(gè)施工面投入1 艘定位船施工。

定位船在指定拋石區(qū)定位，運(yùn)輸船從一邊泊停，同時(shí)，使用長(zhǎng)臂式挖泥機(jī)進(jìn)行拋擲，水凼內(nèi)受施工區(qū)水域限制則采用短臂挖機(jī)拋投。拋石區(qū)的運(yùn)輸船被固定在定位器上，GPS 精確定位后，將其拋入拋石區(qū)。在拋石過(guò)程中，要加大對(duì)拋石的監(jiān)測(cè)，以保證水下拋擲物的均勻性，在滿足設(shè)計(jì)的條件下，利用GPS 進(jìn)行絞移和定位。在完成一個(gè)斷面的施工后，將定位船轉(zhuǎn)動(dòng)至下一斷面，按照上一斷面的施工步驟重復(fù)施工[4]。其中長(zhǎng)臂挖掘機(jī)拋石與短臂挖掘機(jī)拋石示意圖如下圖1 與圖2所示。

圖1 長(zhǎng)臂挖掘機(jī)拋石示意圖

圖2 短臂挖掘機(jī)拋石示意圖

拋石采取塊石運(yùn)輸船裝運(yùn)，機(jī)械定位拋投，拋石時(shí)應(yīng)定位準(zhǔn)確，每艘定位船采用雙蹤單顯GPS 定位儀進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，保證拋石的到位率[5]。拋石過(guò)程中，采用GPS 或全站儀進(jìn)行施工放樣，魚嘴外側(cè)近岸區(qū)域使用圖2所示的短臂挖掘機(jī)進(jìn)行拋石，拋石行為應(yīng)保證均勻性，石塊的到位率應(yīng)〉90%。當(dāng)施工區(qū)工作面較大時(shí)，盡量使用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行施工。魚嘴外側(cè)拋石補(bǔ)坡時(shí)需考慮一定漂距，其中拋石的水平落距可按下式估算。

公式（1）中：Ld表示拋石水平落距，計(jì)算單位為m；Vf表示表面流速，計(jì)算單位為m/s；H 表示水深，計(jì)算單位為m；G 表示塊石質(zhì)量，計(jì)算單位為kg。采用定位船定位時(shí)，應(yīng)根據(jù)拋石速度控制船體移動(dòng)速度，避免漏拋或堆拋，采用機(jī)械拋石，其拋投高度應(yīng)控制在水面以上一定范圍內(nèi)[6]。當(dāng)設(shè)計(jì)拋石厚度超過(guò)一定厚度時(shí)，應(yīng)分層拋投、分層檢測(cè)，力求做到定位準(zhǔn)確、方量足數(shù)。拋石后，對(duì)拋投區(qū)域及時(shí)進(jìn)行水下地形測(cè)量，如出現(xiàn)漏拋和拋量不足應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)拋。拋石船的定位和拋投在監(jiān)理工程師旁站下完成，枯水季節(jié)露出水面的拋石，對(duì)不均勻的部分進(jìn)行整理。

2.2 設(shè)計(jì)水生植被修復(fù)技術(shù)參數(shù)

完成上述設(shè)計(jì)后，結(jié)合長(zhǎng)江中下游航道護(hù)岸的水文條件，按照下述圖3所示的內(nèi)容，設(shè)計(jì)護(hù)岸水生植被修復(fù)布置方案。

圖3 護(hù)岸水生植被修復(fù)布置方案

在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)各修復(fù)區(qū)域的技術(shù)參數(shù)，相關(guān)內(nèi)容如下表1所示。

表1 水生植被修復(fù)技術(shù)參數(shù)

表格中（1）～（6）對(duì)照?qǐng)D3 中（1）～（6），按照上述方式，完成水生植被修復(fù)技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)。

2.3 航道護(hù)岸基底修復(fù)與生態(tài)恢復(fù)

在上述設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，可通過(guò)對(duì)航道護(hù)岸基底修復(fù)與生態(tài)恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)水生植被的修復(fù)。

整治工程中，要盡量將原本陡峭、容易被沖刷的護(hù)岸區(qū)變得平坦，減輕風(fēng)浪、水流等不利水文環(huán)境對(duì)濱水區(qū)生態(tài)恢復(fù)的影響[7]。同時(shí)，為了適應(yīng)水生植物和敏感的底層生物的生長(zhǎng)和繁衍，生態(tài)修復(fù)采用了演替學(xué)說(shuō)，即在特定生境中，研究生態(tài)系統(tǒng)退化的成因和機(jī)理，運(yùn)用生物、生態(tài)工程的技術(shù)和方法，根據(jù)人為的目的，選取合適的植物，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)土壤、植被和生物的同步恢復(fù)，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)潛能恢復(fù)到原來(lái)的或更高的水平。

在此基礎(chǔ)上，利用水體質(zhì)量、底質(zhì)、水生生物、湖岸帶等指標(biāo)，對(duì)護(hù)岸修復(fù)區(qū)域的生態(tài)健康進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定水生植物存在的必要性和恢復(fù)潛力[8]。同時(shí)，利用生態(tài)恢復(fù)區(qū)的逆風(fēng)岸坡改造和防潮防藻技術(shù)，對(duì)露灘、間歇性和非露灘的濕地生態(tài)環(huán)境進(jìn)行改造。此外，利用護(hù)岸敞水區(qū)的生態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)，進(jìn)行濕地區(qū)域植被的恢復(fù)和重建，實(shí)現(xiàn)在對(duì)資源綜合利用的同時(shí)，提高植被的修復(fù)水平。

3 修復(fù)效果

上文從三個(gè)方面，以長(zhǎng)江中下游航道護(hù)岸工程項(xiàng)目為例，提出一種針對(duì)護(hù)岸水生植被的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)成果在實(shí)際應(yīng)用中效果的檢驗(yàn)，按照本文提出的步驟，對(duì)長(zhǎng)江中下游航道護(hù)岸的水生植被進(jìn)行修復(fù)。在此過(guò)程中，應(yīng)明確所研究的河段位于中國(guó)地勢(shì)第三級(jí)階梯，屬二級(jí)地貌區(qū)，地貌形態(tài)為堆積平原，間有湖泊和低山丘陵。由于受地質(zhì)構(gòu)造的影響，河道走向?yàn)槲髂现翓|北向。河段左岸屬江漢凹陷，右岸屬江南古陸和下?lián)P子臺(tái)凹陷。

本河段除局部為原生基巖外，大部分地區(qū)河床質(zhì)由現(xiàn)代沖積層組成。南岸由丘陵階地和河漫灘組成，北岸為沖積相大平原，河道兩岸及河床第四紀(jì)十分發(fā)育，為長(zhǎng)江河漫灘相和河床沖積相沉積。根據(jù)螺山水文站多年測(cè)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料可以看出本河段的河床組成情況，河床質(zhì)細(xì)沙占 59.3%，極細(xì)沙占 20.0%，河床質(zhì)主要由細(xì)沙組成，其間夾雜有少量的粗沙和小礫石。本河段河床質(zhì)年內(nèi)變化呈汛細(xì)枯粗的特征，反映河床呈汛淤枯沖的變化規(guī)律。河床質(zhì)中值粒徑年際變化在 0.102 ～0.205mm 之間，平均粒徑變化于 0.119 ～0.495mm 之間。斷面構(gòu)成如下表2所示。

表2 斷面河床質(zhì)組成

根據(jù)界牌河段鉆孔資料分析，水道左右岸總體來(lái)看，上部為粉質(zhì)粘土，厚度約 7 ～22.8m 不等，下部為中等偏高緊密度的中細(xì)砂?？傮w上來(lái)看，本河段灘體組成抗沖性弱，特別是三峽工程蓄水后，在清水下泄作用下更易受沖。

掌握該區(qū)域的實(shí)際情況后，參照本文提出的方案，進(jìn)行長(zhǎng)江中下游航道護(hù)岸的水生植被修復(fù)，修復(fù)過(guò)程中，先設(shè)計(jì)長(zhǎng)江中下游航道護(hù)岸水上護(hù)坡拋石。根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)水生植被修復(fù)技術(shù)參數(shù)，通過(guò)對(duì)航道護(hù)岸基底的修復(fù)與生態(tài)的恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水生植被的修復(fù)。

完成上述設(shè)計(jì)后，將修復(fù)區(qū)域中的水生植被物種均勻度指數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算公式如下。

公式（2）中：J 表示水生植被物種均勻度指數(shù)；H'表示區(qū)域植被數(shù)量平均值；S 表示水生植物種類分類單元。設(shè)定J 的取值在0～1 之間，計(jì)算取值越趨近于1，說(shuō)明區(qū)域內(nèi)物種均勻度越佳，即植被修復(fù)效果越好。上述公式中，H'需要通過(guò)下述公式計(jì)算得到。

公式（3）中：P表示物種比例；i表示第i類水生植物；n 表示水生植物總和。按照上述方式，統(tǒng)計(jì)采樣檢測(cè)區(qū)域的水生植被物種均勻度指數(shù)。其結(jié)果如下表3所示。

表3 修復(fù)前后水生植被物種均勻度指數(shù)對(duì)比

根據(jù)上述結(jié)果可以看出，修復(fù)后水生植被物種均勻度指數(shù)接近于1，說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的修復(fù)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的效果良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

護(hù)岸區(qū)是陸域和水域的過(guò)渡區(qū)域，具有高度的空間異質(zhì)性，可以為物質(zhì)、能量等信息的頻繁交流提供渠道。通常情況下，護(hù)岸區(qū)域的生物具有多樣性，其生產(chǎn)力與生產(chǎn)水平都相對(duì)較高，同時(shí)，護(hù)岸對(duì)外部環(huán)境和水文環(huán)境的變化非常敏感，并且受人為因素的影響越來(lái)越顯著。為提高護(hù)岸的生態(tài)性，本文通過(guò)長(zhǎng)江中下游航道護(hù)岸水上護(hù)坡拋石、設(shè)計(jì)水生植被修復(fù)技術(shù)參數(shù)、航道護(hù)岸基底修復(fù)與生態(tài)恢復(fù)，完成了此次設(shè)計(jì)。旨在通過(guò)此次設(shè)計(jì)，改善區(qū)域的生態(tài)性能，豐富航道護(hù)岸生物物種。