呼和浩特市大黑河城區(qū)段河道演變的生態(tài)修復(fù)研究

呼和浩特市大黑河城區(qū)段河道演變的生態(tài)修復(fù)研究

自20世紀(jì)50年代以來，經(jīng)濟發(fā)達(dá)國家普遍接受了河流生態(tài)恢復(fù)的概念，并進(jìn)行了實踐。人們提出了“給河道以空間”“近自然設(shè)計”“生態(tài)工程”等基于生態(tài)學(xué)原理的新理念、新方法,通過重新恢復(fù)河道蜿蜒的自然形態(tài)、降低河漫灘高程、恢復(fù)被占用的蓄滯洪區(qū)、軟化硬質(zhì)駁岸等措施來修復(fù)受損的河流形態(tài),重建河道水生態(tài)系統(tǒng)本次研究以中國北方草原上的黃河一級支流—大黑河為研究對象,借鑒美國等發(fā)達(dá)國家與自然對抗—向自然學(xué)習(xí)—與洪水為友的河道治理理念轉(zhuǎn)化過程1研究領(lǐng)域的總結(jié)1.1海表土地質(zhì)和河流大黑河是黃河河套地區(qū)最重要的河流廊道之一,它橫穿呼和浩特平原,為陰山山脈及蠻漢山區(qū)三面環(huán)繞。作為綠色基礎(chǔ)設(shè)施在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)中承擔(dān)著區(qū)域生態(tài)廊道、防洪排澇、生態(tài)棲息地和景觀開放空間等重要功能。規(guī)劃河道位于呼和浩特市南郊,規(guī)劃河段長約12km(圖2),藍(lán)線內(nèi)寬度在300~500m之間,除暴雨期山洪以外,流量較小,是典型的復(fù)式寬灘河道。從魏晉南北朝以前的荒干水,隋唐時期的金河,至遼以后的黑水、黑河,直至清朝以后才有大黑河之稱。大黑河攜帶泥沙沖積而形成了如今的呼和浩特平原,即南北朝詩人筆下壯美的敕勒川1.2自然災(zāi)害概況大黑河流域?qū)儆诘湫痛箨懶约撅L(fēng)氣候,年平均降雨量為330~460mm之間。流域內(nèi)自然災(zāi)害以洪澇、干旱、風(fēng)沙和鹽堿較為嚴(yán)重。歷史上曾有大旱57次,旱年144次,與當(dāng)?shù)亍叭暌恍『?十年一大旱”的說法基本一致1.3草地動植物資源1)植物資源—區(qū)域內(nèi)有種類豐富的野生植物,但其中90%以上是草本植物2)動物資源—呼和浩特地區(qū)處在東亞候鳥遷徙路線上,能夠找到有記錄的鳥類資源有170種左右,其中常見鳥類約60種2黑河形態(tài)發(fā)展研究2.1不同河段的河流植被覆蓋度現(xiàn)狀同一時間不同河段,可以橫向比較河道形態(tài),如河灘寬度、植被覆蓋度、河道寬度、岸線形態(tài)、主要流路等特征。為此,在河道上選取了3個代表性的河段進(jìn)行橫向比較,分別命名為河段1、河段2和河段3。其中河段1和河段2相對自然,其河灘植被覆蓋度相對良好,河槽蜿蜒,河道與河灘之間的岸線相對穩(wěn)定。河段3則是被嚴(yán)重破壞后的河道,河槽界限不明顯,植物覆蓋狀況較差(圖3)。分析發(fā)現(xiàn)在同一時間,不同河段雖呈現(xiàn)出不同的特征,但其都有120~180m左右寬的河道、30~50m左右寬的河槽,并呈現(xiàn)復(fù)式的河道斷面,所不同的是河漫灘上的植被覆蓋度及河道岸線的穩(wěn)定性。這些共同的特征顯然是自然選擇的結(jié)果,是河道形態(tài)修復(fù)的重要參數(shù)。2.2年周期內(nèi)河槽n以石化大橋段河道為例,通過搜集、分析和對比該河段近8年內(nèi)(2005—2013年,在河道整治之前能夠搜集到的衛(wèi)星圖資料)的衛(wèi)星照片。在此期間,該段河道(圖4)經(jīng)歷了穩(wěn)定、被破壞、洪水重塑等過程,能夠代表10年周期內(nèi)河道的一個變化過程(圖5),從中可以發(fā)現(xiàn)河槽的演變規(guī)律和變遷的主要誘因。研究發(fā)現(xiàn),連續(xù)較小洪水年份組成的洪水間歇期河道形態(tài)自然變化不大;河道演變的最大自然誘因為洪水沖刷;河道演變的人為誘因為亂挖、濫挖河道;河灘在洪水過后能夠進(jìn)行自我修復(fù),迅速復(fù)綠,穩(wěn)固河灘。2.3河流形態(tài)發(fā)展結(jié)果的分析河流的形態(tài)演變?nèi)Q于流域內(nèi)的水土保持狀況,而水土保持狀況通常與流域內(nèi)的植被覆蓋度正相關(guān)3河道子槽和泥沙近自然的河道形態(tài)規(guī)劃。根據(jù)上述研究分析結(jié)果(圖6),可以建構(gòu)大黑河的復(fù)式河道模型(圖7),外側(cè)為防護林和河堤;堤內(nèi)有約300m寬的河槽;河槽內(nèi)的子槽是河道非汛期主要流路;河堤與子槽之間的洪泛區(qū),由野生灌叢自然覆蓋,允許洪水周期性淹沒。洪水能夠塑造河槽形態(tài)。在洪水沖刷后的河槽基礎(chǔ)上,尊重并利用洪水這一自然過程的力量重塑河道;允許河槽和沙洲在洪水期有一定擺動(300m范圍內(nèi));允許洪水漫灘,并產(chǎn)生一定的淤灘(因為短期內(nèi)洪水的含沙量仍然十分顯著);同時利用草甸固灘,循序漸進(jìn)。利用洪水對河槽的自調(diào)整規(guī)律,經(jīng)過多次植物對河灘地的修復(fù)和洪水修正的循環(huán),最終形成自然選擇后的穩(wěn)定型河槽形態(tài)(圖8)。4生態(tài)回流的交換河流生態(tài)系統(tǒng)是一個連續(xù)的、變化的生態(tài)系統(tǒng)。在每個時間點都在縱向、橫向和豎向上發(fā)生生態(tài)信息流的交換。大黑河的生態(tài)修復(fù)過程可以被概括成“四維一體”的河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)模型4.1生態(tài)護理型河段的構(gòu)建大黑河是區(qū)域級重要生態(tài)廊道和綠色基礎(chǔ)設(shè)施(圖2)。大黑河流量隨時間變化較大,暴雨導(dǎo)致河水暴漲暴落,平時流量較小甚至斷流。在整體流域尺度上必須加強流域管理和綜合整治,從而確保大黑河廊道系統(tǒng)的完整性,從根本上修復(fù)大黑河原有的自然面貌。根據(jù)生態(tài)景觀功能,規(guī)劃多樣的河道,并結(jié)合兩岸現(xiàn)狀和用地性質(zhì)的不同,考慮生態(tài)功能和活動策劃的差異化,在縱向上將規(guī)劃河段分為3種類型河段。生態(tài)保育型河段生態(tài)條件相對良好,主要任務(wù)為保育其生態(tài)條件,提供自然演替時間和空間;生態(tài)景觀型河段是城市門戶區(qū),未來會有河道蓄水設(shè)施,可形成大水面的濕地景觀,滿足城市門戶形象和市民活動需求;生態(tài)復(fù)育型河段,緊靠八拜湖濕地區(qū),相對遠(yuǎn)離干擾源,是未來生態(tài)核心河段,可作為生態(tài)物種庫,是大黑河重要的生態(tài)節(jié)點。4.2快速恢復(fù)部分河口橫向棲息地根據(jù)高程不同總體上呈階梯狀分布,局部須尊重保護現(xiàn)狀,如高灘或者現(xiàn)狀林地等應(yīng)給予保護并讓其自然演替。子槽以內(nèi)經(jīng)常被淹沒的棲息地,洪水過后通過鄉(xiāng)土、速生的草甸植物快速恢復(fù)部分河灘,發(fā)揮生態(tài)、景觀和固灘等作用;堤岸以內(nèi)子槽以外部分,通常是周期性被淹沒(圖10)的棲息地(一般在1.5年左右淹沒一次),以稀樹灌叢或稀樹草甸復(fù)育,利用根系發(fā)達(dá)、固定能力較強的植物對該部分灘涂加以固定;堤岸以外則恢復(fù)為鄉(xiāng)土地帶性森林棲息地,寬度約150~200m。在恢復(fù)河流形態(tài)及棲息地的同時也要恢復(fù)洪水漫灘的自然過程。河流水文的動態(tài)性過程,會產(chǎn)生脈沖效應(yīng)4.3土壤層與地下水補給大黑河豎向生態(tài)交換主要分為以下3個方面:1)自然淤積,洪水漫灘會產(chǎn)生自然淤積,可形成更為肥沃的土壤層;2)地下水補給,大黑河是補充地下水的重要的途徑之一,洪水期間地下水補給功能更為突出,須謹(jǐn)慎使用防滲措施;3)底棲生物和物質(zhì)交換,河流底部有較多底棲生物,其與表層會有一定物質(zhì)交換,大黑河因水位較淺,相對不明顯。4.4河道自然狀況1)年內(nèi)變化:大黑河在一年當(dāng)中,經(jīng)歷枯水期、豐水期及洪水期,再加上四季變化,河流生境年內(nèi)變化十分明顯。春天,水流較小,植物萌發(fā),河流形態(tài)穩(wěn)定;夏天,降雨集中,是河道自然變化最劇烈的時間段,洪水過后可以人工輔助快速復(fù)綠;秋天,河道恢復(fù)平靜,植物色彩變得豐富,并開始自然播種過程;冬天,結(jié)冰期長,河流形態(tài)保持穩(wěn)定。2)年際變化:隨著時間的推移,防護林森林群落逐漸穩(wěn)定,并形成可自更新的連續(xù)帶狀鄉(xiāng)土森林廊道;堤內(nèi)洪泛區(qū),稀樹+灌叢+草叢的生境經(jīng)過長時間的生物固灘過程,會逐步趨向穩(wěn)定,可抵抗較大洪水漫灘;河道內(nèi)受洪水影響較大,其中主要流路和沙洲會隨時間的推進(jìn)而改變位置和大小,在洪水過后可以局部人工補植先鋒植被,幫助草甸生境在較短時間內(nèi)得以恢復(fù)并逐漸穩(wěn)定。5生態(tài)設(shè)計5.1稀樹草原基質(zhì)植物選擇防護林棲息地主要以現(xiàn)有林斑和少量新增規(guī)劃林斑組成,通過草地灌叢進(jìn)行連接,最終形成稀樹草原基質(zhì)和少量密林斑塊共同組成的低維護地帶性復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)類型(圖11)。選擇耐沙、耐旱、耐寒、耐貧瘠,生長速度快,能迅速成林的植物種類,其中先鋒防護林樹種有:白樺、榆樹、柳樹、胡楊等。草本層,則任其自然生長。5.2駁岸的生態(tài)處理通過防護林—防洪堤—草灘,實現(xiàn)一體化植被群落的漸變。堤頂上層2m區(qū)間一般不受洪水威脅,建議使用土堤;河道側(cè)堤坡可以覆土、植草,使草灘和堤坡一體化,減少對動物棲息和遷移的影響?，F(xiàn)狀的防洪堤多為單一的混凝土斜坡式堤岸,生態(tài)功能和景觀效果均不理想?？梢酝ㄟ^結(jié)合石籠墻或固土袋等技術(shù)進(jìn)行改造,促進(jìn)水岸物質(zhì)交換的過程,讓堤與水、堤與灘、堤與路的結(jié)合方式更豐富(圖12)。5.3海灘—灘—典型河灘草地棲息地5.3.1生植物群落河漫灘棲息地是變化較為劇烈的棲息地類型,也是生物多樣性最為豐富的棲息地類型。研究發(fā)現(xiàn),大黑河河灘地帶在沒有人為干擾的條件下,洪水過后很短的時間內(nèi)可自然形成野生植物群落,主要先鋒植物有茵陳蒿(Artemisiascoparia)、齒果酸模(Rumexdentatus)、狗尾草(Setariaviridis)等。另外,蒙古草原草本植物眾多,其中野生花草資源豐富,其中可用于河灘復(fù)育的景觀植物種類如:牻牛兒草(Eryngiumleavenworthii)、木巖黃芪(Edysarumfruticosum)、白山薊(Olgaealeucophylla)、石竹(Dianthuschinensis)等。5.3.2人為干擾處理在廣闊的草原地區(qū),即便是在城市,仍然屬于低密度發(fā)展的區(qū)域,河灘地的生態(tài)價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于景觀價值和其他利用價值,應(yīng)該允許“荒野”的景觀類型存在,觀光游憩活動的規(guī)劃設(shè)計要盡量謹(jǐn)慎,減少人為干擾,讓自然充分做功。根據(jù)歷年洪水記錄,一年內(nèi)洪水多發(fā)生在7—8月,而其余時間大黑河流量較小。而該地區(qū)的河灘植物生長周期一般在4—10月,這為河灘地植物修復(fù)提供了寶貴的時間窗口。不被洪水破壞區(qū)域的植物生長周期:3—5月開始萌發(fā)、返青,5—7月生長旺盛,8—10月生長逐漸變緩,開始結(jié)實傳播;被洪水破壞區(qū)域的植物生長周期:8月初自然生長或局部人工噴播,經(jīng)歷快速的生長周期,約40天,覆蓋度可達(dá)到90%,9—10月結(jié)實傳播種子(圖13)。5.4注重景觀與生態(tài)功能的兼顧1)中央河道景觀濕地,承擔(dān)城市門戶景觀的功能,在注重景觀的同時兼顧生態(tài)功能。2)豐富濱水濕地,增加淺灘和沙洲,吸引候鳥,大天鵝、灰鶴、紅嘴鷗等喜水候鳥將會成為該河段一道亮麗的風(fēng)景線。6引導(dǎo)自然,恢復(fù)河道景觀形態(tài)河流的景觀規(guī)劃通常以達(dá)到人類預(yù)定的景觀作為目標(biāo),經(jīng)常忽略了河流的自然形態(tài)和自然演變規(guī)律。自然做功的景觀規(guī)劃方法則應(yīng)建立在對河流演變規(guī)律充分了解和尊重的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)河流演變趨勢和主要干擾因素,順應(yīng)其演變規(guī)律,道法自然,減少不必要的干預(yù),引導(dǎo)自然過程按照預(yù)期的方向發(fā)揮作用本文在充分分析了大黑河河流形態(tài)自然演變過程的基礎(chǔ)上,在景觀規(guī)劃和生境修復(fù)中充分利用了洪水的自然能量,設(shè)計追隨自然,構(gòu)建與自然為友的河道景觀形態(tài)。在規(guī)劃中,允許河槽在