生態(tài)修復(fù)在通榆河岸坡防護(hù)中的應(yīng)用

生態(tài)修復(fù)在通榆河岸坡防護(hù)中的應(yīng)用

中國有許多河流和長海岸線，而傳統(tǒng)的硬河岸建設(shè)成本很高。因此，除了河道沿線的硬質(zhì)邊坡，如混凝土、砂漿和干層壓板等硬邊坡外，大多數(shù)都是硬邊坡，沒有特殊保護(hù)。土質(zhì)岸坡迎水坡面在雨滴濺蝕、降雨徑流沖蝕、河水對坡面的分散侵蝕和水浪的淘蝕等外力作用下,水土流失嚴(yán)重,堤防安全和航道的通暢受到威脅。硬質(zhì)護(hù)坡使生態(tài)系統(tǒng)的水、陸兩相之間物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)受到影響,不符合生態(tài)建設(shè)和低碳環(huán)保的要求。因此,有必要尋找生態(tài)型護(hù)岸方式。采用植被加固航道堤防和道路邊坡早在國際上引起廣泛重視并在實(shí)踐中取得良好效果。近10年來,國內(nèi)也有許多成功的經(jīng)驗(yàn)和案例。江蘇省蘇北地區(qū)河流眾多,航道密集,岸坡防護(hù)任務(wù)艱巨且困難重重。本文以蘇北航道“兩縱”之一的通榆河為試驗(yàn)段進(jìn)行混合型生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的試驗(yàn)研究,探討低成本的通榆河護(hù)岸養(yǎng)護(hù)方式,為今后類似航道的建設(shè)和岸坡綜合整治提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。1通榆河流域概況通榆河南起南通長江北岸,北至連云港市贛榆縣,全長415km。通榆河于1959年2月初開挖,1991年10月經(jīng)批準(zhǔn)進(jìn)行全面整治,2001年全線建成通航。河面寬110m,航道常水位2m,洪水期(每年的6—7月間,持續(xù)20~30d)水位3m,目前最大通航噸位500t,最大浪高0.6m。通榆河流域?qū)儆邳S淮沖擊海相沉積平原,偏堿性的黃沙壤土因富含云母等疏松礦物而不耐沖擊。在流經(jīng)城鎮(zhèn)的部分有混凝土或巖石性駁岸,但在80%以上流經(jīng)鄉(xiāng)村的河道沒有駁岸,由于風(fēng)浪、船形波和雨水沖刷作用,土質(zhì)岸坡坍塌現(xiàn)象嚴(yán)重,有50km以上河道的岸坡明顯凹陷,由此產(chǎn)生的河道淤塞達(dá)2000多處,總長度達(dá)20km以上,對通榆河的通航(特別是枯水期)造成明顯影響。2材料和方法2.1通榆河流域水系水生植物環(huán)境分析考慮到在以后航道岸坡防護(hù)中的推廣應(yīng)用價(jià)值,試驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循以下原則:1)因地制宜,就地取材。通榆河流域水系密布,水生植物和濕生植物種類眾多。就地取材可以大大節(jié)省成本,有利于這種技術(shù)的推廣。2)體現(xiàn)低碳理念。工程技術(shù)與生態(tài)技術(shù)相結(jié)合,當(dāng)植被生長良好并形成次生群落后,可形成穩(wěn)定的復(fù)合岸坡結(jié)構(gòu),真正實(shí)現(xiàn)岸坡的可持續(xù)防護(hù)。2.2兩個(gè)方面的生長狀況經(jīng)過實(shí)地考察并結(jié)合前人經(jīng)驗(yàn),本試驗(yàn)選擇蘆葦、茭白、杞柳作為試驗(yàn)植物。蘆葦是一種廣適性水生或濕生禾本科挺水植物,多年生,莖稈直立,高1~3m,地下有發(fā)達(dá)的匍匐根狀莖。茭白是一種多年生宿根型禾本科植物。具根狀莖,匍匐橫向生長速度快,只能生長于水生環(huán)境。用分株法繁殖,每株帶有一部分老莖及匍匐根。杞柳是一種落葉叢生多年生灌木。喜光陽性樹種,抗雨澇,以在土層深厚的砂壤土和溝渠邊坡地生長最好。在淺積水2~3個(gè)月的不利條件下,仍能正常生長。2.3竹材的粗端化木樁、竹籬為了加固堤岸,保護(hù)移栽的蘆葦、茭白,特地在移栽區(qū)域的外圍設(shè)置了木質(zhì)排樁和竹質(zhì)籬笆。1)木質(zhì)排樁。以杉木為材料,本地取材且價(jià)格較低。木樁長4.5m,粗端直徑8cm,細(xì)端朝下夯入泥中約2m,水深約1m,水面上露出1.5m以消減波浪的沖擊,并保護(hù)植被和岸坡少受過往船只的擠靠。木樁間距10cm,在離上端0.2m和1.5m處的外側(cè)分別用橫木連接。木樁直線排列,與原岸線平行,以原有水-岸交界線為參照將木樁設(shè)置在這條交界線及其延長線上。2)竹籬。用厚0.8cm、寬3cm的剛竹片編織成高1.5m、寬1m的籬笆,覆蓋雙層土工布后用鋼絲綁在木樁上。木質(zhì)排樁和竹籬共同形成混合型柵欄。2.4回填造林地2010年3月,在木質(zhì)排樁和竹籬安裝到位后,將坍塌到河床中的泥土回填到岸坡坍塌處,在修復(fù)岸坡的同時(shí)進(jìn)行河道清淤,回填泥土的高度在常水位之上10~20cm(防止移栽植物生長過慢而被即將來臨的洪水淹沒)。將新形成的泥土表面整理成約15°的坡面。2.5調(diào)查方案設(shè)計(jì)2010年4月20日—25日,在總結(jié)了2009年預(yù)試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行對比試驗(yàn),將1km裸露岸坡分成5等份作為試驗(yàn)段,分別采用以下幾種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案:1)方案1:不設(shè)置混合型柵欄,不回填泥土,只在2m寬的近岸水面(水深0~40cm)移栽蘆葦和茭白(均為帶土的已經(jīng)發(fā)新芽的根莖),每種植物種植區(qū)域的長度各100m,株距和行距均為30cm,栽植深度20cm,用土覆蓋植物根基并壓實(shí)以防止被波浪拔起。在斜坡—坡肩50cm范圍內(nèi)扦插杞柳,柳條長30cm,不設(shè)置防護(hù)措施,目的是探討這種簡便方案推廣的可行性。在岸坡的水線和斜坡上設(shè)置10個(gè)位置標(biāo)記(30cm長,帶刻度標(biāo)記的竹片,垂直于坡面插入泥土中,檢測竹片在土中掩埋深度的變化,從而計(jì)算岸坡坍塌或淤積的量)以監(jiān)控岸坡坍塌或位移的情況。2)方案2:在岸坡與水面原有交界線(因岸坡塌陷已不復(fù)存在)位置上設(shè)置混合型柵欄(方法如2.3)。移栽植物的種類和方法同方案1。3)方案3:在方案2柵欄的基礎(chǔ)上增加回填土的操作,即:在移栽植物前,將坍塌到河床中的泥土回填到岸坡坍塌處(已由排樁和竹籬與河道隔開,形成相對封閉的區(qū)域),具體做法如2.4。該試驗(yàn)區(qū)的橫截面如圖1。然后按方案1的方法移栽蘆葦(沒有移栽茭白,因其只能長在水中)。4)方案4:將方案3的植物種植方式改為蘆葦種子播種。將2009年秋天收集到的當(dāng)?shù)靥J葦?shù)姆N子播撒在新形成的泥土表面,再覆蓋1mm泥土,適當(dāng)壓實(shí),以防干燥后被風(fēng)吹走。5)方案5:不做任何處理,作為對照。在6—7月洪水季節(jié)每3d觀察記錄1次(擔(dān)心移栽的植物被長時(shí)間水淹而死亡),其他時(shí)間每周觀察記錄1次,并對可能出現(xiàn)的問題設(shè)計(jì)預(yù)案。以12月1日觀察的結(jié)果作為一個(gè)生長周期的主要分析數(shù)據(jù)。在探討不同方法護(hù)坡效果的同時(shí),進(jìn)行成本核算,為今后在其他航道上進(jìn)行推廣摸索經(jīng)驗(yàn)。3結(jié)果與分析3.15植物群落結(jié)構(gòu)及生態(tài)修復(fù)措施1)方案1:總體效果差。水中移栽的蘆葦和茭白存活率低(分別為60%,50%),生長和發(fā)育狀態(tài)差,岸上扦插的柳條大部分隨塌陷的泥土散失在河流中。12月1日觀察植被覆蓋度只有20%。主要原因如下:(1)波浪的影響大,植物新生的嫩芽容易被折斷。(2)河面上各種漂浮物很容易堆壓在植物體上,產(chǎn)生機(jī)械損傷和遮光作用。(3)由于移栽植物不能在短時(shí)間內(nèi)形成密集的群落,岸坡仍在不斷坍塌(表1),移栽植物即使部分存活也很難快速繁育。2)方案2:總體效果好。植物存活率100%,自我擴(kuò)增速度快,12月1日觀察結(jié)果表明,水中植物群落覆蓋度100%,水面上高度150cm,自然遷入的植物有水花生、水蓼、浮萍等。由于岸坡較陡,裸露坡面上扦插的柳條有部分隨坍塌泥土而散失,次生植物群落少,覆蓋度只有60%,但岸坡坍塌速度(表1)明顯減緩。坡肩上扦插柳條生長良好,形成茂密的次生群落,主要植物種類有:狗尾草、一年蓬、紅蓼、水蓼、狗牙根等。在工程預(yù)算較少時(shí)可以采用這種修復(fù)方式。3)方案3:總體效果很好,達(dá)到了生態(tài)修復(fù)的預(yù)期效果?；靥钔涟镀律弦圃缘奶J葦生長良好,自然遷入的水花生、水蓼、紅蓼、一年蓬、狗尾草、野菊、蒿草等植物形成次生群落,由于植物的高度差,這些自然遷入的植物沒有影響蘆葦?shù)纳?。覆蓋度100%,完全阻擋了波浪的影響。坡肩上的情況與方案2相同。4)方案4:保護(hù)岸坡效果不佳。主要原因分析如下:蘆葦種子雖能正常發(fā)芽,但生長速度太慢,植株高度在夏季洪水來臨時(shí)才有20cm左右,大部分被淹沒至死,沒有被淹的蘆葦實(shí)生苗,也因生長緩慢而被遮光,大部分死亡。在該試驗(yàn)段上存活并取得優(yōu)勢的是自然遷入的次生植物群落,雖然也產(chǎn)生了明顯的消浪和岸坡防護(hù)作用,但蘆葦種子繁殖是不成功的。而次生種群的繁殖速度不夠快,在形成密閉的群落之前,大量回填的泥土?xí)S雨水而流失。5)方案5:效果很差。岸坡上幾乎沒有新的植物遷入和植被形成,裸露岸坡在波浪和雨水的雙重作用之下繼續(xù)坍塌。由于沒有農(nóng)民的耕作,坡肩上有部分自然遷入的植物(狗尾草、一年蓬、小飛蓬等),但不足以阻擋雨水的沖刷。3.2坡面的立地條件由于蘆葦和茭白的生長速度快,營造的小環(huán)境極利于次生群落的形成,一年之內(nèi)(4—12月)迅速形成密閉的次生群落,在水-岸之間形成隔離帶,起到了很好的岸坡防護(hù)作用。所以,本試驗(yàn)中選擇蘆葦和茭白是成功的。坡肩上扦插的杞柳雖然發(fā)芽率在95%以上,但后期的成活率只有65%。主要原因有2個(gè):1)原有的和自然遷入的植物的繁殖速度快,迅速形成種群優(yōu)勢,明顯抑制杞柳生長甚至降低成活率;2)坡面的較高處墑情不夠,致使杞柳生長速度不如其他雜草快。但從岸坡防護(hù)的初衷來看,形成這種次生群落恰恰達(dá)到了預(yù)期目的。所以,沒必要采取特別措施來“除草”。而蘆葦種子的直接播種遠(yuǎn)不如移栽植株效果好,如果只有蘆葦種子可用,則可以考慮先在地勢平坦且條件可控的地段播種,然后再移栽到岸坡上和水域中。3.3栽植區(qū)域內(nèi)的土壤條件從方案1、2、3的實(shí)施效果可以看出,植物移栽區(qū)域外側(cè)柵欄防護(hù)的效果非常顯著,在所保護(hù)的區(qū)域內(nèi)形成相對穩(wěn)定的物理環(huán)境,為移栽植物的生長提供了較好的條件。只要有這種防護(hù),無論是否回填土,移栽效果都非常好。反之,移栽是很難成功的。主要原因有2個(gè):1)船型波的劇烈沖擊;2)新開挖航道的岸坡上缺少原生植被,移栽植物的根基無法穩(wěn)固。3.4合成坡與生長結(jié)果回填土非常疏松且富含營養(yǎng),十分有利于蘆葦?shù)纳L,所以方案3中的蘆葦長勢比方案2的更好更整齊。由于回填土減緩了坡度,在坡面上扦插的柳條及其次生群落生長良好?；靥钔量梢詫Π镀逻M(jìn)行整形,降低坡度和落差,從而對岸坡起到立竿見影的防護(hù)效果。3.5岸坡無法抵御來自上側(cè)的雨水沖刷作用在試驗(yàn)之前,居民在坡肩上種植油菜,耕作行為致使岸坡上的植被很難形成固定的密閉群落,岸坡無法抵御來自上側(cè)的雨水沖刷作用。被推入通榆河的農(nóng)作物秸稈直接破壞岸邊植物,所以,人居活動(dòng)的影響是不容忽視的。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)中,在試驗(yàn)區(qū)和農(nóng)民的種植區(qū)之間設(shè)置了2m寬的緩沖區(qū),2個(gè)月后,該區(qū)域即全部被自然植被覆蓋,這對岸坡上側(cè)具有重要的防護(hù)作用。3.6加強(qiáng)度的應(yīng)用。請看控制好各由于通榆河常水位與洪水位相差近1m,移栽植物種植的位置和高度就顯得十分重要。種植位置太高,對常水位時(shí)的岸坡沒有防護(hù)作用,太低則經(jīng)不起洪水的浸泡。本試驗(yàn)中采用的直接移栽和回填土再移栽的方法均可行,但回填土可以抬高蘆葦,減少洪水對移栽蘆葦?shù)耐{。3.7護(hù)坡方案經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)由于生態(tài)修復(fù)工程既要考慮工程因素,又要考慮自然因素,而自然因素中的生物因素變化很快,所以,對方案效果的綜合評價(jià)是很有必要的。將上面的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、結(jié)果分析,加上坡面位置的變化情況和工程造價(jià),對幾種方案的護(hù)坡綜合效果評價(jià)列于表1。根據(jù)當(dāng)?shù)啬壳暗氖袌鲂星?漿砌塊石岸坡的造價(jià)約2800元/m,混凝土岸坡的造價(jià)約3500元/m。由此可見,生態(tài)修復(fù)和生態(tài)護(hù)坡技術(shù)能大幅度地節(jié)省航道護(hù)坡的費(fèi)用,同時(shí),為航道兩岸的園林造景和生態(tài)建設(shè)打下了良好的基礎(chǔ)。4航道岸坡植物物種豐富護(hù)坡技術(shù)的研究和應(yīng)用一定要遵循生態(tài)學(xué)規(guī)律和因地制宜的原則。在類似通榆河的河流中,在岸坡水線以