遼河保護(hù)區(qū)坑塘濕地恢復(fù)研究

段亮，宋永會(huì)*，張臨絨，徐微雪，郅二銓，趙偉偉

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012 2.中國環(huán)境科學(xué)研究院城市水環(huán)境科技創(chuàng)新基地，北京 100012 3.沈陽化工大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110142

遼河是我國七大江河之一，改革開放以來，隨著遼河流域的開發(fā)和工業(yè)化、城市化加速，遼河流域生態(tài)環(huán)境日趨惡化，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能逐漸退化，已成為制約遼寧中部地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素[1-2]?！笆晃濉逼陂g，隨著國家和地方對流域治理力度的加大，遼河治理取得突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了干流水質(zhì)CODCr消滅劣Ⅴ類的目標(biāo)。為了鞏固遼河干流治理成果，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的長遠(yuǎn)目標(biāo)，2010年，遼寧省劃定了遼河保護(hù)區(qū)，設(shè)立遼河保護(hù)區(qū)管理局，這是國內(nèi)成立的第一個(gè)以保持流域完整性和生態(tài)系統(tǒng)健康為宗旨的流域綜合管理省級行政機(jī)構(gòu)[3-4]。遼河保護(hù)區(qū)的首要任務(wù)是開展遼河干流重要支流口人工濕地群構(gòu)建、坑塘濕地群建設(shè)與恢復(fù)，以及牛軛湖、回水段濕地、干流河岸區(qū)濕地生態(tài)修復(fù)[5]，通過水利調(diào)控和濕地恢復(fù)措施，增加濕地面積，形成健康的濕地生態(tài)系統(tǒng)，增強(qiáng)生態(tài)調(diào)節(jié)功能，為生物提供良好的棲息地，為遼河干流生態(tài)完整性恢復(fù)奠定基礎(chǔ)。

遼河干流上段沙質(zhì)良好，適合建筑，長期以來一直有采沙活動(dòng)。自遼河保護(hù)區(qū)成立后，采沙活動(dòng)已被禁止，但由于長期挖沙，留有大量面積不等的沙坑。遼河沙坑主要分布在清河口—馬虎山段，沿途100多km河道上沙坑數(shù)量眾多，很多已形成水面，這為建設(shè)坑塘濕地提供了基本條件。針對保護(hù)區(qū)內(nèi)自然形成以及人工形成的各類坑塘，利用引水溝渠將其與河流連通形成相對開放的水體，在保證河流暢通的基礎(chǔ)上建設(shè)濕地，可以增加區(qū)域生物多樣性和景觀多樣性，有效凈化河流水質(zhì)。

1 坑塘濕地建設(shè)

1.1 坑塘濕地恢復(fù)方法與技術(shù)路線

坑塘濕地恢復(fù)主要包括：1)濕地位置選擇。依據(jù)現(xiàn)有沙坑分布情況，選擇沙坑集中區(qū)，構(gòu)建坑塘濕地群[6]，主要集中在清河口—馬虎山段。2)濕地構(gòu)建方法。結(jié)合遼河水系流向，整治沙坑區(qū)下墊面，通過坑與坑、坑與河道之間的水系聯(lián)通技術(shù)，形成遼河干流連通水面，并綜合考慮沙坑區(qū)面積、地勢、水文、基質(zhì)和生物等相關(guān)因素，確定濕地構(gòu)建相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，給出工程布局。3)濕地植物搭配?？犹翝竦刂参镞x擇以恢復(fù)土著種為主，可選擇性栽種控污型沙生植物，如杭子梢、苦參、黃芩等，植被栽種主要選擇坑塘濕地岸灘和沙心洲[7]。技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 坑塘濕地群恢復(fù)技術(shù)路線Fig.1 The technical roadmap of pond wetland group ecological restoration

1.2 坑塘水系連通技術(shù)

遼河干流沙坑區(qū)主要分布在上游河段，擬建設(shè)坑塘濕地30個(gè)，可分為3段，包括鐵嶺坑塘濕地群段、沙寶臺坑塘濕地群段和石佛寺坑塘濕地群段，最終形成具有遼河特色的坑塘濕地群。坑塘濕地群水系連通包括坑與坑、坑與河道之間的水系流動(dòng)，修建寬2～3 m的連通渠，深度根據(jù)現(xiàn)有沙坑深度和河道水深設(shè)定，建成后達(dá)到豐水期全部淹沒、平水期連通渠水流暢通、枯水期連通渠斷流的效果。其中石佛寺段典型坑塘濕地群分布見圖2。

圖2 石佛寺段典型坑塘濕地群分布Fig.2 The distribution map of typical pond wetland group in Shifosi section

鐵嶺坑塘濕地群段：該段自清河口至柴河口，共建設(shè)坑塘濕地12個(gè)，坑塘濕地沿河分布，水系連通以沿河道縱向?yàn)橹?，并間隔連通坑塘與主河道之間水流。

沙寶臺坑塘濕地群段：該段自柴河口至汎河口，共建設(shè)坑塘濕地11個(gè)，坑塘濕地分布密集，水系連通可縱橫交錯(cuò)。

石佛寺坑塘濕地群段：該段自汎河口至馬虎山公路橋橡膠壩，共建設(shè)坑塘濕地7個(gè)?？犹翝竦匾匝睾拥揽v向?yàn)橹?，并間隔連通坑塘與主河道之間水流。

1.3 坑塘濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)

1.3.1 濕地下墊面整治

濕地系統(tǒng)的核心是基質(zhì)-微生物-植物的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，利用其復(fù)合系統(tǒng)的物理、化學(xué)及生物三重協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化。其中基質(zhì)的作用是為植物的生長和微生物提供附著界面，自身直接通過物理化學(xué)作用凈化水體。遼河保護(hù)區(qū)現(xiàn)有坑塘在大小、下墊面、水文情況等方面差異顯著，坑塘濕地水系聯(lián)通后，以水系聯(lián)通優(yōu)化為前提，需要整治濕地各組成部分下墊面。濕地的下墊面恢復(fù)主要是通過采取工程措施，維護(hù)基底的穩(wěn)定性，穩(wěn)定濕地面積，并對濕地的地形、地貌進(jìn)行改造。下墊面恢復(fù)技術(shù)包括濕地基底改造技術(shù)、濕地水土流失控制技術(shù)、清淤技術(shù)等[8]。下墊面整治成適合植物梯度分布生長的地勢，形成淹水深度不同的水生、沼生、濕生和中生的生境，發(fā)揮坑塘濕地的生態(tài)效益。

1.3.2 植被恢復(fù)

濕地中的植物不但直接利用水體中的營養(yǎng)物，吸收富集水體中的重金屬等有害物質(zhì)，而且為根區(qū)的微生物輸送氧并提供棲息地。植物選擇對濕地處理效果及維持濕地系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要的影響。因此需根據(jù)遼河保護(hù)區(qū)坑塘濕地特征，選擇和搭配適宜的坑塘濕地植物。植物的選用原則：具有良好的生態(tài)適應(yīng)能力和生態(tài)營建功能；具有很強(qiáng)的生命力和旺盛的生長勢；具有較強(qiáng)的耐污染能力；具有不對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境構(gòu)成隱患或威脅的生態(tài)安全性；具有一定的經(jīng)濟(jì)效益、文化價(jià)值、景觀效益和綜合利用價(jià)值[9]?？紤]到遼河保護(hù)區(qū)坑塘濕地下墊面主要是沙質(zhì)，植物恢復(fù)物種多選擇沙生植物，如苦參、牻牛兒苗、角蒿等，重污染區(qū)域坑塘濕地可搭配栽種當(dāng)?shù)赝林匚壑参铮缣J葦、香蒲等。最大程度恢復(fù)坑塘濕地群的沉水、漂浮、挺水等植物種群，發(fā)揮坑塘濕地的水質(zhì)凈化能力。

1.3.3 生境恢復(fù)

濕地生境恢復(fù)對于保護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)，維護(hù)生態(tài)平衡，改善生態(tài)狀況，具有十分重要的意義。濕地生境恢復(fù)的目標(biāo)是通過采取各類技術(shù)措施，提高生境的異質(zhì)性和穩(wěn)定性，是濕地生態(tài)恢復(fù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)?？犹翝竦厝荷郴謴?fù)主要針對魚類和兩棲類生長環(huán)境，結(jié)合養(yǎng)殖業(yè)，實(shí)現(xiàn)浮游植物-浮游動(dòng)物-小型魚類-大型魚類等食物鏈的完整和生物多樣性；構(gòu)建坑塘濕地多重生存空間，為野生生物提供棲息地。濕地生境恢復(fù)技術(shù)主要包括物種選育和培植技術(shù)、物種引入技術(shù)、物種保護(hù)技術(shù)、種群動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)、種群行為控制技術(shù)、群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置與組建技術(shù)、群落演替控制與恢復(fù)技術(shù)等。

1.3.4 水文調(diào)控與管理

水文是濕地中最重要的生態(tài)過程，濕地通過水文過程進(jìn)行物質(zhì)和能量交換，從而控制著濕地的形成與演化，制約著濕地環(huán)境的生物、物理和化學(xué)特征，濕地水文過程恢復(fù)是坑塘濕地恢復(fù)的重要環(huán)節(jié)之一。通過研究坑塘濕地群水流流量與頻率變化、來水時(shí)間周期性變化對濕地生物的影響和濕地生物對水文變化的響應(yīng)機(jī)制，利用橡膠壩調(diào)節(jié)和坑塘濕地群蓄水相結(jié)合的方法綜合調(diào)控濕地水文。坑塘濕地水文調(diào)控主要是通過抬高水位、修建聯(lián)通渠等水利工程措施來實(shí)現(xiàn)，具體包括濕地水文聯(lián)通技術(shù)、蓄水技術(shù)和生態(tài)補(bǔ)水技術(shù)。其中水文聯(lián)通技術(shù)主要是根據(jù)地形特點(diǎn)，通過地形改造等工程措施，合理調(diào)節(jié)和控制水位，優(yōu)化坑塘濕地群水資源分配格局，重新建立起水體之間的水平和垂直聯(lián)系。

2 坑塘濕地建設(shè)工程設(shè)計(jì)

遼河保護(hù)區(qū)坑塘濕地的主要問題是含沙量大、水生態(tài)脆弱、自凈能力弱。遼河屬于多泥砂河流，由于長期挖沙而留下的沙坑并沒有相應(yīng)生態(tài)恢復(fù)措施，加上流域降雨量的年際變化較大，長期裸露的沙坑加劇了水土流失和荒漠化程度，水體自凈能力弱。不僅危害到流域本來就十分脆弱的生態(tài)環(huán)境，同時(shí)造成河道內(nèi)水生生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化。目前國內(nèi)關(guān)于采沙坑塘的生態(tài)恢復(fù)方面的研究鮮有報(bào)道。關(guān)于南方坑塘濕地的研究發(fā)現(xiàn)，其可以有效削減降雨徑流污染、綜合利用雨洪及發(fā)揮景觀功能[10-11]。因此，聯(lián)通已有坑塘，構(gòu)建坑塘濕地群，形成健康的濕地生態(tài)系統(tǒng)，可有效增強(qiáng)其生態(tài)調(diào)節(jié)功能。遼河保護(hù)區(qū)坑塘濕地建設(shè)工程設(shè)計(jì)采用“近自然型”的設(shè)計(jì)理念[12-13]，通過建設(shè)坑塘濕地群，改變現(xiàn)有河道自凈能力弱、水量調(diào)控能力低的現(xiàn)狀，最大限度地削減河流內(nèi)污染物濃度，提升河流自凈能力及水生態(tài)功能。

選擇9個(gè)典型坑塘濕地群，介紹其總體建設(shè)工程設(shè)計(jì)，包括坑塘濕地水網(wǎng)建設(shè)工程和水生植物群落重建工程。其中濕地水網(wǎng)建設(shè)工程主要由坑塘開挖、溝渠水系構(gòu)建以及邊坡整治組成，通過在遼河干流河灘形成坑塘及湖泊水面，并在大水面處構(gòu)建島嶼，以便于鳥類的棲息。水生植物群落重建工程通過在濕地內(nèi)交錯(cuò)種植蘆葦、蒲草等水生植物，形成水生植物帶，實(shí)現(xiàn)對干流懸浮物、CODCr和氨氮的有效去除[14-15]。

2.1 坑塘濕地水網(wǎng)建設(shè)工程

根據(jù)河道灘地的原始斷面形態(tài)及河床、河岸的相對高差，并密切聯(lián)系河道沿岸的土地利用情況，選擇遼河干流典型河灘區(qū)域開挖坑塘及湖泊，并采用溝渠連通，最終形成河道坑塘濕地群?？犹翝竦毓こ讨饕獋?cè)重于水質(zhì)凈化與增加生態(tài)水量。相關(guān)措施建設(shè)能夠增加909萬m3蓄水量，改善遼河流域生態(tài)環(huán)境。

2.1.1 鐵嶺興隆臺坑塘濕地群

位于沈陽開原市境內(nèi)，緊鄰興隆臺村，地理位置123°45′41″E～123°47′26″E，42°28′37″N～42°30′29″N。該區(qū)域包括遼河干流1050線范圍內(nèi)的防護(hù)林帶、灘涂地、水體。面積約1.7 km2。建設(shè)內(nèi)容包括1.8 km2坑塘濕地群、坑塘濕地之間連接渠。為保障水體在濕地內(nèi)的水力停留時(shí)間，恢復(fù)濕地水面面積0.5 km2，以及長800 m、寬10 m的連通渠。濕地群內(nèi)根據(jù)現(xiàn)有坑塘分布情況，共建設(shè)5個(gè)小型坑塘濕地，達(dá)到增加水面、凈化水質(zhì)的目的。

2.1.2 鐵嶺前下塔子河灘坑塘濕地群

位于沈陽鐵嶺市境內(nèi)，緊鄰下塔子村，地理位置123°52′47″E～123°54′10″E，42°22′01″N～42°22′19″N，面積約1.5 km2。建設(shè)內(nèi)容包括坑塘濕地、坑塘濕地之間連接渠，恢復(fù)0.4 km2水面，以及長600 m、 寬10 m的連通渠。共建設(shè)3個(gè)大型坑塘濕地、5個(gè)小型坑塘濕地。

2.1.3 鐵嶺勝臺子下游坑塘濕地群

位于沈陽鐵嶺市境內(nèi)，緊鄰勝臺子村，地理位置123°43′25″E～123°49′10″E，42°17′52″N～42°19′03″N，面積約8.7 km2。建設(shè)內(nèi)容包括坑塘濕地、坑塘濕地之間連接渠，恢復(fù)1.0 km2水面，以及長1.8 km、寬10 m的連通渠。共建設(shè)6個(gè)大中型坑塘濕地、4個(gè)小型坑塘濕地，形成規(guī)模較大的坑塘濕地網(wǎng)。

2.1.4 新民朱爾山河灘坑塘濕地群

位于沈陽新民市境內(nèi)，緊鄰朱爾山村，地理位置123°31′21″E～123°35′44″E，42°11′02″N～42°15′31″N，面積約3.2 km2。建設(shè)內(nèi)容包括濕地島嶼之間的湖泊水面，恢復(fù)0.8 km2的湖泊，建設(shè)7個(gè)小型島嶼，島嶼與島嶼之間由水面連接，以增加濕地蓄水量；此外，在遼河沿岸修建5個(gè)中小型坑塘濕地。

2.1.5 新民達(dá)連崗子濕地群

位于沈陽新民市境內(nèi)，緊鄰達(dá)連崗子村，地理位置122°43′28″E～122°50′55″E，41°46′01″N～41°50′26″N，面積約8 km2。建設(shè)內(nèi)容包括濕地島嶼之間的湖泊水面、湖泊與湖泊之間的水系流動(dòng)連通渠，恢復(fù)1.2 km2的濕地水面。包括2個(gè)大型坑塘濕地，3個(gè)中小型坑塘濕地以及3個(gè)小型島嶼，島嶼之間為湖泊水面以增加蓄水量。

2.1.6 新民杏樹坨子大型濕地群

位于沈陽新民市境內(nèi)，地理位置105°47′44″E～105°59′19″E，37°32′47″N～37°53′5″N。該區(qū)域北臨新民市北崗子凸起、皂角樹，南到遼中縣與新民市交界處。該區(qū)域遼河內(nèi)存在4塊大面積灘涂，長8 km的牛軛湖，以及4個(gè)小的牛軛湖，面積約6 km2。建設(shè)內(nèi)容包括濕地島嶼之間的湖泊水面、湖泊與湖泊之間的水系流動(dòng)，恢復(fù)0.9 km2的水面，以及長1.2 km、寬10 m的連通渠。共建設(shè)5個(gè)坑塘湖泊，11個(gè)小型島嶼，形成濕地水網(wǎng)。

稍微長大一點(diǎn)后，每次我一耍賴，我媽還是會(huì)說：“再哭就把你的嘴巴縫起來！”坐在地上正打算撒潑的我一聽，兩條腿立馬就不敢動(dòng)彈了。慢慢地，這句話就成了我媽制服我的法寶。

2.1.7 遼中下萬子道路交錯(cuò)帶濕地群

位于沈陽遼中縣境內(nèi)，緊鄰下塔子村，地理位置122°37′54″E～122°38′28″E，42°22′01″N～42°32′38″N，面積約2.0 km2。建設(shè)內(nèi)容包括濕地島嶼之間的湖泊水面、湖泊與湖泊之間的水系流動(dòng)，恢復(fù)0.5 km2的水面，以及長1.8 km、寬10 m的連通渠。共建設(shè)5個(gè)中型坑塘湖泊、10個(gè)湖心島嶼，以及8個(gè)小型坑塘，以增加蓄水量和水質(zhì)凈化能力。

2.1.8 遼中紅廟子橋下游濕地群

位于沈陽遼中縣境內(nèi)，緊鄰大營崗子村，地理位置122°37′25″E～122°38′20″E，41°23′53″N～41°27′30″N，面積約6 km2。建設(shè)內(nèi)容包括濕地島嶼之間的湖泊水面、湖泊與湖泊之間的水系流動(dòng)，恢復(fù)0.7 km2的水面。共建設(shè)4個(gè)坑塘湖泊及12個(gè)小型島嶼，增加蓄水量；對已有的牛軛湖濕地進(jìn)行擴(kuò)建，形成濕地水網(wǎng)。

2.1.9 鞍山市圈河濕地群

位于鞍山市境內(nèi)，緊鄰煙李村，地理位置122°15′07″E～122°17′17″E，41°10′51″N～41°12′39″N，面積約2.0 km2。建設(shè)內(nèi)容包括濕地島嶼之間的湖泊水面、湖泊與湖泊之間的水系流動(dòng)，恢復(fù)0.3 km2的水面，共建設(shè)3個(gè)坑塘湖泊及12個(gè)小型島嶼，形成濕地水網(wǎng)，增加水體自凈及水量調(diào)控能力。

2.2 水生植物群落重建工程

水生植物在濕地網(wǎng)中的應(yīng)用主要分為水邊的植物配置，駁岸的植物配置，水面的植物配置，堤、島的植物配置等。配置時(shí)要考慮到物種搭配和生態(tài)功能，做到水體處理功能和觀賞功能統(tǒng)一協(xié)調(diào)。物種搭配應(yīng)主次分明，高低錯(cuò)落，符合各水生植物對生態(tài)位的要求，同時(shí)能充分發(fā)揮各水生植物的生態(tài)功能[16-17]。根據(jù)對遼河水生植物群落的調(diào)查，選用土著物種進(jìn)行河道水生植物群落的重建。選定的挺水植物為蘆葦和茭草，沉水植物為菹草、金魚藻和苦草，浮水植物主要為水龍和浮萍。

根據(jù)工程建設(shè)的不同，水生植物群落重建工程可以分為2類：朱爾山以上以坑塘型濕地為主，主要包括興隆臺濕地群、前下塔子濕地群以及勝臺子濕地群，在該類型濕地中以挺水植物和浮水植物為主，選擇適合當(dāng)?shù)厣车闹参锓N類進(jìn)行水生植物群落重建；在朱爾山及以下的濕地群主要以形成湖泊水面和島嶼為主，包括朱爾山濕地群、達(dá)連崗子濕地群、杏樹坨子濕地群、下萬子濕地群、紅廟子濕地群以及圈河濕地群，在該類型濕地中主要種植挺水植物和沉水植物。

3 結(jié)語

遼河保護(hù)區(qū)坑塘濕地建設(shè)主要以現(xiàn)有沙坑為基礎(chǔ)，整體布局，結(jié)合遼河水系流向，通過坑與坑、坑與河水系聯(lián)通技術(shù)，形成遼河干流連通水面。構(gòu)建的坑塘濕地群，可起到涵養(yǎng)水分和調(diào)節(jié)水量作用，使遼河成為景觀多樣化河流。坑塘濕地群植被以自然恢復(fù)為主，結(jié)合干流植被恢復(fù)措施，濕地植被類型以土著種為主，包括水生、沼生、濕生和中生?？犹翝竦厝航ǔ珊螅瑵竦厝簝?nèi)水質(zhì)優(yōu)于干流水質(zhì)。在確保次生污染可控的前提下，坑塘可選擇性進(jìn)行漁業(yè)養(yǎng)殖，實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

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