巢湖湖濱帶生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計(jì)

鄭西強(qiáng)，張 瀏，宗 梅，常 凱，匡 武

(安徽省環(huán)境科學(xué)研究院，安徽合肥 230061)

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巢湖湖濱帶生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計(jì)

鄭西強(qiáng)，張 瀏，宗 梅，常 凱，匡 武

(安徽省環(huán)境科學(xué)研究院，安徽合肥 230061)

以合肥市濱湖新區(qū)巢湖湖濱帶為例，探討濱湖生態(tài)修復(fù)方案。在分析區(qū)內(nèi)湖濱帶生態(tài)現(xiàn)狀、物理基質(zhì)、水文及生物條件的基礎(chǔ)上，針對(duì)湖濱帶的不同類型，提出了利用基質(zhì)-水文-生物一體化自組織生態(tài)修復(fù)技術(shù)方案的建議，探討了濱湖新區(qū)湖濱帶具體的生態(tài)修復(fù)工程的主要內(nèi)容和技術(shù)措施。在巢湖易崩岸的湖濱組織施工一年后初見成效，數(shù)年后恢復(fù)后的挺水植被群落形成，并向陸向和水向蔓延生長(zhǎng)，具備了一定的抵御風(fēng)浪的能力，形成了抗干擾能力較強(qiáng)的岸線植被護(hù)岸體系。

湖濱帶；生態(tài)修復(fù)；濱湖新區(qū)

人們逐步認(rèn)識(shí)到，濱湖生態(tài)修復(fù)不是簡(jiǎn)單的栽花種草或放蟲養(yǎng)魚，健康的湖濱生態(tài)系統(tǒng)不僅包括食物鏈的各級(jí)生物群落，還必須提供其適于生存的基質(zhì)、水文、溫度、光照等外部物理環(huán)境。實(shí)際上，實(shí)施濱湖濕地再造是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要從基質(zhì)、水文和生物3個(gè)方面實(shí)施優(yōu)化和重組。

一般對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)注比較多地被投向水生植被，包括植物群落的選配，而基質(zhì)作為水生植被的載體，一方面要有適宜的柔度，即要適于水生植物的生長(zhǎng)和底棲生物的棲息，另一方面還需要有一定的剛度，耐受波浪的沖刷和防止植被倒伏。適度的水文無疑是水生物群落生存的重要條件，大流速、高風(fēng)浪切割水生植被，沖刷地質(zhì)，而過于靜止的水域又不利于污染物的擴(kuò)散降解，容易在局部形成藻類繁生的溫床。

濱湖生態(tài)修復(fù)就是優(yōu)化配置基質(zhì)元素、水文元素和生物元素在三維空間上的分布。此外還有重要的一點(diǎn)，生態(tài)修復(fù)的過程不是靜態(tài)的，而是需要對(duì)包括時(shí)間程序在內(nèi)的四維空間進(jìn)行復(fù)原，是從根本上得以復(fù)原的自然，即隨著時(shí)間的推移不斷變化并保持一定的相對(duì)穩(wěn)定，也就是說創(chuàng)造科學(xué)的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。

1 濱湖新區(qū)湖濱帶的范圍及類型

濱湖新區(qū)是指合肥市歷次規(guī)劃中預(yù)留控制的東南引風(fēng)口地帶和城市機(jī)場(chǎng)南部地帶。區(qū)域內(nèi)水系較多，區(qū)內(nèi)湖濱帶范圍主要以環(huán)湖公路廊道為邊界標(biāo)志物，主要有堤防型、河口型、灘地型(包括濕地)等，屬陡、緩坡相間易崩岸的湖濱帶。由于未來要建設(shè)旅游度假區(qū)，因此其生態(tài)修復(fù)就顯得十分重要和迫切。

2 湖濱帶生境現(xiàn)狀

崩岸、水生植被消失、藻類堆積……不僅是濱湖新區(qū)湖濱帶生態(tài)退化的集中寫照，而且其造成的湖濱景觀破壞，也直接損害到濱湖生態(tài)文化新區(qū)的整體現(xiàn)象和定位。風(fēng)浪造成的崩岸、水生植被消失與藻類堆積是巢湖湖濱帶濱湖新區(qū)段最突出的生態(tài)問題和景觀問題。

2.1 基質(zhì)條件

巢湖3大崩岸帶主要分布于巢湖的西北岸、東南岸(巢湖市境內(nèi))及南岸(廬江縣境內(nèi))，且危害較重，而其他岸帶則危害輕微。濱湖新區(qū)正處在巢湖西北岸的主要崩岸帶范圍，區(qū)內(nèi)崩岸嚴(yán)重。

易崩岸的地質(zhì)特點(diǎn)是濱湖新區(qū)湖岸帶生態(tài)退化的一個(gè)直接原因。巢湖的西北岸地質(zhì)屬第4紀(jì)晚更新統(tǒng)粘土組成的岸帶。這類岸帶，組成巖性為棕色、棕黃色粘土，其特征是柱狀節(jié)理發(fā)育，粘土的膨脹性能較強(qiáng)，厚度10～40m。其粘土礦物以伊利石為主(66%～69%)，次為蛭石(13%～17%)、綠泥石(16%～17%)，少量的蒙脫石和石英。該土層的膨脹試驗(yàn)結(jié)果表明其自由膨脹率為50%～60%，膨脹力為86.2 kPa，線收縮率為1.25%，體收縮率9.5%，收縮系數(shù)0.28，縮限12.0%，脹縮總率2.1%。從粘土的礦物組合及脹縮試驗(yàn)可以看出，土層具有較強(qiáng)的遇水膨脹和失水收縮的特性。

2.2 水文條件

巢湖建壩后，高低水位的變化與區(qū)內(nèi)的降雨、蒸發(fā)有直接關(guān)系。區(qū)內(nèi)降雨量不均，年內(nèi)降雨量10月至次年2月份月降雨量為26～50 mm，3、4、9月份月降雨量為70～98 mm，5～8月份月降雨量為120～458.1 mm(1969-07)，蒸發(fā)量為810～835 mm。降雨量的不均及蒸發(fā)量的差異，使巢湖水位在月內(nèi)、年內(nèi)變化較大，1954、1969、1983、1991和1996年水位標(biāo)高分別為12.99、11.74、12.29、12.71和11.84 m。巢湖多年平均水位為8.03 m，歷年最高水位為12.99 m。

據(jù)觀察巢湖高水位多出現(xiàn)在降雨期的5～8月，而且具有居高不下的特點(diǎn)，近年來更是如此；平水位則在3～4月份；枯水位在當(dāng)年10月至次年2月，峰枯水位變幅約3～4 m。水位的高低變化及浸潤(rùn)侵蝕作用，使塌岸頻繁發(fā)生。

2.3 生物條件

20年前的巢湖堤外濕地岸線蘆笛生花的景象還隨處可見，目前只剩下在風(fēng)浪中零星飄搖的蘆葦殘株。在近20年湖堤的修建過程中，成片的湖濱蘆葦、香蒲等原生優(yōu)勢(shì)水生植被被人工清除了，挺水植被被徹底破壞，濕地消失了?，F(xiàn)在的巢湖堤只有水葫蘆、水花生等浮水植物堆積在岸邊，濕地生態(tài)系統(tǒng)的界面緩沖作用消失殆盡，湖岸失去了生態(tài)保護(hù)屏障。巢湖富營(yíng)養(yǎng)化由來已久，近年來更是水華頻發(fā)，尤其是每年5～11月水華暴發(fā)時(shí)段，風(fēng)浪攜帶大量藍(lán)藻向湖濱堆積，離岸幾公里之外都彌漫著腥臭味，猶如油狀的粘稠湖水在風(fēng)浪的作用下進(jìn)入十五里河、塘西河等入湖河口，嚴(yán)重污染濱湖河道，也對(duì)湖濱景觀造成了嚴(yán)重破壞。

3 追溯湖濱帶生態(tài)景觀原貌

雖然目前巢湖堤外濕地生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)破損退化，但在一堤之隔的圩區(qū)，大片的蘆葦蕩和香蒲蕩讓人們還可以追溯到當(dāng)年巢湖岸線水草豐茂的原生態(tài)濕地景觀。20年來巢湖湖濱帶經(jīng)歷了生態(tài)景觀的劇變，但當(dāng)?shù)厝罕娺€清晰地記得當(dāng)年那一片濱水濕地萬畝蘆葦?shù)木跋蟆０凑债?dāng)?shù)乩先说幕貞?，?gòu)筑了濱湖新區(qū)湖濱“萬畝濕地蘆笛生花”的生態(tài)盛景設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4 湖濱帶生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)

4.1 生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)與原則

生態(tài)修復(fù)是根據(jù)是生態(tài)學(xué)原理，通過一定的生物、生態(tài)以及工程的技術(shù)與方法，人為改變導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化的主導(dǎo)因子或過程，調(diào)整、配置和優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部及其與外界的物質(zhì)、能量和信息流動(dòng)過程和時(shí)空秩序，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能盡快恢復(fù)到受損前甚至于更高的水平[1]。

生態(tài)修復(fù)的基本原則是遵循自然規(guī)律，因地制宜，著眼于系統(tǒng)的功能與周圍的景觀相協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮水生生物凈化水質(zhì)和改善環(huán)境等生態(tài)功能的原則[2]。

在對(duì)濱湖新區(qū)湖濱岸線地質(zhì)、水文、生物等方面進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)湖泊演化歷史的研究，對(duì)濱湖新區(qū)湖濱帶的原生態(tài)景觀風(fēng)貌進(jìn)行了追溯和還原，構(gòu)建了湖濱岸線“萬畝濕地蘆笛生花”的生態(tài)景觀方案。

4.2 生態(tài)修復(fù)的要點(diǎn)

濱湖新區(qū)湖濱帶生態(tài)退化是由人為活動(dòng)引起的。由于水生植被的消失，造成湖濱帶水力沖刷加劇和湖岸地質(zhì)失穩(wěn)；而水力沖刷的加劇一方面會(huì)進(jìn)一步引發(fā)崩岸，另一方面也造成水生植被生存環(huán)境惡化，植株在生長(zhǎng)過程中易被切割死亡。而湖岸地質(zhì)的失穩(wěn)，一來使水生植被的恢復(fù)缺乏穩(wěn)固的基質(zhì)，植株在生長(zhǎng)過程中易倒伏死亡；二來也難以有效緩解水力沖刷。

因此，要重建濱湖新區(qū)湖濱“萬畝濕地蘆笛生花”的新生態(tài)景觀，必須統(tǒng)籌應(yīng)對(duì)水生植被消失、湖岸地質(zhì)失穩(wěn)以及水力沖刷加劇等相互關(guān)聯(lián)、互為因果的3方面問題，簡(jiǎn)單地栽種挺水植株將難以存活，必須同期解決湖岸地質(zhì)修復(fù)和湖濱水文修復(fù)兩方面的問題，水生植被群落的修復(fù)才能得以見效。在對(duì)濱湖新區(qū)湖濱岸線地質(zhì)、水文、生物等方面進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)湖泊演化歷史的研究，對(duì)濱湖新區(qū)湖濱帶的原生態(tài)景觀風(fēng)貌進(jìn)行了追溯和還原，構(gòu)想了湖濱岸線“萬畝濕地蘆笛生花”的生態(tài)景觀藍(lán)圖，并在綜合借鑒國(guó)內(nèi)外湖濱帶生態(tài)修復(fù)技術(shù)最新進(jìn)展的基礎(chǔ)上[3-4]，考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，提出基質(zhì)-水文-生物一體化自組織生態(tài)修復(fù)技術(shù)方案的建議。

4.3 主要工程內(nèi)容與技術(shù)措施4.3.1

崩岸湖濱帶基底修復(fù)工程。濱湖新區(qū)位于巢湖西北岸，處于常年主導(dǎo)風(fēng)向的迎風(fēng)面上。湖濱帶生態(tài)環(huán)境受風(fēng)浪影響明顯，巢湖水位高、吹程遠(yuǎn)、湖面風(fēng)大浪高，造成沿岸崩岸現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，消浪是實(shí)施濱湖新區(qū)湖濱帶生態(tài)修復(fù)的首要任務(wù)。只有有效消浪，才能減緩崩岸的發(fā)生，保證水生植被基質(zhì)的穩(wěn)定；只有有效消浪，才能延緩湖濱水力停留時(shí)間，營(yíng)造適于水生植被生長(zhǎng)的水文條件。

根據(jù)濱湖新區(qū)岸線的坡降情況，對(duì)于高坎或陡坡進(jìn)行必要的削坡處理，盡可能擴(kuò)大植被護(hù)岸的縱深。為了使挺水植物群落有穩(wěn)固的立地生長(zhǎng)條件，選擇春季前后的枯水期，使用挖泥船沿岸線進(jìn)行掘進(jìn)式作業(yè)，構(gòu)建了兩條相距4～6 m、高出水面1～1.5 m的消浪土壩，消浪土壩外側(cè)是湖庫水面，其中靠近岸線的土壩內(nèi)側(cè)淺水區(qū)域?yàn)橥λ脖换謴?fù)生長(zhǎng)區(qū)(如圖1)，縱深30～40 m，保證水深10～30 cm；外側(cè)土壩能有效防止植株在恢復(fù)生長(zhǎng)期受風(fēng)浪的侵蝕。該技術(shù)是安徽省環(huán)境科學(xué)研究院最新開發(fā)的湖泊基底修復(fù)技術(shù)，已成功地運(yùn)用于巢湖沿岸萬年埠段湖濱帶修復(fù)工程。

4.3.2 入湖河口處生態(tài)修復(fù)工程。在濱湖新區(qū)內(nèi)入湖河口處采用人工沼澤化生態(tài)修復(fù)技術(shù)，人工沼澤單體結(jié)構(gòu)是以礫石、碎石為基本材質(zhì)的多孔梯臺(tái)結(jié)構(gòu)，單體面積在1～10 m2之間不等，單體高度依離岸遠(yuǎn)近在1～3 m之間不等。人工沼澤擋浪透水，湖浪攜帶的湖泥在人工沼澤周圍和孔隙間沉積，作為恢復(fù)水生植被的基質(zhì)。湖泥沉積到一定厚度后，隨湖浪進(jìn)出湖體的速度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

4.3.3 水生植被群落修復(fù)工程。水生植被的修復(fù)主要有自然形成和人工種植兩種。由于人工種植能在較短時(shí)間內(nèi)可達(dá)到目標(biāo)程度，故在實(shí)踐中較多使用，相關(guān)技術(shù)涉及引種、選育和培植、種群擴(kuò)增等[5]。先鋒物種的選擇是植被恢復(fù)的首要工作，但考慮水生植被群落的結(jié)構(gòu)和多樣性，對(duì)其他水生植物也要進(jìn)行選配和優(yōu)化。

根據(jù)湖庫水位的漲落規(guī)律，不同高程區(qū)域選擇不同類型的植被進(jìn)行恢復(fù)；按照不同高程可分別實(shí)施喬、灌、草等不同類型或者混搭的植被恢復(fù)；如柳類、水杉、鐵線草、中華結(jié)縷草、燈芯草等。

蘆葦和香蒲是巢湖的優(yōu)勢(shì)挺水植物種，尤其是蘆葦在巢湖地區(qū)極易生長(zhǎng)，獲取種源也很方便。每年3～4月在附近區(qū)域可采集本地蘆葦根莖，其地上莖保留300～500 mm，地下莖保持完整且開始發(fā)芽；按照4～6株/m2的密度，在挺水植被恢復(fù)生長(zhǎng)區(qū)完成所采集蘆葦根莖的種植，植物成活率達(dá)到90%以上，并對(duì)未發(fā)芽蘆葦進(jìn)行移出補(bǔ)種。

因?yàn)I湖新區(qū)湖濱帶常年處主導(dǎo)風(fēng)向的迎風(fēng)面上，風(fēng)浪帶來的水力沖刷、切割較為嚴(yán)重，目前對(duì)于浮水植物及沉水植物的生長(zhǎng)較為不利。

4.4 工程實(shí)施效果

對(duì)于地質(zhì)原因造成的崩岸湖濱帶而言，植被恢復(fù)面臨基質(zhì)缺失和水力剪切等多方面的影響。首先，易崩塌的邊坡泥土在風(fēng)浪淘蝕下難以在湖濱滯留，造成近岸帶多為硬底湖床，基質(zhì)條件不難滿足水生植物恢復(fù)生長(zhǎng)的要求；其次，由于缺乏植被的有效防護(hù)，造成水力沖刷對(duì)湖岸沖刷加劇，水生植株在恢復(fù)生長(zhǎng)期易受到水力剪切的損害。

在易崩岸的湖濱帶利用基質(zhì)-水文-生物一體化自組織生態(tài)修復(fù)技術(shù)后，隨著挺水植物的發(fā)芽生長(zhǎng)，兩條消浪土

壩在風(fēng)浪的侵蝕下，泥土逐漸向挖泥船掘進(jìn)后留下的航道內(nèi)回流，土壩高度逐漸降低，同時(shí)隨著豐水期的到來，外湖水位逐漸上升；當(dāng)挺水植物的莖葉和根系初步長(zhǎng)成，植株已具備了一定抵御風(fēng)浪的能力；當(dāng)外湖水位超過消浪土壩，挺水植被恢復(fù)生長(zhǎng)區(qū)與外湖區(qū)連為一片，植株在風(fēng)浪的刺激下，根莖進(jìn)一步發(fā)育粗壯；當(dāng)豐水期結(jié)束、外湖水位回落時(shí)，消浪土壩在風(fēng)浪侵蝕下基本消失，水位線上下已基本被水生植物覆蓋，形成有效植被防護(hù)；隨后幾年中，恢復(fù)后的挺水植被群落繼續(xù)向水向和陸向蔓延生長(zhǎng)，形成覆蓋面積更大、根系纏繞糾結(jié)更緊密、抗干擾能力更強(qiáng)的岸線植被護(hù)岸體系。

在區(qū)內(nèi)入湖河口處人工沼澤單體沿入湖河口周圍交錯(cuò)布置，構(gòu)建起粘土岸線的剛性骨架，層層削減湖浪，攔截藻類，延緩水力條件，恢復(fù)適于水生植被生長(zhǎng)的水文流場(chǎng)。水生植被逐步恢復(fù)以后，自身的消浪和污染降解能力得以增強(qiáng)，河口處地質(zhì)和水文條件進(jìn)一步得到改善，水生態(tài)系統(tǒng)逐步步入良性循環(huán)。

5 結(jié)論與展望

濱湖新區(qū)的生態(tài)修復(fù)工程可以保護(hù)巢湖自然生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)濱湖生態(tài)。在湖濱帶生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計(jì)的前期，充分考慮巢湖自然環(huán)境和水生態(tài)系統(tǒng)特征等，通過有限的工程引導(dǎo)措施，扭轉(zhuǎn)湖濱生態(tài)系統(tǒng)的退化方向，后期則是主要依靠生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)后自身日益增強(qiáng)的自組織能力，完成其原生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的再現(xiàn)，使重建后濱湖新區(qū)湖濱帶蘆笛生花的景觀結(jié)構(gòu)具備消浪、藻類攔截、污染消納與生態(tài)景觀等綜合生態(tài)功能。

[1] 章家恩，徐琪.生態(tài)退化研究的基本內(nèi)容與框架[J].水土保持學(xué)報(bào)，1997，17(3)：46-53.

[2] 金相燦.湖泊富營(yíng)養(yǎng)化控制和管理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：147-150.

[3] ALVAREZ I E，RUBIO R，RICALDE H.Beach restoration with geotextile tubes as submerged breakwaters in Yucatan，Mexico[J].Geotextilesand geomembranes，2007,25(1):233-241.

[4] 葉春，金相燦，王臨清，等.洱海湖濱帶生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)原則與工程模式[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2004，24(6)：717-721.

[5] 安樹青.濕地生態(tài)工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：192，200.

名詞解釋

1 總被引頻次

指該期刊自創(chuàng)刊以來所登載的全部論文在統(tǒng)計(jì)當(dāng)年的統(tǒng)計(jì)刊源中被引用的總次數(shù)。該指標(biāo)反映了該期刊在學(xué)術(shù)交流中總體被使用和受重視的程度，是文獻(xiàn)計(jì)量中的一個(gè)基礎(chǔ)性指標(biāo)。

2 影響因子

指某期刊前兩年發(fā)表的論文在統(tǒng)計(jì)當(dāng)年的被引用總次數(shù)與該期刊在前兩年內(nèi)發(fā)表的論文總數(shù)之比。這是一個(gè)國(guó)際上通行的傳統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，又可稱作2年影響因子(IF2)。計(jì)算公式為：

3 5年影響因子

某一期刊前五年發(fā)表的論文在統(tǒng)計(jì)當(dāng)年的被引用總次數(shù)與該期刊在前五年內(nèi)發(fā)表的論文總數(shù)之比。計(jì)算公式為：

IF5反映了期刊在5年內(nèi)的平均學(xué)術(shù)影響力，可作為2年影響因子(IF2)的參照。

Biological Remediation Engineering Design for Bank Lakeside Zone of Chaohu Lake

ZHENG Xi-qiang, ZHANG Liu, ZONG Mei et al

(Anhui Province Environmental Science Research Institute, Hefei, Anhui 230061)

With bank lakeside zone of Chaohu Lake in Hefei City as an example, the biological remediation scheme was discussed. On the basis of analyzing lakefront ecological status, physical medium, hydrological and biological conditions, based on the different types of riparian zone, matrical, hydrologic, and biologic integration self-organization ecological remediation was recommended, which could provide reference for ecological restoration of the lake district. The initial success after one year was obtained in lakeside zone of Chaohu Lake, vegetation community restored after several years and spread to land and water, which has the ability to resist wind and waves, and form a vegetation protection system with strong anti-drought ability.

Lakeside zone; Ecological restoration; Lake district

國(guó)家水體污染控制與治理重大科技專項(xiàng)(2012ZX07103-004)。

鄭西強(qiáng)(1983- )，男，安徽霍邱人，碩士，工程師，從事環(huán)境工程研究。

2015-11-20

S 181.5

A

0517-6611(2015)35-367-03