新豐江水庫(kù)消落帶植被恢復(fù)措施研究

陳三雄，廖建文，彭志祥，常 進(jìn)(中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510610)

新豐江水庫(kù)消落帶植被恢復(fù)措施研究

陳三雄，廖建文，彭志祥，常 進(jìn)
(中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510610)

水庫(kù)消落帶；植被恢復(fù)；岸坡侵蝕；淹水脅迫和干旱脅迫；治理措施；新豐江水庫(kù)

水庫(kù)消落帶治理是一個(gè)世界性難題。為給新豐江水庫(kù)消落帶治理提供技術(shù)依據(jù)，在深入分析新豐江水庫(kù)消落帶水位運(yùn)行、岸坡侵蝕、土壤養(yǎng)分、植被等情況的基礎(chǔ)上，提出了淹水脅迫和干旱脅迫、岸坡侵蝕、養(yǎng)分缺乏是新豐江水庫(kù)消落帶植被恢復(fù)的3個(gè)限制因子，并針對(duì)不同的限制因子，提出了相應(yīng)的解決思路和措施設(shè)計(jì)。

消落帶是指水庫(kù)由于季節(jié)性水位消漲、周期性蓄水和用水調(diào)度等引起的水位反復(fù)周期性變化而在庫(kù)周形成的干濕交替區(qū)域。消落帶是影響水庫(kù)生態(tài)環(huán)境安全的關(guān)鍵區(qū)域，對(duì)庫(kù)區(qū)的水土流失、非點(diǎn)源污染都有著至關(guān)重要的阻滯和凈化作用，是水庫(kù)水質(zhì)安全的重要保障[1]。以前，消落帶的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題在我國(guó)沒(méi)有得到充分重視。三峽大壩建成并投入運(yùn)用后，水庫(kù)水文調(diào)度引起庫(kù)區(qū)水位在壩前高程145～175 m之間變化，庫(kù)區(qū)兩岸形成了大面積水陸交替的消落區(qū)，引發(fā)了一系列生態(tài)問(wèn)題，引起了社會(huì)各界的普遍關(guān)注，許多學(xué)者也對(duì)此展開(kāi)了研究[2-4]。但綜合國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來(lái)看，消落帶治理尚沒(méi)有成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，仍是一個(gè)待開(kāi)拓的領(lǐng)域，也是一個(gè)世界性難題[5]。

新豐江水庫(kù)是珠江三角洲東部地區(qū)和香港的重要飲用水水源地，其水質(zhì)的好壞不僅關(guān)系著廣東的社會(huì)民生和發(fā)展大局，也關(guān)系到香港地區(qū)的繁榮穩(wěn)定，被稱為“生命水、經(jīng)濟(jì)水和政治水”。近些年來(lái)，新豐江水庫(kù)水質(zhì)的保護(hù)被提高到了前所未有的高度。2013年12月，廣東省人民政府批復(fù)《新豐江水庫(kù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)總體方案》，規(guī)劃實(shí)施新豐江庫(kù)區(qū)消落帶生態(tài)保護(hù)及恢復(fù)工程，并先行啟動(dòng)了第一階段試點(diǎn)工作。為此，在深入調(diào)研、吸收國(guó)內(nèi)外有關(guān)消落帶治理現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，筆者對(duì)新豐江水庫(kù)消落帶植被恢復(fù)的限制因子進(jìn)行了剖析，對(duì)新豐江水庫(kù)消落帶治理試點(diǎn)工程的總體思路和技術(shù)方案進(jìn)行了研究，以期為新豐江水庫(kù)消落帶治理提供技術(shù)依據(jù)。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

新豐江水庫(kù)位于廣東省河源市東源縣境內(nèi)，地處北緯23°40′～24°08′、東經(jīng)114°20′～114°45′之間，總庫(kù)容138.96億m3，為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。水庫(kù)正常蓄水位116 m，死水位93 m，設(shè)計(jì)洪水位121.6 m，校核洪水位123.6 m。庫(kù)區(qū)總面積1 600 km2，其中水域面積370 km2，里面分布有360多個(gè)島嶼。

新豐江庫(kù)區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫21.2 ℃，無(wú)霜期345～350 d，≥10 ℃年積溫7 138 ℃，年均日照時(shí)數(shù)2 057 h。庫(kù)區(qū)雨量充沛，年均降水量1 915 mm，4—9月降水量約占全年降水量的80%以上。年均蒸發(fā)量1 679 mm，年均濕度77%～80%。

試點(diǎn)工程位于龍鳳島和龍鳳島以東的無(wú)名島，治理范圍為110 m高程以上的消落帶，重點(diǎn)為110～113 m高程之間的區(qū)域。龍鳳島呈蝴蝶形，最大高程為170 m；無(wú)名島平面呈傾斜“山”字形，島嶼最大高程為165 m，坡度變化較大。龍鳳島消落帶岸坡中，緩坡型岸坡(坡度≤20°)占總面積的45.5%，斜坡型岸坡(坡度20°～30°)占總面積的33.5%，陡坡型岸坡(坡度>30°)占總面積的21.0%；無(wú)名島消落帶岸坡中，緩坡型岸坡占總面積的40.7%，斜坡型岸坡占總面積的41.0%，陡坡型岸坡占總面積的18.3%。工程區(qū)及鄰近部位出露的巖性主要為花崗巖類，消落帶岸坡底質(zhì)絕大部分為中風(fēng)化—強(qiáng)風(fēng)化花崗巖母質(zhì)發(fā)育的紅土風(fēng)化層，主要為土質(zhì)岸坡，局部為砂質(zhì)、巖質(zhì)岸坡。島上優(yōu)勢(shì)樹(shù)種主要為木荷、楓香、濕地松、馬尾松和杉木，林下植被主要有芒草、芒箕、崗松、桃金娘等。

2 植被恢復(fù)限制因子分析

2.1 淹水脅迫和干旱脅迫

對(duì)新豐江水庫(kù)1996—2015年的水位資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。從年際變化看，水位超過(guò)110 m的年份有11年，其中時(shí)間最長(zhǎng)的2013年為229 d，時(shí)間最短的2010年為104 d；水位超過(guò)113 m的年份有7年，其中時(shí)間最長(zhǎng)的1997年為163 d，時(shí)間最短的1998年為23 d。可見(jiàn)，消落帶110～113 m高程區(qū)域易長(zhǎng)期被水淹沒(méi)。而長(zhǎng)期水淹對(duì)土壤通氣狀況等理化性質(zhì)和植物細(xì)胞膜系統(tǒng)及其功能有顯著的影響，直接影響植物的生長(zhǎng)[6]。

從年內(nèi)變化看，水庫(kù)水位呈規(guī)律性漲落變化，一般在2～4月達(dá)到最低值，隨后開(kāi)始逐漸上升，8～10月達(dá)到最高值，隨后水位又逐漸下降。春季是植物生長(zhǎng)最需要水分的季節(jié)，尤其是幼苗，而庫(kù)區(qū)水位在春季時(shí)反而降至最低，容易造成消落帶上部季節(jié)性干旱。夏季是植物的生長(zhǎng)旺季，而此時(shí)消落帶水位迅速升高，最易造成淹水脅迫。周而復(fù)始的水位交替變化，造成春季苗期干旱—夏秋生長(zhǎng)期水淹—秋冬休眠期水淹的惡性循環(huán)[6]。因此，淹水脅迫和干旱脅迫是消落帶植被恢復(fù)最重要的限制因子。

2.2 岸坡侵蝕

新豐江庫(kù)區(qū)消落帶岸坡侵蝕主要為波浪侵蝕。消落帶坡面裸露，被水長(zhǎng)期浸泡，底質(zhì)疏松，二三級(jí)風(fēng)即可產(chǎn)生較大的波浪侵蝕[7]。而花崗巖發(fā)育的風(fēng)化殼岸坡土層深厚，土壤淹水后迅速軟化，在波浪長(zhǎng)期侵蝕作用下，容易產(chǎn)生塌岸，形成大小不一的崩塌岸坡，且極易在水力作用下不斷擴(kuò)大。長(zhǎng)期、反復(fù)、頻繁的岸坡侵蝕，造成土壤大量流失，嚴(yán)重影響植物定居。因此，岸坡侵蝕是消落帶植被恢復(fù)的關(guān)鍵限制因子。

2.3 土壤養(yǎng)分

水庫(kù)消落帶反復(fù)的淹水—落干—淹水過(guò)程，對(duì)土壤的物理性質(zhì)和化學(xué)特性會(huì)產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分下降和流失。對(duì)新豐江庫(kù)區(qū)龍鳳島、無(wú)名島消落帶110 m高程土壤取樣分析，結(jié)果顯示，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量分別為2.69、0.13、0.38、12.6 g/kg，分別為周邊林地土壤的16.8%、24.7%、79.1%、90.1%，土壤瘠薄，影響植物生長(zhǎng)。因此，養(yǎng)分缺乏也是消落帶植被恢復(fù)的限制因子。

3 消落帶治理總體思路和工程總布置

3.1 總體思路

總體思路是針對(duì)3個(gè)限制因子，提出解決方案。庫(kù)區(qū)消落帶因其反自然的水位漲落規(guī)律引起淹水脅迫和干旱脅迫，使得大多數(shù)植物不適合生存，因此消落帶植被建設(shè)首要的、基礎(chǔ)性的工作應(yīng)是篩選消落帶適生植物。同時(shí)，年復(fù)一年的岸坡侵蝕，土壤不斷流失，使消落帶植物失去了定居的基本條件，因此要通過(guò)坡改梯降低消落帶岸坡坡度，采用環(huán)保新材料對(duì)梯坎進(jìn)行防護(hù)，控制岸坡侵蝕，保持水土，促進(jìn)植物定居。另外，通過(guò)根瘤菌、有機(jī)肥的應(yīng)用，增加土壤養(yǎng)分，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

3.2 工程總布置

從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和地形測(cè)量情況看，龍鳳島、無(wú)名島植被特征線位于113 m水位線附近，113 m高程以上的區(qū)域植被覆蓋較好，110～113 m高程之間的區(qū)域基本無(wú)植被，完全裸露。本次試點(diǎn)工程以節(jié)省工程投資和效益最大化為原則，盡量維持原有地形特征，結(jié)合環(huán)境保護(hù)、生態(tài)景觀需求來(lái)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

工程總體布置原則是：110～113 m高程區(qū)域無(wú)植被地段采取坡改梯、梯坎防護(hù)措施后恢復(fù)植被；113 m以上高程區(qū)域有植被地段以撫育為主，原則上不擾動(dòng)，局部植被稀疏區(qū)域間植景觀樹(shù)種。在植被恢復(fù)方向上，旅游線路可視范圍內(nèi)考慮景觀美化效果，其余地段以防治水土流失為主。

4 措施設(shè)計(jì)

4.1 岸坡整治

根據(jù)消落帶地形特征，按照緩坡型、斜坡型、陡坡型分別進(jìn)行防護(hù)措施設(shè)計(jì)，主要措施有坡改梯和梯坎防護(hù)。參照水平梯田斷面設(shè)計(jì)相關(guān)要素，確定本工程設(shè)計(jì)斷面，田坎高度為0.7 m，田面高程由下往上依次為110.5、111.2、111.9、112.6 m；部分?jǐn)嗝娓鶕?jù)地形可適當(dāng)調(diào)整，保持4個(gè)平臺(tái)高程不變，大彎就勢(shì)，小彎取直，盡量做到土石方挖填平衡。梯坎防護(hù)體現(xiàn)試點(diǎn)工程的要求，布置生態(tài)袋、生態(tài)格賓、生態(tài)袋+生態(tài)板樁、生態(tài)格賓+生態(tài)板樁、生態(tài)板樁+斜坡、生態(tài)板樁+多級(jí)平臺(tái)等6種防護(hù)方案，對(duì)梯田田坎進(jìn)行防護(hù)，控制岸坡侵蝕。

4.2 植被恢復(fù)

4.2.1 物種選擇

消落帶適生植物篩選是消落帶治理的一大難點(diǎn)，也是消落帶生態(tài)保護(hù)及恢復(fù)工程成敗的關(guān)鍵[8-12]。根據(jù)庫(kù)區(qū)消落帶生境條件和已有參考文獻(xiàn)，主要選用的喬灌木有水翁、白千層、落羽杉、中山杉、水柳、紅千層、蒲桃、水石榕等，草本植物有鋪地黍、蟛蜞菊、香根草、狗牙根、再力花、花葉蘆竹、美人蕉、紙莎草等。

4.2.2 物種配置

主要根據(jù)岸坡整治后形成的不同高程田面平臺(tái)的淹水時(shí)間確定植物種類。另外，為達(dá)到試點(diǎn)目標(biāo)，要盡可能增加植物種類。平臺(tái)110.5 m：多年平均淹沒(méi)時(shí)間為107.9 d，年淹沒(méi)時(shí)間極大值為229 d，一年之中淹沒(méi)時(shí)間最長(zhǎng)，要求植被具有較強(qiáng)的耐淹性，水位下降后能迅速返青生長(zhǎng)，植物配置以草本為主，主要種植鋪地黍，輔以其他類型的喬、草點(diǎn)綴。平臺(tái)111.2 m：多年平均淹沒(méi)時(shí)間為77.4 d，年淹沒(méi)時(shí)間極大值為226 d，一年之中淹沒(méi)時(shí)間較平臺(tái)110.5 m有所減少，可適當(dāng)增加其他類型喬、草數(shù)量，但仍以鋪地黍?yàn)橹鳌Ｆ脚_(tái)111.9 m：多年平均淹沒(méi)時(shí)間為51.2 d，年淹沒(méi)時(shí)間極大值為223 d，植物配置采用喬灌草結(jié)合方式，可適當(dāng)增加草本植物類型，并加入再力花、花葉蘆竹、美人蕉、紙莎草等挺水植物進(jìn)行點(diǎn)綴美化。平臺(tái)112.6 m：多年平均淹沒(méi)時(shí)間為36.4 d，年淹沒(méi)時(shí)間極大值為181 d，植物配置以喬灌草結(jié)合為主，可增加再力花、花葉蘆竹、美人蕉、紙莎草等挺水植物。113 m高程以上區(qū)域：以撫育為主，原則上不擾動(dòng)，局部間種景觀樹(shù)種，主要樹(shù)種為鳳凰木、紅花羊蹄甲或大葉紫薇。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)新豐江水庫(kù)消落帶水位運(yùn)行、岸坡侵蝕、土壤養(yǎng)分、植物等情況的綜合分析，指出了新豐江水庫(kù)消落帶植被恢復(fù)的3個(gè)限制因子，即：淹水脅迫和干旱脅迫、岸坡侵蝕、養(yǎng)分缺乏，并針對(duì)不同的限制因子，采取了相應(yīng)的措施設(shè)計(jì)。目前，已先行開(kāi)展了部分措施的試驗(yàn)，取得了初步成效。但由于消落帶治理是一個(gè)世界性難題，我們提出的治理措施是否能全面解決消落帶治理中存在的技術(shù)問(wèn)題，達(dá)到恢復(fù)消落帶生態(tài)系統(tǒng)正常功能的建設(shè)目標(biāo)，還需在工程實(shí)施過(guò)程中進(jìn)一步驗(yàn)證、監(jiān)測(cè)、優(yōu)化和研究。

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(責(zé)任編輯 徐素霞)

S157.2

A

1000-0941(2017)08-0051-03

陳三雄(1976—)，男，湖北黃岡市人，高級(jí)工程師，博士，主要從事礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)、南方水土流失治理技術(shù)研究。

2016-10-15