基于耦合理念的山地河流生態(tài)修復(fù)模式
——以三明市大田縣均溪為例

王 芳 ，汪耀龍，王韶嘉 ，莊曉晴 ，謝祥財(cái)

（1.福建農(nóng)林大學(xué) 園林學(xué)院，福建福州 350002；2.廈門(mén)大學(xué)嘉庚學(xué)院，福建漳州 363123）

河流緩沖帶是指位于水體與陸地之間的過(guò)渡地帶,可描述為狹長(zhǎng)線(xiàn)狀的水陸兩棲植被帶[1]，具有明顯的邊緣效應(yīng)，是地球生物圈中最復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)之一[2-5]。河流緩沖帶具有很高的生態(tài)價(jià)值，可以過(guò)濾和截留地表徑流，改善水質(zhì)，調(diào)節(jié)河流流量，減少洪澇災(zāi)害的發(fā)生；其植被群落不僅可穩(wěn)固河岸，減少河岸侵蝕，還可作為動(dòng)植物的棲息地和遷徙通道，為區(qū)域內(nèi)生物提供能量及食物[2,6-7]。

山地河流是流經(jīng)地形復(fù)雜的山地的河流，流經(jīng)地區(qū)坡度陡峻，深潭淺灘交錯(cuò)流速快，水文情況復(fù)雜，是洪澇災(zāi)害的高發(fā)區(qū)[8]。當(dāng)前對(duì)山地河流生態(tài)修復(fù)方面的研究主要集中于山地河流健康修復(fù)及評(píng)價(jià)、山地河流植被分布生態(tài)格局研究及山地河流地質(zhì)災(zāi)害及應(yīng)對(duì)措施等方面，研究多從某一方面或角度進(jìn)行，較為缺少山地河流安全性、景觀性與生態(tài)性的融合，且對(duì)山地河流的植被分布情況多從宏觀生態(tài)格局角度進(jìn)行研究，缺少對(duì)緩沖帶具體生態(tài)修復(fù)模式的研究。河流緩沖帶作為河流系統(tǒng)中的重要組成部分，在河流生態(tài)修復(fù)過(guò)程中起重要作用。面對(duì)越來(lái)越多的山地河流生態(tài)修復(fù)與治理工程，急需關(guān)于山地河流緩沖帶生態(tài)修復(fù)、洪澇安全與景觀系統(tǒng)恢復(fù)模式的研究，為山地河流生態(tài)修復(fù)工程提供理論和技術(shù)支撐。本文以三明市大田縣均溪為例，基于耦合理念對(duì)山地河流生態(tài)修復(fù)模式進(jìn)行研究。

1 生態(tài)修復(fù)耦合的理念與思路

1.1 耦合理念的引入

“耦合”(Coupling)的概念來(lái)源于物理學(xué)，是指兩個(gè)或以上的系統(tǒng)或運(yùn)動(dòng)方式之間通過(guò)各種相互作用而彼此影響以至聯(lián)合起來(lái)的現(xiàn)象，是在各子系統(tǒng)間的良性互動(dòng)下,形成的相互依賴(lài)、相互協(xié)調(diào)、相互促進(jìn)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系[9]。河流生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)極為復(fù)雜龐大的生態(tài)系統(tǒng)，其中各個(gè)子系統(tǒng)不斷地進(jìn)行相互作用，彼此影響。相較傳統(tǒng)河流生態(tài)修復(fù)方法，現(xiàn)代生態(tài)修復(fù)方法有了極大的改善，傳統(tǒng)“裁彎取直”、“硬化河道”的學(xué)科偏見(jiàn)得以修正，生態(tài)優(yōu)化的聯(lián)帶效益得以彰顯。當(dāng)今的河流生態(tài)修復(fù)不僅是單一生態(tài)層面的修復(fù)，而是多目標(biāo)、多功能關(guān)聯(lián)復(fù)合，多學(xué)科交叉耦合作用的結(jié)果。同時(shí)，鑒于實(shí)踐過(guò)程中隨時(shí)空維度變化的特征，耦合理念的引入將最大限度地彌合“異源性”元素與“本源性”場(chǎng)所[10]。

1.2 河流緩沖帶生態(tài)修復(fù)耦合的思路

河流緩沖帶在生態(tài)修復(fù)時(shí)利用相關(guān)學(xué)科的耦合，綜合考慮河流緩沖帶空間結(jié)構(gòu)特征：橫向的過(guò)渡性、縱向的連續(xù)性以及垂向的成層性，并在此基礎(chǔ)上從緩沖帶的防洪安全功能、生態(tài)保護(hù)功能以及景觀美化功能之間的的協(xié)同關(guān)系出發(fā)對(duì)河流緩沖帶的生態(tài)修復(fù)模式進(jìn)行研究。最終目標(biāo)是構(gòu)建空間結(jié)構(gòu)合理、功能價(jià)值最大化的河流緩沖帶生態(tài)修復(fù)模式,如圖1。

圖1 河流緩沖帶生態(tài)修復(fù)耦合思路

2 研究區(qū)域項(xiàng)目概況

大田縣地處福建省中部，境內(nèi)山地面積占全縣面積的80%左右，素有“八山一水一分田”之稱(chēng)。均溪是大田縣境內(nèi)流域面積最大的溪流，發(fā)源于武陵雪山，境內(nèi)長(zhǎng)度76.76 km。流域多年平均降水量為1631.4 mm，平均年徑流深為915.8 mm。均溪全年降水量分配不均，汛期（4～6月）降水量占全年的45%左右。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘察和分析發(fā)現(xiàn)流域存在的主要問(wèn)題：

（1）污水處理率較低：均溪中、下游段已建護(hù)岸堤腳設(shè)有污水管網(wǎng)，管網(wǎng)局部存在污水滲漏入河的現(xiàn)象。

（2）河道局部積淤?lài)?yán)重：均溪部分河段水深較深，泥沙淤積嚴(yán)重，導(dǎo)致河床抬高，易發(fā)生洪澇災(zāi)害。截污管道局部失效和生活垃圾導(dǎo)致水質(zhì)受到不同程度的污染。當(dāng)遭遇洪水時(shí)，水體流量加大，流速加快，底泥受到擾動(dòng)對(duì)水體的污染更為嚴(yán)重。

（3）周邊入河污染源缺乏有效治理：河流周邊存在大量生活污染源，畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)田等面源污染均未經(jīng)處理直接排入河道，對(duì)水質(zhì)造成很大影響。

當(dāng)前均溪流域的生態(tài)功能和社會(huì)功能功能均在逐漸衰退，急需開(kāi)展均溪綜合生態(tài)治理工程，其中河流緩沖帶的構(gòu)建及功能價(jià)值的修復(fù)是至關(guān)重要的一環(huán)。

3 河流緩沖帶生態(tài)修復(fù)模式的構(gòu)建

3.1 河流緩沖帶空間結(jié)構(gòu)體系內(nèi)的耦合

河岸緩沖帶是動(dòng)態(tài)水陸交錯(cuò)的生態(tài)系統(tǒng)，具有獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)四維空間結(jié)構(gòu)特征。在橫向結(jié)構(gòu)上，緩沖帶與沿河的橫向區(qū)域存在能量和物質(zhì)流的交換，橫向區(qū)域的土地性質(zhì)、利用情況及空間形態(tài)直接影響著河流廊道生態(tài)格局的完整性；在縱向結(jié)構(gòu)上，河流廊道是一個(gè)線(xiàn)性系統(tǒng)，上下游的物種和信息交流保證了流域信息流的連續(xù)性[11]，其結(jié)構(gòu)的合理程度直接影響著河流的縱向水文過(guò)程、水質(zhì)狀況以及洪澇災(zāi)害的發(fā)生概率；在垂向結(jié)構(gòu)上，緩沖帶的植物群落對(duì)河岸堅(jiān)固程度、地表徑流、河流流量及水土保持起到重要作用；在時(shí)間維度上，河流緩沖帶的結(jié)構(gòu)與功能隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化，表現(xiàn)為長(zhǎng)期性和周期性。通過(guò)橫向、豎向、垂向空間系統(tǒng)的耦合，根據(jù)每一個(gè)維度的差異與關(guān)聯(lián)設(shè)置符合其生態(tài)性的空間結(jié)構(gòu)。

均溪的上游河段位于高速路入口區(qū)域，地理位置顯要，是大田縣的門(mén)戶(hù)，河岸兩側(cè)多為果園和林地；中游河段進(jìn)入大田縣城區(qū)段，因城鎮(zhèn)建設(shè)侵占綠地空間，兩岸綠地空間有限，局部區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地緊臨河岸兩側(cè)，河岸為硬質(zhì)駁岸且污水管網(wǎng)裸露出水面，景觀效果差；下游河段位于華興鄉(xiāng)政府和京口工業(yè)園區(qū)域，華興鄉(xiāng)段河道左岸建有大田縣安然水務(wù)環(huán)保有限公司，河道兩側(cè)以農(nóng)田和村莊為主。故均溪河流緩沖帶在縱向結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出上游（以林地、果園為主）—中游（城區(qū)段緩沖帶被擠占）—下游（以農(nóng)田、村莊為主）不同的區(qū)段；在橫向空間上，其河流緩沖帶分為河道邊緣區(qū)、洪泛淺灘區(qū)、堤岸區(qū)、堤外過(guò)渡區(qū)；在垂向空間上，通過(guò)分析均溪上、中、下游的生態(tài)流量，將河流分為水流量過(guò)大的易泛洪區(qū)（利用植物群落穩(wěn)固堤岸或構(gòu)建河漫灘緩解洪水壓力）—水流量過(guò)小的易干旱區(qū)（增大地表徑流將雨水匯入河流或利用緩沖帶以綠補(bǔ)水進(jìn)行改善）；在時(shí)間維度上，宏觀考慮河流緩沖帶隨時(shí)間推移而發(fā)生的水文變化等，由于涉及時(shí)間跨度很大，此處不做深入研究。因此本文通過(guò)對(duì)河流緩沖帶在三維空間的耦合，對(duì)均溪河流緩沖帶的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行生態(tài)化構(gòu)建。

3.2 河流緩沖帶功能價(jià)值體系內(nèi)的耦合

3.2.1 山地河流緩沖帶的防洪抗旱功能

均溪在雨季的河水流量大且水流湍急，其上游河段為易泛洪區(qū)。在建國(guó)后的60余年中，受災(zāi)次數(shù)達(dá)26次，可見(jiàn)解決均溪上游河段洪澇災(zāi)害的隱患迫在眉睫。上游河段為水源生態(tài)涵養(yǎng)段，通過(guò)修整長(zhǎng)勢(shì)較為雜亂的林帶，清理高速出口處河灘生活垃圾，構(gòu)建以林帶為主的生態(tài)緩沖帶。在植物選擇時(shí)多選擇根系粗壯、耐水流沖刷的鄉(xiāng)土樹(shù)種，保證河流緩沖帶的穩(wěn)定性，同時(shí)充分發(fā)揮林帶攔截泥沙和地表徑流的功能，降低上游山區(qū)河水流速，增大地下水的補(bǔ)給和水流入滲從而降低上游河水流量，消減洪水的洪峰降低洪澇災(zāi)害的發(fā)生概率。

再對(duì)河流生態(tài)流量進(jìn)行檢測(cè)，判斷均溪是否有出現(xiàn)干旱的隱患。河流生態(tài)流量是指為維持河道內(nèi)環(huán)境和生物多樣性，防止河道泥沙淤積、水質(zhì)污染、河道斷流所需要的河道流量[12]。實(shí)測(cè)均溪主要控制斷面從1957年至今各月平均徑流量，計(jì)算得到最枯月的頻率曲線(xiàn)成果見(jiàn)表1。

大田水文站p=90%保證率最枯月平均流量為0.921 m3/s。大田縣多年平均流量10.1 m3/s，Cv=0.28，Cv/Cs=2.0，多年平均天然徑流量的10%為1.01 m3/s，取兩者的最大值作為大田水文站斷面的生態(tài)流量為1.01 m3/s。按照面積比，推算各斷面的生態(tài)流量，成果見(jiàn)表2。

表1 大田水文站最小月平均流量頻率適線(xiàn)參數(shù)及成果表

表2 均溪主要控制斷面生態(tài)流量成果表

由此可得，上游的生態(tài)流量滿(mǎn)足要求，中游的生態(tài)流量基本滿(mǎn)足，下游河段的生態(tài)流量不足，為易干旱區(qū)。需要構(gòu)建生態(tài)河流緩沖帶對(duì)此進(jìn)行改善。

下游河段緩沖帶右側(cè)緊靠村莊，大量的生活垃圾對(duì)均溪造成了面源污染，且河段生態(tài)流量較低。因此在水生植物選擇時(shí)，由水體至岸帶依次分布沉水植物群落-浮葉植物群落-漂浮植物-挺水植物群落-濕生植物群落-陸生植物群落[13]，采用河卵石固定結(jié)合編織袋水生植物種植的方式，吸附和分解水體污染物，減少氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入河道，形成控制面源污染的有利防線(xiàn)。喬灌木應(yīng)多選用深根性植物,分層種植。通過(guò)對(duì)緩沖帶的設(shè)計(jì)最終達(dá)到穩(wěn)固岸帶,減少地表徑流散失，以綠補(bǔ)水進(jìn)而提高河流生態(tài)流量的效果。同時(shí)，在緩沖帶上構(gòu)建幾處地表徑流水槽如圖2，將雨水通過(guò)緩沖帶水槽凈化流入小型人工濕地，再通過(guò)濕地的二次凈化匯入河流，增加河流水量。

圖2 緩沖帶水槽凈化設(shè)計(jì)

3.2.2 山地河流緩沖帶的生態(tài)保護(hù)價(jià)值

緩沖帶的生態(tài)學(xué)價(jià)值主要為調(diào)節(jié)微氣候，保持水土，防洪排澇以及凈化水體，河流緩沖帶功能的發(fā)揮與其寬度之間存在著極為密切的關(guān)系[14]。目前多從緩沖帶保土控污、生物多樣性和改善微氣候三方面的功能出發(fā)，對(duì)其寬度適宜范圍進(jìn)行探討。在一定范圍內(nèi)，河流緩沖帶的寬度越寬越好，但基于經(jīng)濟(jì)社會(huì)層面考慮，確定河流緩沖帶最適宜寬度是很有必要的?？偨Y(jié)相關(guān)研究[15-18]可得，河流緩沖帶的最小寬度不宜小于15 m，其最適宜寬度控制在30～45 m之間。在均溪河流緩沖帶生態(tài)修復(fù)體系中，根據(jù)其上中下游緩沖帶生態(tài)功能確定河流緩沖帶的寬度，如圖3。

上游河段：該段河流緩沖帶的作用主要為降低上游的流速和地表徑流、攔截泥沙。所需的河流緩沖帶的最小寬度為15 m，結(jié)合上游河段的緩沖帶主要以林帶和果園為主且作為大田縣的門(mén)戶(hù)，要適當(dāng)拓寬其河流緩沖帶，提高其可觀賞性，再依據(jù)均溪上游河段的地形和水利情況，確定河流緩沖帶以30 m左右為宜。

中游河段：本區(qū)域河道位于大田縣城區(qū)，較多生態(tài)性較差的硬質(zhì)駁岸和疏于管理的裸露管道，應(yīng)考慮采取有效措施提升現(xiàn)有河道的生態(tài)功能和景觀效果。由于河段位于城區(qū)段，河道兩岸可利用的空間有限，在滿(mǎn)足綠線(xiàn)管理的基礎(chǔ)上結(jié)合生態(tài)、景觀及休憩等需求下，確定緩沖帶寬度以20 m左右為宜。

圖3 河流緩沖帶寬度示意圖

下游河段：因大田縣安然水務(wù)環(huán)保有限公司位于該河段，其排放的污水對(duì)均溪水質(zhì)造成了嚴(yán)重污染。故該段緩沖帶建設(shè)圍繞攔截面源污染、提升水質(zhì)展開(kāi)，在已有的河漫灘的基礎(chǔ)上建設(shè)濕地公園，以達(dá)到凈化、改善水質(zhì)的作用。由于此段地處鄉(xiāng)野區(qū)，河流兩岸空間相對(duì)充足，其寬度可控制在45 m及以上。

3.2.3 河流緩沖帶的景觀觀賞價(jià)值

從山地河流緩沖帶的景觀價(jià)值出發(fā)，將不同深根系、耐沖刷的鄉(xiāng)土植物有機(jī)結(jié)合，形成多層次、多景觀的植物配置模式。緩沖帶植物景觀分為3個(gè)部分：陸域植物景觀區(qū)、水陸交界帶植物景觀區(qū)與水域植物景觀區(qū)。陸域植物景觀區(qū)分為生態(tài)密林區(qū)、疏林草地區(qū)、開(kāi)敞植被區(qū)、林蔭廣場(chǎng)區(qū)，4種配置模式可進(jìn)行組合形成景觀；水陸交接帶植物景觀區(qū)以駁岸形式為主，分別為自然原型駁岸、自然型駁岸、臺(tái)階式人工自然駁岸[19]。水域植物景觀區(qū)從植物生活型、色彩運(yùn)用、質(zhì)感搭配、季相變化4個(gè)方面進(jìn)行科學(xué)、合理配置，以達(dá)到凈化、美化水體景觀的效果。結(jié)合均溪流域生態(tài)情況，對(duì)其上中下游緩沖帶景觀構(gòu)成如表3所示。

表3 均溪流域植物景觀策略

4 結(jié)論

本研究在耦合理念的基礎(chǔ)上，以三明市大田縣均溪河流緩沖帶作為研究對(duì)象，依據(jù)其水文特征、水質(zhì)狀況、地貌特征和生物狀況等現(xiàn)狀，創(chuàng)新性地提出利用河流緩沖帶空間結(jié)構(gòu)和功能價(jià)值兩者的耦合，構(gòu)建山地河流緩沖帶的生態(tài)修復(fù)的模式。

河流緩沖帶生態(tài)修復(fù)模式仍在不斷完善，不同山地河流緩沖帶生態(tài)修復(fù)模式的制定，要結(jié)合實(shí)際生態(tài)系統(tǒng)狀況、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平以及水功能的定位。本研究以均溪為例，基于耦合理念提出的山地河流緩沖帶空間體系“縱向—橫向—垂向”與功能價(jià)值體系“防洪安全—生態(tài)保護(hù)—景觀美化”相結(jié)合的河流緩沖帶生態(tài)修復(fù)模式，以期為山地河流生態(tài)修復(fù)提供思路與借鑒。