生態(tài)保護(hù)紅線剛性約束下水利工程前期工作實(shí)踐與探索

申彥科，俞云飛，菅宇翔，張 揚(yáng)，麻樂(lè)樂(lè)

(中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222)

生態(tài)環(huán)境為人類生存與發(fā)展提供了非常重要的物質(zhì)保證和發(fā)展平臺(tái)。2011年，《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)工作的意見(jiàn)》(國(guó)發(fā)[2011]35號(hào))明確指出，在重要生態(tài)功能區(qū)、陸地和海洋生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)、脆弱區(qū)等區(qū)域劃定生態(tài)紅線。“生態(tài)紅線”一詞首次出現(xiàn)在國(guó)家重要文件中，上升為國(guó)家生態(tài)保護(hù)戰(zhàn)略的重點(diǎn)任務(wù)。2017年2月7日，中辦國(guó)辦印發(fā)的《關(guān)于劃定并嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線的若干意見(jiàn)》(廳字〔2017〕2號(hào))中指出要?jiǎng)澏ú?yán)守生態(tài)保護(hù)紅線。2014年2月，天津市在全國(guó)率先劃定生態(tài)用地保護(hù)紅線，對(duì)山、河、湖、濕地、公園、林帶等實(shí)行永久性保護(hù)，共劃定本市生態(tài)用地保護(hù)范圍面積約2980km2(扣除重復(fù)及農(nóng)田面積)，按照生態(tài)保護(hù)的重要程度實(shí)行分區(qū)域管控，在紅線區(qū)內(nèi)，除已經(jīng)市人民政府批復(fù)和審定的規(guī)劃建設(shè)用地外，禁止一切與保護(hù)無(wú)關(guān)的建設(shè)活動(dòng)。在黃線區(qū)內(nèi)，從事建設(shè)活動(dòng)應(yīng)當(dāng)經(jīng)市人民政府審查同意。

本文以天津市某水庫(kù)綜合治理工程為例，工程結(jié)合水庫(kù)濱岸帶植被建設(shè)，將清除的庫(kù)周富營(yíng)養(yǎng)底泥回填至廢棄?mèng)~塘、藕塘中，通過(guò)分析工程實(shí)施對(duì)陸生生態(tài)系統(tǒng)、生產(chǎn)力和生物量、景觀多樣性、以及水生生態(tài)系統(tǒng)的影響，在生態(tài)保護(hù)紅線的剛性約束下，采取以20世紀(jì)80年代該區(qū)域植物多樣性分布為參照，栽植多種陸生及水生植物，做到了“功能不降低、性質(zhì)不改變、環(huán)境不破壞、面積不減少”保護(hù)目標(biāo)。

1 研究區(qū)概況

該水庫(kù)位于天津市北部，由于上游來(lái)水氮、磷含量較高，且?guī)熘苊嬖次廴居绊?，富營(yíng)養(yǎng)化日趨嚴(yán)重，總氮、總磷超標(biāo)，水庫(kù)水生態(tài)系統(tǒng)已遭到嚴(yán)重破壞，由草型水庫(kù)轉(zhuǎn)換為藻型水庫(kù)。底泥對(duì)污染物的截留(自凈)能力已趨于飽和，底泥污染初顯，導(dǎo)致藻類暴發(fā)頻繁。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本次研究采用的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來(lái)自2016年5月美國(guó)陸地資源衛(wèi)星TM數(shù)據(jù)，依1∶50000的解譯精度提取土地利用、植被、景觀等信息。

3 研究方法

根據(jù)遙感影像信息源的季象和研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)，依據(jù)GB/T 21010—2017《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)》，并于2018年對(duì)項(xiàng)目區(qū)土地利用和植被現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，結(jié)合野外控制點(diǎn)測(cè)量和土地利用分類訓(xùn)練區(qū)的野外調(diào)查，制作研究區(qū)域2016的土地利用圖和植被類型圖，并運(yùn)用地理信息系統(tǒng)空間分析功能，分析項(xiàng)目實(shí)施對(duì)陸生生態(tài)系統(tǒng)、生產(chǎn)力和生物量、景觀多樣性，以及水生生態(tài)的影響。

表1 工程施工占地?fù)p失的生產(chǎn)力

表2 工程施工占地?fù)p失的生物量

4 研究結(jié)果

4.1 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)類型的影響

(1)對(duì)林地/灌叢生態(tài)系統(tǒng)的影響

工程實(shí)施對(duì)林地生態(tài)系統(tǒng)有不利影響和有利影響兩個(gè)方面，不利影響主要體現(xiàn)在工程施工占地引起林地植被面積減少(工程施工占用林地生態(tài)系統(tǒng)面積減少32.09hm2，占評(píng)價(jià)區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)面積的1.32%)，造成植被生物量和生產(chǎn)力的下降，從而對(duì)生活于其中的動(dòng)物產(chǎn)生不利影響。由于工程占地減少林地面積相較于整個(gè)區(qū)域林地生態(tài)系統(tǒng)而言，所占比例較小，且多為人工種植灌叢林，植物種類主要為區(qū)域常見(jiàn)種，因此對(duì)于林地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的影響不大。

由于后期植被恢復(fù)措施實(shí)施會(huì)減少區(qū)域內(nèi)水資源和土壤資源的流失，會(huì)為林地生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)有利影響，結(jié)合水位運(yùn)行條件，湖濱帶地形改造后，工程布置植被恢復(fù)措施，共布置綠化面積14.01km2，其中林地內(nèi)藕塘栽植喬木0.38km2，灌木1.75km2，挺水植物0.38km2，沉水植物11.50km2。

(2)對(duì)水域生態(tài)系統(tǒng)的影響

工程實(shí)施對(duì)于水域生態(tài)系統(tǒng)的不利影響主要體現(xiàn)干法清淤，以及淤泥棄在藕池中，造成水域面積減少，進(jìn)而導(dǎo)致生物量和生產(chǎn)力下降。工程施工期間，由于水庫(kù)水位調(diào)度，水庫(kù)水域生態(tài)系統(tǒng)面積減少1419.38hm2(水庫(kù)水面和坑塘水面分別為1070.82hm2和348.56hm2)，占評(píng)價(jià)區(qū)水域生態(tài)系統(tǒng)面積的13.89%(水庫(kù)水面和坑塘水面分別為10.48%和3.41%)，水庫(kù)水面在實(shí)施后即通過(guò)水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行恢復(fù)至施工前，損失水域主要為坑塘水面，面積相對(duì)于評(píng)價(jià)區(qū)域而言面積相對(duì)較小，所占比例較低。

4.2 對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)生產(chǎn)力和生物量的影響

將施工占地與評(píng)價(jià)區(qū)域植被類型圖進(jìn)行疊加，利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)，獲得施工占地?fù)p失的各植被類型面積數(shù)據(jù)，之后根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)域植物生產(chǎn)力和生物量進(jìn)行占?jí)簱p失生產(chǎn)力和生物量的估算，詳見(jiàn)表1和表2。

主體工程區(qū)、施工營(yíng)地、施工臨時(shí)道路及底泥利用區(qū)等工程臨時(shí)占地造成損失植被生產(chǎn)力3883t/a，臨時(shí)占地?fù)p失生物量3690t。其中水庫(kù)損失生產(chǎn)力總量最大(2698t/a)，占評(píng)價(jià)區(qū)損失量3.56%；其次為坑塘(藕池)，損失生產(chǎn)力878t/a，占評(píng)價(jià)區(qū)損失量1.16%。臨時(shí)占地?fù)p失生物量中灌木林損失生物量最大(1452t)，占評(píng)價(jià)區(qū)總生物量損失量0.56%；其次為水庫(kù)水面，損失生物量為1285t，占損失量0.50%。

表3 工程實(shí)施前后評(píng)價(jià)區(qū)域景觀優(yōu)勢(shì)度

注：1.斑塊密度Rd=(斑塊i的數(shù)目/斑塊總數(shù))×100%;2.斑塊樣方頻率Rf=(斑塊i出現(xiàn)的樣方數(shù)/總樣方數(shù))×100%；3.景觀比例Lp=(斑塊i的面積/樣地總面積)×100%；4.優(yōu)勢(shì)度值Do=0.5× [0.5×(Rd+Rf)+Lp]×100%

隨工程施工結(jié)束，由于采取相應(yīng)的植被綠化、區(qū)域平整和植被恢復(fù)等措施，工程壓占損失植被生產(chǎn)力和生物量相應(yīng)地將得到一定程度的恢復(fù)。

工程建設(shè)后，通過(guò)林地內(nèi)藕塘栽植喬木0.38km2，灌木1.75km2，挺水植物0.38km2，沉水植物11.50km2，生產(chǎn)力增加了4561t/a，占評(píng)價(jià)區(qū)總生產(chǎn)力6.03%，其中水域面積恢復(fù)和林地增加將使得評(píng)價(jià)區(qū)域生產(chǎn)力分別增加2993t/a和1568t/a。在評(píng)價(jià)區(qū)域生物量損失方面，工程施工造成評(píng)價(jià)區(qū)域損失生物量3690t，但栽植喬灌木使得生物量有所增加，增加量13534t，因此，植被恢復(fù)使評(píng)價(jià)區(qū)植被生物量?jī)粼黾恿?844t，占評(píng)價(jià)區(qū)域植被總生物量的3.81%。

總體而言，本工程施工期實(shí)施對(duì)于區(qū)域生產(chǎn)力和生物量造成的損失比例相對(duì)較小，工程對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)自然體系的影響程度也較小，工程實(shí)施后使植被生物量增加。

4.3 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

自然系統(tǒng)的穩(wěn)定和不穩(wěn)定是對(duì)立統(tǒng)一的，對(duì)自然系統(tǒng)穩(wěn)定狀況的度量以恢復(fù)穩(wěn)定性和阻抗穩(wěn)定性兩個(gè)角度來(lái)度量。

(1)恢復(fù)力穩(wěn)定性

工程實(shí)施后，各種土地類型發(fā)生變化，林地、灌叢等斑塊類型的面積增加。工程建設(shè)造成評(píng)價(jià)范圍生態(tài)系統(tǒng)生物量增加，工程實(shí)施后通過(guò)植被恢復(fù)，林地、灌叢面積等增加將使評(píng)價(jià)范圍生物量增加，按照評(píng)價(jià)區(qū)域自然體系生產(chǎn)力現(xiàn)狀情況，增加區(qū)域生產(chǎn)力占評(píng)價(jià)區(qū)總生產(chǎn)力的6.03%?？梢钥闯?，工程實(shí)施后評(píng)價(jià)區(qū)域仍具有一定的生態(tài)承載力，工程引起的干擾是可以承受的，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性未發(fā)生大的改變。

(2)組抗力穩(wěn)定性

評(píng)價(jià)范圍內(nèi)植被類型主要為喬木林和灌木林，工程實(shí)施前后面積變化不大，由工程建設(shè)前2427.23hm2增加至2608.14hm2，增加的面積比例較??；評(píng)價(jià)區(qū)占比最大的水域面積前后變化很小。因此工程實(shí)施后對(duì)區(qū)域自然體系的景觀異質(zhì)化程度和阻抗能力影響不大。

(3)景觀生態(tài)體系質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

施工區(qū)臨時(shí)占地可通過(guò)生態(tài)補(bǔ)償和生態(tài)恢復(fù)等措施使其景觀面貌得以基本恢復(fù)或改善。永久占地區(qū)形成以人工建筑為主的異質(zhì)化景觀嵌入現(xiàn)有的自然景觀體系中，對(duì)現(xiàn)有的自然景觀體系將產(chǎn)生一定的影響。

工程實(shí)施后，坑塘地區(qū)域?qū)⒏淖兙坝^生態(tài)結(jié)構(gòu)，但評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)絕大部分區(qū)域植被類型沒(méi)有發(fā)生變化，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能的延續(xù)和對(duì)外界干擾抵御功能并未受到較大改變。從景觀要素的基本構(gòu)成上看，各個(gè)景觀類型并未因工程建設(shè)出現(xiàn)喪失或大幅減少，故區(qū)域景觀格局未出現(xiàn)本質(zhì)變化，工程實(shí)施和運(yùn)行對(duì)區(qū)域自然景觀體系中基質(zhì)組分的異質(zhì)化程度影響不大。工程實(shí)施前后評(píng)價(jià)區(qū)域景觀優(yōu)勢(shì)度見(jiàn)表3。

圖1 工程實(shí)施前后景觀優(yōu)勢(shì)度變化

圖1為對(duì)比工程建設(shè)前后植被類型景觀優(yōu)勢(shì)度值排序，可以看出，區(qū)域濕地景觀優(yōu)勢(shì)度在工程建設(shè)前后沒(méi)有發(fā)生明顯變化。灌叢景觀優(yōu)勢(shì)度值由工程建設(shè)前10.08%增加到12.30%，增加2.22%，森林景觀增加0.08%，與工程采取植被恢復(fù)措施有關(guān)。另外濕地景觀優(yōu)勢(shì)度略有減低，主要是底泥利用區(qū)占用坑塘面積約189.38hm2。其余景觀類型優(yōu)勢(shì)度值均有少許下降，但在景觀結(jié)構(gòu)中的地位并未發(fā)生本質(zhì)性的變化。

工程建設(shè)后，濕地景觀和灌叢景觀仍為評(píng)價(jià)區(qū)優(yōu)勢(shì)度較高的景觀類型。因此，工程建設(shè)前后區(qū)域生態(tài)景觀斑塊的優(yōu)勢(shì)度值變化不顯著，表明工程建設(shè)后對(duì)自然體系的景觀質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生大的影響。

4.4 景觀多樣性指數(shù)分析

景觀多樣性是指景觀在結(jié)構(gòu)、功能及其時(shí)間變化方面的多樣性，它揭示了景觀的復(fù)雜性，是對(duì)景觀水平上生物組成多樣化程度的表征。

景觀多樣性指數(shù)計(jì)算公式如下：

(1)

式中，Pi—某類型景觀所占面積百分比；m—景觀類型數(shù)。

對(duì)工程建設(shè)前后區(qū)域的景觀多樣性指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出工程建設(shè)前評(píng)價(jià)區(qū)域的多樣性指數(shù)值為1.353，建設(shè)后多樣性指數(shù)值約為1.374，可見(jiàn)工程實(shí)施將對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域的景觀多樣性的影響很小。

4.5 對(duì)水生生態(tài)的影響

(1)對(duì)浮游植物的影響

工程實(shí)施后，隨著工程蓄水至實(shí)施前，工程區(qū)中上層水體隨著有機(jī)物分解固體顆粒(泥沙)的沉降，水體透明度增加，促進(jìn)了浮游植物的光合作用，工程區(qū)中上層水體藻類浮游植物種類和數(shù)量、生物量將明顯增加。

(2)對(duì)浮游動(dòng)物的影響

工程區(qū)內(nèi)中上層水體隨著有機(jī)物分解固體顆粒(泥沙)的沉降，水體透明度增加，促進(jìn)了浮游植物的光合作用，工程區(qū)內(nèi)中上層水體藻類浮游植物種類和數(shù)量、生物量將明顯增加，于此相應(yīng)，水體中以浮游植物為食的浮游動(dòng)物的種類和數(shù)量、生物量也將逐漸豐富。

(3)對(duì)底棲動(dòng)物的影響

工程實(shí)施將庫(kù)內(nèi)底質(zhì)中的泥沙、有機(jī)物質(zhì)清走，給底棲動(dòng)物的棲息、生長(zhǎng)環(huán)境帶來(lái)不利的影響，破壞現(xiàn)有底棲生物結(jié)構(gòu)，造成底棲動(dòng)物繁殖和資源量減少；隨著水位恢復(fù)至實(shí)施前，水體環(huán)境中有機(jī)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沉積，且水位及水體環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)底棲動(dòng)物的生長(zhǎng)、繁殖將產(chǎn)生有利的影響，使其種類和生物資源量能夠得到有效的提高。

(4)對(duì)大型水生植物的影響

本工程植物布置的設(shè)計(jì)水位以20.0m計(jì)，在設(shè)計(jì)水位下，水深0.0～1.0m區(qū)域栽植挺水植物蘆葦，水深1.0～2.0m范圍內(nèi)栽植沉水植物馬來(lái)眼子菜、狐尾藻、苦草，水深2.0～2.5m范圍內(nèi)栽植沉水植物微齒眼子菜、金魚(yú)藻、尖葉眼子菜。栽植挺水植物0.38km2，栽植沉水植物11.50km2，合計(jì)栽植水生植物4.31km2。生物量將得到一定程度恢復(fù)，但是較施工期損失的生物量較高。

(5)對(duì)魚(yú)類的影響

工程實(shí)施后，隨著水位恢復(fù)至實(shí)施之前，庫(kù)區(qū)內(nèi)的有機(jī)物分解、固體顆粒的沉降、透光度增加，魚(yú)類資源量會(huì)得到極大提高。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)本工程實(shí)施對(duì)于區(qū)域生產(chǎn)力和生物量造成的損失比例相對(duì)較小，工程對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)自然體系的影響程度也較小，隨工程施工結(jié)束，由于采取相應(yīng)的植被綠化、區(qū)域平整和植被恢復(fù)等措施，工程壓占損失植被生產(chǎn)力和生物量相應(yīng)地將得到一定程度的恢復(fù)。

區(qū)域濕地景觀優(yōu)勢(shì)度在工程建設(shè)前后沒(méi)有發(fā)生明顯變化；灌叢景觀、森林景觀優(yōu)勢(shì)度值分別增加2.22%、0.08%，與工程采取植被恢復(fù)措施有關(guān)；濕地景觀優(yōu)勢(shì)度略有減低；其余景觀類型優(yōu)勢(shì)度值均有少許下降，但在景觀結(jié)構(gòu)中的地位并未發(fā)生本質(zhì)性的變化。

建設(shè)前后區(qū)域生態(tài)景觀斑塊的優(yōu)勢(shì)度值變化不顯著，表明工程建設(shè)后對(duì)自然體系的景觀質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生大的影響。

(2)工程實(shí)施后，隨著水位恢復(fù)至實(shí)施前，水體環(huán)境中有機(jī)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沉積，且水位及水體環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)底棲動(dòng)物的生長(zhǎng)、繁殖將產(chǎn)生有利的影響，使其種類和生物資源量能夠得到有效的提高。

(3)通過(guò)分析施工作業(yè)對(duì)陸生生態(tài)系統(tǒng)、生產(chǎn)力和生物量、景觀多樣性以及水生生態(tài)系統(tǒng)的影響，在生態(tài)保護(hù)紅線的剛性約束下，采取以20世紀(jì)80年代該區(qū)域植物多樣性分布為參照，栽植多種陸生及水生植物，做到了“功能不降低、性質(zhì)不改變、環(huán)境不破壞、面積不減少”保護(hù)目標(biāo)，工程實(shí)施為管理者對(duì)區(qū)域生態(tài)紅線管控提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。