黃河阿拉善段護岸植被配置設(shè)計

趙安琪，萬小瓊

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430070)

1 引言

人類活動造成了土地退化、資源短缺、生態(tài)系統(tǒng)破壞等一系列的環(huán)境生態(tài)問題，其中水土流失是世界上干旱、半干旱地區(qū)普遍存在的問題。盡管生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)和水土保持等領(lǐng)域的專家學(xué)者及從業(yè)人員已經(jīng)在流域或河道的水土保持和生態(tài)建設(shè)方面做了大量的研究和實踐工作，但在不同環(huán)境下如何因地制宜地解決問題仍然亟待進一步探索。以黃河為例，其橫跨干旱、半干旱區(qū)域，流域內(nèi)分布有戈壁、沙漠等生態(tài)環(huán)境異常脆弱地區(qū)，土地退化、水源涵養(yǎng)能力降低，生態(tài)系統(tǒng)功能喪失等災(zāi)害頻現(xiàn)[1]。至20世紀(jì)末，黃河每年平均的輸沙量已超過10億t[2]，治黃主要矛盾集中于“水少、沙多、水沙調(diào)控能力不足”三大方面[3]。

阿拉善高原位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的西部的阿拉善盟，居亞歐大陸腹地，是典型的溫帶大陸性氣候。其特點是：氣溫日較差大、降水少、光熱充足、季節(jié)變化明顯。年均氣溫6～8.5 ℃，極端最低氣溫-36.4 ℃；最高氣溫41.7 ℃。降水集中在夏季的3個月份，大部分地區(qū)年降雨量在100 mm以下。終年多風(fēng)，沙塵天氣頻繁，是中國主要的沙塵暴源區(qū)。該地區(qū)植被主要有4個亞類型，即典型荒漠植被區(qū)、草原化荒漠區(qū)、荒漠化草原區(qū)和沙生植被區(qū)。烏蘭布和沙漠地區(qū)受環(huán)流影響，降水量小，降水量的年平均值為102.9 mm，年降水量的最大值僅為150.3 mm，年降水量的最小值僅為33.3 mm。年均氣溫不到10 ℃，絕對最高氣溫39 ℃，絕對最低氣溫接近-30 ℃。蒸發(fā)量的年平均值為2258.8 mm，無霜期長達168 d。黃河進入內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟阿拉善左旗的入河口為寧夏回族自治區(qū)石嘴山市的北麻黃溝，入境地理坐標(biāo)東經(jīng)106°44′、北緯40°10′。于阿拉善左旗烏蘭布和嘎查處進入巴彥淖爾市磴口縣，出境地理坐標(biāo)東經(jīng)106°51′、北緯40°10′。黃河在阿拉善盟境內(nèi)河長85km，流域面積3988 km2。黃河流經(jīng)內(nèi)蒙古最西端的阿拉善高原，流域內(nèi)有烏蘭布和、騰格里、巴丹吉林三大沙漠。近年來，由于每年向東南方向以8～10 m的速度侵蝕，烏蘭布和沙漠不僅給黃河帶去了泥沙和生態(tài)威脅，還對寧夏、內(nèi)蒙古等相關(guān)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)生活造成很大影響。因此在黃河阿拉善段建設(shè)防風(fēng)固沙、控制侵蝕的生態(tài)緩沖帶十分重要。

2 總設(shè)計方案介紹

國際上的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，以植物為基礎(chǔ)并結(jié)合部分水利、土木工程措施的生態(tài)工程設(shè)計在實踐中具有一定的可行性和可靠性。生物護岸工程不僅可降低土壤侵蝕的程度，還可抵抗洪水的沖刷[4]。奧地利的麗森河治理經(jīng)驗是生態(tài)河岸在歐洲的成功案例,通過輕微改變地形以及土壤、植物修復(fù)技術(shù)，麗森河的生物豐富度得以恢復(fù)[5]。此外，作為生態(tài)系統(tǒng)中大陸與水體的過渡帶和連接媒介，河岸緩沖帶這一典型的水陸交錯帶天然體現(xiàn)出明顯的邊際效應(yīng)[6]和特別的生態(tài)功效，如穩(wěn)定河岸、保持生物多樣性、遏制水土流失等。因此，河岸緩沖帶的設(shè)計同樣是進行流域生態(tài)保護的一項重要措施。

鑒于黃河阿拉善段在氣候、水文、植被等方面具有引言中所述的特點，本文在查閱大量國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，對比了目前常見的生態(tài)護岸和河岸緩沖帶的不同模式。以因地制宜、順應(yīng)自然為基本原則，針對該地區(qū)典型問題進行護岸植被配置設(shè)計并利用AutoCAD、Sketch Up等繪圖工具對其進行了展現(xiàn)。

總的方案是將生態(tài)護岸工程和河岸植被緩沖帶結(jié)合起來設(shè)計為一條阻止沙漠向黃河方向蔓延的生態(tài)廊道。由河邊向內(nèi)陸方向設(shè)置護岸緩坡和水平的防沙植物帶，其中緩坡部分包括石籠護岸、木樁護岸和麥草方格等措施，防沙植物帶包括4個功能區(qū)(圖1～2)。

3 生態(tài)護岸設(shè)計及工藝介紹

生態(tài)護岸系統(tǒng)在建造時要選擇防護效果佳又兼具生態(tài)效益、景觀效果的技術(shù)和模式，長江、黃河、渭河等河流沿岸都有豐富的護岸經(jīng)驗，上海、武漢、南京、咸陽、青島等地都進行過城市河道的改造，使我們能對常見生態(tài)護岸模式的優(yōu)缺點有所了解。目前常見的生態(tài)護岸模式主要有自然草木、石籠、生態(tài)植生袋、棕纖維生態(tài)墊、連鎖式生態(tài)磚和柵欄護岸等[7～10]。

圖1 設(shè)計總圖

圖2 工藝流程

根據(jù)黃河阿拉善段的特點，將護岸主體設(shè)計為全斜坡式護坡，整體呈緩坡狀，結(jié)合實際的地形情況和需要設(shè)置相應(yīng)的坡度。從堤腳至堤頂分別是石籠護岸、木樁護岸和麥草方格(格中播撒草籽或栽種灌木)，洪水位以上為平坡，與河岸緩沖帶的植被相連，成為一個有機的整體。參考當(dāng)?shù)厮臄?shù)據(jù)，將本設(shè)計的洪水相對高程設(shè)計為2.3 m，將邊坡坡度設(shè)定為1∶2.5。

3.1 石籠的尺寸和材質(zhì)

用表面先熱鍍鋅的低碳鋼絲材料編織成網(wǎng)格狀石籠箱，網(wǎng)格的孔徑為10 cm左右。用內(nèi)、外邊徑分別為2.5 mm和3 mm的鐵絲編織成網(wǎng)格。石籠箱規(guī)格為1000 mm×500 mm×300 mm，將其放置在坡的底部，其中地下埋深200 mm，地上預(yù)留部分高度100 mm。使用時要將粒徑15～20 mm的塊狀石材填充到石籠內(nèi)部(圖3)。

圖3 石籠排列示意

3.2 木樁的尺寸和材質(zhì)

選擇易生根、耐干旱的柳枝作為材料，選取徑粗約為15 cm，長約80 cm的柳樁，通過機械打樁或人力方式在緩坡的指定高度將柳樁長度為65 cm的一段打進土地，剩余長度為15 cm的部分留在地面。柳樁的間距為15 cm(圖4)。

圖4 柳樁排列示意

3.3 麥草方格的尺寸和材質(zhì)

選擇當(dāng)?shù)爻Ｒ姷柠溄兆鳛椴牧?，制作成長、寬均為100 cm的正方形十字方格，用人工或機器將麥草壓入沙地之中，再將網(wǎng)格中央的流沙推到干草周圍進行加固，在網(wǎng)格中撒入草籽或栽種灌木(圖5)。

圖5 麥草方格示意

4 河岸防沙植被帶設(shè)計

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，將這一防沙植物帶的寬度設(shè)置為100 m。依照本文的設(shè)計理念與黃河阿拉善段的特點，將鄉(xiāng)土植物作為首選，盡可能地選擇適合在特定地區(qū)生長、具有發(fā)達根系、能固定土壤、耐旱、耐鹽堿、耐貧瘠的物種[11]。此外，還應(yīng)考慮植物的莖、葉形態(tài)特征及地上部分的生物量[12]。根據(jù)上述原則共選擇12種先鋒植物并根據(jù)所選植物的生態(tài)特性、景觀特點對其在空間上作適當(dāng)?shù)陌才臶13]。具體布局如下。

(1)河岸植被緩沖帶在與河流走向垂直的方向上總體分為4個區(qū)域，依次為與護岸工程緊鄰的護坡泄洪區(qū)、喬灌草相結(jié)合的防風(fēng)固沙區(qū)、以經(jīng)濟作物和景觀作物為主的林業(yè)試驗區(qū)和直接阻擋外緣沙地侵蝕的邊界區(qū)。在緩沖帶之外還可視具體情況設(shè)置飛播封育帶，本文不作詳細討論。

(2)護坡泄洪區(qū)的主要功能是與生態(tài)護岸工程相配合，使護岸工程與河岸植被緩沖帶結(jié)合為一個統(tǒng)一的整體。同時，該區(qū)域可為凌汛期的河流提供一個用于泄洪的緩沖區(qū)。本文選擇具有護坡功能的紫苜蓿(MedicagosativaL.)和具有水土保持效果的檸條錦雞兒(CaraganakorshinskiiKom.)作為此處的主要物種，此外還可選擇一些耐鹽堿物種作為補充。

(3)防風(fēng)固沙區(qū)是本文所設(shè)計的生態(tài)廊道中最核心的部分，是實現(xiàn)“阻止烏蘭布和沙漠侵蝕黃河”這一目標(biāo)的關(guān)鍵。此處所選的物種均為常用于防風(fēng)固沙的鄉(xiāng)土植物，包括但不限于中國沙棘(Hippophaerhamnoidessubsp.SinensisRousi)、細枝山竹子(CorethrodendronscopariumFisch.etBasiner)、甘蒙檉柳(TamarixaustromongolicaNakai)、驢食草(OnobrychisviciifoliaScop.)等。

(4)林業(yè)試驗區(qū)主要承擔(dān)兩方面的功能，一是通過栽種合適的景觀作物增加“護岸-河岸緩沖帶”生態(tài)廊道整體的觀賞性和休閑性，體現(xiàn)以人為本的設(shè)計思想，本文選擇月季花(RosachinensisJacq.)和甘蒙檉柳(TamarixaustromongolicaNakai)為主要物種；二是通過對經(jīng)濟作物的試驗性種植，探索可行的林業(yè)種植模式，為大規(guī)模沙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考和積累經(jīng)驗，本文選擇甘草(GlycyrrhizauralensisFisch.)、葡萄(VitisviniferaL.)、斜莖黃耆(AstragaluslaxmanniiJacquin)為主要物種?？紤]到生物多樣性對生態(tài)安全的重要意義，在實踐中建議間種其它牧草品種。

(5)邊界區(qū)是本文的生態(tài)廊道中遏制烏蘭布和沙漠向黃河輸入泥沙的第一道防線，對整個設(shè)計的生態(tài)功能起著至關(guān)重要的作用，因此應(yīng)當(dāng)在這個區(qū)域布置防沙固沙效果最為明顯的物種。大白刺(NitrariaroborowskiiKom.)常生長在綠洲外圍沙地，其枝條平鋪于地，能積沙成丘，是優(yōu)良的固沙植物，應(yīng)作為邊界區(qū)的主要物種進行種植。北沙柳(SalixpsammophilaC. Wang et Chang Y. Yang)抗風(fēng)沙、易繁殖，各地常用作造林植物，應(yīng)與大白刺配合使用。此外可根據(jù)實際需要選種其它植物以增加物種豐富度和生態(tài)穩(wěn)定性(圖6)。

圖6 植被帶景觀效果

5 討論與展望

目前有關(guān)生態(tài)護岸工程的理論與實踐常以凈化水質(zhì)、減輕水流侵蝕為主要目標(biāo)，常以城市河流為研究對象而對于荒漠化地區(qū)的河岸研究較少。本設(shè)計針對“烏蘭布和沙漠侵蝕黃河”這一特殊的生態(tài)問題，將“護岸”與“防沙”需求綜合考慮，設(shè)計出防沙植物帶與護岸工程相結(jié)合的生態(tài)廊道，可應(yīng)用于荒漠化半荒漠化地區(qū)的流域綜合保護。

大眾對于生態(tài)建設(shè)的了解和實踐在不斷進步，然而生態(tài)建設(shè)是一個涉及諸多因素的復(fù)雜課題，由生態(tài)護岸工程和河岸植被緩沖帶組成的濱水生態(tài)廊道需要注意和尚未解決的問題仍有很多，特別是以下幾點。

(1) 要進行長遠、合理的規(guī)劃。所謂長遠即是說要著眼全局，做好長期規(guī)劃；所謂合理即是說要實地了解，不能忘了因地制宜的原則。

(2)植被配置設(shè)計是整個生態(tài)廊道成功與否的關(guān)鍵，要加強有關(guān)植被篩選、培育和維護的研究。此外，本文的植被配置設(shè)計以先鋒植物為主、豐富度還有待提升，對于逐步恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)這一長遠目標(biāo)而言還需不斷提升生物多樣性，更需要在實踐中不斷完善和補充。

(3)工程設(shè)計需要對施工區(qū)域做詳盡的調(diào)查，在以后的工作中若確定了具體地點仍然需要進行詳細的實地察看和分析。