適應(yīng)水位變化的庫岸生態(tài)防護(hù)帶設(shè)計(jì)
——以重慶漢豐湖為例

扈玉興 袁興中 劉 紅 王可洪 王 芳 程蒞登 侯春麗

三峽水庫蓄水后，水位季節(jié)波動給消落帶造成了極大的環(huán)境脅迫，大大削弱了消落帶的生態(tài)屏障功能。在消落帶及其以上臨近區(qū)域構(gòu)建生態(tài)防護(hù)帶可以有效降低水土流失程度，削減庫區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染，有利于保障三峽水庫的生態(tài)環(huán)境安全，促進(jìn)可持續(xù)利用。以重慶開州區(qū)漢豐湖北岸烏楊壩段庫岸為例，研究反季節(jié)水位變動背景下的庫岸生態(tài)防護(hù)帶建設(shè)的模式和方法，提出多帶多功能緩沖系統(tǒng)模式。階段性實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，多帶多功能緩沖系統(tǒng)面臨冬季深水淹沒及夏季高溫干旱交替的逆境，植被種類、植被結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)出良好的韌性適應(yīng)，有效發(fā)揮了湖岸穩(wěn)固、水質(zhì)凈化、生物多樣性保育及景觀美化優(yōu)化等綜合生態(tài)服務(wù)功能，可為具有季節(jié)性水位變動的湖、庫岸帶生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)及技術(shù)范式參考。

消落帶；生態(tài)防護(hù)帶；多帶多功能緩沖系統(tǒng)；重慶漢豐湖

受三峽水庫蓄水影響，在庫區(qū)干支流兩岸形成水位落差達(dá)30 m的消落帶，其中重慶開州區(qū)的消落帶面積最大，達(dá)58 km2，涉及11個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)[1]。在大幅度的水位落差、長時(shí)間的冬季深水淹沒、夏季出露期高溫干旱等干擾脅迫下，消落帶生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重影響[2]。土壤侵蝕、水體富營養(yǎng)化、生物多樣性衰退、景觀品質(zhì)降低等問題使得三峽水庫消落帶的修復(fù)工作變得極為迫切[3]。為最大程度減緩消落帶造成的不利影響，開州區(qū)政府于2010年在新城區(qū)澎溪河下游4.5 km處的烏楊村修建了水位調(diào)節(jié)壩，原澎溪河水位落差由30 m降至4.72 m，由此形成了獨(dú)具特色的“城市內(nèi)湖”——漢豐湖[4]。漢豐湖是三峽水庫蓄水后形成的庫中庫，其水文變化特征受三峽大壩和漢豐湖水位調(diào)節(jié)壩的雙重水位調(diào)節(jié)控制[5]。按照河岸帶的定義，庫岸帶包括消落帶及其以上河水影響消失為止的植被地帶。因此，庫岸生態(tài)防護(hù)帶系指在庫岸帶（包括高程較高的消落帶及其以上的陸域部分），結(jié)合一定的人工措施，構(gòu)建土壤—植被防護(hù)體系，以實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo)的區(qū)域[6]。

為了應(yīng)對季節(jié)性水位波動帶來的環(huán)境影響，有效維持漢豐湖湖岸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和水環(huán)境安全，在促進(jìn)消落帶生態(tài)恢復(fù)的同時(shí)提升開州區(qū)人居環(huán)境質(zhì)量，項(xiàng)目組開展了重慶開州區(qū)漢豐湖北岸烏楊壩段的庫岸生態(tài)防護(hù)帶設(shè)計(jì)，并提出多帶多功能緩沖系統(tǒng)模式。項(xiàng)目于2013年初完成設(shè)計(jì)，下半年開始地形施工，2014年初完成植物栽種。截至2020年底，多帶多功能緩沖系統(tǒng)已經(jīng)歷了6年的反復(fù)淹沒，經(jīng)受住了嚴(yán)酷的逆境考驗(yàn)，逐步適應(yīng)了冬季深水淹沒和夏季高溫干旱等多重脅迫，有效發(fā)揮了固岸護(hù)岸、水質(zhì)凈化、生物多樣性保育和景觀美化優(yōu)化等功能。文章對反季節(jié)水位變化背景下的庫岸生態(tài)防護(hù)帶設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，以期為具有季節(jié)性水位變化的湖、庫岸帶植被重建及生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)范式參考。

1 項(xiàng)目概況

研究區(qū)位于重慶市開州區(qū)漢豐湖北岸烏楊壩（圖1），地處亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為10.8～18.5℃，年降水量約為1 200 mm。在三峽工程蓄水之前，烏楊壩下部高程較低處為典型的河漫灘區(qū)，河底以細(xì)沙和卵石為主。因長期挖沙采石，場地內(nèi)采石坑和砂石堆交混分布，河漫灘原生地貌被完全破壞。烏楊壩上部高程較高區(qū)域是受洪泛影響的河岸過渡高地，當(dāng)?shù)鼐用窳?xí)慣進(jìn)行季節(jié)性耕種。在2010年三峽工程完成175 m蓄水之后，每年10月中旬至翌年1月中旬，烏楊壩在海拔高程175 m以下的區(qū)域會被淹沒，該區(qū)域水位變化為30 m。2012年，漢豐湖水位調(diào)節(jié)壩建成，直到2017年正式運(yùn)行，將夏季水位維持在170.28 m，水位變化為4.72 m。烏楊壩段距離開州新城較遠(yuǎn)，且周圍無密集居民區(qū)，人為干擾強(qiáng)度較低，已經(jīng)成為開州區(qū)野生生物尤其是鳥類的主要棲息地[7]。

1. 漢豐湖烏楊壩地理位置

針對湖岸穩(wěn)固、水質(zhì)凈化、生物多樣性保育、景觀美化優(yōu)化等綜合生態(tài)服務(wù)功能的需要，漢豐湖北岸烏楊壩段庫岸生態(tài)修復(fù)存在以下問題:

（1）三峽水庫運(yùn)行后，庫區(qū)的水文情勢發(fā)生顯著變化，原有河流生態(tài)系統(tǒng)逐漸演變成水庫生態(tài)系統(tǒng)，原有河岸帶被永久淹沒，在庫區(qū)陸域形成新的“庫岸帶”，原有河流型生物因不適應(yīng)生存條件的改變而瀕危甚至消失；

（2）冬季深水淹沒，夏季出露期高溫帶來極大的生態(tài)威脅，生活在原有河岸環(huán)境中的物種難以適應(yīng)漢豐湖消落帶的新環(huán)境；

（3）長期的季節(jié)性變化對庫岸穩(wěn)固產(chǎn)生較大不利影響；

（4）來自陸域集水區(qū)的地表徑流攜帶面源污染物經(jīng)消落帶進(jìn)入湖中，嚴(yán)重威脅水環(huán)境安全。

2 庫岸生態(tài)防護(hù)帶設(shè)計(jì)策略

基于漢豐湖北岸烏楊壩段的場地現(xiàn)狀調(diào)查，進(jìn)行庫岸生態(tài)防護(hù)帶設(shè)計(jì)，提出多帶多功能緩沖系統(tǒng)模式。適應(yīng)水位變化的庫岸整體生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括功能、要素和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等（圖2），整體長度約2 km，寬度超過100 m，呈連續(xù)帶狀，集固岸護(hù)岸、地表徑流污染凈化、生態(tài)緩沖、生物多樣性保育及景觀優(yōu)化等生態(tài)服務(wù)功能于一體。

2. 多帶多功能緩沖系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

2.1 功能設(shè)計(jì)

遵循岸坡穩(wěn)固、生物多樣性保育、水質(zhì)凈化等主導(dǎo)功能優(yōu)先，局部氣候改善、景觀美化優(yōu)化、公眾科普教育等多功能并存的原則，進(jìn)行功能設(shè)計(jì)。

2.1.1 岸坡穩(wěn)固

緩沖帶植被地下交織的根系可以增加庫岸的穩(wěn)定性和抗剪、抗沖能力，能夠有效防止水土流失；植被的樹冠能夠有效截留降水，同時(shí)阻擋雨滴直接撞擊地表；植被的枯枝落葉能夠減緩降雨對地表的濺蝕與地表徑流的沖刷。

2.1.2 生物多樣性保育

通過構(gòu)建適宜的生境條件，為植物、水生昆蟲、魚類和水鳥等提供棲息地和庇護(hù)場所。多孔隙水岸可為魚類和水生無脊椎動物提供良好的棲息環(huán)境；凹道在冬季高水位期間能夠成為魚類越冬棲息場所，夏季出露季節(jié)，低水位則成為鷺類、鸻鷸類等涉禽棲息的良好場所；林澤中的樹木冠層可為蒼鷺、中白鷺、鸕鶿等提供停棲地；林澤中林窗設(shè)計(jì)形成的明水面可為斑嘴鴨、綠頭鴨等提供良好的庇護(hù)、休憩場所。在175～180 m處進(jìn)行生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)時(shí)，以本地鄉(xiāng)土植物為主營建的優(yōu)良生境隔離帶，可以削弱外界人為干擾強(qiáng)度，為林鳥及猛禽提供生態(tài)位。

2.1.3 水質(zhì)凈化

生態(tài)防護(hù)帶中基質(zhì)、植物和微生物等通過協(xié)同作用，經(jīng)過濾、攔截、土壤吸附、植物吸收、化學(xué)反應(yīng)等過程實(shí)現(xiàn)對泥沙的攔截，去除氮、磷等元素。樹木產(chǎn)生的枯枝落葉等凋落物進(jìn)入水中能夠緩慢釋放營養(yǎng)鹽，對維持水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有關(guān)鍵作用。此外，樹木通過光合作用產(chǎn)生的氧氣能夠傳輸?shù)礁坎⑨尫诺剿校黾雍难鯕夂?。溝渠、洼地、淺水塘、凹道等濕地結(jié)構(gòu)對陸地地表徑流具有一定程度的凈化作用。

2.1.4 景觀美化優(yōu)化

芭茅（Miscanthus floridulus）是當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土植物，適應(yīng)性強(qiáng)，耐水淹能力強(qiáng)，栽植于175～176 m處，冬季水淹季節(jié)可形成充滿野趣、優(yōu)美的臨水高草草本帶，也可為前來越冬的水鳥提供棲息和避難場所。

2.2 要素設(shè)計(jì)

景觀格局中各個(gè)景觀要素的設(shè)計(jì)是不可忽視的內(nèi)容，按照景觀元素分類，庫岸景觀可以分為地形景觀、植被景觀和水體景觀等。

2.2.1 地形設(shè)計(jì)

漢豐湖北岸烏楊壩海拔175 m是一個(gè)坡度轉(zhuǎn)折點(diǎn)，175 m以下是連續(xù)平緩的消落區(qū)，175～180 m區(qū)域是坡度約為40°的護(hù)坡。在175 m以下的消落區(qū)設(shè)計(jì)中，選取土石材料，利用小型挖掘機(jī)以及人工進(jìn)行地形設(shè)計(jì)和塑造。根據(jù)反季節(jié)、周期性的水位變化，結(jié)合濕地植物生長需求以及水生無脊椎動物、魚類和水鳥的覓食和產(chǎn)卵生境需求，將回水洼地、溝渠、淺水塘、凹道、潟湖等水文地貌結(jié)構(gòu)有機(jī)鑲嵌，形成起伏的地形（圖3）。這些濕地結(jié)構(gòu)既是河流洪水的消納空間，也是凈化陸地地表徑流，并提供多樣性生物種類棲息、覓食的良好場所（圖4）。

3. 地形設(shè)計(jì)示意圖

4. 地形設(shè)計(jì)完成后實(shí)景圖

2.2.2 底質(zhì)設(shè)計(jì)

在長期淹沒或持續(xù)的水流沖刷條件下，單純依靠植物很難達(dá)到長期保護(hù)土壤和繁衍生物的效果，因此，需要借助一定的工程措施來維持岸坡穩(wěn)定。在170～172 m的消落帶前緣用拋石形成多孔隙水岸；在40°護(hù)坡前緣營造寬度為5～6 m的凹道，其兩側(cè)用拋石進(jìn)行穩(wěn)固（圖5）。這些卵石、塊石不僅為魚、蝦、昆蟲等提供多孔隙空間，也能夠?yàn)橄察o水產(chǎn)卵的魚類提供良好的產(chǎn)卵場所。此外，石塊表面附著的微生物膜能夠有效降解有機(jī)污染物，對漢豐湖水質(zhì)的維持具有重要作用。很多鳥類需要吞咽少量沙子來幫助消化植物性食物。因此，為了滿足鳥類的特殊習(xí)性，對一些完全是淤泥質(zhì)的底質(zhì)，在局部區(qū)域斑塊狀鋪設(shè)粗砂，形成有利于鳥類生存的鑲嵌狀底質(zhì)斑塊。

5. 底質(zhì)凹道設(shè)計(jì)示意圖

2.2.3 植物設(shè)計(jì)

漢豐湖消落帶冬漲夏落的水位變化規(guī)律與多數(shù)植物冬季休眠、夏季生長的節(jié)律相吻合，這為消落帶植物的生存提供了機(jī)會。（1）篩選的植物不僅能夠耐受冬季深水淹沒，水退后能迅速恢復(fù)生長，而且夏季出露季節(jié)時(shí)，在完全干旱的坡面環(huán)境還能夠存活；（2）這些植物既能夠?yàn)轼B類和昆蟲提供食物，也能為其提供棲息、庇護(hù)生境；（3）植物提升了景觀觀賞價(jià)值。植被景觀是庫岸景觀的重要組成部分，也是景觀環(huán)境變化的敏感標(biāo)志。因此，充分考慮植被季相變化，建立生態(tài)化、多樣化的濱河景觀模式，避免形成單一的景觀效果。綜合考慮以上因素，并結(jié)合對場地現(xiàn)狀的調(diào)研，項(xiàng)目組選取喬木包括池杉（Taxodium distichumvar.imbricatum）、落羽杉（Taxodium distichum）、楊樹（Populus simoniivar.przewalskii）、烏桕（Triadica sebifera）、柳樹（Salix babylonica）等，灌木包括秋華柳（Salix variegata）、中華蚊母樹（Distylium chinense）等，草本植物以自然恢復(fù)為主。根據(jù)消落帶適生植物生長特性、水位變動及功能需求等分層、分段、分帶配置（圖6），整體恢復(fù)效果如圖7所示。

6. 植物設(shè)計(jì)示意圖

7. 恢復(fù)后實(shí)景圖

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自然河岸帶一般由河岸草甸、河岸灌叢以及河岸喬木林構(gòu)成帶狀結(jié)構(gòu)特征的緩沖區(qū)，對于河流生態(tài)系統(tǒng)健康的維持具有重要作用[8]。研究發(fā)現(xiàn)，植被緩沖帶通過吸收、阻滯、過濾和轉(zhuǎn)化等作用，可以有效截留氮、磷等污染物[9]。當(dāng)寬度達(dá)到5 m時(shí)，可以有效減少地表徑流中泥沙和氮含量，當(dāng)寬度達(dá)到9 m時(shí)，則能進(jìn)一步減少徑流中磷的含量[10-11]。河岸緩沖帶具有重要的生境功能，寬度達(dá)到45 m時(shí)，可以維持河岸鳥類種群的穩(wěn)定性[12]。此外，緩沖帶植物的根系能夠有效防止水土流失，并且喬、灌、草形成的復(fù)雜垂直結(jié)構(gòu)能夠通過枝葉截留、蒸（散）發(fā)等作用在一定程度上延緩降水形成徑流的時(shí)間，從而起到削峰滯洪的作用[13]。因此，構(gòu)建河岸緩沖帶已經(jīng)成為一種常用的岸線生態(tài)修復(fù)策略[14-15]?；诖耍瑢鯒顗螏彀端浇Y(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下設(shè)計(jì):

2.3.1 水平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在水平結(jié)構(gòu)上，沿高程梯度設(shè)計(jì)湖岸多帶多功能緩沖系統(tǒng)，包括“消落帶自然恢復(fù)草本植被帶（170 m以下）+消落帶復(fù)合林澤帶（170～175 m）+臨水高草草本帶（175～176 m）+復(fù)合混交植被帶（176～180 m）”。其中，復(fù)合林澤帶是臨水高草草本帶和復(fù)合混交植被帶的外延，將河岸林地對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響直接延伸到了水中。復(fù)合林澤帶可以進(jìn)一步增強(qiáng)湖岸的穩(wěn)固；樹冠形成的陰影能夠營造空氣濕度變化小、相對濕度較高的局部微氣候環(huán)境，為喜中溫性的河岸無脊椎動物和溫度敏感性魚類提供更加適宜的生境[16]；在林澤內(nèi)部進(jìn)行林窗設(shè)計(jì)，在冬季高水位時(shí)期可以形成明水面，再加上出露水面的林冠，從而能夠?yàn)樵蕉B提供良好的停棲地和庇護(hù)環(huán)境（圖8）。

8. 復(fù)合林澤帶中的林窗

2.3.2 垂直結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證庫岸垂直梯度上的生態(tài)連通性，避免硬質(zhì)鋪墊，使垂向方向上的水文過程、生物過程等得以維持，在復(fù)合林澤帶（170～175 m）和生態(tài)護(hù)坡帶（175～180 m）構(gòu)建“喬—灌—草”復(fù)層混交群落。其中，復(fù)合林澤帶中的草本植物以自然恢復(fù)的狗牙根（Cynodon dactylon）、牛筋草（Eleusine indica）、合萌（Aeschynomene indica）等為主，除此之外，種植池杉、落羽杉等典型耐水淹喬木，并間插種植烏桕以提升湖岸景觀的層次感和立體感，豐富消落帶單調(diào)的草甸景觀和季相變化（圖9）；林澤邊緣（175～176 m）配植芭茅（Miscanthus floridulus）等高草草本形成“高草—林澤”復(fù)合系統(tǒng)，進(jìn)一步增強(qiáng)復(fù)合林澤帶實(shí)施區(qū)的生物生境功能；在海拔176～180 m處設(shè)計(jì)復(fù)合混交植被帶，以柳樹、楊樹等本地喬木為主，形成“喬—灌—草”復(fù)層混交群落，留有自然恢復(fù)的空間，盡可能在恢復(fù)后期讓土壤種子庫發(fā)揮作用，利于本地植物自然恢復(fù)。

9. “喬－灌－草”復(fù)層混交群落（復(fù)合林澤帶）

4 結(jié)語

本文以重慶市開州區(qū)漢豐湖北岸烏楊壩段庫岸生態(tài)修復(fù)為例，提出反季節(jié)水位變化下的庫岸生態(tài)防護(hù)帶設(shè)計(jì)模式——多帶多功能緩沖系統(tǒng)。針對復(fù)雜的水文變化，多帶多功能緩沖系統(tǒng)從地形塑造、多功能生境設(shè)計(jì)、適宜植物篩選及配置等方面進(jìn)行了庫岸生態(tài)防護(hù)帶建設(shè)的有益探索，篩選出了耐冬季深水淹沒、夏季洪水沖刷和高溫干旱的優(yōu)良工程物種，如烏桕、落羽杉、池杉等。6年來，多帶多功能緩沖系統(tǒng)面對冬季深水淹沒和夏季高溫干旱交替的逆境，各類植物長勢良好，群落類型顯著增多，群落結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，表現(xiàn)出良好的韌性和較好的生態(tài)服務(wù)功能。這與不同空間尺度和環(huán)境梯度上的生境類型增加和質(zhì)量改善有關(guān)，同時(shí)也與修復(fù)后鳥類、昆蟲、魚類等各生物類群之間的協(xié)同共生密切相關(guān)。烏楊壩段多帶多功能緩沖系統(tǒng)形成了蜿蜒多變、多景觀層次、多生態(tài)序列的湖岸柔性空間，生境質(zhì)量優(yōu)良，生態(tài)服務(wù)功能持續(xù)優(yōu)化，生物多樣性得到顯著提升。

相較于天然湖泊和河流消落帶，水庫消落帶水位漲落幅度大，生態(tài)系統(tǒng)更加脆弱，再加上受人類活動影響較大，目前消落帶的生態(tài)修復(fù)依舊是國際性難題，亟需科學(xué)指導(dǎo)和技術(shù)支撐。尤其是在復(fù)雜的水文脅迫、物種入侵、高強(qiáng)度人為干擾等多重影響下的消落帶生物多樣性的形成和維持機(jī)制以及在不同的空間尺度上多樣化生境的設(shè)計(jì)，都需要進(jìn)一步深入研究，以有效提升消落帶生物多樣性。