白洋淀入淀河道現(xiàn)狀調(diào)查及分析

楊建英 ，張 艷 ，吳海龍 ，2，李秋梅 ，李銳鋒 ，崔英杰

（1.北京林業(yè)大學(xué)，100083，北京；2.天津理工大學(xué)，300384，天津；3.中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100038，北京）

一、調(diào)查對象及分析方法

白洋淀是雄安新區(qū)的重要生態(tài)功能區(qū)， 白洋淀入淀河道承載著防洪行洪、 向淀區(qū)輸水的重要任務(wù)及河流廊道生態(tài)防護(hù)功能。 開展入淀河道調(diào)查，弄清河道現(xiàn)狀，可為后期科學(xué)合理開展河道整治規(guī)劃與建設(shè)提供依據(jù)。

2019 年 8—10 月， 對南拒馬河、界河-龍泉河-清水河、潴龍河、萍河、瀑河、小白河等6 條入淀河道進(jìn)行了野外調(diào)查。 結(jié)合交通可達(dá)情況，沿河共設(shè)置了155 個調(diào)查點(diǎn)位。 調(diào)查記錄各點(diǎn)位縱向1 km 長度河道內(nèi)物理障礙物情況、河道內(nèi)土地利用狀況；調(diào)查記錄縱向1 km 長度、河岸外側(cè)0.5 km寬度內(nèi)植被分布狀況及連續(xù)性，并設(shè)置樣方詳細(xì)調(diào)查河岸植被帶喬灌草種類、組成和結(jié)構(gòu)。

對其中79 個調(diào)查點(diǎn)進(jìn)行無人機(jī)航拍，根據(jù)航拍圖像，做地物、影像對比分析， 分析河段內(nèi)土地利用現(xiàn)狀、河道內(nèi)障礙物及物理連通狀況。 利用2017—2019 年全色 1 m 分辨率和多光譜4 m 分辨率高分二號遙感影像，將兩種影像做融合處理，形成1 m 分辨率的多光譜影像。 使用ArcGIS 10.2軟件分析、勾繪上述6 條河道邊界及河岸外側(cè)2 km 范圍邊界， 并裁剪出對應(yīng)圖像范圍。 利用ENVI 遙感處理系統(tǒng)對高分二號影像進(jìn)行校正和配準(zhǔn)后，結(jié)合現(xiàn)地調(diào)查、無人機(jī)航拍對地物、土地利用的分析判斷，采用監(jiān)督分類與人工解譯相結(jié)合的方法，分析整條河道內(nèi)的物理障礙物、土地利用狀況以及河岸兩側(cè)2 km 范圍內(nèi)土地利用情況，分析判斷整條河道河岸植被帶的縱向、橫向分布狀況。

表1 6 條入淀河道土地利用現(xiàn)狀

二、河道物理連通狀況調(diào)查結(jié)果及分析

1.現(xiàn)地調(diào)查河段的物理連通性分析

通過現(xiàn)場調(diào)查記錄數(shù)據(jù)，以及對6 條河道79 個調(diào)查點(diǎn)無人機(jī)航拍正射影像和三維地形圖分析，總結(jié)歸納出6 條河道物理連通存在的問題。

①南拒馬河。淤積嚴(yán)重，河槽內(nèi)采砂嚴(yán)重，形成大量砂石坑，部分河段河道斷面極不規(guī)則，主河槽內(nèi)種植喬木、耕作農(nóng)田， 河道內(nèi)每隔一定距離修建有過河土堤路，致使河床糙率增大。

②界河-龍泉河-清水河。 部分河段河道邊界不明顯，界河上游部分山區(qū)段在河道內(nèi)修建停車場，河道過水?dāng)嗝娲蠓瓤s窄。 中游因多年未過水， 村民在河道內(nèi)栽種果樹已有15～18 年， 部分河段有違法建筑物未清理，分布有大量砂石坑。 下游河段部分橋下、河坡有垃圾堆積。

③潴龍河。 部分河段河道邊界不明顯，河道內(nèi)種植樹木、耕作農(nóng)田、修建硬化道路。

④瀑河。2018 年利用瀑河對白洋淀補(bǔ)水，清理了河道內(nèi)的違法建筑、垃圾等，對河道內(nèi)近年挖沙、取土遺留的砂坑進(jìn)行了平整。 但部分河段仍然邊界不明顯、形態(tài)不完整，并有修建小型駕校和硬化道路現(xiàn)象，仍存在河道內(nèi)種植樹木、留有砂石坑、無序堆砂等情況。

⑤萍河。 整條河道無水，部分河段河道形態(tài)已不存在，主河槽內(nèi)因挖砂形成采砂坑， 部分河段被占為農(nóng)田，河道內(nèi)種植樹木。

表2 6 條入淀河道物理連通系數(shù)

⑥小白河。 部分河段被填滿，河槽狹窄， 部分河段被村民占為耕地，修建大棚，種植樹木。

2.基于高分二號遙感影像對整條河道的連通性分析

通過高分二號遙感影像分析，得出河道內(nèi)土地利用現(xiàn)狀如表1 所示。

根據(jù) 《中華人民共和國防洪法》第二十二條：禁止在河道、湖泊管理范圍內(nèi)建設(shè)妨礙行洪的建筑物、構(gòu)筑物，禁止傾倒垃圾、渣土以及從事影響河勢穩(wěn)定、危害河岸堤防安全和其他妨礙河道行洪的活動。 禁止在行洪河道內(nèi)種植阻礙行洪的林木和高稈作物。 閆欣（2019）將河道連通性表述為假設(shè)河道沒有任何占用情況下的連通性， 將占用部分作為不連通因素。 綜合上述文獻(xiàn)，提出河道物理連通系數(shù)計(jì)算公式如下：

河道物理連通系數(shù)=1-河道被占用比例（%） （1）

河道內(nèi)建設(shè)用地多為水工建筑物，不作為被占用面積。 調(diào)查期間，耕地農(nóng)作物主要為玉米，屬于高稈作物列為被占用面積， 林地為被占用面積。 由此計(jì)算出6 條河道的物理連通系數(shù)如表2 所示。

由河道土地利用現(xiàn)狀可知，6 條河道內(nèi)水體面積比例較小。 河道被占用比例，萍河最高，達(dá)到70.7%，南拒馬河最低為23.3%。 從6 條河道被占用情況看，河道被林地、耕地占用比例均較大，連通性受到嚴(yán)重影響，為提高河道連通性，需加強(qiáng)河道整治，對河道進(jìn)行疏浚，平整砂石坑，拆除違法建筑物，嚴(yán)禁將河道占用為林地、農(nóng)地。

三、河岸植被帶調(diào)查結(jié)果及分析

1.河岸植被帶總體情況

經(jīng)調(diào)查，入淀河道大部分河段兩岸植被帶少，河岸植被帶整體連續(xù)性差。 在有植被帶的河段，水平結(jié)構(gòu)上，部分較窄且規(guī)則的河堤一般栽種有一行或兩行小喬木， 連續(xù)性較好；部分較寬河堤段種植有片狀樹林，寬度30～60 m， 少有超過 100 m 寬度情況，連續(xù)性差。 垂直結(jié)構(gòu)上，大多為喬木-野草兩層，少有喬木-灌木-草本多層結(jié)構(gòu)。 從河岸植被帶樹種來看，兩岸植被帶喬木多為楊樹，樹種單一。 南拒馬河部分河段有梧桐、 欒樹等樹種；界河上游，兩岸植被帶有經(jīng)濟(jì)樹種，如桃樹、李子樹等；潴龍河兩岸植被帶有欒樹、漆樹等；瀑河大多為楊樹，上游部分河段兩岸為柿樹。

2.河岸帶類型劃分及其特征

根據(jù)野外調(diào)查數(shù)據(jù)， 把地形地貌、 土地利用類型 （農(nóng)用地、 林草地、建設(shè)用地）、人為干擾程度作為界定河岸帶的功能定位因子， 可將入淀河道河岸帶劃分為5 種類型，河岸帶類型劃分結(jié)果及其特征如表3 所示。

表3 河岸帶類型劃分及其特征

四、基于InVEST 模型的污染物凈化效果分析與河岸植被帶結(jié)構(gòu)

以南拒馬河滿金域河段右岸為例，在高分二號遙感影像上沿河道縱向截取1 000 m 長河段。 河岸向外分別設(shè)置 10 m、20 m、30 m、50 m、100 m、150 m、200 m 等 7 個寬度， 設(shè)實(shí)際用地情況、單一耕地、林地、灌木地、草地、裸地等6 種用地情境。

1.基于NP 凈化效果的植被帶寬度確定與植被結(jié)構(gòu)

利用InVEST 模型中NDR 模塊，分別計(jì)算7 個寬度、6 種用地情境條件下N、P 污染物的凈化效果，進(jìn)而分析N、P 凈化率達(dá)到最大時的植被帶寬度，以及單位面積N、P 凈化率達(dá)到最大時的植被帶寬度和植被類型。 結(jié)合入淀河道河岸帶實(shí)際情況， 經(jīng)分析，考慮N、P 凈化效果，對于面源污染控制型河岸帶、 水質(zhì)凈化型河岸帶，河岸植被帶寬度應(yīng)保持在20～100 m， 推薦以喬木、 灌木為主的植被類型。 水質(zhì)凈化兼景觀功能型河岸帶，由于其大多位于城鎮(zhèn)導(dǎo)致空間受限，結(jié)合景觀考慮， 應(yīng)保證至少20 m 的植被帶寬度，可以采用灌木，喬-灌-草、喬-草、灌-草的植被類型，不僅可以提高水質(zhì)凈化效率，也可提升河岸帶的社會服務(wù)功能。

2.基于泥沙攔截效果的植被帶寬度確定與植被結(jié)構(gòu)

使用InVEST 模型中 SDR 模塊，分別計(jì)算7 個寬度、6 種用地情境條件下泥沙攔截效果。 經(jīng)分析，面源污染控制型河岸帶， 由于周邊緊鄰山體，人為干擾少，可利用空間范圍較大， 推薦 30～100 m 寬度的河岸植被帶，同時增種喬木及灌木；在空間相對受限的面源污染控制型河岸帶內(nèi)，大多被人為占用建成園地， 則推薦10～20 m 的植被帶寬度， 帶內(nèi)應(yīng)結(jié)合周邊地形進(jìn)行灌-草、 喬-草搭配，保證雙層的垂直植被結(jié)構(gòu)，此時對山體坡面的泥沙攔截量明顯增大，攔截效率較高。