“錳三角”湖南花垣古苗河濕地保護(hù)與修復(fù)項(xiàng)目研究

摘 要：湖南花垣古苗河濕地是湖南省的重要生態(tài)屏障。該濕地的生態(tài)環(huán)境遭受了嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致濕地原有項(xiàng)目破壞，因此本文對(duì)“錳三角”湖南花垣古苗河濕地保護(hù)與修復(fù)項(xiàng)目進(jìn)行研究。在“錳三角”湖南花垣古苗河濕地保護(hù)與修復(fù)項(xiàng)目研究中，本項(xiàng)目結(jié)合實(shí)地考察和計(jì)算，分析濕地斑塊空間構(gòu)型，確定修復(fù)項(xiàng)目空間構(gòu)型，并對(duì)濕地項(xiàng)目進(jìn)行修復(fù)設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，結(jié)合主要參數(shù)設(shè)計(jì)，擬建1#濕地工程量和2#濕地工程量，對(duì)植被修復(fù)項(xiàng)目、基坑支護(hù)、水壩修復(fù)以及生態(tài)修復(fù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，以便濕地保護(hù)。通過綜合治理和生態(tài)修復(fù)，改善濕地的環(huán)境，恢復(fù)濕地生態(tài)功能，保障區(qū)域生態(tài)安全。

關(guān)鍵詞：“錳三角”湖南花垣古苗河濕地；修復(fù)項(xiàng)目；濕地斑塊

中圖分類號(hào)：X 32" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

國土空間規(guī)劃是根據(jù)地理位置，對(duì)山水、濕地、林田等不同類型的流域進(jìn)行綜合整治，制定因地制宜的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法[1]。國土空間的生態(tài)恢復(fù)包括兩大類：國土綜合治理和以農(nóng)村為導(dǎo)向，以改善國土空間結(jié)構(gòu)，提高土地使用效益以及國土空間質(zhì)量。國土生態(tài)恢復(fù)規(guī)劃是在生態(tài)學(xué)原則的指引下，探討優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的措施，達(dá)到人地和諧可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。濕地與海洋、森林并列為地球上3大主要的生態(tài)系統(tǒng)，是地球上最具生態(tài)價(jià)值、物種最豐富的生態(tài)系統(tǒng)。由于其具有保護(hù)水源、凈化污水及調(diào)控氣候等特殊的生態(tài)作用，因此被譽(yù)為“地球之腎”[2]。沼澤濕地是我國最大的碳匯之一。濕地是重要的生態(tài)系統(tǒng)，也是重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，特別是對(duì)候鳥生存環(huán)境的保護(hù)尤為重要，由于其季節(jié)性遷移和跨國境的概率較高，因此被認(rèn)為是一種全球性的資源[2]。

1 “錳三角”湖南花垣古苗河濕地保護(hù)與修復(fù)項(xiàng)目分析

1.1 自然條件

地處花垣縣縣城的古苗河濕地公園，具有得天獨(dú)厚的濕地資源和豐厚的人文內(nèi)涵，是實(shí)施文化傳承和科普教育的好地方，對(duì)花垣縣的生態(tài)旅游和旅游業(yè)的發(fā)展具有重要意義。古苗河濕地公園是花垣縣在“以人為中心，生態(tài)優(yōu)先，統(tǒng)籌發(fā)展”的基礎(chǔ)上，通過水資源保護(hù)，水環(huán)境整治，水景觀建設(shè)等水生態(tài)文明項(xiàng)目，推動(dòng)山和水、水和綠、水和城相融，構(gòu)建“山為屏，江為脈，水為城，山環(huán)水，水繞城”的美麗鄉(xiāng)村環(huán)境，更好地改善花垣縣的城市和農(nóng)村人居住環(huán)境。本研究在維護(hù)生態(tài)平衡、維護(hù)生物多樣性、保護(hù)稀有生物資源方面以及水源涵養(yǎng)、防洪抗旱、污染物降解、水質(zhì)凈化、景觀美化、旅游資源開發(fā)等領(lǐng)域具有重大意義。

1.2 濕地斑塊區(qū)劃

濕地斑塊區(qū)劃包括收集資料、野外調(diào)查、內(nèi)業(yè)整理及資料處理[3]。用遙感影像采集“錳三角”湖南花垣古苗河濕地相關(guān)數(shù)據(jù)，利用BIGEMAP軟件下載洪季衛(wèi)星圖像，圖像分辨率為1∶10000，圖像分辨率為2.04m。地理坐標(biāo)系利用GIS10.2技術(shù)，對(duì)湖南花垣古苗河濕地1∶10000的遙感圖像和縣級(jí)行政區(qū)地圖進(jìn)行了空間配準(zhǔn)。根據(jù)《全國濕地資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程》（試行）的濕地分類系統(tǒng)建立濕地分類體系，見表1。

1.3 濕地斑塊空間構(gòu)型分析

1.3.1 濕地斑塊空間構(gòu)型算法

通過分析不同尺度上斑塊間的距離，來表征其集聚程度，從而研究濕地空間格局?；诖耍卷?xiàng)目擬采用景觀格局學(xué)的研究思路，選擇濕地斑塊間距作為衡量尺度的一個(gè)重要指標(biāo)。計(jì)算過程如公式（1）所示。

（1）

式中：P為連接指數(shù)；P（i）為第i個(gè)斑塊的面積；DO（i）是與其最近的斑塊間的距離（距離是從斑塊質(zhì)心測(cè)起的）；N為斑塊數(shù)。P的值為0～1，其值越大，說明斑塊聚集程度越高。

1.3.2 濕地斑塊空間構(gòu)型結(jié)果分析

該濕地分為2類5型，即天然濕地和人工濕地2類，斑塊數(shù)量、比例以及面積，見表2。

結(jié)合公式（1），從表3可以看出，從濕地類型的觀點(diǎn)出發(fā)，斑塊的分形特征為自然濕地gt;人工濕地。斑塊形態(tài)指數(shù)為自然濕地gt;人工濕地。結(jié)果表明，人工濕地gt;自然濕地。自然濕地斑塊的分維數(shù)和形態(tài)指標(biāo)都很高，表明自然濕地的斑塊形態(tài)和形態(tài)特征都很復(fù)雜，而且由于人為干擾較少，因此更利于保護(hù)濕地的生物多樣性。人工濕地斑塊的分維度和形態(tài)指標(biāo)都很小，容易受到人類活動(dòng)的影響。人工平均斑塊的面積指數(shù)高且斑塊比較完整，具有防洪排澇、凈化水質(zhì)、促進(jìn)魚類繁殖等功能，更能滿足人們的生產(chǎn)和生活需要。該濕地地貌復(fù)雜，濕地資源利用率較低且存在較大的破碎性，因此在“錳三角”湖南花垣古苗河濕地實(shí)施保護(hù)與修復(fù)項(xiàng)目需要考慮空間構(gòu)型。

2 “錳三角”湖南花垣古苗河濕地保護(hù)與修復(fù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

2.1 花垣河生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容與范圍

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，入河支流及渠道排口眾多且主要農(nóng)灌渠及支流的入河口均受到用地限制。項(xiàng)目擬在花垣河治理河段上游和下游河道內(nèi)，因地制宜建設(shè)表面流人工濕地，其中上游建設(shè)面積為64800㎡，下游建設(shè)面積為90800㎡，平均寬度50m?；ㄔ恿饔蛐陆?處人工濕地，共155600㎡。

2.2 古苗河濕地修復(fù)項(xiàng)目主要參數(shù)設(shè)計(jì)

BOD5表面負(fù)荷為10kg/（hm2·d），以BOD5表面負(fù)荷計(jì)算面積，如公式（2）所示。

qos=Q×（C0-C1）×10-3/A" " " （2）

式中：qos為表面有機(jī)負(fù)荷，kg/（m2·d）；Q為人工濕地設(shè)計(jì)水量，m3/d；C0為人工濕地進(jìn)水BOD5濃度，mg/L；C1為人工濕地出水BOD5濃度，mg/L；A為人工濕地面積，m2。

水力負(fù)荷設(shè)計(jì)為0.063m3/（m2·d），以水力負(fù)荷計(jì)算，則水力停留時(shí)間為11h，運(yùn)行水位為30～100cm，基質(zhì)為土壤。

2.3 濕地工程量表以及植被修復(fù)項(xiàng)目

結(jié)合表2和表3，湖南花垣古苗河濕地基本構(gòu)型以大斑塊為主，濕地結(jié)構(gòu)的完整性較好。充分表明湖南花垣古苗河濕地的管理與開發(fā)已取得突出成效，但也反映出，為滿足人類生活的需求，對(duì)濕地資源利用并不合理，完整性指數(shù)差異明顯，從而導(dǎo)致濕地抵抗外界干擾能力下降。因此，對(duì)湖南花垣古苗河濕地進(jìn)行保護(hù)規(guī)劃，改進(jìn)濕地綜合管理措施，增強(qiáng)濕地的抗災(zāi)能力，優(yōu)化濕地景觀特性，提高濕地景觀效益，對(duì)湖南花垣古苗河濕地未來的發(fā)展非常重要。由于庫區(qū)常年被尾砂覆蓋，原地表植被已被破壞，抗雨水沖刷能力變差，因此庫內(nèi)尾砂全部采完后，須采用覆土+播撒草籽、種植易生植物等方式恢復(fù)其植被。

土壤層應(yīng)優(yōu)先選擇當(dāng)?shù)赝寥?，以松軟土質(zhì)為佳（黏土～壤土），具有較高的肥力，滲透系數(shù)為0.025cm/h～0.35cm/h，厚度為30cm；底層為黏土層，其夯實(shí)前厚度為30cm。

表4和表5為擬建濕地工程量表，在修復(fù)項(xiàng)目植被設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)濕地各植物品種的相應(yīng)數(shù)值，根據(jù)根系發(fā)達(dá)程度、地上生物量、生長(zhǎng)期、景觀效果等因素對(duì)植物進(jìn)行選擇，挺水植物種植菖蒲、蘆葦、香蒲及千屈菜等，種植密度為25株/m2，沉水植物種植狐尾藻及金魚藻等，種植密度36株/m2。

2.4 古苗河濕地修復(fù)項(xiàng)目基坑支護(hù)

規(guī)范《建筑基坑支護(hù)規(guī)程》中的5.3條[1]，給出了土釘墻支護(hù)各參數(shù)的基本要求，根據(jù)5.3.1可知，坡度的要求為不宜大于1∶0.2[1]。根據(jù)5.3.3可知，土釘水平間距和豎向間距宜為1m～2m。土釘傾角宜為5°～20°。根據(jù)5.3.4可知，土釘鋼筋宜采用HRB400、HRB335級(jí)鋼筋，應(yīng)根據(jù)土釘抗拔承載力設(shè)計(jì)要求確定鋼筋直徑，設(shè)計(jì)值宜為16mm～32mm。

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)規(guī)程》，計(jì)算過程如公式（3）所示。

（3）

式中：ζ為墻面傾斜時(shí)的主動(dòng)土壓力折減系數(shù)[1]；Nk，j為第j層土釘?shù)妮S向拉力標(biāo)準(zhǔn)值，kN[1]；αj為第j層土釘?shù)膬A角[1]；Pak，j=第j層土釘處的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；sxj為土釘?shù)乃介g距，m[1]；szj為土釘?shù)拇怪遍g距，m[1]。

根據(jù)公式（3），需要計(jì)算各排土釘位置處的土壓力、折減系數(shù)、調(diào)整系數(shù)nj。采用朗肯理論計(jì)算土壓力（地下水位以上），如公式（4）、公式（5）所示。

（4）

（5）

式中：Ka，i為第j層土主動(dòng)力壓力系數(shù)[1]；pak為支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)載荷，pak為0（paklt;0時(shí)）[1]；γi為容重，kN/m3；ci為第i層土的黏聚力，kPa[1]；φi為內(nèi)摩擦角；q為地面超載，kPa。

需要確定各排土釘所在的土層。已知土釘間距為sx=1.6m，sy=1.4m，其中第一排土釘距離坡頂1.2m。取地面荷載為q0=20kPa，第一排土釘位于第一土層，得到公式（6）和公式（7）。

（6）

（7）

將其帶入公式（4），得出公式（8）。

pak（∑γiHi+q）Ka，j-2ci=（18×1.2+20）×0.8397-2×5×0.9163=25.77 kPa （8）

各排土釘位置處的Pak計(jì)算過程見表6。

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)濕地進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，得到以下參數(shù)。坡度為1∶0.3。土釘間距為sx=1.6m，sy=1.4m，，其中第一排土釘距離坡頂1.2m。土釘傾角為α=15°。土釘鋼筋采用HRB400，d=16mm。共設(shè)置土釘4排。各排土釘長(zhǎng)度分別為7.0m、5.0m、5.0m、4.0m。

2.5 古苗河濕地的生態(tài)透水壩設(shè)計(jì)

本工程在花垣河流域具備條件的小溝渠、排水口等點(diǎn)源匯入點(diǎn)均布設(shè)了生態(tài)透水壩，目的是使外源污染在初期得到初步凈化，本工程共設(shè)計(jì)生態(tài)透水壩10座。

為阻止水漫過濕地，壩頂在濕地水平線以上需要有很大的波浪超高。其過程如公式（9）、公式（10）所示。

Y=R+e+A" " " " " " " " " " " " " " " （9）

e=KV2cosD/2gH" " " " " " " " " " " " " （10）

式中：v為風(fēng)速計(jì)算[4]，v=12m/s；D為水面風(fēng)速，km/s；e為風(fēng)吹過水面，使水面變高超過濕地水位的高度，m；R為風(fēng)吹水面形成的波浪，波浪順著壩中傾斜部分爬升后的垂直高度，m；K為沿程損失系數(shù)，通常取3.6×10-3；H為順著濕地風(fēng)距方向水里的平均深度，m；A為安全加高，A正=1.5m，A非正=1.0m。

平常水位加地震安全加高為191.80m+2.62m=194.42m，取最大值206m。由此確定壩高=206m-150m=56m。坡取決于壩型、壩高、材料等因素。結(jié)合圖1，飽和狀態(tài)下土材的抗壓強(qiáng)度下降，當(dāng)濕地的水位降低時(shí)，上游對(duì)斜面的滲透力的指向性穩(wěn)定，因此結(jié)合濕地情況，對(duì)古苗河濕地生態(tài)透水壩進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)土材相同時(shí)，上游斜面比上游斜面平緩。底部的負(fù)荷越大，濕地的斜面越陡，因此，土石壩應(yīng)每10～30m減速一次，相鄰坡度差為0.25～0.5，從上到下減速一次。

2.6 古苗河濕地生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

新建縣城規(guī)模供水廠1座，水廠分為廠前區(qū)和生產(chǎn)區(qū)[5]。根據(jù)后續(xù)的構(gòu)筑物設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)計(jì)算綜合分析確定，該花垣古苗河濕地保護(hù)項(xiàng)目污水處理工藝可選擇A2O工藝[6]。污水處理工藝流程圖如圖2所示。

項(xiàng)目實(shí)施有助于解決礦區(qū)、廠區(qū)、城區(qū)各類污染擴(kuò)散的問題，有助于防治廢水對(duì)環(huán)境的污染[7]。因此，花垣縣片區(qū)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)整治項(xiàng)目對(duì)實(shí)現(xiàn)花垣縣環(huán)境整治綜合規(guī)劃目標(biāo)非常重要。

3 結(jié)語

結(jié)合上述分析，本文對(duì)“錳三角”湖南花垣古苗河濕地保護(hù)與修復(fù)項(xiàng)目進(jìn)行研究，該地區(qū)地域廣闊，地貌復(fù)雜，資料搜集難度大，須多個(gè)部門及相關(guān)專家協(xié)同配合，以此獲得更精確、更科學(xué)的評(píng)估結(jié)果。在項(xiàng)目修復(fù)中擬建1#濕地工程量和2#濕地工程量，對(duì)基本工程量進(jìn)行了解，設(shè)計(jì)生態(tài)透水壩平面圖，從而更好地對(duì)濕地進(jìn)行規(guī)劃與保護(hù)。保護(hù)與管理濕地產(chǎn)生的影響，須經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)、記錄和分析才能體現(xiàn)出來。對(duì)規(guī)劃中的示范工程和污染治理工程，也須進(jìn)一步進(jìn)行討論。本文在該濕地已有的城鎮(zhèn)規(guī)劃和水利設(shè)施等基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)地建設(shè)，后續(xù)會(huì)對(duì)實(shí)際執(zhí)行效果進(jìn)行論證。

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