一種緩衝區域生態岸邊帶的構建方法
2023-05-18 01:20:11
一種緩衝區域生態岸邊帶的構建方法
【專利摘要】本發明公開了一種緩坡區域生態岸邊帶的構建方法，該方法包括石籠+低位塘+多塘+滯留渠構造。其具體步驟：(1)石籠帶構建：在河流常水位與2年一遇洪水位之間構建石籠，石籠間隙種植挺水植物；(2)低位塘構建：在2年一遇洪水位與20年一遇洪水位之間構建低於石籠帶20cm和多塘塘基20cm的低位區域；(3)多塘系統：在低位塘區域中間構建兩排水塘系統，進行底質改造，塘中密植沉水植物，塘基及塘周種植挺水植物；(4)滯留渠：沿20年一遇洪水位外側構建滯留渠。本發明有效的解決了河流緩坡區域面臨的面源汙染嚴重、景觀差、生物多樣性降低、水土流失等生態問題，為消落帶的恢復與重建提供了可行而有效的生態修復措施。
【專利說明】一種緩衝區域生態岸邊帶的構建方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於生態恢復工程【技術領域】，具體涉及一種緩衝區域生態岸邊帶的最優化構建模式，特別適合於退化岸邊帶生態系統恢復與重建。本專利綜合利用物理的和生物的方式降低流經岸邊帶的地表徑流流速、削減汙染物並在一定程度上恢復生物多樣性，為退化岸邊帶的生態恢復提供技術支持。
【背景技術】
[0002]河岸生態系統是聯繫陸地和水生兩大類生態系統的紐帶，它將陸地高等和低等植物合成的有機物質、巖石風化物、土壤生成物以及陸地生態系統中轉化的物質不斷輸入河流，成為河流生態系統的營養物質的重要來源。自70年代開始到現在，有關河岸的概念先後有廣義和狹義兩種。廣義上指受水流直接影響的植物群落及生長環境，其植物種群的組成、種類多度及微生境等同周邊區域明顯不同；狹義上指從河流-陸地交界處兩邊，直至河流影響消失的地帶，目前多數研宄所指的河岸帶均為狹義的河岸帶。
[0003]近年來隨著人口增長，工業化進步和社會的發展，包括河岸帶在內的河流生態系統受到人類活動的幹擾而發生嚴重退化。隨之而來的是退化生態系統的恢復與恢復生態學在國際、國內的發展，相對而言，我國對河岸帶及其退化生態系統重建理論和實踐研宄較為薄弱。雖然近年來，以北京轉河、上海河道治理、三峽庫區消落帶治理等為代表的河流生態治理工程都對河岸帶進行了綜合考慮、生態設計，但這些河流多為城市河道，而對大量的郊野河流、河段等缺乏研宄。另一方面，直至今日，大量的河道仍然被截彎取直、「三面光」、「兩面光」的進行處理，致使河流生態系統退化，河流汙染嚴重，作為地表徑流汙染物主要攔截者的河岸帶大量消失，在此情況下，本發明針對河岸帶中坡度平緩的區域，一般坡度低於15°的河岸帶進行新型生態岸邊帶構建。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種河流緩坡區域生態岸邊帶的構建方法。
[0005]為了達到上述的目的，本發明採用以下技術措施:
[0006]一種緩坡區域生態岸邊帶的構建模式，其步驟是:
[0007]A.構建範圍:本發明所述的河流生態岸邊帶介於河流常水位與20年一遇洪水之間，所述的河流緩坡區域一般坡度< 15° ;
[0008]B.緩坡帶環境調查:緩坡帶的河流水文、地形地貌、坡度、寬度、20年洪水位以上區域土地利用現狀等情況進行詳細調查，確定本生態岸邊帶構建中需篩選的植物物種生態特徵；
[0009]C.石籠帶構建:根據前期現狀調查確定的環境因子，以及區域氣候氣象因子，確定石籠帶的高度、寬度及中間間種的植物的種類和數量，保證石籠帶植物的本地化、多樣化；
[0010]D.低位塘構建:在項目區，通過底質改造和土地平整，種植狗牙根群落或其他深根系耐短期水淹植物；
[0011]E.多塘建設:在項目區中，採用挖塘的方式，構建小型水塘，並改造塘底，種植沉水植物以及塘基和塘周挺水植物群落；
[0012]F.滯留渠建設:在項目區與周圍高地相鄰的區域，挖渠形成滯留渠，填充礫石，並採用草皮覆蓋；
[0013]G.生態岸邊帶的管理維護:本發明生態岸邊帶尤其需要關注洪水過後固體垃圾、泥沙等對低位塘區域、多塘區域的覆蓋或淤積，需要定期進行清理，同時定期對生長在多塘和低位塘區域的植被，防止其衰敗、腐爛造成環境的二次汙染；再者需要加強暴雨過後滯留渠的管理，防止滯留渠為泥沙等覆蓋，需要時刻注意滯留渠頂部狗牙根草皮的生長情況，防止出現集水渠裸露、草皮被破壞等，並注意草皮地上部分高度不能超過20cm，加強修建維護等。
[0014]其中，本發明所述的河流生態岸邊帶介於河流常水位與20年一遇洪水之間，所述的河流緩坡區域一般坡度< 15°
[0015]其中，所述的石籠帶位於河流常水位與2年一遇洪水位之間，由粒徑0.15-0.5m的塊石組成，塊石中間填充粒徑0.05-0.1Om的鵝卵石，該塊石與鵝卵石由經過5%的鋅-鋁-稀土合金防腐，抗拉強度大於1500MPa，單位面積承載強度大於35kN/m2』的直徑2mm的鋼絲網籠包裹，網籠孔徑10cm，石籠使用鐵絲網面積25m2，體積5m3，石籠埋深1.5m，防護寬度2.0m0
[0016]其中，石籠中間孔隙中種植香蒲科、燈芯草科和禾本科等挺水植物，例如香蒲、東方香蒲、燈芯草、野燈芯草、蘆葦、蘆竹等挺水植物；
[0017]其中，低位塘位於2年一遇洪水位與20年一遇洪水位之間，低位塘由蓄水層+覆蓋層+植被和種植土層+人工填料層+阻隔層+礫石層構成。其中蓄水層，低於石籠帶和多塘塘基15-20cm ;覆蓋層，採用樹皮或鋸末等全覆蓋，厚度5-8cm ;植被和種植土層，採用滲透係數較大的砂質土壤(砂子60?85%，有機質5%?10%，粘土 5% )，種植土層厚25cm，種植深根系的禾本科植物，例如狗牙根；人工填料層，採用滲透性較強的天然或人工材料，厚30?50cm，可選擇與種植土層一致組成的砂質土壤或滲透係數不小於l(T5m/s的爐渣或石樂石；阻隔層，在填料層和爍石層之間鋪土工布或一層15cm厚的細砂層，形成阻隔層；爍石層，由直徑不超過5cm的爍石組成，厚度20-30cm。低位塘區域全覆蓋深根系的禾本科植物，例如狗牙根，在底質層改造完畢後，採用播種的方式進行種植，在項目區域土地整理後，按照500g/20m2的標準種植。
[0018]其中，多塘建設，多塘位於2年一遇洪水位與20年一遇洪水位之間的岸邊帶，塘深50cm，時刻保持水深20cm，全覆蓋沉水植物，包括水鱉科、狸藻科、眼子菜科的植物，例如苦草、矮化苦草、龍鬚眼子菜、菹草、黃花狸藻等；塘基由沉水植物種植土層，塘底覆蓋l-5cm的沉水植物種植土 ；人工填料層，採用滲透性較強的天然或人工材料，厚30?50cm，可選擇與種植土層一致組成的砂質土壤或滲透係數不小於10_5m/S的爐渣或礫石；砂層，為一起到阻隔土壤顆粒進入礫石層的輔助層，厚5-lOcm ;礫石層，直徑不超過5cm的礫石組成，厚度20-30cm。塘基及塘周種植燈芯草科、莎草科、香蒲科的植物，例如燈芯草、野燈芯草、溪水苔草、香蒲、小香蒲等的一種或幾種組合。
[0019]其中，沿生態岸邊帶20年一遇洪水位的外側構建一寬0.5m，深0.5m，填充礫石，上覆深根系禾本科植物，如狗牙根草皮，植被設計高度15cm左右，定期收割。
[0020]本發明解決了河流緩坡河岸帶由於水土流失、暴雨衝刷的地表徑流等造成的生態系統破壞，生物多樣性減低，地表水汙染等問題。利用工程措施、植物措施的搭配組合有效的對緩坡河岸帶進行有效的汙染物淨化、攔截和生物多樣性恢復。本發明一方面通過工程措施減輕水土流失；另一方面通過植物措施削減通過岸邊帶的汙染物，增加生物多樣性，從而成為改善緩坡區域河岸帶的重要生態措施。
[0021]本發明選用的材料，均為易獲取、易使用、易組合材料，選用的植物以本地鄉土物種為主，間或少量具有高效汙染物淨化能力的植物，適應本地環境，成活率高，性價比高，觀賞性強，固土能力強等多方面綜合考慮，並綜合考慮本技術應用完成後的後期管理養護的經濟性與操作方便性。
[0022]本發明通過實驗室模擬實驗、中試場地應用實驗的基礎上，根據河岸帶環境因子、河流水文條件等，總結歸納出一套完整的河流緩坡區域生態岸邊帶構建模式，包括滯留渠構建、淺水塘、多糖系統、石籠等四種工程措施的組合技術，相互協調搭配而成為一套合理有效的生態岸邊帶構建模式。
[0023]本發明與現有技術比較，具有以下優點和效果:
[0024](I)滯留渠，當20年一遇洪水位外圍高地的地表徑流經過滯留渠後，經過溝渠本身的沉澱、滲透，再經由表層的深根系禾本科植物過濾、攔截和滯留渠中的生物降解作用，對降低地表徑流的流速和削減汙染物具有顯著效果。
[0025](2)該發明所涉及的低位塘經過底質改造，表面狗眼跟及其他深根系植物的生物作用，能夠有效降低流經該區域的地表徑流流速，加速地表徑流下滲，去除懸浮顆粒、有機物及其他有毒有害物質；
[0026](3)本技術涉及的多塘系統，常年保持最低水位20cm，並經過底質改造，一方面能夠常年為區域提供穩定的水源，以保證區域植被不會因乾旱缺水而死亡；另一方面經過底質改造和沉水植物、挺水植物的過濾、吸收、遲滯等作用，有效降低流經該系統的雨水和河水的汙染物。所選擇的沉水植物、塘周挺水植物及溼地植物均為本地具有高效淨汙能力物種，同時具有相當的景觀效果，均為適合本區域的最優植被配置；
[0027](4)本技術所涉及的石籠帶構建，採用本地材料，易於獲取、價格便宜、製作簡便，其中間種本地溼地和挺水植物，具有顯著的抵擋洪水衝刷，提供區域生物多樣性的作用，還具有顯著的景觀效果；
[0028](5)本發明的河流緩坡區域生態岸邊帶構建技術，基於河流河岸帶自然條件，坡度低、地勢平的特點，構建出符合岸邊帶體系，打破傳統的河岸帶構建模式，使其既具有顯著的汙染物淨化效果，又具有增強生物多樣性，提高區域景觀美學的作用，且造價低廉，達到了真正的生態和諧，具有生態、社會和經濟效益。。
[0029]本發明不但能夠有效的降低流經河岸帶的地表徑流流速，還能滯納、削減其中的汙染物，同時經過底質改造的低位塘起到很強的蓄水、淨化汙染物能力，再加上濱水區域的石籠帶，能夠有效的河流對河岸帶的衝刷。整個生態岸邊帶的構建不但具有良好的汙染物削減淨化能力，還具有明顯的提高生物多樣性和景觀美學作用。
【具體實施方式】
[0030]伏牛溪概況:
[0031]伏牛溪位於重慶市大渡口區，全長7.2km，流域面積16.0km2，河道坡降16.78%,多年平均流量為0.245m3/s。流域內由不均勻面狀水體(紅領巾水庫、口袋溝水庫、黃桷堡水庫、太陽灣水庫)及寬窄不一線狀水體(溪溝、河流)構成。由於受沿岸生活汙水、工業廢水排放的影響，水質影響較為嚴重。2013年，大渡口區取消伏牛溪水域功能類別。
[0032]恢復前的狀況:
[0033]本區域位於伏牛溪公民村I社，為一圓角梯形，短邊長15m，長邊長45m，斜邊長30m，面積約1000m2。河岸平均坡度15°，淤泥、粉砂河岸帶，草本層蓋度90 %，主要為潷草(85%的蓋度)，小白酒草(蓋度3%)，牛耳大黃(5%)為主，在河岸邊緣有少量的空心蓮子草和水葫蘆。
[0034]構建模式一一石籠+低位塘+多塘+滯留渠構造，詳細如下:
[0035](I)在枯水位與常水位之間，構建石籠帶，共用石料150m3(裝在石籠網中)，鋼絲1500m(編石籠)，種溪水苔草45m2，用工40人天。
[0036](2)在項目區構建300m2的低位塘。用材料如下:狗牙根種植300m 2，礫石75m3，細砂45m3，爐澄75m3，種植土 75m3，覆蓋層18m3，疏鬆粘土 30m3，用工30人天。低位塘自上而下依次為蓄水層，覆蓋層，植被和種植土層，人工填料層，阻隔層，礫石層。
[0037](3)在項目區構建了大小不一的多塘9個，面積共400m2。用材料如下:爍石100m3，細砂40m3，爐澄60m3,種植土 20m3，菹草和矮化苦草400m2，用工30人天。運行一年時間內保證最低水位20cm，最深水位50cm。塘內自上而下依次為沉水植物種植土層，人工填料層，砂層，爍石層。
[0038](4)滯留渠，寬0.5m，深0.5m，長50m。用材料如下:礫石12.5m3，狗牙根25m2，用工6人天。狗牙根草皮覆蓋在滯留渠上方，蓋度100%。
[0039]恢復效果
[0040]2014年8月在該系統構建運行10個月以後，現場監測表明項目區域植被覆蓋度達到90%以上，示範區域生物多樣性指數1.5以上，本地物種比例80%以上，地表徑流流速削減50%以上，初期地表徑流進入河道中的懸浮顆粒物減少75%以上，TP去除率25%以上，TN去除率20%以上，氨氮去除率30%以上，COD去除率15%以上。
[0041]本發明方法簡單易行，操作簡便，植物種類均為本地，實現了緩坡區域岸邊帶的構建，對河流緩坡區域岸邊帶的生態恢復提供了一種良好的模式。本項目的成功實施明顯提高了重慶伏牛溪緩坡河岸帶的生物多樣性，提高了緩坡區域的汙染物淨化能力，有效解決了緩坡區域外源汙染嚴重，水土流失加劇的現象，為河流的自然恢復與重建提供了可行而有效的生態修復措施。
【權利要求】
1.一種緩坡區域生態岸邊帶的構建方法，其步驟是: A.緩坡帶環境調查:詳細調查緩坡帶包括河流水文、地形地貌、坡度、寬度、20年洪水位以上區域土地利用現狀在內的情況，確定生態岸邊帶構建中需篩選的植物物種生態特徵； B.石籠帶構建:根據前期現狀調查確定的環境因子，以及區域氣候氣象因子，確定石籠帶的高度、寬度及中間間種的植物的種類和數量，保證石籠帶植物的本地化、多樣化； C.低位塘構建:在項目區，通過底質改造和土地平整，種植狗牙根群落或其他深根系耐短期水淹植物； D.多塘建設:在項目區中，採用挖塘的方式，構建小型水塘，並改造塘底，種植沉水植物以及塘基和塘周挺水植物群落； E.滯留渠建設:在項目區與周圍高地相鄰的區域，挖渠形成滯留渠，填充礫石，並採用草皮覆蓋； F.生態岸邊帶的管理維護:生態岸邊帶尤其需要關注洪水過後固體垃圾、泥沙等對低位塘區域、多塘區域的覆蓋或淤積，需要定期進行清理，同時定期對生長在多塘和低位塘區域的植被，防止其衰敗、腐爛造成環境的二次汙染；再者需要加強暴雨過後滯留渠的管理，防止滯留渠為泥沙等覆蓋，需要時刻注意滯留渠頂部狗牙根草皮的生長情況，防止出現集水渠裸露、草皮被破壞等，並注意草皮地上部分高度不能超過20cm，加強修建維護。
2.根據權利要求1所述的緩坡區域生態岸邊帶的構建方法，其特徵是:所述的石籠帶位於河流常水位與2年一遇洪水位之間，由粒徑0.15-0.5m的塊石組成，塊石中間填充粒徑0.05-0.1Om的鵝卵石，該塊石與鵝卵石由經過5%的鋅-鋁-稀土合金防腐，抗拉強度大於1500MPa，單位面積承載強度大於35kN/m2』的直徑2mm的鋼絲網籠包裹，網籠孔徑10cm，石籠使用鐵絲網面積25m2，體積5m3，石籠埋深1.5m，防護寬度2.0m。
3.根據權利要求1所述的緩坡區域生態岸邊帶的構建方法，其特徵是:步驟B石籠中間孔隙中種植包括香蒲科、燈芯草科和禾本科在內的挺水植物。
4.根據權利要求3所述的緩坡區域生態岸邊帶的構建方法，其特徵是:步驟B挺水植物包括香蒲、東方香蒲、燈芯草、野燈芯草、蘆葦、蘆竹中的至少一種。
5.根據權利要求1所述的緩坡區域生態岸邊帶的構建模式，其特徵是:步驟C低位塘位於2年一遇洪水位與20年一遇洪水位之間，低位塘包括蓄水層+覆蓋層+植被和種植土層+人工填料層+阻隔層+礫石層；其中蓄水層，低於石籠帶和多塘塘基15-20cm ;覆蓋層，採用樹皮或鋸末全覆蓋，厚度5-8cm ;植被和種植土層，採用滲透係數較大的砂質土壤，種植土層厚25cm，種植包括狗牙根在內的深根系的禾本科植物；人工填料層，採用滲透性較強的天然或人工材料，厚30?50cm，材料包括與種植土層一致組成的砂質土壤或滲透係數不小於10_5m/S的爐渣或礫石；阻隔層，在填料層和礫石層之間鋪土工布或一層15cm厚的細砂層，形成阻隔層；礫石層，由直徑不超過5cm的礫石組成，厚度20-30cm。低位塘區域全覆蓋包括狗牙根在內的深根系的禾本科植物，在底質層改造完畢後，採用播種的方式進行種植，在項目區域土地整理後，按照500g/20m2的標準種植。
6.根據權利要求1所述的緩坡區域生態岸邊帶的構建模式，其特徵是:多塘建設，多塘位於2年一遇洪水位與20年一遇洪水位之間的岸邊帶，塘深50cm，時刻保持水深20cm，全覆蓋沉水植物，包括水鱉科、狸藻科、眼子菜科的植物，所述植物包括苦草、矮化苦草、龍鬚眼子菜、菹草、黃花狸藻；塘基由沉水植物種植土層，塘底覆蓋l-5cm的沉水植物種植土 ；人工填料層，採用滲透性較強的天然或人工材料，厚30?50cm，可選擇與種植土層一致組成的砂質土壤或滲透係數不小於10_5m/S的爐渣或礫石；砂層，為一起到阻隔土壤顆粒進入礫石層的輔助層，厚5-10cm ;爍石層，直徑不超過5cm的爍石組成，厚度20_30cm ;塘基及塘周種植燈芯草科、莎草科、香蒲科的植物，所述植物包括燈芯草、野燈芯草、溪水苔草、香蒲、小香蒲的一種或幾種組合。
7.根據權利要求1所述的緩坡區域生態岸邊帶的構建模式，其特徵是:沿生態岸邊帶20年一遇洪水位的外側構建一寬0.5m，深0.5m，填充爍石，上覆深根系禾本科植物，植被設計高度15cm左右，定期收割。
【文檔編號】C02F3/32GK104429529SQ201410723661
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月3日 優先權日:2014年12月3日
【發明者】孫榮, 李修明, 鄧偉瓊, 姚敏峰, 顏文濤 申請人:華僑大學, 重慶大學