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景观恢复生态设计论文

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1川北河概况

川北河是发源于昌平区东北山麓的山区河道,起点是望宝川村,位于北纬40°19′55″,东经116°18′01″,终点是北庄村,位于北纬40°21′51″,东经116°20′58″(图1)。主河道全长约12km,主河槽宽10~50m,流域面积约45km2,河流上游建有南峡水库。川北河流域属温带大陆性季风气候。平均水面蒸发量为1245mm,无霜期170~200天,平均降水量为616.2mm,年降水量80%集中在7—9月,径流系数为0.3。川北河流域内第四纪地层中存在一层地下水,其类型为潜水,水位埋深随基岩起伏而变化,含水层岩性为卵砾石,川北河流域地形西高、东北低,故水力梯度由西向东逐渐降低。川北河生态环境目前存在的主要问题:河床裸露、水源缺乏、湿地退化、植被稀少、生物多样性缺失,生态系统破坏严重。

2川北河生态设计目标

川北河生态设计目标是改善生态环境和健全生态功能。具体而言就是在恢复川北河水文特征的前提下,根据水源条件拦蓄雨洪,建设由水系、护坡、滩地、水生动植物、陆生植物及微生物等构成的完整的河流生态系统,增强河流自净能力,涵养水源,恢复河流的生态功能(图2)。

3川北河生态设计

3.1水系空间格局设计1)川北河基本空间形态确定。河道平面布置与河道绿线的划定:河道设计中心线与原河道中心线一致,根据两岸地形地势确定所需行洪宽度,不占用岸边农业规划用地,河道绿线划定范围是河道边坡及巡河路路肩。川北河从南峡水库至治理终点上下游高差是125.14m,河道纵坡平均比降(单位距离的落差)为0.016,本次治理按照沿岸高程与河道高程的变化取河道纵坡,原河底纵坡不变。河道行洪横断面已经按10年一遇洪水要求整治(图3),目前需要清理河道障碍物和修复护坡,治理后将达到河道行洪横断面设计的流量标准(表1)。2)重构河床微地形设计。天然河床由水流长期塑造形成,在横、纵、垂三维空间上有着其特有的深槽、浅滩、江心洲、水湾等多种形态。川北河水系空间设计根据河床演变规律,结合河道地势,通过清淤和疏挖等造型措施调整,在深坑处形成深槽与水坑地形,在非主流区形成水湾地形,在宽阔水域形成江心洲,在窄槽处形成水浅流急的浅滩急流。在此基础上,结合水位变化情况及水生动植物适水深度生物习性,配置适于深水区生长的沉水植物、适于浅水区和滨水区生长的挺水植物以及适于陆地生长的湿生植物。在深槽和水坑内设置利于生物栖息与繁衍的多孔隙石岛。通过河床上中下游、点线面、表中底立体空间的综合塑造,形成自然河床形态的多样性(图4)。3)子槽水系设计。形成较为连续和稳定的水系空间是川北河生态系统恢复的重要基础,因此对贫乏的水资源要高效利用。具体来说是在满足生态功能需要的前提下,将水体空间塑造成狭长的子槽水系(图5),减少水系面积,以减少河水的蒸发量与渗漏量,节约水资源。设计方法是在河床中间位置疏挖子槽(图6),要求子槽中间位置深度60~100cm,宽度5~10m,形成具有一定深度和宽度的过水断面。子槽的水位和流量会根据不同季节时水源的情况而变化,川北河中下游子槽水系在雨季的丰水期能形成较为连续的水系;在冬、秋季节的枯水期,子槽水系主要水源为渗入河道的山泉、蓄水坝拦蓄雨洪和南峡水库来水,中下游子槽水面变窄并在一定范围内形成较为连续的水系,流量也相应变小,如辛庄村段河道流量约0.1m3/s,北庄村段河道流量约0.2m3/s。4)开敞水空间设计。为形成较大水面,在北庄村、黑山寨村、延寿寺及辛庄村4处开阔河段,通过开挖河道与砌筑蓄水坝来拦蓄雨洪及涵养水源(图7)。根据河流地形和水资源情况设置12座蓄水坝。蓄水坝高度约1m,坝体驼峰型,结构上采用不透水浆砌石墙和河石堆坡,由木桩固定散堆河石。为不影响川北河防洪断面,蓄水坝不高于河底设计高程。5)拟自然防渗。为节约水资源,在子槽河底及常水位以下部位采取必要的拟自然防渗措施。拟自然防渗采用有微渗功能的膨润土防水毯材料,与PE膜等其他防水材料相比,对河流生态系统与地下的物质和能量交换的影响相对较小。拟自然防渗面积是15000m2。为确保汛期雨水和上游来水迅速下渗,补充地下水,在非重点区域不作减渗处理,不进行补水,以减少水量消耗。6)水量设计。因为长期干旱和上游水库的截流,川北河上游河段已干涸多年,为解决子槽所需用水量,采用南峡水库库区水和雨水为主要水源。本段河流环境用水量主要包括补水量和换水量,换水的目的是使水流动,防止水体富营养化。由于北京市干旱缺水,本段河流用水仅考虑补水量。川北河沿岸支流较多,雨季有大量雨水补充河道水源,年平均径流量约为831万m3,南峡水库总库容21.5万m3。随着灌区内节水灌溉技术的逐步实施,农业灌溉用水量会进一步减少,为本段河流提供环境用水创造了有利条件,南峡水库预计给本段河流提供环境用水量每年15万m3。

3.2生态护岸设计为恢复河岸的综合功能,需要将河岸抗冲能力和生态系统重构进行有机融合。具体来说是结合自然条件,保护具有防洪功能的天然岩体岸坡;以适当修整方式利用自然边坡;对不同的河岸形态下的乱坡构建对应的生态护岸模式。生态护岸范围从南峡水库至北庄段,总长度约15km。采用的主要护岸形式如下。1)植被护岸。在岸坡缓、水流慢处采用草地和灌木护岸,这种自然舒缓的边坡是理想的亲水空间。2)驳石生态护岸。采用自然石砌筑护岸,以植物点缀,具体方法是在卵石缝隙中种植垂柳等植物,以河卵石和芦苇等水生植物点缀坡脚,这一做法既能稳定河床,又能改善生态环境。

3.3湿地恢复与保护设计1)湿地设计。川北河湿地面积约5万m2,主要分布在河流开阔处的北庄村、黑山寨村、延寿寺及辛庄村等地段。在河流内通过开挖子槽和涵养水源等措施构成湿地水系,引进多种湿地生物,以此形成河流湿地生态系统的基本架构。由于湿地存在水面狭小和水深不足的问题,导致水生动物稀少和食物链简单,需要从上游南峡水库挖取适量底泥以培育底栖动物,如长三肢轮虫、枝角类、环棱螺等;引进鱼类等大型水生动物,如中华鳑鮍、高体鳑鮍、彩石鲋、小似鲴、无须矞、赤眼鳟、鳙、罗非等;引进水生动物约8万尾。2)湿地水质净化设计。在川北河外的生活污水通过污水管网收集处理后在进入河流内部之前,先通过入河口处沙子和碎石组成的过滤床排除杂质,再经过湿地内水生植物群落吸收和降解N、P等污染物质,以及利用昆虫、鸟类、鱼类取食微生物等浮游生物,使污水和污染物消除率达到60%~70%,净化后的水体最后流入川北河水域内。

3.4生态公益林设计1)河岸防护林带设计。防护林带改造有利于川北河流域的水土保持和洪涝灾害预防。在暴雨和洪水发生过程中,河流外围林地能够大量地蓄积水源,避免水资源的浪费;提高岸坡抗冲刷能力,减少水土流失;也减少了下游洪水的威胁。另一方面,防护林带改造为川北河水、陆动物的生存和繁衍提供了理想的栖息地,是野生动物迁徙的重要廊道。防护林带分布在黑山寨村(林带长约1300m,宽约20m)、辛庄村(林带长约1000m,宽约20m)、北庄村(林带长约1200m,宽约20m)等川北河两岸的村庄和主要交通路附近。在改造过程中,要统筹考虑因水位变化而产生的生态环境、景观及污染防治等问题。2)上游水土涵养林设计。水土涵养林位于川北河主要支流分水岭沟和川北河的汇合口(图2-1),分水岭沟东部是怀九路和上黑路的交叉口,是十三陵景区进入川北河沟域主要通道,是主要的景观廊道之一。其重要的地理位置决定了此汇合口是川北河上游生态建设的重点区域。目前该区域植被稀少、土地裸露、水土流失严重,急需通过建设水土涵养林完善调节流量、减少洪害及涵养水源等生态功能。具体措施是种植油松、桧柏、国槐、黄栌、山桃、银杏等植物形成面积约3.5万m2的大片自然林地。

3.5生物多样性保护与恢复设计

3.5.1营造多样化生物群落根据川北河的土壤、气候、水源、植被及地域结构等自然条件,培育滨水区的水陆复合生物群落。具体来说,首先是在河岸水际带及堤内地带形成生态关系完善的生物群落;其次是结合各区域不同自然环境,营造特色鲜明的生物群落,例如水生生物群落、陆生生物群落等。

3.5.2保护和利用乡土物种保护和利用乡土物种是生物多样性理论的核心思想之一。首先乡土物种适宜当地生长,其管理和维护成本低;其次,乡土物种消失是当今急需解决的全球生态问题之一。因此要坚持适地适树的原则,培育和利用本地的植物,引进本地区水生动物及鸟类等。1)植物多样性设计。多种类植物引进有利于生物多样性形成。目前河流两岸仅有杨树、柳树、苹果树、梨树等少数植物。为丰富林相,选种白蜡、油松、国槐、七叶树、黄栌、迎春、黄刺玫及连翘等多种乡土植物,营造乔灌木及地被的多层次植物立体空间体系。在河流生境改善基础上,引入芦苇、菖蒲、香蒲、睡莲、千屈菜、荷花、野慈菇、水葱、雨久花、鸭舌草等水生植物。2)引鸟设计。引鸟设计是根据鸟类的繁殖、度夏、捕食与栖息等活动规律制定实施措施。由于鸟类的飞翔需要一定起落空间,因此选择延寿寺下开阔的河面为引鸟区,营造开敞的水面,在西侧河岸减少高大乔木,为鸟类提供飞翔降落的净空;在水体内营造湿地、沼泽、岛屿等不同环境类型的栖息地;根据鸟类在自然条件下的捕食要求,在人迹稀少的东侧河岸营造林地、灌丛、草滩、浅滩等多种生境以吸引鸟类需要取食的昆虫,种植大面积的蜜源植物和鸟嗜植物为鸟类提供食物果源;为减少人类过度干扰,观鸟区与引鸟区之间利用水面和树林隔离,游人所在观鸟区与引鸟区直线距离大于20m。满足鸟类不同要求。引鸟区面积约8000m2(图2-2)。3)水生动物多样性设计。为丰富水生动物种类,从上游的南峡水库引进无齿蚌、中华米虾、鳖、龟、鲢等底栖类、食草类及捕食类的多种水生动物,约5万尾。

4结论与展望

在川北河景观恢复的生态设计中应坚持以改善河流生态环境和健全河流生态功能为目标,秉持以河流生态环境保护为内在核心、以自然景观为河流价值外在表现的川北河生态设计理念,坚持保护与开发并重的原则,从水系空间格局形成、河流基本空间形态确定、生态护坡、湿地保护与恢复、水资源保护与利用、生态公益林、生物多样性保护等方面对川北河进行系统性的生态设计。川北河生态设计的提出和实施为川北河生态恢复、生物多样性保护及流域总体生态环境改善提供了合理可行的操作方案,将产生积极的推动和引导作用。以可持续发展理念为指导的河流生态设计为从系统性和科学性角度探索了河流合理的利用方式奠定了良好的基础,在此基础上需要深入探讨其与河流乡土景观保护与利用设计、河流游憩空间开发设计、河流景观廊道设计等方面的有机结合,进而形成完善的河流生态景观设计体系,在这一体系指导下,以期在实践中构建功能完整的河流生态景观空间格局,进而营造出河流的乡土性、自然性和体现社会服务功能。这一河流保护与利用合理结合的方式将有助于实现河流的可持续发展,对进一步提高我国河流生态景观的环境效益和社会效益具有一定的实践意义。

作者:王正超孙振元单位:中国林业科学研究院院部园林高级工程师中国林业科学研究院林业所研究员

景观恢复生态设计论文责任编辑:杨雪    阅读:人次