萬學(xué)匯,曹峻博

（蘭州文理學(xué)院，甘肅 蘭州 730010）

黃河自西向東流經(jīng)青海、甘肅、寧夏等9省市自治區(qū)。由于黃河常年從黃土高原流向下游，并且黃土高原土質(zhì)松散，導(dǎo)致黃河經(jīng)流黃土高原后，水體攜帶大量泥沙，成為全世界水土流失最多、最嚴重的河流，同時也是生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)[1-2]。黃河上游陸地與水源之間的交接區(qū)域形成大面積濕地區(qū)域，濕地具有水體區(qū)域的特點與陸地的特點，生態(tài)功能方面能夠?qū)崿F(xiàn)一個區(qū)域的氣候調(diào)節(jié)，還能夠?qū)崿F(xiàn)生物多樣性，并且能保護水源，降低污染情況，但是該區(qū)域濕地面積逐年縮減，含水量呈現(xiàn)遞減狀態(tài)，生態(tài)環(huán)境由于人為因素遭受嚴重破壞[3]，同時濕地最基本的功能逐漸衰弱[4]。

王倩等[5]提出了基于浮游生物群落和水文連通的黃河三角洲濕地優(yōu)先恢復(fù)節(jié)點篩選方法，研究了黃河中的浮游生物群落組成及結(jié)構(gòu)特征，利用多種植物組合構(gòu)建人工浮島，種植香蒲、蘆葦、千屈菜等挺水植物，提高黃河中的浮游植物和浮游動物的多樣性水平，從而提高潮溝系統(tǒng)的水文連通度或改變潮溝內(nèi)水流流速，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，但是該方法未修復(fù)河道、河灘，僅考慮了黃河水生態(tài)平衡。趙騰飛等[6]研究了黃河濕地孟津段生態(tài)環(huán)境狀況及對策，以依靠恢復(fù)濕地植物群落、滿足濕地生態(tài)需水量為主要恢復(fù)方法，并且通過改變耕種方式、科普宣教、加強管理的方式，保護濕地生態(tài)環(huán)境及動植物資源，在避免二次破壞的前提下修復(fù)濕地生態(tài)環(huán)境，但是該恢復(fù)措施未考慮修復(fù)河道空間結(jié)構(gòu)，修復(fù)措施存在局部現(xiàn)象。

針對上述問題，本文分析黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)措施與效果，引入無痕設(shè)計理念，從水生動植物修復(fù)、河道、河灘修復(fù)、重新構(gòu)造河道空間結(jié)構(gòu)和自然景觀修復(fù)等方面制定生態(tài)環(huán)境恢復(fù)措施，為黃河濕地生態(tài)環(huán)境治理提供參考依據(jù)。

1 黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)措施

1.1 研究區(qū)域概況

本文研究的黃河中上游濕地為河口鎮(zhèn)后端支流，長度約為65 km，南北橫向最窄處為0.8 m，最寬處為5.1 m。該區(qū)域常年受溫帶季風(fēng)氣候影響，雨熱同期，該濕地屬于黃土丘陵地貌，受到黃河沖擊后產(chǎn)生的沖擊扇平原濕地，富含豐富的水力資源。濕地生態(tài)平衡性脆弱，但是從記錄能夠看出，該區(qū)域存在大量珍稀動、植物。濕地自古便是農(nóng)耕地區(qū)，人類活動頻繁，據(jù)統(tǒng)計，目前該濕地農(nóng)耕區(qū)面積占面積的42.8%。交通網(wǎng)線縱橫交錯，分布多條國家級高速與國道，線路網(wǎng)復(fù)雜程度較高。水文特征受三峽水利工程和小浪底水利工程影響，發(fā)生了顯著變化。近3年濕地水文變化情況見表1。

從表1中能夠看出，本文所研究的濕地，夏季為豐水期，冬季為枯水期，豐水期時，黃河流量增大，而枯水期時，流量明顯減小。

該濕地存在大量人類活動痕跡，固體污染物、水源污染以及噪聲污染頻繁發(fā)生，生態(tài)環(huán)境遭受嚴重威脅。濕地內(nèi)水資源污染現(xiàn)狀如圖1所示。

表1 濕地水文情況Tab.1 Hydrology of wetland

圖1 濕地內(nèi)水資源污染現(xiàn)狀Fig.1 Present situation of water pollution in wetland

研究區(qū)域中人造魚塘、荷塘較多，對于研究區(qū)域發(fā)揮氣候調(diào)節(jié)的作用，同時還能為珍稀動物提供食物。該濕地受到多處水利工程影響，成為永久性農(nóng)田。發(fā)展農(nóng)業(yè)過程中必然使用大量化肥和農(nóng)藥，造成土壤與水源嚴重污染[7]。

有學(xué)者分析了該區(qū)域的植物群落情況，土壤中的有機物嚴重超標，生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴重破壞，同時由于大量水利工程的使用，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)水資源嚴重不足，人類頻繁活動造成區(qū)域內(nèi)濕地生態(tài)環(huán)境遭受嚴重破壞，導(dǎo)致森林覆蓋率低，如圖2所示。

圖2 植被生態(tài)環(huán)境森林覆蓋率Fig.2 Vegetation ecological environment forest coverage rate

根據(jù)圖2可知，達到100%森林覆蓋率的區(qū)域僅占研究區(qū)域的極少部分，其中森林覆蓋率在30%左右的面積較多，但是相對于研究區(qū)域而言，該森林覆蓋率遠遠低于預(yù)期，說明其遭到了嚴重的破壞，綠植面積急劇減少，生態(tài)失去平衡。

1.2 生態(tài)環(huán)境恢復(fù)堅持原則

（1）依法恢復(fù)生態(tài)環(huán)境。從20世紀中晚期開始，我國政府逐漸意識到保護濕地的重要性，并出臺一系列有關(guān)濕地保護的相關(guān)的法律法規(guī)，盡管法律法規(guī)能夠?qū)崿F(xiàn)中國濕地的相關(guān)治理，但是并沒有符合國際標準，部分法律條文不夠完善。因此，治理黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境前，政府需要發(fā)揮主導(dǎo)作用，頒布適合地方濕地治理的相關(guān)規(guī)定，實現(xiàn)依法治理，針對當?shù)剡`反規(guī)定的破壞濕地行為，制定嚴厲的處罰措施，保證濕地生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[8]。

（2）協(xié)調(diào)經(jīng)濟與生態(tài)發(fā)展。本文研究區(qū)域受到水利工程發(fā)展，部分區(qū)域完全轉(zhuǎn)換成農(nóng)耕區(qū)域，當?shù)鼐用褚虻刂埔?，積極發(fā)展經(jīng)濟，并且取得可觀成績。這種謀求經(jīng)濟發(fā)展的方式，影響分配濕地土地資源，農(nóng)田侵占濕地原有空間，導(dǎo)致經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境生態(tài)保護之間存在嚴重沖突，因此，為實現(xiàn)濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，需要先規(guī)劃經(jīng)濟與生態(tài)恢復(fù)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，既保護生態(tài)環(huán)境合理恢復(fù)，同時還需要不影響當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展[9]。

1.3 河道濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)措施

1.3.1 基于無痕設(shè)計理念的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)

無痕設(shè)計是一種全新的設(shè)計思想，從生命生存體征整體角度出發(fā)，更加高效、準確地修復(fù)人類生存環(huán)境，并且發(fā)揮調(diào)節(jié)生態(tài)的作用。無痕設(shè)計包含3個主要價值，分別為本體、溢價與元代共生。其中本體價值的根本目標是構(gòu)建更加健康的生態(tài)環(huán)境循環(huán)體系[10-12]；溢價價值體現(xiàn)社會價值，通過生態(tài)環(huán)境修復(fù)設(shè)計實現(xiàn)社會資源釋放；遠代共生機制主要是探索邏輯價值。無痕設(shè)計力求探索人與自然的和諧共處。常見生態(tài)環(huán)境恢復(fù)手段主要由要求開展修復(fù)的單位主導(dǎo)，例如政府或地方相關(guān)機構(gòu)，根據(jù)與這些部門的溝通結(jié)果，設(shè)計初步修復(fù)的草圖，溝通完成后深化設(shè)計，按照草圖中的內(nèi)容執(zhí)行設(shè)計方案[13]。但是無痕設(shè)計更加尊重自然生態(tài)規(guī)律，通過無痕設(shè)計修復(fù)生態(tài)環(huán)境時，既考慮政府的規(guī)劃要求，也考慮自然生態(tài)環(huán)境的發(fā)展規(guī)律，優(yōu)先考慮自然生態(tài)因素，采用無痕設(shè)計理念恢復(fù)黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境的步驟如下。

（1）現(xiàn)場勘查。分析研究區(qū)域的自然情況，確定提升整體生態(tài)修復(fù)效果的模式，探索解決現(xiàn)階段生態(tài)環(huán)境污染問題的策略[14-15]。

（2）概念化設(shè)計修復(fù)方案。整理生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的初步設(shè)計模型，并分析設(shè)計模型的可行性，結(jié)合黃河中上游河道的實際情況以及自然資源、設(shè)計合理性，確定最適合恢復(fù)的設(shè)計方案，整理方案細節(jié)內(nèi)容，實現(xiàn)設(shè)計最大化利用價值。

（3）草圖生成。初步深化設(shè)計方案樣本，盡可能設(shè)計多套修復(fù)方案[16]。

（4）檢測設(shè)計內(nèi)容。確定設(shè)計方案是否滿足地方政府（委托方）的生態(tài)環(huán)境修復(fù)要求，如果委托方不滿意設(shè)計內(nèi)容，返回步驟（2），重新結(jié)合研究區(qū)域的基本情況，制定全新設(shè)計方案。

（5）完善修復(fù)方案設(shè)計內(nèi)容。進一步深化濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)問題，使用可演示軟件或者計算機設(shè)備，在計算機端實現(xiàn)設(shè)計方案的演示，設(shè)計思路遵循自然生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，設(shè)計內(nèi)容既考慮資源獲取也綜合資源釋放原則，要求設(shè)計過程不破壞原有生態(tài)平衡，同時造成二次污染，實現(xiàn)真正意義上的無痕設(shè)計。

（6）最終設(shè)計結(jié)果呈現(xiàn)。通過效果良好的無痕設(shè)計方案，呈現(xiàn)黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)設(shè)計方案，該過程需要借助計算機設(shè)備，整合之前步驟的各個細節(jié)，呈現(xiàn)恢復(fù)效果[17-18]。

1.3.2 無痕設(shè)計生態(tài)環(huán)境恢復(fù)方案

按照以上無痕設(shè)計的步驟，設(shè)計黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)措施。派遣有關(guān)技術(shù)人員實地考察本文研究區(qū)域，深入了解研究區(qū)域的水質(zhì)、水流、含沙量等情況，確定生態(tài)系統(tǒng)情況與環(huán)境承載力，整合該濕地目前存在的諸多問題，以該數(shù)據(jù)內(nèi)容為基礎(chǔ)，請相關(guān)專家作出評價分析，并給出生態(tài)恢復(fù)建議，使用無痕設(shè)計理念，設(shè)計研究區(qū)域的各個主要區(qū)域生態(tài)環(huán)境恢復(fù)方案。

（1）河道補水防滲修復(fù)。本文所研究區(qū)域水源較為充足，冬季枯水期仍舊能夠達到249 m3/d，濕地范圍中均為活水，可利用水資源充沛，不需要采取補水措施，但是為防止堤壩發(fā)生滲水情況，在堤壩兩端種植合適植物，控制水土流失情況[19]。

（2）水生動植物修復(fù)。研究區(qū)域中由于優(yōu)異的濕地環(huán)境，生長、生存大量珍稀保護動、植物，通過人工濕地處理技術(shù)，結(jié)合水生態(tài)修復(fù)技術(shù)[20]，修復(fù)該區(qū)域中的珍稀動植物生存環(huán)境，從而恢復(fù)該黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境。

（3）河道、河灘修復(fù)。本文研究區(qū)域是典型的黃河中上游河道濕地，存在大面積河漫灘以及河道帶，河漫灘上分布大量不同種類的濕地植物，該植物影響濕地的污水治理、水土流失和濕地的生態(tài)系統(tǒng)，并且影響當?shù)厣锏亩鄻有匝葑?。河道兩端的綠化情況直接關(guān)系河岸水土流失情況，例如，根系發(fā)達的植物數(shù)量少，或者沒有種植高大喬木，大量珍稀飛禽沒有合適的棲息地，導(dǎo)致水土流失量大。因此，需要從河岸綠化與河灘修復(fù)2個角度，修復(fù)研究區(qū)域中的河道與河灘。

（4）重新構(gòu)造河道空間結(jié)構(gòu)。本文研究區(qū)域曾經(jīng)嘗試修復(fù)生態(tài)環(huán)境，但是該區(qū)域經(jīng)常發(fā)生洪水災(zāi)害，因此，為符合防洪需求，規(guī)劃改造過程中將河道改造設(shè)計為梯形，但是下游仍舊保持河道自然狀態(tài)，這種變化不利于下游排洪減災(zāi)，經(jīng)過實地勘察檢測，該種規(guī)劃也不符合河道空間的規(guī)劃。河道與淺灘區(qū)域的植被覆蓋率較低，破壞該區(qū)域的生態(tài)平衡。根據(jù)實際勘察結(jié)果，結(jié)合自然環(huán)境的需求，規(guī)劃整理河道空間，構(gòu)建完全不同的生態(tài)環(huán)境，進一步實現(xiàn)該區(qū)域的生物多樣性，為更多珍稀動物提供棲息地。

（5）自然景觀修復(fù)。在對濕地生態(tài)景觀進行修復(fù)時，需要從該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀出發(fā)，考慮當?shù)厝宋臍v史風(fēng)貌，遵循自然發(fā)展，依據(jù)無痕設(shè)計理念對其進行人為修復(fù)。采取這種方式可盡可能的保留自然風(fēng)貌，弱化人工影響，確保修復(fù)后的景觀更具自然性。

2 黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)效果

2.1 水資源污染恢復(fù)效果

研究區(qū)域經(jīng)濟文化繁盛，常住人口3萬余人，水資源遭受大量污染，破壞了黃河流域的生態(tài)環(huán)境。政府采取無痕設(shè)計方式控制該區(qū)域的點源污染，投資大量資金恢復(fù)水資源，興建大量污水管網(wǎng)，同時投資建立一處全新的污水處理廠，經(jīng)過一段時期治理恢復(fù)，水資源得到極大改善，治理后水資源變化效果如圖3所示。

采用本文方法對研究區(qū)域受污染水源開展一期治理后，經(jīng)過專家檢測，該研究區(qū)域的水資源已經(jīng)初步符合水資源應(yīng)用標準，同時污水處理廠改變治理措施，污水排放基本已經(jīng)達標。

在污水出水口位置，相關(guān)部門種植16.67 hm2蘆葦，蘆葦能夠二次處理污水，進一步凈化黃河水體。該措施屬于無痕設(shè)計，符合以自然恢復(fù)為主的概念，既保證水資源的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，還避免破壞濕地的原有自然景觀。

圖3 水資源生態(tài)恢復(fù)后效果Fig.3 Effect after ecological restoration of water resources

2.2 植被生態(tài)環(huán)境恢復(fù)效果

本文所研究區(qū)域水源主要來自黃河干流，水土流失嚴重。為緩解這種情況，需要使用根系較為發(fā)達的植物種植在濕地之中，水源沿岸種植根系發(fā)達且耐水的涵養(yǎng)植物，實現(xiàn)調(diào)節(jié)水質(zhì)與涵養(yǎng)水土，這類植物包括蘆葦、檉柳、楊樹、椿樹等。河道沿岸種植沙棘、桑樹、連翹等灌木提升植被覆蓋率。使用本文方法后，研究區(qū)域的植被覆蓋變化情況如圖4所示。

圖4 植被覆蓋率變化情況Fig.4 Change of vegetation coverage

由圖4可知，研究區(qū)域使用本文方法恢復(fù)生態(tài)環(huán)境后，植被覆蓋率出現(xiàn)顯著增長的狀態(tài)，并且大幅度擴大了植被覆蓋面積，其中100%森林覆蓋率增加最明顯，與圖2相比，其占比至少增加了數(shù)倍以上。大量灌木、喬木種植發(fā)揮水土保持作用。植被增加能夠保留天然降水，將天然降水下滲到土壤中的距離縮短，降低雨水對于土壤的沖擊。這些植被具有發(fā)達的根系，能夠?qū)ν寥腊l(fā)揮固定作用，防止水土流失加劇。為恢復(fù)研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，使用本文方法依靠人工種植的方式，種植大量灌木和喬木，使生態(tài)環(huán)境具有物種多樣性，栽種的部分植被生長情況見表2。

表2 植被種群組成Tab.2 Vegetation population composition

從表2中數(shù)據(jù)可知，為治理研究區(qū)域水土流失，人工種植大量根系發(fā)達的草本植物和高大樹木，蘆葦和衛(wèi)矛這些發(fā)揮關(guān)鍵作用的植物蓋度在55%～90%，高大的槐樹和桑樹這類灌木能夠發(fā)揮減緩降水的能力，堿蓬這種生長在鹽堿地的植物重要度僅為1.897%，說明該區(qū)域土壤鹽堿度低，適合大多數(shù)植物生長，大面積將蘆葦?shù)人参锓N植在濕地淺灘周圍，降低水源污染情況。因此，使用本文方法能夠明顯恢復(fù)濕地區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。

2.3 河道空間生態(tài)環(huán)境恢復(fù)效果

由于本文研究區(qū)域具有豐富的濕地資源與砂土資源，該區(qū)域為附近城市提供建設(shè)的砂料，但是大量人工開挖導(dǎo)致該區(qū)域河道深淺不同，地形破碎且河道遭受嚴重破壞。因此，需要重新構(gòu)建黃河道空間生態(tài)環(huán)境。依據(jù)本文方法合理規(guī)劃河道的空間結(jié)構(gòu)，規(guī)劃前后對比結(jié)果如圖5所示。

圖5 河道空間生態(tài)環(huán)境恢復(fù)Fig.5 Restoration of ecological environment in river channel space

由于本文研究區(qū)域交通網(wǎng)線錯綜復(fù)雜，并且砂料開采嚴重破壞河道空間，導(dǎo)致黃河濕地生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)較差的狀態(tài)；同時，大量建筑工程造成河道周圍的植被生存環(huán)境遭受破壞，也導(dǎo)致濕地環(huán)境喪失多樣性。因此，恢復(fù)河道生態(tài)景觀時，需要注重構(gòu)建河道的多樣空間。從圖5（b）河道空間結(jié)構(gòu)恢復(fù)的狀態(tài)可知，開展恢復(fù)工作以后，河道結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)多處自然彎曲，深淺河段交替，同時拓寬河道寬度，凹凸地形均勻分布，淺水區(qū)與深水區(qū)交替淺灘與深潭，部分區(qū)域布置島嶼與沼澤，依據(jù)無痕設(shè)計理念，構(gòu)建自然形態(tài)的河岸線與河底線，打造流速差異，為水生植物提供更多生長空間，本文的恢復(fù)措施有效改善了研究區(qū)域的濕地生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)了生態(tài)功能。

3 結(jié)論

黃土高原的整體生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，需要注意中上游河道濕地的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)問題。本文從黃河中上游河道濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)措施與效果角度著手，分析河道濕地治理的可用策略，采用無痕設(shè)計手段恢復(fù)當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，創(chuàng)造更加良好的濕地區(qū)域。經(jīng)過實際檢驗，通過無痕設(shè)計恢復(fù)研究濕地區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，獲得較為良好的修復(fù)效果，水資源、植被分布以及河道空間結(jié)構(gòu)均得到有效恢復(fù)。