北京懷柔區沙河干涸河流生態治理初探

寇忠泰，婁會品，高甲榮，王 穎，王 越，顧 嵐

(1.北京市懷柔區水務局，北京101400;2.北京林業大學教育部水土保持和荒漠化防治重點實驗室，北京100083)

1 干枯河道環境問題

我國北方地區河流多為季節性間歇河流，只有少部分流域面積有少量基流[1]。有的河道因上游修建水庫或攔水壩等工程措施，導致下游河道經常處于斷流狀態，除遇到豐水年，河道基本無水，有的河流濕地演化成河灘沙地，導致地下水位下降，河流生態系統的景觀功能消失;河道斷流導致廢水和廢物的滯留，加劇對水環境以及周圍環境污染;裸露河床成為建筑、生活垃圾堆放場，加大了對河流生態環境恢復重建的障礙[2];干枯河道沙石裸露，砂石盜取又造成河道無防無堤，沙坑遍布，棄石堆積，不僅影響河道過流行洪能力，也導致河岸帶生態環境效益退化、生物多樣性減少、河流自我恢復能力逐漸降低等現象。

2 干枯河道綜合治理

2.1 治理思路

干枯河道治理既要考慮水利防洪、排澇、水資源利用的要求，又要考慮工程生態的要求，以便減輕人類活動對河流的威脅，維護河流生境多樣性、物種多樣性以及河流周邊環境景觀的營造。沙河生態治理以植物措施為主，工程措施為輔，既滿足了工程安全的治理要求，也改善了居民的生活環境。河流生態治理即河流及其周邊生態系統的恢復與保持問題，兼顧了人與自然的和諧與可持續發展[3]。涵蓋了系統論、水利工程學、生態學、景觀學、經濟學、社會學等多學科。涉及水利、園林、土地等多個部門，在安全經濟的前提下以期滿足防洪、輸水、生態、景觀等目標。

2.2 治理原則

傳統的河道治理工程，目的是改造和控制河流，以滿足人們防洪和水資源利用需求，卻忽視了河流生態系統本身的需求，造成河流自然特征逐漸消失、生物多樣性減少、生態功能降低等現象。因此，在干涸河流生態治理的過程中，除了保證豐水年過流泄洪的安全，同時，要注重恢復和改善河流生態系統功能。為此，在對沙河恢復河道自然功能的整治過程中，在充分考慮安全、生態、景觀、經濟效益等前提下制定以下原則:

2.2.1 工程安全原則 在治理過程中滿足河道體系的防護標準，保障岸坡穩定、正常行洪等原則，還要使工程結構對河流的生態系統沖擊最小化，減少工程對自然生態系統的損害[4]。

2.2.2 河道生態原則 在干枯河道整治過程中，必須從生態原則這個角度考慮河道建設方案，在自然河道的基礎上，以其原有的生態準則，根據優化環境的需求去建設和整治[5]。

2.2.3 河道景觀原則 在河道建設和整治過程中，河道景觀在建設中應以自然為主體，強調組成河道植物群落種類的多樣性和景觀的多樣性，在道路綠化和設計中考慮親水性[5]，營造一個良好的濱水景觀帶。

2.2.4 經濟效益原則 在河道治理過程中，協調安全與成本的關系，保障河流治理過程中的效益。

在喬、灌、草種選擇方面，在充分考慮造林立地條件和喬、灌、草生物學特性的基礎上，制定以下原則:

(1)適地適樹原則。選擇適宜河岸帶生態環境的鄉土樹種，可以有效防止外來物種的入侵，有利于河岸帶生態環境的健康穩定的發展。

(2)堅持便于管護的原則。選擇管理粗放，適應性強，耐干旱，耐貧瘠土壤、耐寒、耐澇、生活力強的品種，邊坡植物在具有護坡、水土保持、防風固沙效果的同時兼具景觀觀賞效果。

(3)堅持植物多樣性原則。在充分考慮生物多樣性和景觀效果的同時，注重喬、灌、草的立體配置模式，通過把不同生物學的樹種適當地進行混交，既能較充分利用空間、有利于各種植物在不同時期和不同層次范圍內利用光照、水分和各種營養物質，還能起到防止大面積發生病蟲害，降低植物看護成本，有利于生態系統的穩定性。

3 沙河流域干枯河道治理工程

3.1 研究區概況

沙河(40°24.59′N ，116°43.48′E)源于懷北棗樹林村。沙河位于北京市懷柔區懷北鎮與密云交界處，上游有大水峪水庫和青龍湖，沙河常年無水，處于干枯狀態，河道彎曲，河床寬窄不等，多年風沙沉積，形成大面積沙荒和沙丘，不少河段北方常年裸露的河道地面物質組成主要有:粉細沙、細沙和沙礫石，自然植被稀疏，整條河流顯的非常荒涼。

3.2 河道治理工程

研究區域為大水峪與神山村之間的河段，治理河道總長為5.5 km。試驗河段自然條件惡劣，為保證植物生長條件，先進行整地，平整因砂石盜取形成的沙坑和棄石堆;加固堤岸，在岸坡底部采用拋石和鉛絲籠護岸，防止河流對岸趾的沖刷和掏蝕;整個岸坡覆蓋30～50 cm厚的土壤，以改善岸坡的自然生長環境。植物護坡措施沿坡長方向由下到上依次為，10 m寬草+方磚護岸，5 m寬親水平臺，10 m河岸綠化林帶;岸堤頂部鋪設公路，以改善周圍居民的交通環境。

4 結果分析

4.1 河岸綠化林帶

本試驗采用截干造林的方法對河岸帶進行綠化。截干造林不僅提高造林成活率，而且減少運輸成本，是一種常用的造林方法。試驗中選取了4種植物材料，作為綠化林帶植物，分別為旱柳(Salix matsudana)，國槐(Sophora japonica Linn.)，白蠟(Fraxinus chinensis Roxb)，毛白楊(Populus tomentosa Carr)，研究不同植物材料對河岸帶環境的適應性。

由表1可以看出:試驗項目中所采用的植物材料在胸徑和截干高度因物種不同，表現出顯著性差別，白蠟的胸徑與其它植物有顯著性差別，基徑較小;不同植物材料的截干高度也表現出了顯著性的差別，旱柳和毛白楊的截干高度明顯大于國槐和白蠟，這是由于不同物種截干造林成活率有較大差別，施工中把較易成活的楊柳科植物材料(旱柳和毛白楊)，選取的截干高和胸徑較大，而成活率較低的國槐和白蠟選取胸徑和截干高較小的植株，以減少水分的損失量，保障造林成活率，可以看出，各個樹種的成活率達到了一定水平，介于83.6%～98.0%之間，本試驗造林成活率較高。

表1 不同植物材料的生長情況

不同植物材料的萌枝數也表現出顯著性差別，白蠟和毛白楊的萌枝數較少，與旱柳和國槐表現出顯著性差異。

不同植物材料的萌枝長也表現出顯著性的差異，由好到差依次表現為旱柳＞毛白楊＞國槐＞白蠟，可以看出旱柳生長狀況最好，對河岸帶環境適應性強，其它植物材料也表現出較好的適應性。

4.2 治理效果

4.2.1 植物多樣性增加 沙河治理工程實施后，改善了岸坡的生態環境，邊坡植物長勢良好，為生物提供了生存和繁殖的環境，增加了生物多樣性，新增草本植物種有狗尾草(Setaria viridis L.Beauv)，馬齒莧(Portulaca oleracea L.)，灰灰菜(Chenopodium album Linn.)，馬 唐 (Digitaria sanguinalisL.Scop)，莧菜(Amaranthus mangostanus L.)，鴨跖草(Commelina communis)，羊胡子草(Eriophorum L.)，蒺藜(Tribulus terrester L.)，紫花苜蓿(Medicago sativa L.)，茜草(Rubia cordi f olia)，臭蒿(Artemisiahedinii Ostenf.et Pauls.)，委陵菜(Potentilla aiscolor Bunge)，艾蒿(Artemisia argyi)，馬棘(Indigof era pseudotinctoria Matsum)，蒼耳(Xanthium sibiricum)，虎尾草(Chloris virgata swartz)，牽牛花(Ipomoea nil)，苦萵菜(Sonchus oleraceus L.)，藿香(Wrinkled gianthyssop)等。

圖1 林下草本植物多樣性指數

在不同岸坡和不同截干造林樹種下，草本植物的多樣性指數變化較大(詳見圖1)，旱柳林地間的草本植物的Shannon-Wiener指數介于13.0～49.0之間，均勻度指數Pielou介于4.4～12.6之間;國槐林地下的草本植物 Shannon-Wiener指數范圍為 12.9～46.7之間，Pielou指數范圍為3.0～5.4;白蠟林地下的草本植物Shannon-Wiener指數在13.8～38.2之間，Pielou指數為3.8～9.9。在不同林地下草本植物多樣性波動范圍較大，這可能是由于在工程施工初期，還未形成穩定的植物群落，生態系統處于建設初期。工程實施后，草本植物的多樣性明顯增加，均勻度指數也達到一定的水平。

4.2.2 護坡效果 新增草本植物的枝葉和根系，不僅增加了植物蓋度，也增強了岸坡的抗侵蝕性。草本植物的蓋度高達98.0%(詳見表2)，旱柳林下草本植物蓋度為65.0%～98.0%，國槐為55.0%～98.0%，白蠟為55.0%～98.0%，各種不同截干造林植物林下蓋度都達到了較高水平，良好的植被蓋度減少了雨滴對地面的擊濺作用，生長良好的植物具有強大的根系，有研究表明[5]，土壤中草根的作用與鋼筋混凝土結構中的鋼筋類似，即根系增加了土壤的凝聚力、土壤與根系之間的摩擦力，提高了土壤的抗剪承載力;眾多研究表明[7-10]，植物根系可以提高土壤的抗侵蝕性，具有穩定土體的能力。因此，生長良好的草本植物對岸坡具有很好的防護作用，有效地防治水流以及降雨對岸坡的侵蝕。

表2 不同植物護坡下草本植物蓋度 %

4.2.3 生態效果 沙河治理工程實施后，示范區環境效果逐漸恢復，良好的植被生長不僅具有景觀功能，也改善了小環境，創造了優美的河岸帶環境。研究表明，植物對調節周圍的溫濕度具有顯著的效果[11];生長良好的植物形成了植被豐富的綠色生態帶和可持續發展的生態環境，不僅為生物提供了良好的棲息地，也改善了附近居民的生活環境;治理后平整了河道，改善了過流行洪的能力，保障了豐水年河道的安全(圖2，圖3)。

圖2 岸坡治理前后對比

圖3 河道治理前后對比

5 結語

隨著社會和經濟的發展以及人們對自然環境認識的增多，對河流的生態治理也越來越迫切，干枯河道治理具有較大的發展前景。干枯河道治理在北方河流生態治理中具有重要的地位，是河流生態整治的重要內容，生態治理規劃是干枯河道生態治理的主要部分。沙河生態治理以植物措施為主，工程措施為輔，既滿足了工程安全的治理要求，也改善了河岸帶的生態環境。在沙河治理中，采用的4種植物成活率介于83.6%～98.0%之間，成活率較高;植物材料的生物量在124.22～337.87 g之間，萌枝平均數為9～21，萌枝長在33.3～105.8 cm之間，各種植物材料的生長狀況良好，對示范區的環境具有較好的適應性。沙河治理工程實施后，河岸帶植物改善了立地條件，草本植物多樣性明顯增加，香農多樣性指數 Shannon-Wiener以及均勻度指數 Pielou達到了一定水平;草本植物蓋度高達98.0%，良好的植被蓋度也改善了河岸帶的抗侵蝕性，有效地防治降雨以及河道水流對岸坡的侵蝕;良好的植被環境不僅增加了景觀效果也改善了河岸帶的生態環境，沙河干枯河道治理取得了初步的成效。目前，有關河道生態修復治理的方式多種多樣，而其治理效益的發揮需要長期的過程，因此，沙河治理的后期生態效果還需要長時間的觀測。

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