遼河保護區牛軛湖濕地恢復技術研究

段亮，宋永會*，郅二銓，張臨絨，趙偉偉，徐微雪

1.中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012 2.中國環境科學研究院城市水環境科技創新基地，北京 100012 3.沈陽化工大學環境與安全工程學院，遼寧 沈陽 110142

在平原地區的河流，隨著流水對河面的沖刷與侵蝕，河流彎曲嚴重，最后導致河流自然截彎取直，河水由取直部位徑直流去，原來彎曲的河道被廢棄形成湖泊，因其形狀恰似牛軛，稱之為牛軛湖[1-3]。遼河河道蜿蜒曲折，汛期徑流量大，河道淤積十分嚴重，致使彎曲的河道容易改道形成大量的牛軛湖。遼河干流牛軛湖的分布特點與泥沙淤積相似，西遼河和柳河下游平原段由于淤積嚴重，大大小小牛軛湖也相對較多。牛軛湖形成后，由于水量不足尤其是非汛期，致使河道濕地的面積萎縮，破碎化程度加劇，自然植被退化，動物的棲息環境惡化，變成荒棄河灘[4-5]。在常年積水的牛軛湖生長著各種水生植物和苔草、蘆葦等沼澤植物，有條件恢復成濕地系統。介紹了遼河保護區牛軛湖濕地恢復技術及牛軛湖濕地建設工程設計技術。

1 牛軛湖濕地恢復技術

1.1 牛軛湖分布情況及特點

遼河流域的西遼河、柳河和繞陽河沙丘質土壤水土流失嚴重，汛期大量泥沙被暴雨洪水夾帶匯入遼河干流，干流河流懸移質泥沙含量很高，大量泥沙在平原地帶淤積抬高河床形成遼河干流的泥沙基巖。遼河干流河道局部蛇曲發育，汛期時，河流對彎曲河道側向侵蝕作用嚴重，加上河道淤積嚴重，致使彎曲河道較易發生裁彎取直而改道形成大量牛軛湖[6]。

遼河泥沙主要來自上游流域的西遼河和柳河，西遼河上約有56%的泥沙淤積于西遼河平原段，柳河約有53%的泥沙淤積于柳河下游鬧德海至新民河段，遼河朱家房以下至河口河段，由于河道平緩和盤山閘的影響，河道淤積嚴重，輸沙量沿程遞減。牛軛湖的分布呈現出與泥沙淤積相似的特點，在泥沙淤積重的河段大大小小的牛軛湖分布較多，遼河下游牛軛湖數量則相對較少。西遼河至新民河段面積較大的牛軛湖達30多個。

牛軛湖形成過程中，河流以較快的流速在河道彎曲處在向心力的作用下向凹岸侵蝕，結果使一側堅硬的河岸形成較陡的側蝕凹槽，另一側面則由于流速降低大量泥沙淤積形成坡度較緩的灘面，這些為構建牛軛湖濕地提供了良好的先天條件[7-9]。

1.2 牛軛湖濕地恢復技術路線

牛軛湖濕地恢復技術路線如圖1所示。

圖1 牛軛湖濕地恢復技術路線Fig.1 The technology roadmap of the oxbow lake wetlands restoration

(1)濕地位點選擇

根據遼河干流橡膠壩建設和濕地網水利調控方法，配合牛軛湖濕地削減入河污染負荷，增強水體自凈能力，改善河流水質，水源涵養，調洪蓄洪，景觀多樣性等作用，在主河道上根據河道態勢選取具有構建大面積牛軛湖濕地優勢的河道進行牛軛湖濕地恢復。

(2)濕地下墊面修整及水利調控

利用牛軛湖的原始廢棄河道隔離牛軛湖濕地區域，設定濕地中心區和活動區的面積，對牛軛湖區域下墊面進行適當的坡度修整，在新河道一側根據汛期排水要求、牛軛湖濕地生態需水量設置水利設施進行水利調控，利用河道蓄水工程的橡膠壩抬升水位將牛軛湖區域灌水，形成穩定的生態水面，在凸面河灘形成淹水深度不同的水生、沼生、濕生、中生的生境。

(3)植被恢復及濕地自我修復

引種水生植物并使其成為優勢物種是生態修復的關鍵。濕地植物的恢復以牛軛湖區域原有的土著植物為主，根據不同淹水深度和不同的土壤質地選取不同類型植物播種或移植，形成穩定錯落有致的植物生境，為野生動植物、魚類和鳥類提供棲息地，形成具有自我恢復功能的牛軛湖濕地生態系統[10]。

1.3 牛軛湖濕地恢復技術

1.3.1 牛軛湖濕地恢復地點及范圍

根據遼河干流橡膠壩分布及遼河干流濕地網整體水利調控措施，配合牛軛湖濕地削減入河污染負荷，增強水體自凈能力，改善河流水質作用及水源涵養，調洪蓄洪，結合景觀多樣性及牛軛湖的分布情況，在福德店(橡膠壩)—柳河河口(橡膠壩)選擇33處典型牛軛湖進行濕地恢復，濕地中心區總面積87.83 km2(不包括濕地活動區)。其中，面積較大的牛軛湖有3段，分別是馬虎山橡膠壩—巨流河橡膠壩、巨流河橡膠壩—毓寶臺橡膠壩、毓寶臺橡膠壩—柳河河口(橡膠壩)。牛軛湖濕地在各橡膠壩間的分布數量及中心區面積見表1。

表1 牛軛湖濕地在各橡膠壩間的分布數量及中心區面積

1.3.2 牛軛湖濕地恢復具體要求

牛軛湖濕地以廢棄河道為濕地中心區邊界，對坡度較緩的凸面河灘進行適當的坡度修整，以便在牛軛湖淹水后在凸面河灘形成淹水深度不同的水生、沼生、濕生、中生的生境。牛軛湖新河道一側的水利設施根據牛軛湖濕地中心區生態用水量和防洪泄洪的要求設置。

通過坡面修整，牛軛湖濕地中心區在非汛期可以形成淹水深度不同的多種生境，根據不同生境特點通過引入適當先鋒種和建群種，使合適的土著水生植物成為優勢物種是生態修復的關鍵。根據牛軛湖當地的水體質量、土壤質地、水位高低，選擇耐污程度相當，土壤質地和需水合適的植物作為先鋒種、優勢種、建群種進行濕地植物生境恢復。在水深小于0.5 m的淺水區栽植蒲草、蘆葦等親水植物；若為沙質土壤則選擇杭子梢、苦參等沙土植物；若存在無水區則栽植灌木或多年生草本植物。水、土壤等物理生境和水生植物、魚等生物生境將為野生動植物和鳥類的遷徙、繁殖等提供棲息地，實現生物多樣性和景觀多樣性，促使牛軛湖濕地自我恢復[11-12]。

1.3.3 大型牛軛湖濕地建設

巨流河橡膠壩—毓寶臺橡膠壩段的牛軛湖形成十分典型(圖2)，橡膠壩間距離僅11 km，水利控制條件較好，計劃在該段通過下界面修整、植被恢復和水利調控建設36.93 km2的大型牛軛湖濕地，形成具有明水面、深水區、淺水區以及濕生、沼生、中生的多種生境，通過水生植被的恢復引導魚、蝦等水生動物群體的恢復，重新形成生物鏈完整、系統穩定和自我恢復的大型牛軛湖濕地[13-14]。通過對牛軛湖濕地中心區的自然封育，為大型水生動物和鳥類提供沒有人為干擾的良好棲息地，使其在中心區自由的棲息繁殖，實現生物多樣性、景觀多樣性和生態服務多樣性[15]。

圖2 巨流河橡膠壩—毓寶臺橡膠壩段牛軛湖濕地Fig.2 The planning map of oxbow lake wetlands between the rubber dam of Juliuhe and Yubaotai

2 牛軛湖濕地建設工程設計

以巨流河牛軛湖濕地、蘭旗險工牛軛湖濕地及后歪脖樹牛軛湖濕地為例，介紹牛軛湖濕地建設工程設計。

2.1 工程總體設計

2.1.1 天然濕地恢復范圍

巨流河段包括巨流河流域、沈家崗子附近河道支流、自然積水溝、河漫灘、沖蝕階地和養息牧河的河道支流、自然積水溝、河漫灘及沈家崗子附近的大型牛軛湖、水塘、排水溝渠等地；蘭旗險工段牛軛湖濕地包括三面船閘以東，新三面船村以南，團山子村以西，二道房村，徐家崗以北收回的廢棄農田、河漫灘等區域；鐵嶺后歪脖樹牛軛湖濕地帶0.8 km2，范圍包括后歪脖樹西北街以北，龍王廟以西的天然牛軛湖和楊家塘坊以北的天然牛軛湖。

2.1.2 天然濕地恢復措施

(1)在天然植被稀疏的地段實行保護措施，提高植被蓋度，促進天然植被恢復和自然生境改善，對濕地保護區內所有森林、灌木及草本植物都要嚴格封禁，對濕地草場要嚴禁放牧，促進生物種源的恢復和發展。

(2)對濕地的草甸和沼澤地植被，實行嚴格的管理措施。對濕地內具有天然下種能力且分布均勻的喬、灌木區域，如果幼苗密度在600～900株hm2，具有萌芽能力，根株密度為750～900株hm2，應進行封育，加快植被恢復，濕地封育面積8 000 hm2。其中，喬木樹種包括新疆楊、垂柳、刺槐、速生楊、火炬樹、家榆、五角楓等；灌木包括杞柳、連翹、榆葉梅等。喬木采用自然式組團栽植，所有喬木均帶冠，灌木要求品字形栽植，地被植物要求達到滿鋪效果。種植蘆葦、荷花等水生植物，紫花苜蓿等地被花卉。

2.1.3 濕地水生植被恢復與補種

通過人工措施來引種和恢復蘆葦、香蒲、水蔥、睡蓮等水生植物，形成濕地特有的植物群落，既能調節濕地的功能，又能為野生動物提供棲息地。研究表明，蘆葦、香蒲等濕地植物有很強的耐鹽和耐污能力，對鹽分和有機污染物具有很強的吸收和富集能力，同時蘆葦又具有很高的經濟價值，通過蘆葦的收割，就可以將水體中的鹽分和污染物轉移，達到凈化的效果。葦沼的恢復又為水禽、魚類等濕地生物營造了棲息地。項目計劃引種和恢復蘆葦、香蒲、水蔥、睡蓮等水生植物1 000 hm2。

2.1.4 濕地恢復用水估算

巨流河牛軛湖濕地自然生態植被現狀面積為36 km2，聯網后的巨流河牛軛湖濕地網包括巨流河以東、遼河干流以西的牛軛湖、沈家崗子以西的牛軛湖濕地區域。通過增容，擴大牛軛湖原有河道寬度，每年到豐水期，河水暴漲，大量的洪水倒灌入牛軛湖濕地。

蘭旗險工牛軛湖濕地群自然生態植被面積22.23 km2，后歪脖樹牛軛湖濕地帶包括中心面積0.8 km2的湖心島，恢復濕地帶面積29.0 km2。

目前維持現狀需生態水3.0億～4.0億m3。濕地保護區建設項目年需水6.0億～6.5億m3，可滿足水源要求。

2.2 重點工程設計

2.2.1 引洪封育工程

對于濕地自然保護區的天然植被應進一步加大保護力度，嚴格執行與天然植被保護相關的政策法令，對天然植被全部采取封育措施。選擇人為破壞嚴重、天然恢復困難的地段，實行植物資源恢復工程。同時，建立相應的種苗基地，有計劃地選育鄉土植物，進行馴化、繁育和種植試驗，加快植被恢復的進程。

喬、灌、草一體的河谷地段和茂密的蘆葦蕩，是野生動物棲身和繁衍最為理想的場所。所以要特別注意保護好濕地內現有的天然次生林、灌叢和蘆葦沼澤，并且要用封育的方式，盡可能增加天然次生林、灌叢和沼澤植被資源。結合當地的實際情況，根據現有植被的分布情況及立地條件的不同，劃分為喬灌型、灌木型、灌草型等封育類型。根據封育區條件和封育目的，確定封育年限：喬灌型，6年；灌木型，5年；灌草型，4年。經過牛軛湖濕地的凈化作用，保證進入遼河水系的水質達到GB 3838—2002的Ⅳ類水質標準(CODCr為30 mgL,氨氮濃度為2 mgL)。具體工程地點、建設內容及具體措施見表2。

表2 引洪封育工程地點及建設內容

2.2.2 牛軛湖濕地面源污染阻控工程

通過坡面修整，牛軛湖濕地中心區在非汛期可以形成淹水深度不同的水生、沼生、濕生、中生的多種生境，根據不同生境特點通過引入適當先鋒種和建群種，使合適的土著水生植物成為優勢物種，利用水生植物對氮磷營養物的吸收，達到水質凈化的目的。

巨流河牛軛湖濕地建設(工程1)：巨流河牛軛湖形成十分典型，計劃在該段通過下墊面修整、植被恢復和水利調控建設36 km2的大型牛軛湖濕地，形成具有明水面、深水區、淺水區、濕生、沼生、中生等的多種生境，通過水生植被的恢復引導魚、蝦等水生動物群體的恢復，重新形成生物鏈完整、系統穩定和自我恢復的大型牛軛湖濕地。

蘭旗險工牛軛湖濕地建設(工程2)：首先在蘭旗險工段修建牛軛湖濕地入水口引水堤，聚集流域水到達濕地，同時封堵河道彎曲段的一端，引導河水流向直道，彎曲部分逐漸形成牛軛湖濕地，同時對上游污染起到稀釋作用。

后歪脖樹牛軛湖濕地建設(工程3)：后歪脖樹湖心島利用現有的高地，在里側開挖排水渠道，形成四面環水的人工島。渠道進口要與原排水渠道底高程相同，為便于形成水面，出口高程要高于原排水渠道對應點高程0.3 m，渠道開口寬度為15 m，邊坡比為1∶2.5；開挖渠道的土方堆積于湖心島上，使湖心島形成三級臺地，最上部為一級臺地，占地3 513 m2，二級臺地寬25 m，三級臺地寬5 m，三級臺地為原地面高程，一級臺地與二級臺地高差0.5 m，二級臺地與三級臺地高差0.3 m。

3 結語

遼河干流形成的大量牛軛湖有條件恢復成濕地系統。根據遼河干流濕地網整體水利調控措施，配合牛軛湖濕地削減入河污染負荷及牛軛湖的分布情況，在遼河保護區范圍內選擇典型牛軛湖33處進行牛軛湖濕地恢復。通過下墊面的修整、生態水位的保持及合適先鋒種和優勢種的引種，重構遼河牛軛湖濕地的沉水、漂浮、挺水等植物種群和適宜魚、鳥等動物生存的自然環境，再通過自然封育，使牛軛湖生態系統進入自我恢復和自然演替階段，實現大型魚類-小型魚類-浮游動物-浮游植物等食物鏈完整性和生物多樣性豐富的生態系統，全面恢復牛軛湖濕地的生態功能和系統結構。牛軛湖濕地系統與遼河干流連通，與支流河口濕地、坑塘濕地、回水段濕地一起構成遼河干流濕地網絡，形成由不同規模、錯落有致的濕地構成的具有自我恢復功能的河流濕地生態系統，能夠增強遼河水體自凈能力，改善河流水質，同時發揮其水源涵養、調洪蓄洪、氣候調節、生物多樣性維持、景觀多樣性等生態功能。

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