遼河保護區坑塘濕地恢復研究

段亮，宋永會*，張臨絨，徐微雪，郅二銓，趙偉偉

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

遼河是我國七大江河之一，改革開放以來，隨著遼河流域的開發和工業化、城市化加速，遼河流域生態環境日趨惡化，生態系統結構功能逐漸退化，已成為制約遼寧中部地區經濟和社會發展的重要因素[1-2]。“十一五”期間，隨著國家和地方對流域治理力度的加大，遼河治理取得突破性進展，實現了干流水質CODCr消滅劣Ⅴ類的目標。為了鞏固遼河干流治理成果，實現可持續發展的長遠目標，2010年，遼寧省劃定了遼河保護區，設立遼河保護區管理局，這是國內成立的第一個以保持流域完整性和生態系統健康為宗旨的流域綜合管理省級行政機構[3-4]。遼河保護區的首要任務是開展遼河干流重要支流口人工濕地群構建、坑塘濕地群建設與恢復，以及牛軛湖、回水段濕地、干流河岸區濕地生態修復[5]，通過水利調控和濕地恢復措施，增加濕地面積，形成健康的濕地生態系統，增強生態調節功能，為生物提供良好的棲息地，為遼河干流生態完整性恢復奠定基礎。

遼河干流上段沙質良好，適合建筑，長期以來一直有采沙活動。自遼河保護區成立后，采沙活動已被禁止，但由于長期挖沙，留有大量面積不等的沙坑。遼河沙坑主要分布在清河口—馬虎山段，沿途100多km河道上沙坑數量眾多，很多已形成水面，這為建設坑塘濕地提供了基本條件。針對保護區內自然形成以及人工形成的各類坑塘，利用引水溝渠將其與河流連通形成相對開放的水體，在保證河流暢通的基礎上建設濕地，可以增加區域生物多樣性和景觀多樣性，有效凈化河流水質。

1 坑塘濕地建設

1.1 坑塘濕地恢復方法與技術路線

坑塘濕地恢復主要包括：1)濕地位置選擇。依據現有沙坑分布情況，選擇沙坑集中區，構建坑塘濕地群[6]，主要集中在清河口—馬虎山段。2)濕地構建方法。結合遼河水系流向，整治沙坑區下墊面，通過坑與坑、坑與河道之間的水系聯通技術，形成遼河干流連通水面，并綜合考慮沙坑區面積、地勢、水文、基質和生物等相關因素，確定濕地構建相關設計參數，給出工程布局。3)濕地植物搭配。坑塘濕地植物選擇以恢復土著種為主，可選擇性栽種控污型沙生植物，如杭子梢、苦參、黃芩等，植被栽種主要選擇坑塘濕地岸灘和沙心洲[7]。技術路線如圖1所示。

圖1 坑塘濕地群恢復技術路線Fig.1 The technical roadmap of pond wetland group ecological restoration

1.2 坑塘水系連通技術

遼河干流沙坑區主要分布在上游河段，擬建設坑塘濕地30個，可分為3段，包括鐵嶺坑塘濕地群段、沙寶臺坑塘濕地群段和石佛寺坑塘濕地群段，最終形成具有遼河特色的坑塘濕地群。坑塘濕地群水系連通包括坑與坑、坑與河道之間的水系流動，修建寬2～3 m的連通渠，深度根據現有沙坑深度和河道水深設定，建成后達到豐水期全部淹沒、平水期連通渠水流暢通、枯水期連通渠斷流的效果。其中石佛寺段典型坑塘濕地群分布見圖2。

圖2 石佛寺段典型坑塘濕地群分布Fig.2 The distribution map of typical pond wetland group in Shifosi section

鐵嶺坑塘濕地群段：該段自清河口至柴河口，共建設坑塘濕地12個，坑塘濕地沿河分布，水系連通以沿河道縱向為主，并間隔連通坑塘與主河道之間水流。

沙寶臺坑塘濕地群段：該段自柴河口至汎河口，共建設坑塘濕地11個，坑塘濕地分布密集，水系連通可縱橫交錯。

石佛寺坑塘濕地群段：該段自汎河口至馬虎山公路橋橡膠壩，共建設坑塘濕地7個。坑塘濕地以沿河道縱向為主，并間隔連通坑塘與主河道之間水流。

1.3 坑塘濕地生態系統恢復技術

1.3.1 濕地下墊面整治

濕地系統的核心是基質-微生物-植物的復合生態系統，利用其復合系統的物理、化學及生物三重協同作用實現水質凈化。其中基質的作用是為植物的生長和微生物提供附著界面，自身直接通過物理化學作用凈化水體。遼河保護區現有坑塘在大小、下墊面、水文情況等方面差異顯著，坑塘濕地水系聯通后，以水系聯通優化為前提，需要整治濕地各組成部分下墊面。濕地的下墊面恢復主要是通過采取工程措施，維護基底的穩定性，穩定濕地面積，并對濕地的地形、地貌進行改造。下墊面恢復技術包括濕地基底改造技術、濕地水土流失控制技術、清淤技術等[8]。下墊面整治成適合植物梯度分布生長的地勢，形成淹水深度不同的水生、沼生、濕生和中生的生境，發揮坑塘濕地的生態效益。

1.3.2 植被恢復

濕地中的植物不但直接利用水體中的營養物，吸收富集水體中的重金屬等有害物質，而且為根區的微生物輸送氧并提供棲息地。植物選擇對濕地處理效果及維持濕地系統穩定性具有重要的影響。因此需根據遼河保護區坑塘濕地特征，選擇和搭配適宜的坑塘濕地植物。植物的選用原則：具有良好的生態適應能力和生態營建功能；具有很強的生命力和旺盛的生長勢；具有較強的耐污染能力；具有不對當地生態環境構成隱患或威脅的生態安全性；具有一定的經濟效益、文化價值、景觀效益和綜合利用價值[9]。考慮到遼河保護區坑塘濕地下墊面主要是沙質，植物恢復物種多選擇沙生植物，如苦參、牻牛兒苗、角蒿等，重污染區域坑塘濕地可搭配栽種當地土著控污植物，如蘆葦、香蒲等。最大程度恢復坑塘濕地群的沉水、漂浮、挺水等植物種群，發揮坑塘濕地的水質凈化能力。

1.3.3 生境恢復

濕地生境恢復對于保護濕地生態系統，維護生態平衡，改善生態狀況，具有十分重要的意義。濕地生境恢復的目標是通過采取各類技術措施，提高生境的異質性和穩定性，是濕地生態恢復中的重點和難點。坑塘濕地群生境恢復主要針對魚類和兩棲類生長環境，結合養殖業，實現浮游植物-浮游動物-小型魚類-大型魚類等食物鏈的完整和生物多樣性；構建坑塘濕地多重生存空間，為野生生物提供棲息地。濕地生境恢復技術主要包括物種選育和培植技術、物種引入技術、物種保護技術、種群動態調控技術、種群行為控制技術、群落結構優化配置與組建技術、群落演替控制與恢復技術等。

1.3.4 水文調控與管理

水文是濕地中最重要的生態過程，濕地通過水文過程進行物質和能量交換，從而控制著濕地的形成與演化，制約著濕地環境的生物、物理和化學特征，濕地水文過程恢復是坑塘濕地恢復的重要環節之一。通過研究坑塘濕地群水流流量與頻率變化、來水時間周期性變化對濕地生物的影響和濕地生物對水文變化的響應機制，利用橡膠壩調節和坑塘濕地群蓄水相結合的方法綜合調控濕地水文。坑塘濕地水文調控主要是通過抬高水位、修建聯通渠等水利工程措施來實現，具體包括濕地水文聯通技術、蓄水技術和生態補水技術。其中水文聯通技術主要是根據地形特點，通過地形改造等工程措施，合理調節和控制水位，優化坑塘濕地群水資源分配格局，重新建立起水體之間的水平和垂直聯系。

2 坑塘濕地建設工程設計

遼河保護區坑塘濕地的主要問題是含沙量大、水生態脆弱、自凈能力弱。遼河屬于多泥砂河流，由于長期挖沙而留下的沙坑并沒有相應生態恢復措施，加上流域降雨量的年際變化較大，長期裸露的沙坑加劇了水土流失和荒漠化程度，水體自凈能力弱。不僅危害到流域本來就十分脆弱的生態環境，同時造成河道內水生生態系統嚴重退化。目前國內關于采沙坑塘的生態恢復方面的研究鮮有報道。關于南方坑塘濕地的研究發現，其可以有效削減降雨徑流污染、綜合利用雨洪及發揮景觀功能[10-11]。因此，聯通已有坑塘，構建坑塘濕地群，形成健康的濕地生態系統，可有效增強其生態調節功能。遼河保護區坑塘濕地建設工程設計采用“近自然型”的設計理念[12-13]，通過建設坑塘濕地群，改變現有河道自凈能力弱、水量調控能力低的現狀，最大限度地削減河流內污染物濃度，提升河流自凈能力及水生態功能。

選擇9個典型坑塘濕地群，介紹其總體建設工程設計，包括坑塘濕地水網建設工程和水生植物群落重建工程。其中濕地水網建設工程主要由坑塘開挖、溝渠水系構建以及邊坡整治組成，通過在遼河干流河灘形成坑塘及湖泊水面，并在大水面處構建島嶼，以便于鳥類的棲息。水生植物群落重建工程通過在濕地內交錯種植蘆葦、蒲草等水生植物，形成水生植物帶，實現對干流懸浮物、CODCr和氨氮的有效去除[14-15]。

2.1 坑塘濕地水網建設工程

根據河道灘地的原始斷面形態及河床、河岸的相對高差，并密切聯系河道沿岸的土地利用情況，選擇遼河干流典型河灘區域開挖坑塘及湖泊，并采用溝渠連通，最終形成河道坑塘濕地群。坑塘濕地工程主要側重于水質凈化與增加生態水量。相關措施建設能夠增加909萬m3蓄水量，改善遼河流域生態環境。

2.1.1 鐵嶺興隆臺坑塘濕地群

位于沈陽開原市境內，緊鄰興隆臺村，地理位置123°45′41″E～123°47′26″E，42°28′37″N～42°30′29″N。該區域包括遼河干流1050線范圍內的防護林帶、灘涂地、水體。面積約1.7 km2。建設內容包括1.8 km2坑塘濕地群、坑塘濕地之間連接渠。為保障水體在濕地內的水力停留時間，恢復濕地水面面積0.5 km2，以及長800 m、寬10 m的連通渠。濕地群內根據現有坑塘分布情況，共建設5個小型坑塘濕地，達到增加水面、凈化水質的目的。

2.1.2 鐵嶺前下塔子河灘坑塘濕地群

位于沈陽鐵嶺市境內，緊鄰下塔子村，地理位置123°52′47″E～123°54′10″E，42°22′01″N～42°22′19″N，面積約1.5 km2。建設內容包括坑塘濕地、坑塘濕地之間連接渠，恢復0.4 km2水面，以及長600 m、 寬10 m的連通渠。共建設3個大型坑塘濕地、5個小型坑塘濕地。

2.1.3 鐵嶺勝臺子下游坑塘濕地群

位于沈陽鐵嶺市境內，緊鄰勝臺子村，地理位置123°43′25″E～123°49′10″E，42°17′52″N～42°19′03″N，面積約8.7 km2。建設內容包括坑塘濕地、坑塘濕地之間連接渠，恢復1.0 km2水面，以及長1.8 km、寬10 m的連通渠。共建設6個大中型坑塘濕地、4個小型坑塘濕地，形成規模較大的坑塘濕地網。

2.1.4 新民朱爾山河灘坑塘濕地群

位于沈陽新民市境內，緊鄰朱爾山村，地理位置123°31′21″E～123°35′44″E，42°11′02″N～42°15′31″N，面積約3.2 km2。建設內容包括濕地島嶼之間的湖泊水面，恢復0.8 km2的湖泊，建設7個小型島嶼，島嶼與島嶼之間由水面連接，以增加濕地蓄水量；此外，在遼河沿岸修建5個中小型坑塘濕地。

2.1.5 新民達連崗子濕地群

位于沈陽新民市境內，緊鄰達連崗子村，地理位置122°43′28″E～122°50′55″E，41°46′01″N～41°50′26″N，面積約8 km2。建設內容包括濕地島嶼之間的湖泊水面、湖泊與湖泊之間的水系流動連通渠，恢復1.2 km2的濕地水面。包括2個大型坑塘濕地，3個中小型坑塘濕地以及3個小型島嶼，島嶼之間為湖泊水面以增加蓄水量。

2.1.6 新民杏樹坨子大型濕地群

位于沈陽新民市境內，地理位置105°47′44″E～105°59′19″E，37°32′47″N～37°53′5″N。該區域北臨新民市北崗子凸起、皂角樹，南到遼中縣與新民市交界處。該區域遼河內存在4塊大面積灘涂，長8 km的牛軛湖，以及4個小的牛軛湖，面積約6 km2。建設內容包括濕地島嶼之間的湖泊水面、湖泊與湖泊之間的水系流動，恢復0.9 km2的水面，以及長1.2 km、寬10 m的連通渠。共建設5個坑塘湖泊，11個小型島嶼，形成濕地水網。

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2.1.7 遼中下萬子道路交錯帶濕地群

位于沈陽遼中縣境內，緊鄰下塔子村，地理位置122°37′54″E～122°38′28″E，42°22′01″N～42°32′38″N，面積約2.0 km2。建設內容包括濕地島嶼之間的湖泊水面、湖泊與湖泊之間的水系流動，恢復0.5 km2的水面，以及長1.8 km、寬10 m的連通渠。共建設5個中型坑塘湖泊、10個湖心島嶼，以及8個小型坑塘，以增加蓄水量和水質凈化能力。

2.1.8 遼中紅廟子橋下游濕地群

位于沈陽遼中縣境內，緊鄰大營崗子村，地理位置122°37′25″E～122°38′20″E，41°23′53″N～41°27′30″N，面積約6 km2。建設內容包括濕地島嶼之間的湖泊水面、湖泊與湖泊之間的水系流動，恢復0.7 km2的水面。共建設4個坑塘湖泊及12個小型島嶼，增加蓄水量；對已有的牛軛湖濕地進行擴建，形成濕地水網。

2.1.9 鞍山市圈河濕地群

位于鞍山市境內，緊鄰煙李村，地理位置122°15′07″E～122°17′17″E，41°10′51″N～41°12′39″N，面積約2.0 km2。建設內容包括濕地島嶼之間的湖泊水面、湖泊與湖泊之間的水系流動，恢復0.3 km2的水面，共建設3個坑塘湖泊及12個小型島嶼，形成濕地水網，增加水體自凈及水量調控能力。

2.2 水生植物群落重建工程

水生植物在濕地網中的應用主要分為水邊的植物配置，駁岸的植物配置，水面的植物配置，堤、島的植物配置等。配置時要考慮到物種搭配和生態功能，做到水體處理功能和觀賞功能統一協調。物種搭配應主次分明，高低錯落，符合各水生植物對生態位的要求，同時能充分發揮各水生植物的生態功能[16-17]。根據對遼河水生植物群落的調查，選用土著物種進行河道水生植物群落的重建。選定的挺水植物為蘆葦和茭草，沉水植物為菹草、金魚藻和苦草，浮水植物主要為水龍和浮萍。

根據工程建設的不同，水生植物群落重建工程可以分為2類：朱爾山以上以坑塘型濕地為主，主要包括興隆臺濕地群、前下塔子濕地群以及勝臺子濕地群，在該類型濕地中以挺水植物和浮水植物為主，選擇適合當地生境的植物種類進行水生植物群落重建；在朱爾山及以下的濕地群主要以形成湖泊水面和島嶼為主，包括朱爾山濕地群、達連崗子濕地群、杏樹坨子濕地群、下萬子濕地群、紅廟子濕地群以及圈河濕地群，在該類型濕地中主要種植挺水植物和沉水植物。

3 結語

遼河保護區坑塘濕地建設主要以現有沙坑為基礎，整體布局，結合遼河水系流向，通過坑與坑、坑與河水系聯通技術，形成遼河干流連通水面。構建的坑塘濕地群，可起到涵養水分和調節水量作用，使遼河成為景觀多樣化河流。坑塘濕地群植被以自然恢復為主，結合干流植被恢復措施，濕地植被類型以土著種為主，包括水生、沼生、濕生和中生。坑塘濕地群建成后，濕地群內水質優于干流水質。在確保次生污染可控的前提下，坑塘可選擇性進行漁業養殖，實現一定的經濟效益。

[1] 孟偉,張遠,鄭丙輝.遼河流域水生態分區研究[J].環境科學學報,2007,27(6):911-918.

[2] 張楠,孟偉,張遠,等.遼河流域河流生態系統健康的多指標評價方法[J].環境科學研究,2009,22(2):162-170.

[3] 李忠國.穩河勢、保水質、促生態:遼河保護區生態治理實踐[J].環境工程技術學報,2013,3(6):465-471.

[4] 李爽.劃區設局 探索流域管理新模式:訪遼寧省遼河保護區管理局局長李忠國[J].環境保護與循環經濟,2011(4):14-16.

[5] 姜英震,趙福.遼寧省遼河保護區遼河河流功能轉變探討[J].華北水利水電學院學報:社科版,2012,28(3):11-13.

[6] 段亮,宋永會,白琳,等.遼河保護區治理與保護技術研究[J].中國工程科學,2013,15(3):107-112.

[7] DAY J W,ARANCIBIA Y A,MITSCH W J,et al.Using ecotechnology to address water quality and wetland habitat loss problems in the Mississippi basin:a hierarchical approach[J].Biotechnology Advances,2003,22(12):135-159.

[8] DAVIS J A,FROEND R.Loss and degradation of wetlands in southwestern Australia:underlying causes, consequences and solutions[J].Wetland Ecology and Management,1999,7(12):13-23.

[9] FRANOISE B,JACQUES B.Landscape ecology concepts, methods and applications[M].New Hampshire:Science Publishers Inc,2003:18-24.

[10] 徐海順,蔡永立,張秋卓.自然坑塘對夏季降雨徑流污染的截流凈化效果[J]環境科學與技術,2013(3):105-110.

[11] 王艷穎,王沛芳,徐海波.坑塘濕地對生源要素氮的凈化效果[J].河海大學學報:自然科學版,2006(6):627-630.

[12] FELD C K,HERING D.Community structure or function:effects of environmental stress on benthic macroinvertebrates at different spatial scales[J].Freshwater Biology,2007,52:1380-1399.

[13] ARTHINGTON A H,PUSEY B J.Flow restoration and protection in Australian rivers[J].River Research and Application,2003,19(1):377-395.

[14] 鐘春欣,張瑋.基于河道治理的河流生態修復[J].水利水電科技進展,2004(3):12-14.

[15] 孫東亞,趙進勇,董哲仁.流域尺度的河流生態修復[J].水利水電技術,2005(3):11-14.

[16] 彭啟文.流域水生態承載力理論與優化調控模型方法[J].中國工程科學,2013,15(3):33-42.

[17] 任海,劉慶,李凌浩.恢復生態學導論[M].2版.北京:科學出版社,2008. ?