黃河阿拉善段護(hù)岸植被配置設(shè)計

趙安琪，萬小瓊

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430070)

1 引言

人類活動造成了土地退化、資源短缺、生態(tài)系統(tǒng)破壞等一系列的環(huán)境生態(tài)問題，其中水土流失是世界上干旱、半干旱地區(qū)普遍存在的問題。盡管生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)和水土保持等領(lǐng)域的專家學(xué)者及從業(yè)人員已經(jīng)在流域或河道的水土保持和生態(tài)建設(shè)方面做了大量的研究和實踐工作，但在不同環(huán)境下如何因地制宜地解決問題仍然亟待進(jìn)一步探索。以黃河為例，其橫跨干旱、半干旱區(qū)域，流域內(nèi)分布有戈壁、沙漠等生態(tài)環(huán)境異常脆弱地區(qū)，土地退化、水源涵養(yǎng)能力降低，生態(tài)系統(tǒng)功能喪失等災(zāi)害頻現(xiàn)[1]。至20世紀(jì)末，黃河每年平均的輸沙量已超過10億t[2]，治黃主要矛盾集中于“水少、沙多、水沙調(diào)控能力不足”三大方面[3]。

阿拉善高原位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的西部的阿拉善盟，居亞歐大陸腹地，是典型的溫帶大陸性氣候。其特點(diǎn)是：氣溫日較差大、降水少、光熱充足、季節(jié)變化明顯。年均氣溫6～8.5 ℃，極端最低氣溫-36.4 ℃；最高氣溫41.7 ℃。降水集中在夏季的3個月份，大部分地區(qū)年降雨量在100 mm以下。終年多風(fēng)，沙塵天氣頻繁，是中國主要的沙塵暴源區(qū)。該地區(qū)植被主要有4個亞類型，即典型荒漠植被區(qū)、草原化荒漠區(qū)、荒漠化草原區(qū)和沙生植被區(qū)。烏蘭布和沙漠地區(qū)受環(huán)流影響，降水量小，降水量的年平均值為102.9 mm，年降水量的最大值僅為150.3 mm，年降水量的最小值僅為33.3 mm。年均氣溫不到10 ℃，絕對最高氣溫39 ℃，絕對最低氣溫接近-30 ℃。蒸發(fā)量的年平均值為2258.8 mm，無霜期長達(dá)168 d。黃河進(jìn)入內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟阿拉善左旗的入河口為寧夏回族自治區(qū)石嘴山市的北麻黃溝，入境地理坐標(biāo)東經(jīng)106°44′、北緯40°10′。于阿拉善左旗烏蘭布和嘎查處進(jìn)入巴彥淖爾市磴口縣，出境地理坐標(biāo)東經(jīng)106°51′、北緯40°10′。黃河在阿拉善盟境內(nèi)河長85km，流域面積3988 km2。黃河流經(jīng)內(nèi)蒙古最西端的阿拉善高原，流域內(nèi)有烏蘭布和、騰格里、巴丹吉林三大沙漠。近年來，由于每年向東南方向以8～10 m的速度侵蝕，烏蘭布和沙漠不僅給黃河帶去了泥沙和生態(tài)威脅，還對寧夏、內(nèi)蒙古等相關(guān)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)生活造成很大影響。因此在黃河阿拉善段建設(shè)防風(fēng)固沙、控制侵蝕的生態(tài)緩沖帶十分重要。

2 總設(shè)計方案介紹

國際上的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，以植物為基礎(chǔ)并結(jié)合部分水利、土木工程措施的生態(tài)工程設(shè)計在實踐中具有一定的可行性和可靠性。生物護(hù)岸工程不僅可降低土壤侵蝕的程度，還可抵抗洪水的沖刷[4]。奧地利的麗森河治理經(jīng)驗是生態(tài)河岸在歐洲的成功案例,通過輕微改變地形以及土壤、植物修復(fù)技術(shù)，麗森河的生物豐富度得以恢復(fù)[5]。此外，作為生態(tài)系統(tǒng)中大陸與水體的過渡帶和連接媒介，河岸緩沖帶這一典型的水陸交錯帶天然體現(xiàn)出明顯的邊際效應(yīng)[6]和特別的生態(tài)功效，如穩(wěn)定河岸、保持生物多樣性、遏制水土流失等。因此，河岸緩沖帶的設(shè)計同樣是進(jìn)行流域生態(tài)保護(hù)的一項重要措施。

鑒于黃河阿拉善段在氣候、水文、植被等方面具有引言中所述的特點(diǎn)，本文在查閱大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對比了目前常見的生態(tài)護(hù)岸和河岸緩沖帶的不同模式。以因地制宜、順應(yīng)自然為基本原則，針對該地區(qū)典型問題進(jìn)行護(hù)岸植被配置設(shè)計并利用AutoCAD、Sketch Up等繪圖工具對其進(jìn)行了展現(xiàn)。

總的方案是將生態(tài)護(hù)岸工程和河岸植被緩沖帶結(jié)合起來設(shè)計為一條阻止沙漠向黃河方向蔓延的生態(tài)廊道。由河邊向內(nèi)陸方向設(shè)置護(hù)岸緩坡和水平的防沙植物帶，其中緩坡部分包括石籠護(hù)岸、木樁護(hù)岸和麥草方格等措施，防沙植物帶包括4個功能區(qū)(圖1～2)。

3 生態(tài)護(hù)岸設(shè)計及工藝介紹

生態(tài)護(hù)岸系統(tǒng)在建造時要選擇防護(hù)效果佳又兼具生態(tài)效益、景觀效果的技術(shù)和模式，長江、黃河、渭河等河流沿岸都有豐富的護(hù)岸經(jīng)驗，上海、武漢、南京、咸陽、青島等地都進(jìn)行過城市河道的改造，使我們能對常見生態(tài)護(hù)岸模式的優(yōu)缺點(diǎn)有所了解。目前常見的生態(tài)護(hù)岸模式主要有自然草木、石籠、生態(tài)植生袋、棕纖維生態(tài)墊、連鎖式生態(tài)磚和柵欄護(hù)岸等[7～10]。

圖1 設(shè)計總圖

圖2 工藝流程

根據(jù)黃河阿拉善段的特點(diǎn)，將護(hù)岸主體設(shè)計為全斜坡式護(hù)坡，整體呈緩坡狀，結(jié)合實際的地形情況和需要設(shè)置相應(yīng)的坡度。從堤腳至堤頂分別是石籠護(hù)岸、木樁護(hù)岸和麥草方格(格中播撒草籽或栽種灌木)，洪水位以上為平坡，與河岸緩沖帶的植被相連，成為一個有機(jī)的整體。參考當(dāng)?shù)厮臄?shù)據(jù)，將本設(shè)計的洪水相對高程設(shè)計為2.3 m，將邊坡坡度設(shè)定為1∶2.5。

3.1 石籠的尺寸和材質(zhì)

用表面先熱鍍鋅的低碳鋼絲材料編織成網(wǎng)格狀石籠箱，網(wǎng)格的孔徑為10 cm左右。用內(nèi)、外邊徑分別為2.5 mm和3 mm的鐵絲編織成網(wǎng)格。石籠箱規(guī)格為1000 mm×500 mm×300 mm，將其放置在坡的底部，其中地下埋深200 mm，地上預(yù)留部分高度100 mm。使用時要將粒徑15～20 mm的塊狀石材填充到石籠內(nèi)部(圖3)。

圖3 石籠排列示意

3.2 木樁的尺寸和材質(zhì)

選擇易生根、耐干旱的柳枝作為材料，選取徑粗約為15 cm，長約80 cm的柳樁，通過機(jī)械打樁或人力方式在緩坡的指定高度將柳樁長度為65 cm的一段打進(jìn)土地，剩余長度為15 cm的部分留在地面。柳樁的間距為15 cm(圖4)。

圖4 柳樁排列示意

3.3 麥草方格的尺寸和材質(zhì)

選擇當(dāng)?shù)爻Ｒ姷柠溄兆鳛椴牧希谱鞒砷L、寬均為100 cm的正方形十字方格，用人工或機(jī)器將麥草壓入沙地之中，再將網(wǎng)格中央的流沙推到干草周圍進(jìn)行加固，在網(wǎng)格中撒入草籽或栽種灌木(圖5)。

圖5 麥草方格示意

4 河岸防沙植被帶設(shè)計

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，將這一防沙植物帶的寬度設(shè)置為100 m。依照本文的設(shè)計理念與黃河阿拉善段的特點(diǎn)，將鄉(xiāng)土植物作為首選，盡可能地選擇適合在特定地區(qū)生長、具有發(fā)達(dá)根系、能固定土壤、耐旱、耐鹽堿、耐貧瘠的物種[11]。此外，還應(yīng)考慮植物的莖、葉形態(tài)特征及地上部分的生物量[12]。根據(jù)上述原則共選擇12種先鋒植物并根據(jù)所選植物的生態(tài)特性、景觀特點(diǎn)對其在空間上作適當(dāng)?shù)陌才臶13]。具體布局如下。

(1)河岸植被緩沖帶在與河流走向垂直的方向上總體分為4個區(qū)域，依次為與護(hù)岸工程緊鄰的護(hù)坡泄洪區(qū)、喬灌草相結(jié)合的防風(fēng)固沙區(qū)、以經(jīng)濟(jì)作物和景觀作物為主的林業(yè)試驗區(qū)和直接阻擋外緣沙地侵蝕的邊界區(qū)。在緩沖帶之外還可視具體情況設(shè)置飛播封育帶，本文不作詳細(xì)討論。

(2)護(hù)坡泄洪區(qū)的主要功能是與生態(tài)護(hù)岸工程相配合，使護(hù)岸工程與河岸植被緩沖帶結(jié)合為一個統(tǒng)一的整體。同時，該區(qū)域可為凌汛期的河流提供一個用于泄洪的緩沖區(qū)。本文選擇具有護(hù)坡功能的紫苜蓿(MedicagosativaL.)和具有水土保持效果的檸條錦雞兒(CaraganakorshinskiiKom.)作為此處的主要物種，此外還可選擇一些耐鹽堿物種作為補(bǔ)充。

(3)防風(fēng)固沙區(qū)是本文所設(shè)計的生態(tài)廊道中最核心的部分，是實現(xiàn)“阻止烏蘭布和沙漠侵蝕黃河”這一目標(biāo)的關(guān)鍵。此處所選的物種均為常用于防風(fēng)固沙的鄉(xiāng)土植物，包括但不限于中國沙棘(Hippophaerhamnoidessubsp.SinensisRousi)、細(xì)枝山竹子(CorethrodendronscopariumFisch.etBasiner)、甘蒙檉柳(TamarixaustromongolicaNakai)、驢食草(OnobrychisviciifoliaScop.)等。

(4)林業(yè)試驗區(qū)主要承擔(dān)兩方面的功能，一是通過栽種合適的景觀作物增加“護(hù)岸-河岸緩沖帶”生態(tài)廊道整體的觀賞性和休閑性，體現(xiàn)以人為本的設(shè)計思想，本文選擇月季花(RosachinensisJacq.)和甘蒙檉柳(TamarixaustromongolicaNakai)為主要物種；二是通過對經(jīng)濟(jì)作物的試驗性種植，探索可行的林業(yè)種植模式，為大規(guī)模沙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考和積累經(jīng)驗，本文選擇甘草(GlycyrrhizauralensisFisch.)、葡萄(VitisviniferaL.)、斜莖黃耆(AstragaluslaxmanniiJacquin)為主要物種。考慮到生物多樣性對生態(tài)安全的重要意義，在實踐中建議間種其它牧草品種。

(5)邊界區(qū)是本文的生態(tài)廊道中遏制烏蘭布和沙漠向黃河輸入泥沙的第一道防線，對整個設(shè)計的生態(tài)功能起著至關(guān)重要的作用，因此應(yīng)當(dāng)在這個區(qū)域布置防沙固沙效果最為明顯的物種。大白刺(NitrariaroborowskiiKom.)常生長在綠洲外圍沙地，其枝條平鋪于地，能積沙成丘，是優(yōu)良的固沙植物，應(yīng)作為邊界區(qū)的主要物種進(jìn)行種植。北沙柳(SalixpsammophilaC. Wang et Chang Y. Yang)抗風(fēng)沙、易繁殖，各地常用作造林植物，應(yīng)與大白刺配合使用。此外可根據(jù)實際需要選種其它植物以增加物種豐富度和生態(tài)穩(wěn)定性(圖6)。

圖6 植被帶景觀效果

5 討論與展望

目前有關(guān)生態(tài)護(hù)岸工程的理論與實踐常以凈化水質(zhì)、減輕水流侵蝕為主要目標(biāo)，常以城市河流為研究對象而對于荒漠化地區(qū)的河岸研究較少。本設(shè)計針對“烏蘭布和沙漠侵蝕黃河”這一特殊的生態(tài)問題，將“護(hù)岸”與“防沙”需求綜合考慮，設(shè)計出防沙植物帶與護(hù)岸工程相結(jié)合的生態(tài)廊道，可應(yīng)用于荒漠化半荒漠化地區(qū)的流域綜合保護(hù)。

大眾對于生態(tài)建設(shè)的了解和實踐在不斷進(jìn)步，然而生態(tài)建設(shè)是一個涉及諸多因素的復(fù)雜課題，由生態(tài)護(hù)岸工程和河岸植被緩沖帶組成的濱水生態(tài)廊道需要注意和尚未解決的問題仍有很多，特別是以下幾點(diǎn)。

(1) 要進(jìn)行長遠(yuǎn)、合理的規(guī)劃。所謂長遠(yuǎn)即是說要著眼全局，做好長期規(guī)劃；所謂合理即是說要實地了解，不能忘了因地制宜的原則。

(2)植被配置設(shè)計是整個生態(tài)廊道成功與否的關(guān)鍵，要加強(qiáng)有關(guān)植被篩選、培育和維護(hù)的研究。此外，本文的植被配置設(shè)計以先鋒植物為主、豐富度還有待提升，對于逐步恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)這一長遠(yuǎn)目標(biāo)而言還需不斷提升生物多樣性，更需要在實踐中不斷完善和補(bǔ)充。

(3)工程設(shè)計需要對施工區(qū)域做詳盡的調(diào)查，在以后的工作中若確定了具體地點(diǎn)仍然需要進(jìn)行詳細(xì)的實地察看和分析。