CN104047263A - 适应于消落区水湾坡地的梯塘构造方法及梯塘结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应于消落区水湾坡地的梯塘构造方法及梯塘结构，构建方法主要包括步骤(1)构建“陆地——消落区——水体”的基础，(2)设置集水塘，(3)沿坡地将消落区及部分陆地修整为梯田，(4)沿梯田从下到上分别种植漂浮植物、挺水植物、喜湿植物及耐湿植物，并在水体区域内养殖鱼类；梯塘结构中，坡地为阶梯结构，所述阶梯结构上至少设有一个集水塘，所述集水塘内设有喷水器及输水管道，所述水体区域内设有潜水泵，所述输水管道设置在集水塘底部并与潜水泵相连通；所述梯田上相邻两梯间的高度差为0.3～1.5m，梯面宽度为1.5～15m；兼具水-土高效利用，面源污染防控与景观功能，特别适用于岸带有一定坡度、水位变化幅度较大的水库、江河或湖泊消落区。

Description

适应于消落区水湾坡地的梯塘构造方法及梯塘结构

技术领域

本发明属于水利、环境及生态修复领域，涉及一种适应于消落区水湾坡地的梯塘构造方法及梯塘结构。

背景技术

消落区是指水库、江河、湖泊等水体季节性涨落，使得水陆衔接地带的土地周期性淹没而形成的干湿交替地带。三峡工程形成了世界上面积最大(349km²)、落差最大(145-175m海拔高程间，垂直距离达30m)，与天然河流涨落季节相反(冬季高水位175m运行，夏季低水位145m运行)，具有高度景观异质性(半年水体，半年陆地，地形多样)的消落带。

作为水体与陆岸之间的第一道生态屏障区，消落带的生态系统健康直接关系到库区水质安全、生态安全和区域经济可持续发展。

自然消落带也称泛洪区或缓冲带，因长期自然演化作用，已建立起稳定的生态系统，植被覆盖度高，具备截留地表径流携带的污染物、保护野生动植物、维护生境多样性、审美等生态系统服务功能。

水库消落区作为新生生态系统，生境剧烈变化，生态环境脆弱敏感，生态系统演化方向不明确。退水之后一段时期内不容易建立植物群落，消落区裸露水面，受库岸径流和水库水浪冲击侵蚀，更易形成水土流失、岸体崩塌，不仅不能起到对水体的隔离保护功能，反而会携带更多的污染物和泥沙威胁库区水质和大坝安全，同时产生景观恶化等多种社会生态问题；但是，消落区在夏季退水后，大面积裸露的平缓岸带在成库前为水稻田、农耕地，或为重建岸带湿地系统提供了良好的基础。

目前消落区生态系统重建主要集中于植物品种的筛选与配置，栽培养护技术，或是护坡技术。这些措施仅针对消落带自身，而忽略了消落带与上部陆地、下部水体之间的生态关系，即未把陆地、消落区、水体作为一个整体生态系统来看待；且筛选出的木本植物面临无法长期适应大幅度水位变化的风险，植物死亡腐烂后进入水体，反而造成二次污染。

基塘是我国农耕时代，珠江三角洲地区几千年以来沿用的一种集约型农业生产模式。因其较高的生产力，系统内部的物质和能量循环利用，而成为近些年备受关注的农业生态工程技术、可持续性水-土资源利用方法之一。但是这种生产模式只适用于地势较为平坦的江浙，广东一带，鲜见运用在山区丘陵地带，且仅局限于农业生产，功能单一，未充分发挥生态系统的其他服务功能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种兼具水-土高效利用，面源污染防控与景观功能的梯塘构造方法及梯塘结构，用于具有一定坡度且水位变幅较大的岸带、消落区生态系统修复。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适应于消落区水湾坡地的梯塘构建方法，主要包括以下步骤：

(1)选择营养物和污染物易富集的水湾区域，以消落区为中间区，分别向陆地与水体方向划出5～10m的缓冲带，形成“陆地——消落区——水体”的构建基础；

(2)根据区域地理信息，确定径流路径，在陆地与消落区范围内至少设置一个用于收集上部坡面汇水的集水塘；

(3)对消落区及陆地做坡度分析，并沿等高线将消落区及部分陆地修整为梯田；

(4)以恢复生态学及景观生态学为理论指导，以消落区最低水位线为起点，沿梯田从下到上分别种植漂浮植物、挺水植物、喜湿植物及耐湿植物，并在水体区域内养殖鱼类。

进一步，所述步骤(2)中集水塘的容量大小根据一定时期内最大暴雨流入水湾的径流总量确定。

进一步，所述步骤(3)中梯田的梯面宽度根据坡度大小进行修整，当消落区及陆地的坡度小于15°时，梯面宽度为8～15m，两梯间高差为0.3～1.2m；当消落区及陆地的坡度大于15°时，梯面宽度为1.5～8m，两梯间高差为0.7～1.5m。

进一步，所述步骤(4)中的漂浮植物至少为菱角、芡实、睡莲中的一种，所述挺水植物至少为茭白、水葱、菖蒲、黄菖蒲、香蒲、千屈菜、荷花、再力花、花叶芦竹、美人蕉、荸荠、慈姑、纸莎草、马蹄莲、梭鱼草、薏仁中的一种，所述喜湿植物至少为香蒲、空心菜、雨久花中的一种，所述耐湿植物至少为荻、芦苇、野芋、芭蕉、甘蔗、枫杨、秋华柳、垂柳、水杉、池杉、落羽杉、中山杉中的一种。

进一步，梯田上还种植有固土植物，固土植物与挺水植物、喜湿植物及耐湿植物穿插种植。

进一步，所述固土植物至少为马唐、狗牙根、虉草中的一种。

进一步，所述水体区域内养殖的鱼类为草鱼、大头鲢及观赏鲤鱼，其中草鱼与大头鲢的比例为2:1，每公顷水面养殖的草鱼数量为600～800尾。

进一步，所述水体区域内清淤的淤泥作为集水塘底部的防水层，其上再铺设3～5cm厚的石子及陶粒混合物。

利用上述适应于消落区水湾坡地的梯塘构建方法所构建出的梯塘结构，包括位于水体与陆地岸带之间的坡地，还包括集水塘、潜水泵、喷水器及输水管道，所述坡地为阶梯结构，相邻两阶梯间的高度差H为0.3～1.5m，阶梯上的梯面宽度L为1.5～15m，所述集水塘设置在阶梯结构上端处，所述潜水泵设置在水体内，所述输水管道两端分别与集水塘及潜水泵相连。

进一步，所述集水塘的水平截面为三角形。

本发明的有益效果在于：

(1)不同于现有技术中的仅针对于某一点的工程改造，本发明根据消落区的特殊地形，以及与其他生态系统的联系性，创新性地提出了阶梯式基塘，实现系统内部物质能量多级利用与循环使用：上部集水塘的水用于中部梯田植被带灌溉，其塘底截留、淤积的泥沙用于修整、加固植被带；中部植被带的植物茎叶又可作为鱼塘草鱼饲料来源；而底部水域的水既可灌溉中部植被带，又可补给上部集水塘。

(2)通过对水、土及营养物质的高效利用，解决了消落区易发生水土流失、岸体崩塌等环境问题，同时降低了污染物和泥沙对库区水质和大坝安全的威胁，达到了有效控制污染负荷的目的。

(3)根据三峡库区水位涨落情况选择多种类型植物混合种植，系统既具有净化水质的作用，还具有一定的景观效果，同时还兼顾农业生产功能，能够获得一定的经济产出。

(4)该技术实施简便、造价低廉、管理较粗放，具有良好的环境及经济效益，特别适用于有一定坡度、水位变化幅度较大的岸带、消落区生态修复。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的示意图；

图2为梯塘结构的结构示意图；

图3为灌溉管路的结构示意图；

其中：陆地—A、坡地—B、水体—C、集水塘—1、喷水器—2、输水管道—3、潜水泵—4、灌溉管路—2a、主管道—2a1、支管—2a2、小管—2a3。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图所示，本实施例所述的适应于消落区水湾坡地的梯塘构建方法，主要包括以下步骤：

(1)选择营养物和污染物易富集的水湾区域，以消落区为中间区，分别向陆地与水体方向划出5～10m的缓冲带，形成“陆地(A)——消落区(B)——水体(C)”的构建基础。

(2)根据区域地理信息，模拟并确定径流路径，沿径流路径从高到低依次设置两个用于收集上游汇水的集水塘，其中高处的集水塘设置在陆地上，低处的集水塘设置在消落区上；集水塘的容量大小可根据10年一遇最大暴雨流入水湾的径流总量确定。

(3)对消落区及陆地做坡度分析，并沿等高线将消落区及部分陆地修整为梯田；此处的消落区应全部修整为梯田，同时可延伸对陆地进行修整，使两者在生态系统上形成一个连续的整体，可进一步提高该梯塘系统的稳定性；修整原则为：当消落区及陆地的坡度小于15°时，梯面宽度为8～15m，两梯间高差为0.3～1.2m；当消落区及陆地的坡度大于15°时，梯面宽度为1.5～8m，两梯间高差为0.7～1.5m。具体的：当消落区及陆地的坡度在5°～10°之间时，梯面宽度修整成9～15m，两梯间高度差为0.3～0.8m，阶梯边缘处的田埂可选用土坎；当消落区及陆地的坡度在10°～15°时，梯面宽度为8～10m，两梯间高度差为0.5～1.2m，阶梯边缘处的田埂可选用土坎；即坡度较小，梯面越宽，梯间高度差越小；当坡度在15°～20°之间时，梯面宽度为5～8m，两梯间高度差为0.7～1.5m；当坡度在20°～30°之间时，对应的梯面宽度为3～5m，两梯间高度差为0.7～1.5m；当坡度大于30°时，对应的梯面宽度为1.5～3m，两梯间高度差为1.0～1.5m；坡度大于15°时，阶梯边缘处的田埂优选用石坎，结构更加稳定可靠。

(4)以恢复生态学及景观生态学为理论指导，沿梯田从下到上分别种植漂浮植物、挺水植物、喜湿植物及耐湿植物，并在水体区域内养殖鱼类；其中植物的筛选因素主要包括耐水淹、能够配合岸带不同高程的淹水时间及淹水频率、固土护坡、可为湿地鸟类提供庇护所与食物来源、景观审美等；筛选原则为50％本土物种、30％本地湿地经济物种及20％安全(不会造成生物入侵)的观赏物种。

其中，步骤(4)中的漂浮植物至少为菱角、芡实、睡莲中的一种，挺水植物至少为茭白、水葱、菖蒲、黄菖蒲、香蒲、千屈菜、荷花、再力花、花叶芦竹、美人蕉、荸荠、慈姑、纸莎草、马蹄莲、梭鱼草、薏仁中的一种，喜湿植物至少为香蒲、空心菜、雨久花中的一种，耐湿植物至少为荻、芦苇、野芋、芭蕉、甘蔗、枫杨、秋华柳、垂柳、水杉、池杉、落羽杉、中山杉中的一种；具体混种方式可根据土壤含水情况、固土护坡及景观审美等因素综合确定。

作为上述方法的进一步改进，梯田上还种植有适应性强的固土植物，固土植物与挺水植物、喜湿植物及耐湿植物穿插种植，起到固土作用；其中，所述固土植物至少为马唐、狗牙根、虉草中的一种。

在本实施例中，所述水体区域内养殖的鱼类为草鱼、大头鲢及观赏鲤鱼，其中草鱼与大头鲢的比例为2:1，每公顷水面养殖的草鱼数量为600～800尾，当然，亦可养殖一些蟹类及贝类。

在本实施例中，所述水体区域内清淤的淤泥作为集水塘底部的防水层，其上再铺设3～5cm厚的石子及陶粒混合物，防止高地径流来水时造成水体浑浊。

利用上述适应于消落区水湾坡地的梯塘构建方法所构建出的梯塘结构，包括位于水体区域C与陆地A岸带之间的坡地B，所述坡地B为梯田结构(或称作阶梯结构)，所述梯田结构上至少设有一个集水塘1，所述集水塘1内设有喷水器2及输水管道3，所述水体区域C内设有潜水泵4，所述输水管道3设置在集水塘1底部并与潜水泵4相连通；所述梯田上相邻两梯间的高度差H为0.3～1.5m，梯面宽度L为1.5～15m。

由于三峡库区水位具有夏低冬高的特性，故水体区域C水位与集水塘1水位(主要依靠降雨补给)走势相反，春冬季集水塘1属于枯水季，潜水泵4通过输水管道3将水体区域C内的水补给至集水塘1，再通过喷水器2向植被灌溉；夏秋季水体区域C水位最低，集水塘1内汇水量大，集水塘1通过喷水器2向植被灌溉，过多的水则经过植被过滤、净化进入水体区域C内。

上述的喷水器2也可替换成灌溉管路2a，包括从集水塘1内引出的灌溉主管道2a1及并列设置在灌溉主管道2a1上的多根支管2a2，各根支管2a2上并列设置多根小管2a3，其中支管2a2的数量由梯田层数确定。

在本实施例中，所述集水塘1为倒三棱锥形，即水平截面为三角形、纵向截面为梯形。水平方向上，一个角为集水口，设置在径流路径上，便于收集汇水。

下面以三峡库区上某一水湾为例进行说明，具体构建过程如下：

该水湾处水位冬季最高，为175m，夏季水位最低，为170.28m，每年9月开始蓄水，次年7月左右到达最高水位，实施范围在高程170.28m至179m。水湾上部是山地丘陵，大部分已开垦为旱地或水田，水湾水体流动缓慢，有机物聚集。

分析该水湾处地形图、多年降雨量、水文特征、植被、土壤类型等，根据确定的径流路径及径流总量，在陆地及消落带上分别设置一个集水塘，上部的集水塘主要作用是收集高地径流汇水，中部的集水塘用于辅助收集。

经分析，该坡地处的坡度较小，地势较为平坦，故在170.5～175m高程内，每间隔0.5m修一级梯田，梯面宽为5～8m，在175～179m高程内，坡度较陡，每间隔1m修一级梯田，梯面宽为2～3m，每层梯田的坡度在0～5°。

各层梯田将根据土壤含水量变化分别种植漂浮植物、挺水植物、喜湿植物、耐湿植物，其中，170.28m处种植芡实；170.5m处种植混播的马唐与狗牙根；171m处种植芦苇；171.5m处混播虉草和水稻；172m处种植香蒲和甘蔗；172.5m处种植香蒲和茭白；173m处种植枫杨+秋华柳+马唐+狗牙根；173.5m处种植垂柳+中华蚊母+马唐+狗牙根；174m处种植水杉+中华蚊母+马唐+狗牙根；175m处种植垂柳+马唐+狗牙根；176m处种植垂柳+秋华柳+马唐+狗牙根；177m处种植垂柳+秋华柳+马唐+狗牙根；178m处种植枫杨+秋华柳+马唐+狗牙根；集水塘中种植睡莲；满足耐水淹、固土护坡、景观审美等需求。

水体区域内养殖了草鱼、大头鲢、观赏鲤鱼、蟹类及贝类，每公顷水面养殖草鱼700尾，草鱼与大头鲢比例为2:1。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种适应于消落区水湾坡地的梯塘构建方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)选择营养物和污染物易富集的水湾区域，以消落区为中间区，分别向陆地与水体方向划出5～10m的缓冲带，形成“陆地——消落区——水体”的构建基础；

(2)根据区域地理信息，确定径流路径，在陆地与消落区范围内至少设置一个用于收集上部坡面汇水的集水塘；

(3)对消落区及陆地做坡度分析，并沿等高线将消落区及部分陆地修整为梯田；

(4)以恢复生态学及景观生态学为理论指导，以消落区最低水位线为起点，沿梯田从下到上分别种植漂浮植物、挺水植物、喜湿植物及耐湿植物，并在水体区域内养殖鱼类。

2.根据权利要求1所述的适应于消落区水湾坡地的梯塘构建方法，其特征在于：所述步骤(2)中集水塘的容量大小根据一定时期内最大暴雨流入水湾的径流总量确定。

3.根据权利要求1所述的适应于消落区水湾坡地的梯塘构建方法，其特征在于：所述步骤(3)中梯田的梯面宽度根据坡度大小进行修整，当消落区及陆地的坡度小于15°时，梯面宽度为8～15m，两梯间高差为0.3～1.2m；当消落区及陆地的坡度大于15°时，梯面宽度为1.5～8m，两梯间高差为0.7～1.5m。

4.根据权利要求1所述的适应于消落区水湾坡地的梯塘构建方法，其特征在于：所述步骤(4)中的漂浮植物至少为菱角、芡实、睡莲中的一种；所述挺水植物至少为茭白、水葱、菖蒲、黄菖蒲、香蒲、千屈菜、荷花、再力花、花叶芦竹、美人蕉、荸荠、慈姑、纸莎草、马蹄莲、梭鱼草、薏仁中的一种；所述喜湿植物至少为香蒲、空心菜、雨久花中的一种；所述耐湿植物至少为荻、芦苇、野芋、芭蕉、甘蔗、枫杨、秋华柳、垂柳、水杉、池杉、落羽杉、中山杉中的一种。

5.根据权利要求1所述的适应于消落区水湾坡地的梯塘构建方法，其特征在于：梯田上还种植有固土植物，固土植物与挺水植物、喜湿植物及耐湿植物穿插种植。

6.根据权利要求5所述的适应于消落区水湾坡地的梯塘构建方法，其特征在于：所述固土植物至少为马唐、狗牙根、虉草中的一种。

7.根据权利要求1所述的适应于消落区水湾坡地的梯塘构建方法，其特征在于：所述水体区域内养殖的鱼类为草鱼、大头鲢及观赏鲤鱼；其中草鱼与大头鲢的比例为2:1，每公顷水面养殖的草鱼数量为600～800尾。

8.根据权利要求1-7任一项所述的适应于消落区水湾坡地的梯塘构建方法，其特征在于：所述水体区域内清淤的淤泥作为集水塘底部的防水层，其上再铺设3～5cm厚的石子及陶粒混合物。

9.一种利用权利要求1-8所述的适应于消落区水湾坡地的梯塘构建方法所构建出的梯塘结构，包括位于水体与陆地岸带之间的坡地，其特征在于：还包括集水塘、潜水泵、喷水器及输水管道，所述坡地为阶梯结构，相邻两阶梯间的高度差H为0.3～1.5m，阶梯上的梯面宽度L为1.5～15m，所述集水塘设置在阶梯结构上端处，所述潜水泵设置在水体内，所述输水管道两端分别与集水塘及潜水泵相连。

10.根据权利要求9所述的适应于消落区水湾坡地的梯塘结构，其特征在于：所述集水塘的水平截面为三角形。