CN111074838B - 一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法，首先对河道进行调查和勘测，再进行生态修复区位置确定、布置丁坝、清淤形成深潭、河漫滩构建、确定生态恢复植物的种植区域等操作；本发明依据水生生物对水文及生境条件的需求，对河道形态进行适当的改造，同时在不同的生境区域配置适宜的水生生物种类，有效修复河道生态系统，提高河道的自净能力、恢复生物多样性并提升生态系统的功能；同时，该修复方法在不影响河道行洪能力的情况下，增加河流堤岸的稳定性，在提升河流的生态功能、景观功能和社会功能方面均有优异效果。
Description
技术领域
本发明涉及河流生态环境治理技术领域，具体是一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法。
背景技术
自然河流河道形态多变，包含深潭、浅濑和河漫滩等多样化的生境类型，生物栖息地异质性很高，为水生植物、底栖动物、鱼类和水鸟等提供优质的摄食和栖息场所，在生物多样性和生态系统功能维持上起重要作用。考虑到防洪、发电、航运、灌溉等需求，世界上多数河流经过了人工化的改造，包括拦河筑坝、裁弯取直、渠道化、硬质护岸等。这些河道改造工程在带来巨大的社会经济效益的同时，也导致河道栖息地异质性丧失、生物多样性下降、自净能力减弱、生态系统功能退化等诸多生态环境问题。受损河道生态系统的修复，其核心是恢复河道生物栖息地及其异质性。
针对河道生物栖息地的修复，现有技术主要从恢复流态多样性和稳固岸线的角度出发，包括河道清淤、构建丁坝、构建生态护岸等工程措施。这些技术主要从水文水利的角度出发，很少考虑水生生物对水文和生境条件的需求，缺乏对生态修复边界条件的量化认识，因而实际修复效果并不理想；目前，基于水生生物需求的河道生态修复技术鲜有报道。
针对上述情况，我们提供了一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法，用于对河道生态系统进行修复。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法，包括以下步骤：
1)对河道进行调查和勘测，确定河道形状，河道平均水深，底质，河道近2-5年内的平均水位、最低水位、最高水位和春季植物萌发期平均水位；
2)确定生态修复区位置，并在生态修复区中布置丁坝；
3)以丁坝坝头为顶点，向河道上游、下游布设石笼，形成以河岸和石笼弧线组成的封闭性区域；
4)在生态修复区对面确定清出区域，清淤，形成深潭；
5)将清出区域清出的淤泥填充至生态修复区，形成河漫滩；
6)在河道内及河漫滩上种植水生、湿生植物，完成生态修复区的构建；
7)重复以上步骤，在河道两岸交替布置多个生态修复区，完成生态修复。
较优化的方案，步骤6)中，具体包括以下步骤：
a)在河道中位于春季植物萌发期平均水位延伸至河道水深1m以上区域，种植沉水植物；
b)在河漫滩中位于春季植物萌发期平均水位以上至河道近2-5年内平均水位的区域中，种植耐受淹没的湿生植物；
c)在河漫滩顶点以下至河道近2-5年内平均水位的区域中，种植耐受干旱的湿生植物和挺水植物。
较优化的方案，步骤2)中，当河道为弯曲形河道，选择河道凸岸且河岸稳定区域作为生态修复区；当河道为顺直河道，选择河岸稳定区域作为生态修复区。
本发明公开了一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法，首先对河道进行调查和勘测，确定河道的形状是弯曲型还是顺直型，了解河道水文、底质及堤岸等情况，确定河道的平均水深，并调查该河道近2-5年内的河道平均水位、最高水位、最低水位和春季植物萌发期平均水位，通过该勘测调查过程对河道进行整体情况的了解，便于操作人员后续进行生态修复区位置确定、河漫滩构建、确定生态恢复植物的种植区域等操作。
勘测调查结束后，在确定生态修复区位置时需要选择一个河岸稳定区域，来保证生态修复区的构建稳定性，当河道为弯曲河道，选择河道凸岸且河岸稳定区域作为生态修复区，当河道为顺直河道，选择河岸稳定区域作为生态修复区。
较优化的方案，步骤2)中，丁坝与河道下游河岸的夹角为60-90°，丁坝长度为河道宽度的0.25-0.5倍，丁坝坝头高度超过河道春季植物萌发期平均水位的0.5-1.0m。
本发明在确定生态修复区位置后，在生态修复区中修建丁坝，丁坝不仅可以起到导流作用，避免水流对河岸的冲刷，起到加固河岸的作用，而且在后续构建河漫滩时，丁坝也可以作为支撑稳定组件，保证河漫滩的构建。
较优化的方案，步骤3)中，封闭性区域的长度为河道宽度的1.5-2.5倍，封闭性区域中丁坝上游长度为下游长度的1.0-1.5倍。
较优化的方案，步骤5)中，河漫滩朝向河岸方向高度逐渐升高，河漫滩坡度为1:50-1:10，河漫滩最高点不超过河道近2-5年内的最高水位。
本发明在布置丁坝之后，在以丁坝坝头为顶点，向河道上游、下游布设石笼，石笼可以防止水流冲刷，能够在生态修复区外部形成稳固的支撑框架，此时以河岸与石笼弧线形成的封闭性区域可用于河漫滩的构建区域。
确定河漫滩构建区域之后，可在生态修复区对面确定清出区域，清出淤泥，此时清出区域可形成深潭，并将清出的淤泥填充至封闭性区域中，形成河漫滩，河漫滩朝向河岸方向高度逐渐升高，坡度为1:50-1:10，同时河漫滩最高点不超过河道近2-5年内的最高水位，这样可以保证在生态修复结束后，河漫滩顶部区域种植的耐受干旱的湿生植物能够生长，避免陆生植物的入侵，保证整个生态环境的稳定。
本发明在河漫滩构建形成后，根据河漫滩、河道近2-5年内的河道平均水位、最高水位、最低水位和春季植物萌发期平均水位等情况来确定各种恢复植物的种植区域；在河道中位于春季植物萌发期平均水位延伸至河道水深1m以上区域，种植沉水植物，沉水植物可种植在河道缓流区域，实际该区域基本处于水面以下，可以冠层型水生植物作为主要恢复植物，种类可在该河道区域本地物种中选择；河漫滩位于春季植物萌发期平均水位以上的区域，向上延伸至河道近2-5年内平均水位，在该区域内种植耐受淹没的湿生植物，主要以禾本科和莎草科植物为主；在河漫滩顶点以下区域，向下延伸至河道近2-5年内平均水位，在该区域内种植耐受干旱的湿生植物和挺水植物。
较优化的方案，步骤6)中，所述相邻生态修复区之间的长度为河道宽度的1-3倍。
本发明在恢复植物种植之后，生态修复区构建完成，依据该构建方案在河道两岸交替布置多个生态修复区，相邻生态修复区之间的长度为河道宽度的1-3倍。
较优化的方案，步骤4)中，清出区域的清淤深度为1.0-2.0m。
较优化的方案，所述耐受淹没的湿生植物为禾本科植物或莎草科植物；所述沉水植物为冠层型水生植物。
较优化的方案，所述耐受干旱的湿生植物为狗牙根，所述挺水植物为芦苇。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开的生态修复方法具有以下特点：
(1)本发明在河道两岸交替形成多个生态修复区，可对河道形状进行修饰，将顺直河道修饰为蜿蜒河道，恢复河流的自然形态。
(2)本发明在河道的生态修复区附近可形成激流、缓流、浅濑和回流区域，增加了流态多样性。
(3)本发明增加了水深梯度，在河道中形成深潭、浅水和河漫滩区域，增加了河道生境多样性。
(4)本发明将生境构建与水生生物的需求相结合，为鱼类、底栖动物和水生湿生植物提供栖息地，可有效恢复河流生物多样性、提升河道自净能力和自然景观。
本发明依据水生生物对水文及生境条件的需求，对河道形态进行适当的改造，同时在不同的生境区域配置适宜的水生生物种类，有效修复河道生态系统，提高河道的自净能力、恢复生物多样性并提升生态系统的功能；同时，该修复方法在不影响河道行洪能力的情况下，增加河流堤岸的稳定性，在提升河流的生态功能、景观功能和社会功能方面均有优异效果。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法的剖面布置示意图；
图2为本发明一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法的平面布置示意图。
图1中：1-河道近2-5年平均洪水位(最高水位)、2-河道近2-5年的平均水位、3-为河道近2-5年春季植物萌发期的平均水位、4-河道、5-沉水植物修复区、6-石笼、7-为耐受淹没的湿生植物修复区、8-耐受干旱的湿生植物和挺水植物修复区、9-丁坝、10-河漫滩。
图2中：11-深潭区域、12-浅濑区域、13-回水区域、14-丁坝、15-河漫滩、16-水流方向。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
中国科学院水生生物研究所的刘学勤等发明人根据该方案对某平原河道A进行生态修复，具体过程如下：
(1)对河道现状进行调查、勘测：确定河道形状，河道平均水深，底质，河道近2-5年内的平均水位、最低水位、最高水位和春季植物萌发期平均水位。
平原河道A：对河道调查勘测后发现，该河道为顺直型河道，河道宽度为40m，调查期间平均水深为1.5m，底质为淤泥，岸线为硬质化的人工堤岸。
该河流多年平均水位19.5m，最低水位18.0m，最高水位22.5m，同时该河道处于亚热带季风区，春季植物的萌发主要在2-3月，该时期河道的平均水位为18.2m。
(2)确定生态修复区位置：
平原河道A：在河道上游选择河道凸岸且河岸稳定区域作为生态修复的起始区。
(3)在生态修复区中布置丁坝：丁坝与河道下游河岸的夹角为60-90°，丁坝长度为河道宽度的0.25-0.5倍，丁坝坝头高度超过河道春季植物萌发期平均水位的0.5-1.0m。
平原河道A：在生态修复区中布置丁坝，丁坝与河道下游河岸的夹角为90°，丁坝长度为18m，长度为河道宽度的0.45倍，丁坝坝头高度设置为18.7m。
(4)以丁坝坝头为顶点，向河道上游、下游布设石笼，形成以河岸和石笼弧线组成的封闭性区域：封闭性区域的长度为河道宽度的1.5-2.5倍，封闭性区域中丁坝上游长度为下游长度的1.0-1.5倍。
平原河道A：在该河道中，以丁坝顶端为顶点，向上游和下游河道堤岸布设石笼，石笼高度为18.7m，所用石笼为铁丝网编制的笼体内装满块块组成，石笼直径为0.5m，块石直径为0.2-0.3m。
石笼将长度为80m的堤岸围住，堤岸长度为河道宽度的2倍，形成一个面积约1600m2的封闭性区域，该区域为河漫滩的构建区。
(5)在生态修复区对面确定清出区域，清淤，清淤深度为1.0-2.0m，形成深潭；
平原河道A：在枯水期用挖掘机将生态修复区对向河道的淤泥清出，填充至生态修复区内，河道清淤深度为2m，在清淤区域形成水深为3.0m的深潭。
(6)将清出区域清出的淤泥填充至生态修复区，形成河漫滩；河漫滩朝向河岸方向高度逐渐升高，河漫滩坡度为1:50-1:10，河漫滩最高点不超过河道近2-5年内的最高水位。
平原河道A：将清出的泥沙填充至生态修复区，由河道内向堤岸高程逐步升高，构建形成河漫滩，河漫滩坡度为1：10，最高处高程为20.0m。
(7)在河道中位于春季植物萌发期平均水位延伸至河道水深1m以上区域，种植沉水植物；在河漫滩中位于春季植物萌发期平均水位以上至河道近2-5年内平均水位的区域中，种植耐受淹没的湿生植物；在河漫滩顶点以下至河道近2-5年内平均水位的区域中，种植耐受干旱的湿生植物和挺水植物。
平原河道A：依据该区域的物候条件，在河道春季植物萌发期河道平均水位以下1.0m区域，种植沉水植物，主要为马来眼子菜和狐尾藻，种植密度为50株/m2。
在河漫滩高程18.2-19.5m的区域，选择湿生植物苔草作为恢复种类，采用地下茎移植，成片种植；
在高程19.5-20.0m区域，选择挺水植物芦苇和湿生植物狗牙根作为恢复种类，芦苇幼苗的种植密度为20株/m2，成团种植，形成丛簇状分布，狗牙根种植采用地下茎移植，成片种植。
(8)重复以上步骤，在河道两岸交替布置多个生态修复区，相邻生态修复区之间的长度为河道宽度的1-3倍，完成生态修复。
平原河道A：该河道从上游至下游沿河道两岸交替布置生态修复区，生态修复区间隔为150m，在2000m河道布置生态修复区14个。
结论：采用该技术方案，修复河道2000m，在修复区形成蜿蜒河道，恢复河流的自然形态，河道中增加了修复区河道流态的多样性，形成激流、缓流、浅濑和回流区域；同时在修复区河道内形成深潭、浅水和河漫滩区域。
根据后期监测，修复河道区水质得到较大提升，水体透明度由50cm提升至80cm，生物多样性得到极大的提升，底栖动物多样性由10种上升至15种；水生植物多样性由3种上升至13种，水生湿生植被盖度由1％上升至20％；修复区域鱼类种群数量明显增加，整个修改区河道自净能力和景观效果得到明显改善。
综上，本发明依据水生生物对水文及生境条件的需求，对河道形态进行适当的改造，同时在不同的生境区域配置适宜的水生生物种类，有效修复河道生态系统，提高河道的自净能力、恢复生物多样性并提升生态系统的功能；同时，该修复方法在不影响河道行洪能力的情况下，增加河流堤岸的稳定性，在提升河流的生态功能、景观功能和社会功能方面均有优异效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)对河道进行调查和勘测，确定河道形状，河道平均水深，底质，河道近2-5年内的平均水位、最低水位、最高水位和春季植物萌发期平均水位；
2)确定生态修复区位置，并在生态修复区中布置丁坝；
3)以丁坝坝头为顶点，向河道上游、下游布设石笼，形成以河岸和石笼弧线组成的封闭性区域；
4)在生态修复区对面确定清出区域，清淤，形成深潭；
5)将清出区域清出的淤泥填充至生态修复区，形成河漫滩；
6)在河漫滩上种植水生、湿生植物，完成生态修复区的构建；
7)重复以上步骤，在河道两岸交替布置多个生态修复区，
完成生态修复；
步骤6)中，具体包括以下步骤：
a)在河道中位于春季植物萌发期平均水位延伸至河道水深1m以上区域，种植沉水植物；
b)在河漫滩中位于春季植物萌发期平均水位以上至河道近2-5年内平均水位的区域中，种植耐受淹没的湿生植物；
c)在河漫滩顶点以下至河道近2-5年内平均水位的区域中，
种植耐受干旱的湿生植物和挺水植物；
步骤5)中，河漫滩朝向河岸方向高度逐渐升高，河漫滩坡度为1:50-1:10，河漫滩最高点不超过河道近2-5年内的最高水位；
步骤2)中，丁坝与河道下游河岸的夹角为60-90°，丁坝长度为河道宽度的0.25-0.5倍，丁坝坝头高度超过河道春季植物萌发期平均水位的0.5-1.0m。
2.根据权利要求1所述的一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法，其特征在于：步骤2)中，当河道为弯曲形河道，选择河道凸岸且河岸稳定区域作为生态修复区；当河道为顺直河道，选择河岸稳定区域作为生态修复区。
3.根据权利要求1所述的一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法，其特征在于：步骤3)中，封闭性区域的长度为河道宽度的1.5-2.5倍，封闭性区域中丁坝上游长度为下游长度的1.0-1.5倍。
4.根据权利要求1所述的一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法，其特征在于：步骤6)中，所述相邻生态修复区之间的长度为河道宽度的1-3倍。
5.根据权利要求1所述的一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法，其特征在于：步骤4)中，清出区域的清淤深度为1.0-2.0m。
6.根据权利要求2所述的一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法，其特征在于：所述耐受淹没的湿生植物为禾本科植物、莎草科植物中的任意一种；所述沉水植物为冠层型水生植物。
7.根据权利要求2所述的一种基于水生生物对水文条件需求的河道生态修复方法，其特征在于：所述耐受干旱的湿生植物为狗牙根，所述挺水植物为芦苇。
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