CN112850907B - 一种考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造方法,属于生态保护和修复技术领域，分为以下几个步骤：1)修复区域识别，结合生态功能分区和景观格局现状，基于遥感数据进行识别分析；2)修复区域实地调查，主要针对地形、围堤围埝尺寸以及当地本土植物的生长情况；3)地形方案选取，选择地形营造方案，选取尺寸；4)地形营造；5)植被立体化配置，植被从挺水植物、浮水植物、沉水植物角度进行考虑。本发明通过以上设计，针对湖泊围堤围埝的改造问题，利用地形营造形成水陆过渡带，提高湖泊行洪能力，修复湖泊湿地生境，提升生物多样性，提高生态系统稳定性，并能防止和减轻水位变化引起的消落带的生态问题。

Description

一种考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造方法

技术领域

本发明属于生态保护和修复技术领域，尤其涉及一种考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造方法。

背景技术

湿地生态系统具有缓洪滞沥、调节气候、维持生物多样性等多种生态服务功能，与海洋和森林并称全球三大生态系统。湖泊湿地作为自然湿地的重要组成部分，受气候变化和强人类社会活动的影响，表现出湿地面积萎缩和生态功能破坏的颓势。人工围垦是造成我国各大湖泊面积萎缩的重要原因，据统计，由于人工围垦的影响，洞庭湖的水面面积由1949年的4350km²减少到1983年的2691km²。截至2016年，白洋淀围埝面积修建已达3万多亩，占淀区总面积的7％以上。围埝和台田的存在直接会影响到湖泊的调蓄能力和防洪安全。

目前对于湿地生态系统的修复越来越重视，其中不乏物理和化学方法。一般都是通过生态工程措施对受损的生境进行恢复与重建，旨在使其结构和功能恢复到干扰前的自然或生态平衡状态。具体多采用底泥生态疏浚、生物操纵、植物浮床等生态修复技术相结合的生境构建技术。以上技术方法一般仅关注湿地水环境的改善，缺少对于生物生境多样性的考虑。目前针对浅水湖泊的围埝或者鱼塘营造和修复方面的研究也较少，一方面是由于施工难度的问题，围埝或台田的土壤无法得到妥善处置，一方面也是缺乏营造方案的创新。在湿地水文条件中，水深梯度的控制不仅影响水力负荷、容积负荷，还影响到湿地植物、微生物的生长以及污水的净化效果，围埝陡坎式地形对于景观和生物多样性的形成也会造成消极影响。因此，开发一种基于土方量平衡，考虑岸坡稳定和生境多样性的浅滩湿地修复技术显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造方法，能够针对湖泊湿地围堤、围埝所造成的行洪不畅和破除土方量运输成本高等问题，考虑土方量的平衡进行岸坡稳定的浅滩湿地营造，在破除无序围埝的同时能够形成水陆过渡带，水深梯度的设定提供了涉禽、湿地植被等多种动植物的适宜生境，最终达到提高湖泊行洪能力和生物多样性的效果。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造方法，包括以下步骤：

S1、修复识别：利用遥感影像确定需要营造的浅滩湿地区域，并结合需要营造的浅滩湿地区域的生态功能规划分区和景观格局对待修复区域进行识别；

S2、调查修复区域：根据待修复区域的识别结果，对待修复区域的地形、围埝尺寸以及本土植物的生长情况进行调查；

S3、选择浅滩湿地地形营造方案：确定浅滩湿地的岸坡临界稳定条件，并根据待修复区域的地形和围埝尺寸，计算得到圆锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边半径，以及三棱锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边边长；

S4、地形营造：根据圆锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边半径以及三棱锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边边长，进行地形营造；

S5、植被立体化配置：根据本土植物的生长情况的调查结果，利用挺水植物、浮水植物以及沉水植物对所述营造的地形进行植被立体化配置，从而完成基于考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造。

本发明的有益效果是：本发明提供一种考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造方法，针对湖泊区域围堤、围埝所造成的行洪不畅和破除土方量运输成本高等问题，考虑土方量的平衡进行岸坡稳定的浅滩湿地营造，在破除无序围埝的同时能够形成水陆过渡带，水深梯度的设定提供了涉禽、湿地植被等多种动植物的适宜生境，最终达到提高湖泊行洪能力和生物多样性的效果。

进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：

S301、根据泥沙水下休止角确定浅滩湿地的岸坡临界稳定条件；

S302、根据所述浅滩湿地的岸坡临界稳定条件以及待修复区域的地形和围埝尺寸，计算得到圆锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边半径，以及三棱锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边边长。

上述进一步方案的有益效果是：基于泥沙水下休止角是泥沙颗粒在堆积过程中所呈现出的固有特性，因此其直接决定了岸坡的稳定性。

再进一步地，所述步骤S301包括以下步骤：

S3011、根据泥沙水下休止角，设定浅滩湿地的岸坡安全角度为小于等于18°；

S3012、根据所述岸坡安全角度确定浅滩湿地的坡比为小于等于1:3，完成对浅滩湿地岸坡稳定条件的确定。

上述进一步方案的有益效果是：在进行微地形重塑过程当中，会同时取用已经固结的泥土和水底的淤泥，故浅滩湿地的岸坡安全角度设定为不大于18°，坡比设定为不大于1:3，该坡比也为岸坡的上限值。

再进一步地，所述步骤S302包括以下步骤：

S3021、根据围埝的长度、宽度以及高度，计算得到围埝体积；

S3022、根据所述围埝体积，判断营造的浅滩湿地地形是否设置为圆锥体，若是，则进入步骤S3023，否则，将营造的浅滩湿地地形设置为三棱锥体，并进入步骤S3025；

S3023、分别计算得到圆锥体浅滩湿地的体积以及可利用土方量，并判断所述可利用土方量是否大于所述圆锥体浅滩湿地体积，若是，则所述可利用土方量全部用于营造浅滩湿地，且浅滩湿地的坡比设为小于1:3，并计算得到坡比为小于1:3时对应的圆锥体浅滩湿地的底边半径，并进入步骤S4，否则，进入步骤S3024；

S3024、判断所述可利用土方量是否等于所述圆锥体浅滩湿地体积，若是，则可利用土方量满足浅滩湿地的坡比满足1:3的条件，且将所述圆锥体浅滩湿地的底边半径设为3倍围埝的高度，并进入步骤S4，否则，所述可利用土方量小于所述圆锥体浅滩湿地体积，将浅滩湿地的坡比设定为1:3，以及所述圆锥体浅滩湿地的底边半径设为3倍围埝的高度，并计算得到需补充土壤的体积量，并进入步骤S4；

S3025、分别计算得到三棱锥体浅滩湿地斜面坡比为1:3时三棱锥体浅滩湿地的体积以及可利用土方量，并判断所述可利用土方量是否大于所述三棱锥体浅滩湿地的体积，若是，则所述可利用土方量全部用于营造浅滩湿地，且三棱锥体浅滩湿地的斜面坡比设为小于1:3，并计算得到三棱锥体浅滩湿地斜面坡比为小于1:3时对应的底边边长，并进入步骤S4，否则，进入步骤S3026；

S3026、判断所述可利用土方量是否等于所述三棱锥体浅滩湿地体积，若是，则可利用土方量满足浅滩湿地的斜面坡比满足1:3的条件，并计算得到三棱锥体浅滩湿地的底边边长，并进入步骤S4，否则，所述可利用土方量小于所述三棱锥体浅滩湿地体积，将三棱锥体浅滩湿地斜面坡比设为1:3，并分别计算得到所述三棱锥体浅滩湿地底边边长l₁以及需补充土壤的体积量，并进入步骤S4。

上述进一步方案的有益效果是：考虑了在不同可利用土方量情况下的尺寸方案，在保证浅滩湿地岸坡稳定的同时可充分对破除围埝的土方量进行利用。

再进一步地，所述步骤S3021中围埝体积的表达如下：

V_w＝L_w×W_w×H_w

其中，V_w表示围埝的体积，L_w表示围埝的长度，W_w表示围埝的宽度，H_w表示围埝的高度。

上述进一步方案的有益效果是：围埝的体积直接确定了浅滩湿地营造的可利用土方量。

再进一步地，所述步骤S3023中圆锥体浅滩湿地体积的表达式如下：

其中，V_z'表示圆锥体浅滩湿地的体积，H_w表示围埝的高度；

所述可利用土方量的表达式如下：

V_w取'＝(L_w-6H_w)×W_w×H_w

其中，V_w取'表示可利用土方量，L_w表示围埝的长度，H_w表示围埝的高度，W_w表示围埝的宽度；

所述浅滩湿地的坡比为小于1:3时对应的圆锥体浅滩湿地的底边半径的表达式如下：

其中，R表示浅滩湿地的坡比为小于1:3时对应的圆锥体浅滩湿地的底边半径，W_w表示围埝的宽度，L_w表示围埝的长度。

上述进一步方案的有益效果是：确定了可取用土方量较为充足时的圆锥体浅滩湿地的具体底边半径。

再进一步地，所述步骤S3024中圆锥体浅滩湿地的底边半径的表达式如下：

R＝3H_w

其中，R表示圆锥体浅滩湿地的底边半径，H_w表示围埝的高度；

所述需补充土壤体积量的表达式如下：

W_w补充＝V_Z'-V_w取'

其中，W_w补充表示需补充的土壤体积量，V_w取'表示可利用的土方量，V_Z'表示圆锥体的体积。

上述进一步方案的有益效果是：确定了可取用土方量不充足时圆锥体浅滩湿地需要补充的土壤体积。

再进一步地，所述步骤S3025中三棱锥体浅滩湿地的体积的表达式如下：

其中，V_l'表示三棱锥体的体积，H_w表示围埝的高度；

所述可利用土方量的表达式如下：

其中，V_w取”表示可利用土方量，L_w表示围埝的长度，H_w表示围埝的高度，W_w表示围埝的宽度；

所述三棱锥体浅滩湿地斜面坡比为小于1:3时对应的底边边长的表达式如下：

其中，L_l表示三棱锥体浅滩湿地斜面坡比为小于1:3时对应的底边边长，L_w表示围埝的长度，W_w表示围埝的宽度。

上述进一步方案的有益效果是：确定了可取用土方量较为充足时的三棱锥体浅滩湿的具体底边边长。

再进一步地，所述步骤S3026中三棱锥体浅滩湿地的底边边长的表达式如下：

其中，l₁表示三棱锥体浅滩湿地的底边边长，H_w表示围埝的高度；

所述需补充土壤的体积量的表达式如下：

W'_w补充＝V_l'-V_w取”

其中，W'_w补充表示需补充的土壤体积量，V_w取”表示可利用的土方量，V_l'表示三棱锥体的体积。

上述进一步方案的有益效果是：确定了可取用土方量不充足时三棱锥体浅滩湿地体积需要补充的土壤体积。

再进一步地，所述步骤S5中挺水植物包括芦苇、香蒲以及荷花；所述浮水植物包括睡莲、荇菜以及菱；所述沉水植物包括金鱼藻和菹草；

所述挺水植物的种植范围为常水位水面以上0.5m和水面以下1.0m；所述浮水植物的种植范围为常水位水面以下1.0～1.5m；所述沉水植物的种植范围为常水位水面以下1.5m以上。

上述进一步方案的有益效果是：针对湖泊区域围堤、围埝所造成的行洪不畅和破除土方量运输成本高等问题，考虑土方量的平衡进行岸坡稳定的浅滩湿地营造，在破除无序围埝的同时能够形成水陆过渡带，水深梯度的设定提供了涉禽、湿地植被等多种动植物的适宜生境，最终达到提高湖泊行洪能力和生物多样性的效果。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本实施例中营造区域识别示意图。

图3为本实施例中浅滩湿地的地形营造设置为圆锥体的示意图。

图4为本实施例中浅滩湿地的地形营造设置为三棱体的示意图。

图5为本实施例中浅滩湿地植物配置示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造方法，其实现方法如下：

S1、修复识别：利用遥感影像确定需要营造的浅滩湿地区域，并结合需要营造的浅滩湿地区域的生态功能规划分区和景观格局对待修复区域进行识别；

本实施例中，如图2所示，基于遥感影像识别需要和适合营造的区域，结合研究区的生态功能规划分区和景观格局现状，通过Google Earth或91卫图助手勾勒确定营造区域。

S2、调查修复区域：根据待修复区域的识别结果，对待修复区域的地形、围埝尺寸以及本土植物的生长情况进行调查；

本实施例中，主要针对地形、围埝尺寸以及当地本土植物的生长情况。具体调查数据包括围埝的长、宽、高，其中高度需要统计水面以上高度和水面以下高度，浅滩湿地的设立位置一般为围堤围埝的拐角处，根据实际情况最终确定营造区域的数量点。

S3、选择浅滩湿地地形营造方案：确定浅滩湿地的岸坡临界稳定条件，并根据待修复区域的地形和围埝尺寸，计算得到圆锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边半径，以及三棱锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边边长，其实现方法如下：

S301、根据泥沙水下休止角确定浅滩湿地的岸坡临界稳定条件，其实现方法如下：

S3011、根据泥沙水下休止角，设定浅滩湿地的岸坡安全角度为小于等于18°；

S3012、根据岸坡安全角度确定浅滩湿地的坡比为小于等于1:3，完成对浅滩湿地岸坡稳定条件的确定；

S302、根据浅滩湿地的岸坡临界稳定条件以及待修复区域的地形和围埝尺寸，计算得到圆锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边半径，以及三棱锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边边长，其实现方法如下：

S3021、根据围埝的长度、宽度以及高度，计算得到围埝体积；

S3022、根据围埝体积，判断营造的浅滩湿地地形是否设置为圆锥体，若是，则进入步骤S3023，否则，将营造的浅滩湿地地形设置为三棱锥体，并进入步骤S3025；

S3023、分别计算得到圆锥体浅滩湿地的体积以及可利用土方量，并判断可利用土方量是否大于圆锥体浅滩湿地体积，若是，则可利用土方量全部用于营造浅滩湿地，且浅滩湿地的坡比设为小于1:3，并计算得到坡比为小于1:3时对应的圆锥体浅滩湿地的底边半径，并进入步骤S4，否则，进入步骤S3024；

S3024、判断可利用土方量是否等于圆锥体浅滩湿地体积，若是，则可利用土方量满足浅滩湿地的坡比满足1:3的条件，且将圆锥体浅滩湿地的底边半径设为3倍围埝的高度，并进入步骤S4，否则，可利用土方量小于圆锥体浅滩湿地体积，将浅滩湿地的坡比设定为1:3，以及圆锥体浅滩湿地的底边半径设为3倍围埝的高度，并计算得到需补充土壤的体积量，并进入步骤S4；

S3025、分别计算得到三棱锥体浅滩湿地斜面坡比为1:3时三棱锥体浅滩湿地的体积以及可利用土方量，并判断可利用土方量是否大于三棱锥体浅滩湿地的体积，若是，则可利用土方量全部用于营造浅滩湿地，且三棱锥体浅滩湿地的斜面坡比设为小于1:3，并计算得到三棱锥体浅滩湿地斜面坡比为小于1:3时对应的底边边长，并进入步骤S4，否则，进入步骤S3026；

S3026、判断可利用土方量是否等于三棱锥体浅滩湿地体积，若是，则可利用土方量满足浅滩湿地的斜面坡比满足1:3的条件，并计算得到三棱锥体浅滩湿地的底边边长，并进入步骤S4，否则，可利用土方量小于三棱锥体浅滩湿地体积，将三棱锥体浅滩湿地斜面坡比设为1:3，并分别计算得到三棱锥体浅滩湿地底边边长以及需补充土壤的体积量，并进入步骤S4。

本实施例中，选择地形营造方案，主要包括以下几个步骤：

(1)确定岸坡稳定条件

本实施例中，泥沙水下休止角是泥沙颗粒在堆积过程中所呈现出的固有特性，直接决定了岸坡的稳定性。影响散粒体泥沙的水下休止角的主要因素有颗粒粒径及级配、颗粒矿物成分和粒面磨蚀程度。相关研究表明，散粒体均匀重质沙的水下休止角的范围为30.05°～39.5°，散粒体均匀轻质沙的水下休止角的范围为21.3°～26.1°，散粒体非均匀沙的水下休止角的范围为30.7°～33.3°，淤泥的水下休止角实测范围为16.1°～30.0°，坝前淤积物的水下休止角范围大多为18°～25°。在进行微地形重塑过程当中，会同时取用已经固结的泥土和水底的淤泥，故浅滩湿地的岸坡安全角度设定为不大于18°，坡比设定为不大于1:3，该坡比也为岸坡的上限值。

(2)营造方案计算与选取

对于自然湖泊湿地，尤其是对于设立自然保护区的的湖泊湿地而言，不能进行过多的工程措施干预，直接采用破除后的围埝土壤进行浅滩湿地营造，既会减少工程量，同时也会减轻对环境的影响。在保证方案预期效果的前提下，可充分利用破除后的围堤围埝土壤，实现破除量和取用量的土方量平衡。

在进行土方量平衡计算之前，应对围埝的长度L_w、宽度W_w、高度H_w进行调查，围埝体积直接决定了工程可取用土方量，围埝体积V_w计算公式如下：

V_w＝L_w×W_w×H_w (1)

浅滩湿地的地形营造采用两种方案，方案一为设置成圆锥体，方案二为设置成三棱锥体。由于围埝连接处大多以直角的形式存在，以下两种方案均在转角角度为90°的条件下进行论述。

方案1

如图3所示，圆锥体体积V_z可由以下公式计算可得：

式中，

表示转角弧度，此时为

R圆锥体浅滩湿地底边半径；H_z表示圆锥体浅滩湿地高度，与H_w一致。当坡比为1:3时，下底半径R可用3H_w表示。则圆锥体浅滩湿地体积V_z'可由公式(2)转为公式(3)表示：

由于与浅滩湿地相交部分的围埝需要保留，此部分围埝不作为可利用土方量，可利用土方量可由以下公式计算：

V_w取＝(L_w-2R)×W_w×H_w (4)

公式(4)可写为：

V_w取'＝(L_w-6H_w)×W_w×H_w (5)

当V_w取'>V_z'时，说明可用土壤较多，可全部用于营造浅滩湿地，此时的坡比小于1:3，岸坡更加稳定的同时，可增大浅滩湿地的面积。

本实施例中，结合公式(2)和公式(4)可计算得到圆锥体浅滩湿地的半径R，令V_w取'＝V_z'，可得：

求解R的一元二次方程，可求得：

当V_w取'＝V_z'时，说明可取用土壤正好满足坡比为1:3的营造要求，此时的R＝3H_w。

当V_w取'<V_z'时，说明可用土壤不够，坡比直接按照1:3设定,此时的R＝3H_w，需要补充土壤体积量为：

W_w补充＝V_Z'-V_w取' (7)

方案2

如图4所示，三棱锥体浅滩湿地体积V_l可由以下公式计算可得：

式中，L_l表示三棱锥体浅滩湿地的底边边长；H_l表示三棱体浅滩湿地的高度，与H_w一致。当中线(顶点与下底斜边中点的连线)坡比为1:3时，三棱体浅滩湿地与岸坡相交线的坡比为

下底边长V_l可用

表示。则三棱锥体浅滩湿地体积V_l'可由公式(8)化简为：

由于与浅滩湿地相交部分的围埝需要保留，此部分围埝不作为可利用土方量，可利用土方量可由以下公式计算：

V_w取”＝(L_w-2L_l)×L_w×H_w (10)

当中线坡比为1:3时，由公式(10)可转换为：

当V_w取”>V_l'时，说明可用土壤较多，可全部用于营造浅滩湿地，此时的中线坡比小于1:3，岸坡更加稳定的同时，可增大浅滩湿地的面积。

本实施例中，结合公式(8)和公式(10)可计算得到三棱锥体的底边边长L_l，令V_w取”＝V_l'，可得：

求解L_l的一元二次方程，可求得：

当V_w取”＝V_l'时，说明可取用土壤正好满足中线坡比为1:3的营造要求，此时的

当V_w取”<V_l'时，说明可用土壤不够，此时的中线坡比直接按照1:3设定，此时的

需要补充土壤体积量为：

W'_w补充＝V_l'-V_w取” (13)

本实施例中，由圆锥体和三棱锥体的侧表面积公式可以计算：

S_z＝πRl (14)

式中：l表示圆锥体浅滩湿地的母线长度；m表示三棱锥浅滩湿地的下底斜边长度；h表示三棱锥浅滩湿地的侧斜面的高度。

当圆锥体浅滩湿地坡比和三棱锥体浅滩湿地中线坡比设定为1:3时，圆锥体浅滩湿地母线长度l、三棱锥体浅滩湿地下底斜边长度m、三棱锥浅滩湿地的侧斜面的高度h可分别由公式(16)、(17)、(18)表示。

结合公式(14)、(16)、(19)可得到公式(21)的计算结果，结果公式(15)、(17)、(18)、(20)可得到公式(22)的计算结果。由公式(21)、(22)可知，圆锥体浅滩湿地侧表面积与体积比例显著大于三棱锥体侧表面积与体积比例，圆锥体浅滩湿地方案性价比更高，但施工难度更大。

S4、地形营造：根据圆锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边半径以及三棱锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边边长，进行地形营造；

本实施例中，根据圆锥体侧表面积与体积比例以及三棱锥体侧表面积与体积比例，进行方案比选，并进行地形营造施工。

S5、植被立体化配置：根据本土植物的生长情况的调查结果，利用挺水植物、浮水植物以及沉水植物对营造的地形进行植被立体化配置，从而完成基于考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造。

本实施例中，如图5所示，植被从挺水植物、浮水植物、沉水植物角度进行考虑，其中挺水植物可选取芦苇、香蒲、荷花等，浮水植物可选取睡莲、荇菜、菱等，沉水植物可选取金鱼藻、菹草等，最终形成立体化植被配置。浅滩湿地区域为湿地植被提供了丰富的生境，为一些涉禽、游禽以及一些小型湿地动物提供了栖息空间。通过湿地上植被的恢复，对土壤乃至周边水质中的PH值进行调节，同时对水土中的微生物含量也能起到一定的调整作用。其中挺水植物种植范围为常水位水面以上0.5m和水面以下1.0m，浮水植物种植范围为常水位水面以下1.0～1.5m，沉水植物种植范围为常水位水面以下1.5m以上。

下面举例对本发明进行说明

本实施例中，破除原有围埝，破除后的围埝泥土堆砌于转角位置，形成圆锥体，圆锥体高度为2.5m，水面以上为0.5m，坡比为1:3，底部半径7.5m。

圆锥体浅滩湿地的侧表面积S_c计算：

S_c＝π×l×(R+r)

表1

如表1所示，表1为，圆锥湿地不同水深区间面积分布。结合不同类型湿地植被生境对于水深的需求，常水位水深0.5以上区域适合芦苇、香蒲、荷花等挺水植物生长，水深0.5-1.0区域适合睡莲、荇菜、菱等浮水植物生长，水深1.0-2.0区域适合金鱼藻、菹草等沉水植物生长。基于以上考虑，在适宜条件下通过浅滩湿地的营造最终可新增挺水植物生境面积为7.45m²，浮水植物生境面积为9.31m²，沉水植物生境面积为29.80m²，合计湿地植物生境面积为46.57m²。相比于未营造之前的44.17m²，增幅不大，仅为5.43％，但整个湿地系统的稳定性增强，生境多样性提高。

本实施例中，破除原有围埝，破除后的围埝泥土堆砌于转角位置，形成三棱体，三棱体高度为2.5m，水面以上为0.5m，坡比为

底部边长为

三棱锥体浅滩湿地的侧表面积S_c计算：

表2

如表2所示，表2为三棱柱湿地不同水深区间面积分布。基于以上考虑，在适宜条件下通过浅滩湿地的营造最终可新增挺水植物生境面积为9.48m²，浮水植物生境面积为11.85m²，沉水植物生境面积为37.92m²，合计湿地植物生境面积为59.25m²，大于未营造之前的56.25m²，增幅为5.33％。经过统计，白洋淀重点保护鸟类觅食、筑巢的湿地生境需求，发现共有3种国家一级重点保护鸟类和13种国家二级重点保护鸟类对于湿地生境有着强烈需求，觅食区域基本也都集中在浅水水域、芦苇沼泽等区域，浅滩湿地的形成给这些鸟类的栖息和生存也会带来极大的便利。

Claims (6)

1.一种考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、修复识别：利用遥感影像确定需要营造的浅滩湿地区域，并结合需要营造的浅滩湿地区域的生态功能规划分区和景观格局对待修复区域进行识别；

S2、调查修复区域：根据待修复区域的识别结果，对待修复区域的地形、围埝尺寸以及本土植物的生长情况进行调查；

S3、选择浅滩湿地地形营造方案：确定浅滩湿地的岸坡临界稳定条件，并根据待修复区域的地形和围埝尺寸，计算得到圆锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边半径，以及三棱锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边边长；

所述步骤S3包括以下步骤：

S301、根据泥沙水下休止角确定浅滩湿地的岸坡临界稳定条件；

S302、根据所述浅滩湿地的岸坡临界稳定条件以及待修复区域的地形和围埝尺寸，计算得到圆锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边半径，以及三棱锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边边长；所述步骤S302包括以下步骤：

S3021、根据围埝的长度、宽度以及高度，计算得到围埝体积；

S3022、根据所述围埝体积，判断营造的浅滩湿地地形是否设置为圆锥体，若是，则进入步骤S3023，否则，将营造的浅滩湿地地形设置为三棱锥体，并进入步骤S3025；

S3023、分别计算得到圆锥体浅滩湿地的体积以及可利用土方量，并判断所述可利用土方量是否大于所述圆锥体浅滩湿地体积，若是，则所述可利用土方量全部用于营造浅滩湿地，且浅滩湿地的坡比设为小于1:3，并计算得到坡比为小于1:3时对应的圆锥体浅滩湿地的底边半径，并进入步骤S4，否则，进入步骤S3024；

所述步骤S3023中圆锥体浅滩湿地体积的表达式如下：

其中，V_z'表示圆锥体浅滩湿地的体积，H_w表示围埝的高度；

所述可利用土方量的表达式如下：

V_w取'＝(L_w-6H_w)×W_w×H_w

其中，V_w取'表示可利用土方量，L_w表示围埝的长度，H_w表示围埝的高度，W_w表示围埝的宽度；

所述浅滩湿地的坡比为小于1:3时对应的圆锥体浅滩湿地的底边半径的表达式如下：

其中，R表示浅滩湿地的坡比为小于1:3时对应的圆锥体浅滩湿地的底边半径，W_w表示围埝的宽度，L_w表示围埝的长度；

S3024、判断所述可利用土方量是否等于所述圆锥体浅滩湿地体积，若是，则可利用土方量满足浅滩湿地的坡比满足1:3的条件，且将所述圆锥体浅滩湿地的底边半径设为3倍围埝的高度，并进入步骤S4，否则，所述可利用土方量小于所述圆锥体浅滩湿地体积，将浅滩湿地的坡比设定为1:3，以及所述圆锥体浅滩湿地的底边半径设为3倍围埝的高度，并计算得到需补充土壤的体积量，并进入步骤S4；

S3025、分别计算得到三棱锥体浅滩湿地斜面坡比为1:3时三棱锥体浅滩湿地的体积以及可利用土方量，并判断所述可利用土方量是否大于所述三棱锥体浅滩湿地的体积，若是，则所述可利用土方量全部用于营造浅滩湿地，且三棱锥体浅滩湿地的斜面坡比设为小于1:3，并计算得到三棱锥体浅滩湿地斜面坡比为小于1:3时对应的底边边长，并进入步骤S4，否则，进入步骤S3026；

所述步骤S3025中三棱锥体浅滩湿地的体积的表达式如下：

其中，V_l'表示三棱锥体浅滩湿地的体积，H_w表示围埝的高度；

所述可利用土方量的表达式如下：

其中，V_w取”表示可利用土方量，L_w表示围埝的长度，H_w表示围埝的高度，W_w表示围埝的宽度；

所述三棱锥体浅滩湿地斜面坡比为小于1:3时对应的底边边长的表达式如下：

其中，L_l表示三棱锥体浅滩湿地斜面坡比为小于1:3时对应的底边边长，L_w表示围埝的长度，W_w表示围埝的宽度；

S3026、判断所述可利用土方量是否等于所述三棱锥体浅滩湿地体积，若是，则所述可利用土方量满足浅滩湿地的斜面坡比满足1:3的条件，并计算得到三棱锥体浅滩湿地的底边边长，并进入步骤S4，否则，所述可利用土方量小于所述三棱锥体浅滩湿地体积，将三棱锥体浅滩湿地斜面坡比设为1:3，并分别计算得到所述三棱锥体浅滩湿地底边边长以及需补充土壤的体积量，并进入步骤S4；

S4、地形营造：根据圆锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边半径以及三棱锥体浅滩湿地在不同数量可取用土方量情况下的体积和底边边长，进行地形营造；

S5、植被立体化配置：根据本土植物的生长情况的调查结果，利用挺水植物、浮水植物以及沉水植物对所述营造的地形进行植被立体化配置，从而完成基于考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造。

2.根据权利要求1所述的考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造方法，其特征在于，所述步骤S301包括以下步骤：

S3011、根据泥沙水下休止角，设定浅滩湿地的岸坡安全角度为小于等于18°；

S3012、根据所述岸坡安全角度确定浅滩湿地的坡比为小于等于1:3，完成对浅滩湿地岸坡稳定条件的确定。

3.根据权利要求1所述的考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造方法，其特征在于，所述步骤S3021中围埝体积的表达如下：

V_w＝L_w×W_w×H_w

其中，V_w表示围埝的体积，L_w表示围埝的长度，W_w表示围埝的宽度，H_w表示围埝的高度。

4.根据权利要求1所述的考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营 造方法，其特征在于，所述步骤S3024中圆锥体浅滩湿地的底边半径的表达式如下：

R＝3H_w

其中，R表示圆锥体浅滩湿地的底边半径，H_w表示围埝的高度；

所述需补充土壤体积量的表达式如下：

W_w补充＝V_Z'-V_w取'

其中，W_w补充表示需补充的土壤体积量，V_w取'表示可利用的土方量，V_Z'表示圆锥体的体积。

5.根据权利要求1所述的考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造方法，其特征在于，所述步骤S3026中三棱锥体浅滩湿地的底边边长的表达式如下：

其中，l₁表示三棱锥体浅滩湿地的底边边长，H_w表示围埝的高度；

所述需补充土壤的体积量的表达式如下：

W'_w补充＝V_l'-V_w取”

其中，W'_w补充表示需补充的土壤体积量，V_w取”表示可利用的土方量，V_l'表示三棱锥体的体积。

6.根据权利要求1所述的考虑土方量平衡和生境多样性的浅滩湿地营造方法，其特征在于，所述步骤S5中挺水植物包括芦苇、香蒲以及荷花；所述浮水植物包括睡莲、荇菜以及菱；所述沉水植物包括金鱼藻和菹草；

所述挺水植物的种植范围为常水位水面以上0.5m和水面以下1.0m；所述浮水植物的种植范围为常水位水面以下1.0～1.5m；所述沉水植物的种植范围为常水位水面以下1.5m以上。

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