滹沱河干旱河道的生态环境修复模式的研究

　　滹沱河为石家庄市的主要河流之一，位于石家庄市区的北部，离中心城区约12km.历史上滹沱河地区曾是水丰土肥的地方，农业耕种条件优越，宽阔的漫滩地构成出山口河道特有的景观格局，“冬去山明水秀，春来鸟语花香”，不仅为下游地区提供了丰富的水资源，也对区域环境质量的改善和气候的调节起到了一定的作用。20世纪50年代末，由于滹沱河上游水利工程的建设，滹沱河（石家庄段）沿线城镇区域经济获得迅速发展，滹沱河沿线的自然、水文循环条件被改变，加之人们对流域共生共荣关系认识的局限，到20世纪80年代，滹沱河（石家庄段）已基本断流，只在行洪期间过水。

　　经过几十年的演变，滹沱河的生态环境问题越来越突出，影响越来越大，特别是在石家庄市区段，滹沱河已由一条兴利之河变成一条毒害之河，集中表现在河道干化、植被退化、水污染严重等方面，造成该区域生态环境退化和恶化的后果。从气象条件和环境监测数据看，该河已成为城市最大的沙尘污染源。改善滹沱河区域生态环境状况成为石家庄市实施可持续发展战略的关键。虽然我国对河道的治理已有了一定的经验，但对干旱河道的治理方案及思路的研究还处在探索、徘徊阶段。为此，我们课题组针对滹沱河进行了生态综合整治研究，提出了滹沱河生态环境修复的理论和实施方案，在一定程度上为国家推广干旱河道的生态环境整治与建设提供了科学依据。

　　2、国内外河流的治理思想

　　2.1国外河流治理进程

　　国外对河流生态环境的研究和实践已有一百多年的历史，取得了显著的效果。通常的做法是基于河流生态系统的管理和维持生物多样性的河流流量研究，通过改善河流水质、重建和恢复生态等内容的实践来改善生态环境，如减少枯水期引水量，大幅度减少地下水开采。

　　国外对河流实施单一目标管理的立场是为了避免洪水，以保证居民的安全，即以质量转移动力学为基础，通过建立河流和洪泛平原生境、建设人工大坝等工程措施，降低洪峰流量，使日流量趋于稳定。但这样做存在的问题是河流经长时间的运行，来自上游的沉积物不断积累，冲刷洪水流量减小，水和沉淀物的自然流动受到抑制，水流携带的泥沙沉积在水库和下游地区，河流的生境趋于恶化。河流综合管理研究则弥补了单一目标管理的不足，采用河道内流量增量法、蒙大纳法、流量持续时间曲线法、栖息地排水法、水力学评价法等方法，从河流的研究范围和尺度、河流系统分类和评价、河流恢复、稀释用水及维持生物多样性的河流流量5个方面统筹考虑，以维持河流生态环境的自然平衡。最具代表性的是Ward提出的四维河流生态系统，即河流在纵向、横向、垂向和时间分量上具有连续性、相互性、融合性、延续性特点。

　　在维持生物多样性的河流流量研究中，20世纪90年代以前对生态需水量的研究主要集中在河道自身的物理形态、所关心的鱼类及无脊椎动物等对流量的需求方面，对整个生态系统的完整性未能加以充分考虑。20世纪90年代后，petts认为在河流管理中，应从纵向的连接、洪泛平原的流量、维持河道的流量3个方面进行考虑，并提出确定生态系统可接受流量的两个步骤：一是制定生态目标和综合目标，提出生境和物种数量可接受的损失度，如在荷兰的自然政策方针中，生态系统可接受的最大损失度为物种的5％；二是参照基流量、考虑当前可接受的平均流量、极低或极高的流量及频率和持续时间，确定可操作的最小单元，并提出相应的具体生态目标。

　　2.2国内河流治理进程

　　与国外相比，由于国内缺少对河流生态环境的正确认识，只注重经济建设，忽视对生态环境的维持，出现了城市和工业用水挤占农业用水，农业用水挤占生态用水的现象，导致生态环境恶化，进而对经济的可持续发展构成极大威胁，具体表现如20世纪90年代以来黄河频繁断流、北方地区沙尘暴肆虐、江河湖泊水体污染严重。

　　近几年，随着人们对河流认识的深入及工程的实施，对河流的生态环境治理从原来仅对河流水环境污染进行治理和改善水环境质量逐步向河流生态用水、河流生态恢复及湿地、流域生态建设等方面扩展，如成都的府南河、太原的汾河、济南的小清河等河流水环境改善工程。但从流域及河流两侧的社会发展、产业调整、土地及规划控制、生态景观建设等方面进行综合研究的成果甚少，基本上没有工程实践。

　　3、对滹沱河（石家庄段）生态环境的认识

　　3.1生态环境现状

　　滹沱河是海河流域的主要支流，发源于山西省繁寺县，流经山西、河北两省，共有256条支流汇入，全长513.3km，流域面积为4.6万km2.据历史记载，滹沱河易决善迁，改道频繁，行洪时主流摇摆不定，冲淤变化迅速。

　　（1）地质地貌。该区域位于滹沱河河漫滩地带，其地质类型属河漫滩侵蚀堆积土体结构。岩性以粉细砂为主，局部夹有中粗砂。土体结构松散，地壳稳定性较差，易造成不均匀地面沉陷和地面裂缝。土壤发育在冲积母质上，类型为褐土、新积土、风沙土、潮土、水稻土。地形地貌特征明显，河谷宽阔，河曲发育，多浅滩。

　　（2）水资源。该区域内有滹沱河及小青河、汊河、古运粮河、周汉河4条支流。此外，还有北泄洪渠。该流域内有岗南和黄壁庄两水库，总库容量为27.8亿m³；地表河流呈现“有河皆涸，有水皆污”的状况，即使在常年有水的河段中，属V类以上水质的河段约占60％。地下水资源丰富，是城市地下水的主要采集区，担负着为市区和当地提供工农业生产和生活用水的重任。但由于多年来的长期超采，地下水位逐年下降，市区地下水下降呈漏斗状，漏斗中心水位降至38m～42m，漏斗区面积已近400km².

　　（3）植被资源。据卫星遥感影像解析和现场调查，该区域内有陆地（含湿地）乡土、栽培和野生高等植物种类共计175种，植被总覆盖率为28％～30％。

　　（4）土地资源。起初，滹沱河沿线仅限于农垦，两岸滩地内并无村落。19世纪初，京汉铁路和滹沱河导流堤（又称月牙堤）修建后，该区域开始出现农业生产。到20世纪50年代～60年代，石家庄市政府、正定县决定在滹沱河两岸开辟林场，进行大规模植树造林。至20世纪70年代后期，受“边、散、洞”布局指导思想的影响，在月牙堤内相继建设了教育、科研单位及一些大型工业企业。进入20世纪80年代后期，快速的经济建设导致生态环境越来越恶化。到2003年底，现状土地利用基本为农用地，用地结构为乔木用地15.0％、草地17.2％、耕地49.0％、水面2.1％、苗圃1.4％、垃圾用地0.6％、建设用地8.3％及裸沙6.4％。

　　3.2主要环境问题

　　从目前看，滹沱河的生态环境具有综合性特征，必须从系统性、独立性、相关性角度进行比较、分析，筛选出主要矛盾。

　　（1）土地利用方式不能满足滹沱河地区的生态功能要求。滹沱河两岸植被稀疏，沙滩裸露，垃圾遍布，为城市的沙尘污染源，同时，地下水下降漏斗区面积逐年扩大，地下水位不断加深，地下水受到污染。

　　（2）产业结构不合理，土地利用粗放，综合效益低下。从对产业进行调查的结果看，各产业都处于较低层次，经济水平整体较低。第一产业以传统的种植业和林业为主，科技含量较低；第二产业以二、三类工业为主，无朝阳产业，经济效益低，环境污染严重；第三产业以商业为主，科研教育初具规模，但文化、旅游、科技、服务发展水平相对较低。

　　（3）土地无序开发，环境承载力下降。一方面，农民过度垦荒，无节制地向土地索取粮食，将多年的湿地、成熟的草甸变成耕地，大面积的果园、林地被复耕为农田，加快了土地贫瘠化和沙化的速度；另一方面，在月牙堤内，一大批科研院校，甚至几十家企业进行开发建设，严重超出了该区地下水的自净能力和环境承载力。

　　（4）基础设施短缺，生态环境的保障体系不够健全。无统一的供水体系，直接影响到城市供水设施的安全可靠性；排水设施和污水处理设施及环卫设施的不完善，导致污水未经处理就直接排入河道或渗坑。

　　（5）用地布局混乱，建设无序，景观质量较差。滹沱河的建设用地布局分散，生产、生活用地混杂，交通不畅，空间无序，沿主要干道两侧的建筑破旧，河道两岸垃圾成堆，生态环境日益恶化，与石家庄现代化大都市的整体形象要求相去甚远。

　　（6）绿化面积少，植被疏枯，固沙树种、草种单一。整个研究区域内林地少，仅3000hm²，约占研究区面积的15％，且林带种植结构简单，郁闭度很低，绿色屏障残缺、连续性差。

　　4、滹沱河生态环境修复

　　对于滹沱河河道的治理，我们在保证其水利功能的基础上，提出复合生态系统治理理念，即保持河流的连续性和与城市的共生互补性，重点处理好河流两侧的土地利用模式，以及重点做好生态防洪、植物生态系统的修复工作。

　　4.1土地利用模式

　　基于滹沱河流域的特殊功能，在综合建设适宜性、景观适宜性、生态适宜性和经济适宜性评价（表1）的基础上，通过环境目标、社会目标、经济目标三大目标的和谐发展，在坚持“生态优先、景观经济并重”的原则下，制定出科学合理、优化可行的土地利用模式—“一线、两岸、三段、六区”，使该区域成为石家庄市区北部的绿色生态屏障、水源涵养区、风景旅游度假区、近郊森林公园、生态农业教育科研基地。

　　“一线”是指在滹沱河行洪制导线以内，结合防洪要求分断面进行控制，300m以内（五年一遇）为永久性河道，300m～800m为沙地草甸，800m以外至行洪制导线为疏林草地。“两岸”为防风林带。“三段”是指滹沱河3个功能有别的宏观功能段，即南水北调工程以西为集园、林、果、田、居为一体的大地自然景观功能段，南水北调工程—京深高速公路段为游憩休闲度假功能段，京深高速公路以东为农、林、苗结合型的生态农业种植功能段。“六区”是指6个生态功能区，即生态防护区、生态恢复区、生态园林区、生态展示区、生态农业园区和生态聚居园区。

　　4.2生态防洪

　　滹沱河流域属东亚季风气候区，季节性雨季明显，洪水灾害具有迅速且持续时间较短的特点。虽然修建了岗南、黄壁庄两个水库和一些其它防洪设施，但防洪标准也不足十年一遇。为保证滹沱河（石家庄段）顺利地行洪、泄洪和利于滹沱河（石家庄段）区域生态环境的快速恢复，我们提出了生态防洪的措施。

　　在滹沱河北岸的大孙村村南建设雁翅柳生态软堤防，对滹沱河北岸制导线以外的已开发的河滩地进行“退耕还林”。同时，对现有荒滩实施绿化工程，改造现有低质林区。

　　将滹沱河南岸的生态防洪分为3段。①黄壁庄大坝下至南水北调中线段：保留原有不规整的天然沙堤。对不完善的河堤，按照设计制导线建设生物软堤防。水库大坝下的河道两侧多短沟，适合建设柳谷坊。②南水北调中线至京珠高速公路段：在京广铁路西侧，改造现有月牙堤，堤外侧表面种植地被植物护坡，内侧为青石条干砌堤坝，便于生物、水分、养分的交流。其中，京广铁路东侧至汊河入滹沱河口段，采用回填采沙坑、整修护砌岸坡等工程措施，紧靠滹沱河深槽右岸新建南堤。③京珠高速公路以东，机场路以东段：整修堤防，在无堤防的村庄外沿规划制导线建设生物软堤防，在受到洪水冲击的堤内侧建设雁翅柳防浪林。

　　4.3植物生态系统的修复

　　根据河道水资源、气候、土壤等特征，结合景观建设的需求和河道的水利功能，提出横向层叠、纵向梯级的河道治理理念和采取林景型、林经型、林生型3种主要的片林复层结构种植模式。

　　4.3.1横向层叠、纵向梯级的河道治理理念

　　（1）横向层叠。横向层叠是指河道、河堤和阶地3层治理断面。河道：在河道内禁止挖沙，平整滩地，依靠两岸生态环境的修复，自然固定流沙，形成沙滩河床景观；300m～800m的河漫滩，是传统的行洪滩道，严禁种植阻水植物，禁止在河滩地内开荒造田，保护野生草本植被，逐步形成沙地草甸草原景观；800m以外至行洪制导线是营造生物防洪和疏林草地景观地带，可建设柳、桑缓洪雁翅绿化工程。河堤：一是在迎水面密植乔、灌木，建设生物软堤防；二是在人工堤防中，采用柔性护岸，以草本植物、灌木为主，其中迎水坡可采用三维生物网草皮护坡，坡脚应设防护林；三是保证有500m宽的大面积堤岸积防护林带。阶地：在恢复农田防护网的基础上，发展复合型农林业或都市型农业，改变单一的农作物耕作模式。在此基础上，利用沙地景观、河流水环境、森林植被，发展以观光游览与休闲娱乐为主的旅游产业。

　　（2）纵向梯级。纵向梯级是按照河道的自然特性、水利功能及其所承担的功能和职能将其划分为3段。上段为黄壁庄大坝下至南水北调中线—保护原有的人工林和防护林带，继续扩大人工造林和防护林带，形成水土保持区和水源涵养区；中段为南水北调中线到京珠高速公路—整合资源，治理污染，种树植草防风固沙，构建以月牙堤围合地带为中心，以沙地河滩绿色生态恢复为主题的城市近郊休闲区；下段为京珠高速公路以东，机场路以东—建立复合型农林区，发展花卉、蔬菜、果品、畜牧业，实现生态效益与经济效益的同步提高。

　　4.3.2片林复层结构种植模式

　　为使滹沱河南岸的片林、林带更好地发挥生态效益，提出片林复层结构种植模式理念。该模式包括“春景”“夏景”“秋景”“冬景”“四季景观”5种林景型模式，“林果”“林药”“林蜜”3种林经型模式，“防护模式”“耐瘠薄模式”2种林生型模式。这三种复层结构种植模式的设计，均以1hm²为设定面积，乔木占地面积最小以20m2/株为计算单位，乔灌比例为1∶2.

　　（1）林景型模式。通过垂柳、水杉、红瑞木、棣棠等树种的搭配，形成丰富的天际线及红、黄、绿的视觉效果，达到春季可观绣线菊，夏季可观满树金黄的栾树，秋冬季可观多姿百态的红瑞木、棣棠的景观时序。具体种植模式为：①上木。栾树（200株）+垂柳（100株）+水杉（50株）。②中木。绣线菊（黄栌）（250株）+红瑞木（红叶小檗）（150株）+棣棠（金叶女贞）（100株）。③下木。玉簪（400墩）+金银花+丹麦草。

　　（2）林经型模式。在产生经济效益的同时，创造一定的生态效益和社会效益，即选取多种药用植物，形成春季连翘夺目，春夏之季金银花、芍药竞相争妍，夏季珍珠梅串串白花驱暑，秋季银杏渲染片林景色，冬季侧柏苍翠的景象。具体种植模式为：①上木。侧柏（200株）+银杏（100株）+杜仲（50株）。②中木。连翘（200株）+珍珠梅（250株）+枸杞（150株）+红叶小檗（100株）。③下木。金银花+宽叶麦冬+芍药。

　　（3）林生型模式。以防风治沙尘污染为目标，选取连翘、泡桐、丁香等滞尘、抗污染能力强的树种，形成夏秋开花、冬显干皮的特色。具体种植模式为：①上木。毛泡桐（200株）+皂荚（100株）+白皮松（50株）。②中木。珍珠梅（250株）+连翘（200株）+紫丁香（150株）+木槿（100株）。③下木。山荞麦+地锦。

　　目前，滹沱河（石家庄市段）的整治和修复工作取得了较好的生态效益和经济效益。如上游续建的小壁自然生态园，总占地1025000亩，林地和疏林地占80％，植被率达到90％以上，基本形成了水、草、鸟、兽、林共生的良好的自然生态环境，为许多野生动物的生存、繁殖和栖息提供了庇护场所。汊河一期工程通过模拟自然风光，将该区域建成集自然生态、水源保护、休闲度假、知识教育功能为一体的自然生态观察园和滨水景区，结合采砂大坑的回填处理，在汊河入滹沱河口上、下游段的滹沱河深槽营造人工湿地，建设生态景观和进行生态河道的修复。同时，河道岸坡采用土工格室护岸、三维网草皮护岸和缓坡等形式，使滞洪区防洪标准和汊河行洪标准达到五十年一遇，既保障了城市财产的安全，又保障了该区域的地下水不再受到污染。