一种缓冲区域生态岸边带的构建方法
【专利摘要】本发明公开了一种缓坡区域生态岸边带的构建方法，该方法包括石笼+低位塘+多塘+滞留渠构造。其具体步骤：(1)石笼带构建：在河流常水位与2年一遇洪水位之间构建石笼，石笼间隙种植挺水植物；(2)低位塘构建：在2年一遇洪水位与20年一遇洪水位之间构建低于石笼带20cm和多塘塘基20cm的低位区域；(3)多塘系统：在低位塘区域中间构建两排水塘系统，进行底质改造，塘中密植沉水植物，塘基及塘周种植挺水植物；(4)滞留渠：沿20年一遇洪水位外侧构建滞留渠。本发明有效的解决了河流缓坡区域面临的面源污染严重、景观差、生物多样性降低、水土流失等生态问题，为消落带的恢复与重建提供了可行而有效的生态修复措施。
【专利说明】一种缓冲区域生态岸边带的构建方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生态恢复工程【技术领域】，具体涉及一种缓冲区域生态岸边带的最优化构建模式，特别适合于退化岸边带生态系统恢复与重建。本专利综合利用物理的和生物的方式降低流经岸边带的地表径流流速、削减污染物并在一定程度上恢复生物多样性，为退化岸边带的生态恢复提供技术支持。
【背景技术】
[0002]河岸生态系统是联系陆地和水生两大类生态系统的纽带，它将陆地高等和低等植物合成的有机物质、岩石风化物、土壤生成物以及陆地生态系统中转化的物质不断输入河流，成为河流生态系统的营养物质的重要来源。自70年代开始到现在，有关河岸的概念先后有广义和狭义两种。广义上指受水流直接影响的植物群落及生长环境，其植物种群的组成、种类多度及微生境等同周边区域明显不同；狭义上指从河流-陆地交界处两边，直至河流影响消失的地带，目前多数研宄所指的河岸带均为狭义的河岸带。
[0003]近年来随着人口增长，工业化进步和社会的发展，包括河岸带在内的河流生态系统受到人类活动的干扰而发生严重退化。随之而来的是退化生态系统的恢复与恢复生态学在国际、国内的发展，相对而言，我国对河岸带及其退化生态系统重建理论和实践研宄较为薄弱。虽然近年来，以北京转河、上海河道治理、三峡库区消落带治理等为代表的河流生态治理工程都对河岸带进行了综合考虑、生态设计，但这些河流多为城市河道，而对大量的郊野河流、河段等缺乏研宄。另一方面，直至今日，大量的河道仍然被截弯取直、“三面光”、“两面光”的进行处理，致使河流生态系统退化，河流污染严重，作为地表径流污染物主要拦截者的河岸带大量消失，在此情况下，本发明针对河岸带中坡度平缓的区域，一般坡度低于15°的河岸带进行新型生态岸边带构建。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种河流缓坡区域生态岸边带的构建方法。
[0005]为了达到上述的目的，本发明采用以下技术措施:
[0006]一种缓坡区域生态岸边带的构建模式，其步骤是:
[0007]A.构建范围:本发明所述的河流生态岸边带介于河流常水位与20年一遇洪水之间，所述的河流缓坡区域一般坡度< 15° ;
[0008]B.缓坡带环境调查:缓坡带的河流水文、地形地貌、坡度、宽度、20年洪水位以上区域土地利用现状等情况进行详细调查，确定本生态岸边带构建中需筛选的植物物种生态特征；
[0009]C.石笼带构建:根据前期现状调查确定的环境因子，以及区域气候气象因子，确定石笼带的高度、宽度及中间间种的植物的种类和数量，保证石笼带植物的本地化、多样化；
[0010]D.低位塘构建:在项目区，通过底质改造和土地平整，种植狗牙根群落或其他深根系耐短期水淹植物；
[0011]E.多塘建设:在项目区中，采用挖塘的方式，构建小型水塘，并改造塘底，种植沉水植物以及塘基和塘周挺水植物群落；
[0012]F.滞留渠建设:在项目区与周围高地相邻的区域，挖渠形成滞留渠，填充砾石，并采用草皮覆盖；
[0013]G.生态岸边带的管理维护:本发明生态岸边带尤其需要关注洪水过后固体垃圾、泥沙等对低位塘区域、多塘区域的覆盖或淤积，需要定期进行清理，同时定期对生长在多塘和低位塘区域的植被，防止其衰败、腐烂造成环境的二次污染；再者需要加强暴雨过后滞留渠的管理，防止滞留渠为泥沙等覆盖，需要时刻注意滞留渠顶部狗牙根草皮的生长情况，防止出现集水渠裸露、草皮被破坏等，并注意草皮地上部分高度不能超过20cm，加强修建维护等。
[0014]其中，本发明所述的河流生态岸边带介于河流常水位与20年一遇洪水之间，所述的河流缓坡区域一般坡度< 15°
[0015]其中，所述的石笼带位于河流常水位与2年一遇洪水位之间，由粒径0.15-0.5m的块石组成，块石中间填充粒径0.05-0.1Om的鹅卵石，该块石与鹅卵石由经过5%的锌-铝-稀土合金防腐，抗拉强度大于1500MPa，单位面积承载强度大于35kN/m2’的直径2mm的钢丝网笼包裹，网笼孔径10cm，石笼使用铁丝网面积25m2，体积5m3，石笼埋深1.5m，防护宽度2.0m0
[0016]其中，石笼中间孔隙中种植香蒲科、灯芯草科和禾本科等挺水植物，例如香蒲、东方香蒲、灯芯草、野灯芯草、芦苇、芦竹等挺水植物；
[0017]其中，低位塘位于2年一遇洪水位与20年一遇洪水位之间，低位塘由蓄水层+覆盖层+植被和种植土层+人工填料层+阻隔层+砾石层构成。其中蓄水层，低于石笼带和多塘塘基15-20cm ;覆盖层，采用树皮或锯末等全覆盖，厚度5-8cm ;植被和种植土层，采用渗透系数较大的砂质土壤(砂子60?85%，有机质5%?10%，粘土 5% )，种植土层厚25cm，种植深根系的禾本科植物，例如狗牙根；人工填料层，采用渗透性较强的天然或人工材料，厚30?50cm，可选择与种植土层一致组成的砂质土壤或渗透系数不小于l(T5m/s的炉渣或石乐石；阻隔层，在填料层和烁石层之间铺土工布或一层15cm厚的细砂层，形成阻隔层；烁石层，由直径不超过5cm的烁石组成，厚度20-30cm。低位塘区域全覆盖深根系的禾本科植物，例如狗牙根，在底质层改造完毕后，采用播种的方式进行种植，在项目区域土地整理后，按照500g/20m2的标准种植。
[0018]其中，多塘建设，多塘位于2年一遇洪水位与20年一遇洪水位之间的岸边带，塘深50cm，时刻保持水深20cm，全覆盖沉水植物，包括水鳖科、狸藻科、眼子菜科的植物，例如苦草、矮化苦草、龙须眼子菜、菹草、黄花狸藻等；塘基由沉水植物种植土层，塘底覆盖l-5cm的沉水植物种植土 ；人工填料层，采用渗透性较强的天然或人工材料，厚30?50cm，可选择与种植土层一致组成的砂质土壤或渗透系数不小于10_5m/S的炉渣或砾石；砂层，为一起到阻隔土壤颗粒进入砾石层的辅助层，厚5-lOcm ;砾石层，直径不超过5cm的砾石组成，厚度20-30cm。塘基及塘周种植灯芯草科、莎草科、香蒲科的植物，例如灯芯草、野灯芯草、溪水苔草、香蒲、小香蒲等的一种或几种组合。
[0019]其中，沿生态岸边带20年一遇洪水位的外侧构建一宽0.5m，深0.5m，填充砾石，上覆深根系禾本科植物，如狗牙根草皮，植被设计高度15cm左右，定期收割。
[0020]本发明解决了河流缓坡河岸带由于水土流失、暴雨冲刷的地表径流等造成的生态系统破坏，生物多样性减低，地表水污染等问题。利用工程措施、植物措施的搭配组合有效的对缓坡河岸带进行有效的污染物净化、拦截和生物多样性恢复。本发明一方面通过工程措施减轻水土流失；另一方面通过植物措施削减通过岸边带的污染物，增加生物多样性，从而成为改善缓坡区域河岸带的重要生态措施。
[0021]本发明选用的材料，均为易获取、易使用、易组合材料，选用的植物以本地乡土物种为主，间或少量具有高效污染物净化能力的植物，适应本地环境，成活率高，性价比高，观赏性强，固土能力强等多方面综合考虑，并综合考虑本技术应用完成后的后期管理养护的经济性与操作方便性。
[0022]本发明通过实验室模拟实验、中试场地应用实验的基础上，根据河岸带环境因子、河流水文条件等，总结归纳出一套完整的河流缓坡区域生态岸边带构建模式，包括滞留渠构建、浅水塘、多糖系统、石笼等四种工程措施的组合技术，相互协调搭配而成为一套合理有效的生态岸边带构建模式。
[0023]本发明与现有技术比较，具有以下优点和效果:
[0024](I)滞留渠，当20年一遇洪水位外围高地的地表径流经过滞留渠后，经过沟渠本身的沉淀、渗透，再经由表层的深根系禾本科植物过滤、拦截和滞留渠中的生物降解作用，对降低地表径流的流速和削减污染物具有显著效果。
[0025](2)该发明所涉及的低位塘经过底质改造，表面狗眼跟及其他深根系植物的生物作用，能够有效降低流经该区域的地表径流流速，加速地表径流下渗，去除悬浮颗粒、有机物及其他有毒有害物质；
[0026](3)本技术涉及的多塘系统，常年保持最低水位20cm，并经过底质改造，一方面能够常年为区域提供稳定的水源，以保证区域植被不会因干旱缺水而死亡；另一方面经过底质改造和沉水植物、挺水植物的过滤、吸收、迟滞等作用，有效降低流经该系统的雨水和河水的污染物。所选择的沉水植物、塘周挺水植物及湿地植物均为本地具有高效净污能力物种，同时具有相当的景观效果，均为适合本区域的最优植被配置；
[0027](4)本技术所涉及的石笼带构建，采用本地材料，易于获取、价格便宜、制作简便，其中间种本地湿地和挺水植物，具有显著的抵挡洪水冲刷，提供区域生物多样性的作用，还具有显著的景观效果；
[0028](5)本发明的河流缓坡区域生态岸边带构建技术，基于河流河岸带自然条件，坡度低、地势平的特点，构建出符合岸边带体系，打破传统的河岸带构建模式，使其既具有显著的污染物净化效果，又具有增强生物多样性，提高区域景观美学的作用，且造价低廉，达到了真正的生态和谐，具有生态、社会和经济效益。。
[0029]本发明不但能够有效的降低流经河岸带的地表径流流速，还能滞纳、削减其中的污染物，同时经过底质改造的低位塘起到很强的蓄水、净化污染物能力，再加上滨水区域的石笼带，能够有效的河流对河岸带的冲刷。整个生态岸边带的构建不但具有良好的污染物削减净化能力，还具有明显的提高生物多样性和景观美学作用。
【具体实施方式】
[0030]伏牛溪概况:
[0031]伏牛溪位于重庆市大渡口区，全长7.2km，流域面积16.0km2，河道坡降16.78%,多年平均流量为0.245m3/s。流域内由不均匀面状水体(红领巾水库、口袋沟水库、黄桷堡水库、太阳湾水库)及宽窄不一线状水体(溪沟、河流)构成。由于受沿岸生活污水、工业废水排放的影响，水质影响较为严重。2013年，大渡口区取消伏牛溪水域功能类别。
[0032]恢复前的状况:
[0033]本区域位于伏牛溪公民村I社，为一圆角梯形，短边长15m，长边长45m，斜边长30m，面积约1000m2。河岸平均坡度15°，淤泥、粉砂河岸带，草本层盖度90 %，主要为潷草(85%的盖度)，小白酒草(盖度3%)，牛耳大黄(5%)为主，在河岸边缘有少量的空心莲子草和水葫芦。
[0034]构建模式一一石笼+低位塘+多塘+滞留渠构造，详细如下:
[0035](I)在枯水位与常水位之间，构建石笼带，共用石料150m3(装在石笼网中)，钢丝1500m(编石笼)，种溪水苔草45m2，用工40人天。
[0036](2)在项目区构建300m2的低位塘。用材料如下:狗牙根种植300m 2，砾石75m3，细砂45m3，炉澄75m3，种植土 75m3，覆盖层18m3，疏松粘土 30m3，用工30人天。低位塘自上而下依次为蓄水层，覆盖层，植被和种植土层，人工填料层，阻隔层，砾石层。
[0037](3)在项目区构建了大小不一的多塘9个，面积共400m2。用材料如下:烁石100m3，细砂40m3，炉澄60m3,种植土 20m3，菹草和矮化苦草400m2，用工30人天。运行一年时间内保证最低水位20cm，最深水位50cm。塘内自上而下依次为沉水植物种植土层，人工填料层，砂层，烁石层。
[0038](4)滞留渠，宽0.5m，深0.5m，长50m。用材料如下:砾石12.5m3，狗牙根25m2，用工6人天。狗牙根草皮覆盖在滞留渠上方，盖度100%。
[0039]恢复效果
[0040]2014年8月在该系统构建运行10个月以后，现场监测表明项目区域植被覆盖度达到90%以上，示范区域生物多样性指数1.5以上，本地物种比例80%以上，地表径流流速削减50%以上，初期地表径流进入河道中的悬浮颗粒物减少75%以上，TP去除率25%以上，TN去除率20%以上，氨氮去除率30%以上，COD去除率15%以上。
[0041]本发明方法简单易行，操作简便，植物种类均为本地，实现了缓坡区域岸边带的构建，对河流缓坡区域岸边带的生态恢复提供了一种良好的模式。本项目的成功实施明显提高了重庆伏牛溪缓坡河岸带的生物多样性，提高了缓坡区域的污染物净化能力，有效解决了缓坡区域外源污染严重，水土流失加剧的现象，为河流的自然恢复与重建提供了可行而有效的生态修复措施。
【权利要求】
1.一种缓坡区域生态岸边带的构建方法，其步骤是: A.缓坡带环境调查:详细调查缓坡带包括河流水文、地形地貌、坡度、宽度、20年洪水位以上区域土地利用现状在内的情况，确定生态岸边带构建中需筛选的植物物种生态特征； B.石笼带构建:根据前期现状调查确定的环境因子，以及区域气候气象因子，确定石笼带的高度、宽度及中间间种的植物的种类和数量，保证石笼带植物的本地化、多样化； C.低位塘构建:在项目区，通过底质改造和土地平整，种植狗牙根群落或其他深根系耐短期水淹植物； D.多塘建设:在项目区中，采用挖塘的方式，构建小型水塘，并改造塘底，种植沉水植物以及塘基和塘周挺水植物群落； E.滞留渠建设:在项目区与周围高地相邻的区域，挖渠形成滞留渠，填充砾石，并采用草皮覆盖； F.生态岸边带的管理维护:生态岸边带尤其需要关注洪水过后固体垃圾、泥沙等对低位塘区域、多塘区域的覆盖或淤积，需要定期进行清理，同时定期对生长在多塘和低位塘区域的植被，防止其衰败、腐烂造成环境的二次污染；再者需要加强暴雨过后滞留渠的管理，防止滞留渠为泥沙等覆盖，需要时刻注意滞留渠顶部狗牙根草皮的生长情况，防止出现集水渠裸露、草皮被破坏等，并注意草皮地上部分高度不能超过20cm，加强修建维护。
2.根据权利要求1所述的缓坡区域生态岸边带的构建方法，其特征是:所述的石笼带位于河流常水位与2年一遇洪水位之间，由粒径0.15-0.5m的块石组成，块石中间填充粒径0.05-0.1Om的鹅卵石，该块石与鹅卵石由经过5%的锌-铝-稀土合金防腐，抗拉强度大于1500MPa，单位面积承载强度大于35kN/m2’的直径2mm的钢丝网笼包裹，网笼孔径10cm，石笼使用铁丝网面积25m2，体积5m3，石笼埋深1.5m，防护宽度2.0m。
3.根据权利要求1所述的缓坡区域生态岸边带的构建方法，其特征是:步骤B石笼中间孔隙中种植包括香蒲科、灯芯草科和禾本科在内的挺水植物。
4.根据权利要求3所述的缓坡区域生态岸边带的构建方法，其特征是:步骤B挺水植物包括香蒲、东方香蒲、灯芯草、野灯芯草、芦苇、芦竹中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的缓坡区域生态岸边带的构建模式，其特征是:步骤C低位塘位于2年一遇洪水位与20年一遇洪水位之间，低位塘包括蓄水层+覆盖层+植被和种植土层+人工填料层+阻隔层+砾石层；其中蓄水层，低于石笼带和多塘塘基15-20cm ;覆盖层，采用树皮或锯末全覆盖，厚度5-8cm ;植被和种植土层，采用渗透系数较大的砂质土壤，种植土层厚25cm，种植包括狗牙根在内的深根系的禾本科植物；人工填料层，采用渗透性较强的天然或人工材料，厚30?50cm，材料包括与种植土层一致组成的砂质土壤或渗透系数不小于10_5m/S的炉渣或砾石；阻隔层，在填料层和砾石层之间铺土工布或一层15cm厚的细砂层，形成阻隔层；砾石层，由直径不超过5cm的砾石组成，厚度20-30cm。低位塘区域全覆盖包括狗牙根在内的深根系的禾本科植物，在底质层改造完毕后，采用播种的方式进行种植，在项目区域土地整理后，按照500g/20m2的标准种植。
6.根据权利要求1所述的缓坡区域生态岸边带的构建模式，其特征是:多塘建设，多塘位于2年一遇洪水位与20年一遇洪水位之间的岸边带，塘深50cm，时刻保持水深20cm，全覆盖沉水植物，包括水鳖科、狸藻科、眼子菜科的植物，所述植物包括苦草、矮化苦草、龙须眼子菜、菹草、黄花狸藻；塘基由沉水植物种植土层，塘底覆盖l-5cm的沉水植物种植土 ；人工填料层，采用渗透性较强的天然或人工材料，厚30?50cm，可选择与种植土层一致组成的砂质土壤或渗透系数不小于10_5m/S的炉渣或砾石；砂层，为一起到阻隔土壤颗粒进入砾石层的辅助层，厚5-10cm ;烁石层，直径不超过5cm的烁石组成，厚度20_30cm ;塘基及塘周种植灯芯草科、莎草科、香蒲科的植物，所述植物包括灯芯草、野灯芯草、溪水苔草、香蒲、小香蒲的一种或几种组合。
7.根据权利要求1所述的缓坡区域生态岸边带的构建模式，其特征是:沿生态岸边带20年一遇洪水位的外侧构建一宽0.5m，深0.5m，填充烁石，上覆深根系禾本科植物，植被设计高度15cm左右，定期收割。
【文档编号】C02F3/32GK104429529SQ201410723661
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】孙荣, 李修明, 邓伟琼, 姚敏峰, 颜文涛 申请人:华侨大学, 重庆大学