南水北调东线工程生态廊道设计.pdf

DWRHE水利水电工程设计2023年第4 2 卷第3期29南水北调东线工程生态廊道设计杨振冰营宇翔殷庆元摘要合理有序的生态空间结构是生态系统可持续发展的保障，通过建设河流生态廊道，构建生态安全格局，有利于提高河流生态系统结构稳定，保护水质，提高生态系统的环境承载力，促进社会经济与生态环境的可持续发展。以南水北调东线工程沿线为研究区域，将工程利用天然河道段作为生态廊道背景，研究新建渠道周边生态廊道建设的可能性，分析河流生态廊道对维护河流生态系统健康，增强河流生境整体性及连通性的作用，提出建设沿河生态廊道措施。通过对河流生态廊道的生态作用、工作目标和技术方法进行归纳梳理和分析，总结河流生态廊道工程的设计方法和工作内容，以期应用于跨区域调水工程生态廊道建设，建设生态水利工程。关键词生态廊道河流生态系统水质中图分类号X171.1文献标识码B文章编号1007-6980(2023)03-0029-04生态廊道是能量流动和物质循环的通道和载体，由一种或多种生态介质共同组成，主要包括带状山水林田湖草等。功能良好的生态廊道能有效调控地理-生态过程，具有保护生物多样性、增加生态连通性、维持生态系统结构稳定以及提升生态功能等作用。2 0 世纪6 0 年代，生物地理学家和景观生态学家先后提出廊道概念，认为廊道是连接栖息地斑块之间的细长空间线性结构，能为生物迁移提供适宜通道。之后，世界自然保护联盟在廊道概念的基础上提出了生态廊道概念，并将生态廊道纳人全球保护战略。中国学者结合实际重新界定生态廊道的概念与内涵，强调了生态廊道与其他廊道的区别，生态廊道侧重其生态功能与环境效益。目前，应用领域学者对生态廊道的研究主要围绕生态廊道的生态功能和生态连通性功能，具体包括2 个方面：一是维护生物多样性，通过建设生态廊道，连接相互隔离或破碎的生境以降低不同斑块生物种群之间的地理隔离，维持种群基因多样性，减少物种灭绝率，通过研究发现，当廊道内部结构合理、食物充足时，廊道内的生物种群能顺利交流并生存繁衍；二是保护生态系统健康，通过建设生态廊道不仅能增加生态连通性，还具有生态隔离与防护、降低和缓解污染源进人河流、维护河流生态系统健康等生态功能。本文主要从生态廊道建设对维护河流生态系统健康的功能方面进行研究，通过研究河流生态廊道宽度与功能特点对应关系，明确了生态廊道的隔离与防护、降低污染源进人河流、维护河流生态系统的能力。河流生态系统是以河道（人工、天然）为载体，以水为生态介质连接形成的多功能综合体。河流生态系统中的生态廊道对消减河流污染物、维持河流生态系统结构稳定和健康有重要作用。大尺度河流生态廊道具有独特的生态功能：一是连接各类生态系统，架构由绿地、湿地和防护林等构成的区域生态网络结构体系，提高生态系统稳定性，保护区域发展空间和绿色开敞空间。二是能够有效衔接人居环境和生态环境之间的联系，提升生态系统平衡能力、改善生态系统功能。三是强化用地效率管控，合理限制城市建设和农田用地边界，防止关键生态空间被挤占，构建多样的生态系统类型，维持各生态系统健康稳定运行。1河流生态廊道功能以往对河流的服务功能侧重于人类社会生产发展，随着生态文明理念深人人心，对河流的服务功能逐步转变为着眼河流地貌过程、水文过程、物理和化学过程及生物过程，明确中等尺度以上河流可提供的水流通畅、运行安全、水质清洁、环境美丽等4 大服务功能（见表1）。河流生态系统是一个四维结构，在空间的纵向、横向、垂向及时间尺度上有独特结构，其结构特征可归纳为宽度、曲度、连通性和内环境4 个维度，从上述4 个维度可分别选取河流宽度、缓冲带宽度、河流弯曲率、保障生态水量、河流阻隔节点、生态扩展区、污染负荷消减量及水质目标等8个指标作为评价指标，形成中观尺度生态廊道结构指标体系，进而从中观廊道结构特征扩展到宏观生态安全格局，转变单纯向河流索取的粗放式思维，DWRHE水利水电工程设计2023年第4 2 卷第3期30从河流本身功能出发，将河流结构特征与河流生态系统4 大过程相结合，形成一套生态廊道构建的理论与技术体系，为生态廊道设计和建设及河流生态保护提供支持表1生态廊道服务功能及结构要求生态廊道水生态服务功能中观尺度廊道空间结构要求所处部位水流通畅河流纵向横向连通性通过生态基流的确定和基流河槽、子槽、主槽的设水域带缓冲带纵向横向连通性计，结合平滩流量，水深的修正，实现河道形态的优化，生态水量保障利用生态基流提供最大的生态修复效果运行安全行洪调蓄功能维持足够的行洪断面及洪水调蓄空间，满足流域规水域带维持河岸稳定划的防洪标准，保障防洪安全，合理制定河道整治方案岸线带与规划堤线布置水质清洁污染负荷满足水环境容量优化布置排污口位置，强化缓冲带过滤功能防治面岸线带水质维持和改善源污染，控制污染负荷人河量缓冲带满足河道水功能区目标要求环境美丽提供城市段休闲娱乐的空间强化既有湿地、生态敏感区的空间及功能的保护与主槽与岸线之间维持涉水生态环境重点保护对象健康维持，通过构建、恢复河岸及拓展区植被带，维持必要的水域带提高文化休闲及生境维持功能的植被带宽度及合适的植被带结构，新增绿色空间岸线带缓冲带2工程概况南水北调东线工程是指从江苏扬州江都水利枢纽提水，途经江苏、山东、河北3省，向华北地区输送生产生活用水的国家级跨省界区域工程。工程利用京杭大运河以及与其平行的河道输水，连通洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖，并作为调蓄水库，经泵站逐级提水进人东平湖后，分水两路，一路向北穿黄河后自流到天津，另一路向东经胶东地区输水干线接引黄济青渠道向胶东地区供水。南水北调东线工程跨越长江、淮河、黄河和海河四大流域，在改善受水区用水条件，优化水资源配置，控制地下水超采，改善生态环境，补充沿线城市生活、工业和环境用水等方面创造着巨大的生态效益和社会效益。工程主要任务是供水，水质状况是工程的重点关注要素，但工程线路较长，跨越不同的生态地理单元，由南向北输水过程中可能存在多种影响水质的因素，通过建设生态廊道不仅能增加生态连通性，还具有生态隔离与防护、降低和缓解污染源进人河流、维护水生生态系统健康等生态功能。此外，通过设计实施功能和结构良好的生态廊道，能够有效改善沿线景观环境，提高沿线生态系统结构稳定，降低水质维护成本，保护水质，构建生态安全格局，提高生态系统的环境承载力，促进社会经济与生态环境的可持续发展3河流生态廊道设计过程3.1河流生态廊道分析河流廊道的分析需通过收集以往生态廊道相关试验或监测数据，结合现场调研获取河流廊道的相关信息，从水文条件、地貌过程、化学性质、生物性质等方面对河流廊道的状态进行全面评估，进而识别出对生态廊道建设实施效果影响的关键要素。在后续生态廊道设计过程中抓住关键要素，确保生态廊道功能效果3.2生态廊道建设目标的确定通过前期工程设计，实施河流生态廊道工程建设，后期辅以管理措施，能够改善河流生态廊道的通道功能、栖息地功能、过滤功能、屏障功能及源汇功能，并能够加强河流生态廊道的动态平衡调节能力。在建设生态廊道之前需要合理确定生态廊道建设的目标，即明确生态廊道建设要达到的功能和状态目标。生态廊道建设工程一般通过“参考生态系统”的方法确定廊道功能目标，并评估项目实施效果。“参考生态系统”的常见类型有：（1）以现有生态系统作为参考，该类型适用于生态廊道建设地点靠近自然生态系统，受损较轻的生态系统；（2）对过去的生态系统进行恢复重建，通过对历史状况文件的解读，恢复以往的生态系统；（3）将现有残存的斑块作为参考，通过参考周边残存的自然植被斑块对生态系统进行修复；（4）新建生态系统，通过科学试验和论证后，在场地新建以往不存在的生态系统，新建生态系统需要较长时间的跟踪论证，防止带来新的生态系统问题。在河流廊道的生态建设中，可采用“参考河道”或新建生态系统的方法确定廊道的功能目标和设计参数。河流参考生态系统要求“参考河道”与目标河道属于同类型河道，保持自然风貌和足够的长度，生态廊道建设的可达性较好。3.3生态廊道设计要点引调水工程生态廊道建设的工程措施主要分为河道自然化改造、岸坡生态化防护、植物群落培护和生境建设。各类工程的设计要点见表2。31南水北调东线工程生态廊道设计杨振冰等表2河流生态廊道建设工程设计要点工程措施工程内容设计要点适用条件河道自包括利用原有河道，对原有河道适一般通过前期规划，利用类比法、经河道清淤、增加河道婉蜓度然化改造当改造，新建河道纵剖面、平面形态和驿验公式法或河床演变模拟的方法确定横断面设计等设计参数岸坡生在采用植物或其他天然材料作为护应根据岸坡稳定性和防冲刷、侵蚀的岸坡加固工程、生态护岸建设等态化防护岸材料，满足岸坡防护需要的基础上，需要，与其他材料共同使用提供良好的生境条件植物群包括河滨带、滩涂及水下植物群落应当根据当地植物种类，使用多种植浅水河滨带土壤较肥沃的区域落培护的培植养护物进行培植，并注意对现状植被的保护生境建设通过堰、丁坝、树墩、堆石等河道内此类生境建设工程一般应用在小尺流速较大，河岸侵蚀极其严重构筑物，营造多样生境度范围内，需要对可能产生的淤积、淘的河段刷等问题进行评估河流生态廊道宽度与其功能特点密切相关，根据野外生态调查工作经验及对已有生态廊道宽度和功能统计分析（见表3），当生态廊道宽度低于1 2 m时，基本呈线性分布，对生物多样性保护功能几乎为0，过滤周围污染物效果极低；当生态廊道宽度大于1 2 m不超过30 m时，基本呈现细带状，但对生物多样性保护功能有限；当生态廊道宽度介于3060m之间时，有一定的生物多样性保护功能，对污染物的过滤功能开始出现；当生态廊道宽度在60100m之间时，较为完整的生态廊道基本呈现，具有相对较好的生态系统保护功能；当生态廊道宽度大于1 0 0 m时，能够比较好地保护生物多样性；当生态廊道宽度为6 0 0 1 2 0 0 m，基本为不受损的生态系统，拥有内部生境，基本属于天然生态系统，但该宽度的生态廊道不适用于人造生态廊道建设。表3河流生态廊道宽度与功能特点对应关系宽度值/m功能及特点312廊道宽度与草本植物和鸟类的物种多样性之间相关性接近于0；基本满足保护无脊椎动物种群的功能1230对草本植物和鸟类而言，1 2 m是区别线状和带状廊道的标准；1 2 m以上的廊道中，基本植物多样性平均为狭窄地带的2 倍以上；1 2 30 m能够包含草本植物和鸟类多数的边缘种，但多样性较低；满足鸟类迁移；保护无脊椎动物种群；保护鱼类、小型哺乳类动物3060含有较多草本植物和鸟类边缘种，但多样性仍然很低；基本满足动植物迁移和传播以及生物多样性保护的功能；保护鱼类、小型哺乳类动物、爬行类和两栖类动物；30 m以上的湿地同样可以满足野生动物对生境的需求：截获从周围土地流向河流的50%以上沉淀物；控制氮、磷和养分的流失；为鱼类提供有机碎屑，为鱼类繁殖创造多样化的生境60100对于基本植物和鸟类来说，具有较大的多样性和内部种；满足动植物迁移和传播以及生物多样性保护的功能；满足鸟类及小型生物迁移和生物保护功能的道路缓冲带宽度；许多乔木种群存活的最小廊道宽度100200保护鸟类，保护生物多样性比较合适的宽度200600通常森林边缘效应有2 0 0 6 0 0 m宽，森林鸟类被捕食的边缘效应大约为6 0 0 m6001200能创造自然的、物种丰富的景观结构；含有较多植物及鸟类内部种；窄于1 2 0 0 m的廊道不会有真正的内部生境；满足中等大型哺乳动物迁移的宽度从数百米至数十千米不等4南水北调东线工程河流生态廊道概念方案4.1工程生态廊道现状南水北调东线工程输水路线基本沿京杭大运河及与其平行的河道向北输水，总长1 4 6 6.50 km。输水路线中利用原有河道长度56 7.2 5km，占总输水线路长度的38.7%。从南到北依次为夹江、芒稻河、新通扬运河江都东闸一宜陵段、三阳河宜陵一三垛、里运河、人江水道、苏北灌溉总渠、二河、骆马湖以北中运河、房亭河、不牢河及顺堤河、韩庄运河、南四湖南阳镇以南段。局部治理或影响处理工程河道长度2 58.8 1 km，占总河长的1 8%，主要为高水河、徐洪河、骆马湖以南中运河、韩庄运河等，该部分河道生态廊道建设主要采用了岸坡生态化防护和植物群落培护等措施，主要措施内容是根据岸坡稳定性结合防冲刷、侵蚀的需要，在岸边植树或利用其他生态护岸材料对岸坡进行生态化防护，满足岸坡防护需要，为动植物提供良好的生境条件，同时根据当地植物种类，使用多种植物进行培植，包括河滨带、滩涂及水下植物群落的培植养护。疏浚扩挖或新挖河道长度6 32.57 km，占总河长的4 3%。包括：三阳河三垛一杜巷、潼河、金宝航道、淮安四站输水河、南四湖南阳以北至人湖口、梁济运河、柳长河、小运河、七一六五河、胶东输水干线西段河道，该部分河道生态廊道建设主要采用了河道自然化改造措施，主要措施内容是对原有河道清淤，清淤过程中适当对河道进行改造，2023-06-15）（收稿日期DWRHE水利水电工程设计2023年第4 2 卷第3期32新建河道纵剖面、平面形态和横断面等。工程利用原有河道段现状河道主槽内分布有芦苇荡，河道沿线植被较为丰富，是天然的生态廊道。新建渠道多数位于农村地区，沿线人口稠密，周边植被单一，多种植小麦玉米等农作物，未形成生态廊道，会对输水水质产生一定的安全隐患，不利于输水河道生态系统健康稳定。生境建设措施中堰、丁坝、堆石等会严重阻碍水流，适用于流速极大的天然河道，南水北调东线工程全线流速相对较平稳，不适合采用堰、丁坝等生境再造措施，因此南水北调东线工程采取的河道生态廊道建设主要措施是河道自然化改造、岸坡生态化防护和植物群落培护。4.2河流廊道建设措施由于新建河道段周边植被单一，农业生产活动较重，加上沿线人类活动频繁，极易出现农业化肥农药渗人沿线河道内的情况，人类活动产生的污染物也易通过各种方式进人渠道内。本文在总结生态廊道对河流生态系统健康的作用及维持水质稳定作用基础上，考虑构建南水北调东线工程河流生态廊道，采取的主要措施如下4.2.1构建南水北调东线工程干线生态带沿河生态带是维持河流生态系统健康的重要屏障，是南水北调工程主渠道与周边其他环境之间的缓冲区域，生态带越宽，能够提供的过滤作用越大，同时生态带本身作为一个带状陆生生态系统，其面积越大对维持渠道周边生物多样性的作用越强，对渠道的保护效果越佳。为了保证渠道输水水质健康，建议对已有生态廊道的河段加强保护，严禁对生态廊道进行破坏，对东线工程新建河道（尤其是沿线人口稠密，周边植被单一的渠段)设置一定宽度的生态防护带，加强新建河道段周边环境保护，设置保护范围，对周边人群进行环境保护教育，对重点区域可结合地方环境保护要求分段设立不同宽度的防护带，种植适生本地乔灌木树种，营造不同生境种类，以提升生态防护带的生态系统稳定性，兼具过滤污染物、改变温度和湿度、水土保持等功能。4.2.2恢复滨水生境滨水植被带是水鸟的重要栖息生境，也是重要的缓冲带，是主河槽与边缘堤防之间缓冲的区域。缓冲带宽度越大，鸟类多样性越高，保护效果越佳。为了保证水鸟栖息地生态安全，可对南水北调东线工程沿线河湖进行滨水生境恢复或再造，营造一定宽度的沿线缓冲带，缓冲带内的植物群落形成低草湿地、高草湿地、浅水植物、疏林灌丛等不同的生境种类，以满足多种鸟类物种生存的需要，兼具稳固堤岸、过滤污染物、改变温度和湿度、水土保持等功能。5 结语本文以南水北调东线工程为背景，研究通过构建沿线生态带和滨水生境等措施进行生态修复，形成沿河（渠）生态廊道以维持河流生态系统健康，最终取得良好的生态廊道建设效果，为跨流域调水工程水质安全提供保障，同时可为其他引调水工程生态安全和水质保护提供借鉴。引调水工程尤其是大型跨流域引调水工程线路较长，跨越不同的生态地理单元，不同区域生态系统和适生物种会存在一定差异。因此，在设计实施引调水工程生态廊道时应分析沿线不同区域的环境特征，通过实地查勘掌握沿线环境状况，针对性地进行生态廊道设计，分段分区域选取适生本地物种，营造不同生境种类，不可引人非本地物种，以防造成生态人侵。此外，生态廊道内的物种会随着时间向四周扩散，因此建议进行生态廊道设计时应从物种生活史、生长速度、适生条件等进行物种适宜性论证，选取扩散速度相对较慢的物种，避免生态廊道实施后产生其他生态问题参考文献1朱强，俞孔坚，李迪华.景观规划中的生态廊道宽度 J.生态学报，2005,25(9):2406-2412.2高吉喜，陈艳梅，田美荣，等.区域生态学 M.北京：科学出版社，2015.3杨桂山，徐昔保，李平星.长江经济带绿色生态廊道建设研究 J.地理科学进展，2 0 1 5,34(1 1)：1 356-1 36 7.4穆少杰，周可新，方颖，等.构建大尺度绿色廊道，保护区域生物多样性 J.生物多样性,2 0 1 4，2 2(2)：2 4 2-2 4 9.5任庆昌，魏冀明，戴维.区域风环境研究与通风廊道建设实施建议以珠三角为例 J.热带地理，2 0 1 6,36（5）：8 8 7-8 9 4.6刘旭，张文慧，李咏红，等.湿地公园鸟类栖息地营建研究以北京琉璃河湿地公园为例 J.生态学报，2 0 1 8（1 2）：4 4 0 4-4 4 1 1.作者简介杨振冰男工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222营宇翔男高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222殷庆元男工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222