黄河阿拉善段护岸植被配置设计

2020-11-05赵安琪万小琼

绿色科技 2020年18期

赵安琪，万小琼

(华中农业大学资源与环境学院，湖北武汉 430070)

1 引言

人类活动造成了土地退化、资源短缺、生态系统破坏等一系列的环境生态问题，其中水土流失是世界上干旱、半干旱地区普遍存在的问题。尽管生态学、环境学和水土保持等领域的专家学者及从业人员已经在流域或河道的水土保持和生态建设方面做了大量的研究和实践工作，但在不同环境下如何因地制宜地解决问题仍然亟待进一步探索。以黄河为例，其横跨干旱、半干旱区域，流域内分布有戈壁、沙漠等生态环境异常脆弱地区，土地退化、水源涵养能力降低，生态系统功能丧失等灾害频现[1]。至20世纪末，黄河每年平均的输沙量已超过10亿t[2]，治黄主要矛盾集中于“水少、沙多、水沙调控能力不足”三大方面[3]。

阿拉善高原位于内蒙古自治区的西部的阿拉善盟，居亚欧大陆腹地，是典型的温带大陆性气候。其特点是：气温日较差大、降水少、光热充足、季节变化明显。年均气温6～8.5 ℃，极端最低气温-36.4 ℃；最高气温41.7 ℃。降水集中在夏季的3个月份，大部分地区年降雨量在100 mm以下。终年多风，沙尘天气频繁，是中国主要的沙尘暴源区。该地区植被主要有4个亚类型，即典型荒漠植被区、草原化荒漠区、荒漠化草原区和沙生植被区。乌兰布和沙漠地区受环流影响，降水量小，降水量的年平均值为102.9 mm，年降水量的最大值仅为150.3 mm，年降水量的最小值仅为33.3 mm。年均气温不到10 ℃，绝对最高气温39 ℃，绝对最低气温接近-30 ℃。蒸发量的年平均值为2258.8 mm，无霜期长达168 d。黄河进入内蒙古自治区阿拉善盟阿拉善左旗的入河口为宁夏回族自治区石嘴山市的北麻黄沟，入境地理坐标东经106°44′、北纬40°10′。于阿拉善左旗乌兰布和嘎查处进入巴彦淖尔市磴口县，出境地理坐标东经106°51′、北纬40°10′。黄河在阿拉善盟境内河长85km，流域面积3988 km2。黄河流经内蒙古最西端的阿拉善高原，流域内有乌兰布和、腾格里、巴丹吉林三大沙漠。近年来，由于每年向东南方向以8～10 m的速度侵蚀，乌兰布和沙漠不仅给黄河带去了泥沙和生态威胁，还对宁夏、内蒙古等相关区域的生态环境和生产生活造成很大影响。因此在黄河阿拉善段建设防风固沙、控制侵蚀的生态缓冲带十分重要。

2 总设计方案介绍

国际上的相关研究发现，以植物为基础并结合部分水利、土木工程措施的生态工程设计在实践中具有一定的可行性和可靠性。生物护岸工程不仅可降低土壤侵蚀的程度，还可抵抗洪水的冲刷[4]。奥地利的丽森河治理经验是生态河岸在欧洲的成功案例,通过轻微改变地形以及土壤、植物修复技术，丽森河的生物丰富度得以恢复[5]。此外，作为生态系统中大陆与水体的过渡带和连接媒介，河岸缓冲带这一典型的水陆交错带天然体现出明显的边际效应[6]和特别的生态功效，如稳定河岸、保持生物多样性、遏制水土流失等。因此，河岸缓冲带的设计同样是进行流域生态保护的一项重要措施。

鉴于黄河阿拉善段在气候、水文、植被等方面具有引言中所述的特点，本文在查阅大量国内外相关文献的基础上，对比了目前常见的生态护岸和河岸缓冲带的不同模式。以因地制宜、顺应自然为基本原则，针对该地区典型问题进行护岸植被配置设计并利用AutoCAD、Sketch Up等绘图工具对其进行了展现。

总的方案是将生态护岸工程和河岸植被缓冲带结合起来设计为一条阻止沙漠向黄河方向蔓延的生态廊道。由河边向内陆方向设置护岸缓坡和水平的防沙植物带，其中缓坡部分包括石笼护岸、木桩护岸和麦草方格等措施，防沙植物带包括4个功能区(图1～2)。

3 生态护岸设计及工艺介绍

生态护岸系统在建造时要选择防护效果佳又兼具生态效益、景观效果的技术和模式，长江、黄河、渭河等河流沿岸都有丰富的护岸经验，上海、武汉、南京、咸阳、青岛等地都进行过城市河道的改造，使我们能对常见生态护岸模式的优缺点有所了解。目前常见的生态护岸模式主要有自然草木、石笼、生态植生袋、棕纤维生态垫、连锁式生态砖和栅栏护岸等[7～10]。

图1 设计总图

图2 工艺流程

根据黄河阿拉善段的特点，将护岸主体设计为全斜坡式护坡，整体呈缓坡状，结合实际的地形情况和需要设置相应的坡度。从堤脚至堤顶分别是石笼护岸、木桩护岸和麦草方格(格中播撒草籽或栽种灌木)，洪水位以上为平坡，与河岸缓冲带的植被相连，成为一个有机的整体。参考当地水文数据，将本设计的洪水相对高程设计为2.3 m，将边坡坡度设定为1∶2.5。

3.1 石笼的尺寸和材质

用表面先热镀锌的低碳钢丝材料编织成网格状石笼箱，网格的孔径为10 cm左右。用内、外边径分别为2.5 mm和3 mm的铁丝编织成网格。石笼箱规格为1000 mm×500 mm×300 mm，将其放置在坡的底部，其中地下埋深200 mm，地上预留部分高度100 mm。使用时要将粒径15～20 mm的块状石材填充到石笼内部(图3)。

图3 石笼排列示意

3.2 木桩的尺寸和材质

选择易生根、耐干旱的柳枝作为材料，选取径粗约为15 cm，长约80 cm的柳桩，通过机械打桩或人力方式在缓坡的指定高度将柳桩长度为65 cm的一段打进土地，剩余长度为15 cm的部分留在地面。柳桩的间距为15 cm(图4)。

图4 柳桩排列示意

3.3 麦草方格的尺寸和材质

选择当地常见的麦秸作为材料，制作成长、宽均为100 cm的正方形十字方格，用人工或机器将麦草压入沙地之中，再将网格中央的流沙推到干草周围进行加固，在网格中撒入草籽或栽种灌木(图5)。

图5 麦草方格示意

4 河岸防沙植被带设计

根据相关规范的要求，将这一防沙植物带的宽度设置为100 m。依照本文的设计理念与黄河阿拉善段的特点，将乡土植物作为首选，尽可能地选择适合在特定地区生长、具有发达根系、能固定土壤、耐旱、耐盐碱、耐贫瘠的物种[11]。此外，还应考虑植物的茎、叶形态特征及地上部分的生物量[12]。根据上述原则共选择12种先锋植物并根据所选植物的生态特性、景观特点对其在空间上作适当的安排[13]。具体布局如下。

(1)河岸植被缓冲带在与河流走向垂直的方向上总体分为4个区域，依次为与护岸工程紧邻的护坡泄洪区、乔灌草相结合的防风固沙区、以经济作物和景观作物为主的林业试验区和直接阻挡外缘沙地侵蚀的边界区。在缓冲带之外还可视具体情况设置飞播封育带，本文不作详细讨论。

(2)护坡泄洪区的主要功能是与生态护岸工程相配合，使护岸工程与河岸植被缓冲带结合为一个统一的整体。同时，该区域可为凌汛期的河流提供一个用于泄洪的缓冲区。本文选择具有护坡功能的紫苜蓿(MedicagosativaL.)和具有水土保持效果的柠条锦鸡儿(CaraganakorshinskiiKom.)作为此处的主要物种，此外还可选择一些耐盐碱物种作为补充。

(3)防风固沙区是本文所设计的生态廊道中最核心的部分，是实现“阻止乌兰布和沙漠侵蚀黄河”这一目标的关键。此处所选的物种均为常用于防风固沙的乡土植物，包括但不限于中国沙棘(Hippophaerhamnoidessubsp.SinensisRousi)、细枝山竹子(CorethrodendronscopariumFisch.etBasiner)、甘蒙柽柳(TamarixaustromongolicaNakai)、驴食草(OnobrychisviciifoliaScop.)等。

(4)林业试验区主要承担两方面的功能，一是通过栽种合适的景观作物增加“护岸-河岸缓冲带”生态廊道整体的观赏性和休闲性，体现以人为本的设计思想，本文选择月季花(RosachinensisJacq.)和甘蒙柽柳(TamarixaustromongolicaNakai)为主要物种；二是通过对经济作物的试验性种植，探索可行的林业种植模式，为大规模沙产业的发展提供参考和积累经验，本文选择甘草(GlycyrrhizauralensisFisch.)、葡萄(VitisviniferaL.)、斜茎黄耆(AstragaluslaxmanniiJacquin)为主要物种。考虑到生物多样性对生态安全的重要意义，在实践中建议间种其它牧草品种。

(5)边界区是本文的生态廊道中遏制乌兰布和沙漠向黄河输入泥沙的第一道防线，对整个设计的生态功能起着至关重要的作用，因此应当在这个区域布置防沙固沙效果最为明显的物种。大白刺(NitrariaroborowskiiKom.)常生长在绿洲外围沙地，其枝条平铺于地，能积沙成丘，是优良的固沙植物，应作为边界区的主要物种进行种植。北沙柳(SalixpsammophilaC. Wang et Chang Y. Yang)抗风沙、易繁殖，各地常用作造林植物，应与大白刺配合使用。此外可根据实际需要选种其它植物以增加物种丰富度和生态稳定性(图6)。