“锰三角”湖南花垣古苗河湿地保护与修复项目研究

摘 要：湖南花垣古苗河湿地是湖南省的重要生态屏障。该湿地的生态环境遭受了严重破坏，导致湿地原有项目破坏，因此本文对“锰三角”湖南花垣古苗河湿地保护与修复项目进行研究。在“锰三角”湖南花垣古苗河湿地保护与修复项目研究中，本项目结合实地考察和计算，分析湿地斑块空间构型，确定修复项目空间构型，并对湿地项目进行修复设计。结果表明，结合主要参数设计，拟建1#湿地工程量和2#湿地工程量，对植被修复项目、基坑支护、水坝修复以及生态修复进行设计和计算，以便湿地保护。通过综合治理和生态修复，改善湿地的环境，恢复湿地生态功能，保障区域生态安全。

关键词：“锰三角”湖南花垣古苗河湿地；修复项目；湿地斑块

中图分类号：X 32" " 文献标志码：A

国土空间规划是根据地理位置，对山水、湿地、林田等不同类型的流域进行综合整治，制定因地制宜的规划设计方法[1]。国土空间的生态恢复包括两大类：国土综合治理和以农村为导向，以改善国土空间结构，提高土地使用效益以及国土空间质量。国土生态恢复规划是在生态学原则的指引下，探讨优化系统结构与功能的措施，达到人地和谐可持续发展的目标。湿地与海洋、森林并列为地球上3大主要的生态系统，是地球上最具生态价值、物种最丰富的生态系统。由于其具有保护水源、净化污水及调控气候等特殊的生态作用，因此被誉为“地球之肾”[2]。沼泽湿地是我国最大的碳汇之一。湿地是重要的生态系统，也是重要的水源涵养区，特别是对候鸟生存环境的保护尤为重要，由于其季节性迁移和跨国境的概率较高，因此被认为是一种全球性的资源[2]。

1 “锰三角”湖南花垣古苗河湿地保护与修复项目分析

1.1 自然条件

地处花垣县县城的古苗河湿地公园，具有得天独厚的湿地资源和丰厚的人文内涵，是实施文化传承和科普教育的好地方，对花垣县的生态旅游和旅游业的发展具有重要意义。古苗河湿地公园是花垣县在“以人为中心，生态优先，统筹发展”的基础上，通过水资源保护，水环境整治，水景观建设等水生态文明项目，推动山和水、水和绿、水和城相融，构建“山为屏，江为脉，水为城，山环水，水绕城”的美丽乡村环境，更好地改善花垣县的城市和农村人居住环境。本研究在维护生态平衡、维护生物多样性、保护稀有生物资源方面以及水源涵养、防洪抗旱、污染物降解、水质净化、景观美化、旅游资源开发等领域具有重大意义。

1.2 湿地斑块区划

湿地斑块区划包括收集资料、野外调查、内业整理及资料处理[3]。用遥感影像采集“锰三角”湖南花垣古苗河湿地相关数据，利用BIGEMAP软件下载洪季卫星图像，图像分辨率为1∶10000，图像分辨率为2.04m。地理坐标系利用GIS10.2技术，对湖南花垣古苗河湿地1∶10000的遥感图像和县级行政区地图进行了空间配准。根据《全国湿地资源调查技术规程》（试行）的湿地分类系统建立湿地分类体系，见表1。

1.3 湿地斑块空间构型分析

1.3.1 湿地斑块空间构型算法

通过分析不同尺度上斑块间的距离，来表征其集聚程度，从而研究湿地空间格局。基于此，本项目拟采用景观格局学的研究思路，选择湿地斑块间距作为衡量尺度的一个重要指标。计算过程如公式（1）所示。

（1）

式中：P为连接指数；P（i）为第i个斑块的面积；DO（i）是与其最近的斑块间的距离（距离是从斑块质心测起的）；N为斑块数。P的值为0～1，其值越大，说明斑块聚集程度越高。

1.3.2 湿地斑块空间构型结果分析

该湿地分为2类5型，即天然湿地和人工湿地2类，斑块数量、比例以及面积，见表2。

结合公式（1），从表3可以看出，从湿地类型的观点出发，斑块的分形特征为自然湿地gt;人工湿地。斑块形态指数为自然湿地gt;人工湿地。结果表明，人工湿地gt;自然湿地。自然湿地斑块的分维数和形态指标都很高，表明自然湿地的斑块形态和形态特征都很复杂，而且由于人为干扰较少，因此更利于保护湿地的生物多样性。人工湿地斑块的分维度和形态指标都很小，容易受到人类活动的影响。人工平均斑块的面积指数高且斑块比较完整，具有防洪排涝、净化水质、促进鱼类繁殖等功能，更能满足人们的生产和生活需要。该湿地地貌复杂，湿地资源利用率较低且存在较大的破碎性，因此在“锰三角”湖南花垣古苗河湿地实施保护与修复项目需要考虑空间构型。

2 “锰三角”湖南花垣古苗河湿地保护与修复项目设计

2.1 花垣河生态修复项目设计内容与范围

根据现场调查情况，入河支流及渠道排口众多且主要农灌渠及支流的入河口均受到用地限制。项目拟在花垣河治理河段上游和下游河道内，因地制宜建设表面流人工湿地，其中上游建设面积为64800㎡，下游建设面积为90800㎡，平均宽度50m。花垣河流域新建2处人工湿地，共155600㎡。

2.2 古苗河湿地修复项目主要参数设计

BOD5表面负荷为10kg/（hm2·d），以BOD5表面负荷计算面积，如公式（2）所示。

qos=Q×（C0-C1）×10-3/A" " " （2）

式中：qos为表面有机负荷，kg/（m2·d）；Q为人工湿地设计水量，m³/d；C0为人工湿地进水BOD5浓度，mg/L；C1为人工湿地出水BOD5浓度，mg/L；A为人工湿地面积，m2。

水力负荷设计为0.063m³/（m2·d），以水力负荷计算，则水力停留时间为11h，运行水位为30～100cm，基质为土壤。

2.3 湿地工程量表以及植被修复项目

结合表2和表3，湖南花垣古苗河湿地基本构型以大斑块为主，湿地结构的完整性较好。充分表明湖南花垣古苗河湿地的管理与开发已取得突出成效，但也反映出，为满足人类生活的需求，对湿地资源利用并不合理，完整性指数差异明显，从而导致湿地抵抗外界干扰能力下降。因此，对湖南花垣古苗河湿地进行保护规划，改进湿地综合管理措施，增强湿地的抗灾能力，优化湿地景观特性，提高湿地景观效益，对湖南花垣古苗河湿地未来的发展非常重要。由于库区常年被尾砂覆盖，原地表植被已被破坏，抗雨水冲刷能力变差，因此库内尾砂全部采完后，须采用覆土+播撒草籽、种植易生植物等方式恢复其植被。

土壤层应优先选择当地土壤，以松软土质为佳（黏土～壤土），具有较高的肥力，渗透系数为0.025cm/h～0.35cm/h，厚度为30cm；底层为黏土层，其夯实前厚度为30cm。

表4和表5为拟建湿地工程量表，在修复项目植被设计中，设计湿地各植物品种的相应数值，根据根系发达程度、地上生物量、生长期、景观效果等因素对植物进行选择，挺水植物种植菖蒲、芦苇、香蒲及千屈菜等，种植密度为25株/m2，沉水植物种植狐尾藻及金鱼藻等，种植密度36株/m2。

2.4 古苗河湿地修复项目基坑支护

规范《建筑基坑支护规程》中的5.3条[1]，给出了土钉墙支护各参数的基本要求，根据5.3.1可知，坡度的要求为不宜大于1∶0.2[1]。根据5.3.3可知，土钉水平间距和竖向间距宜为1m～2m。土钉倾角宜为5°～20°。根据5.3.4可知，土钉钢筋宜采用HRB400、HRB335级钢筋，应根据土钉抗拔承载力设计要求确定钢筋直径，设计值宜为16mm～32mm。

根据《建筑基坑支护规程》，计算过程如公式（3）所示。

（3）

式中：ζ为墙面倾斜时的主动土压力折减系数[1]；Nk，j为第j层土钉的轴向拉力标准值，kN[1]；αj为第j层土钉的倾角[1]；Pak，j=第j层土钉处的主动土压力强度标准值，kPa；sxj为土钉的水平间距，m[1]；szj为土钉的垂直间距，m[1]。

根据公式（3），需要计算各排土钉位置处的土压力、折减系数、调整系数nj。采用朗肯理论计算土压力（地下水位以上），如公式（4）、公式（5）所示。

（4）

（5）

式中：Ka，i为第j层土主动力压力系数[1]；pak为支护结构外侧载荷，pak为0（paklt;0时）[1]；γi为容重，kN/m³；ci为第i层土的黏聚力，kPa[1]；φi为内摩擦角；q为地面超载，kPa。

需要确定各排土钉所在的土层。已知土钉间距为sx=1.6m，sy=1.4m，其中第一排土钉距离坡顶1.2m。取地面荷载为q0=20kPa，第一排土钉位于第一土层，得到公式（6）和公式（7）。

（6）

（7）

将其带入公式（4），得出公式（8）。

pak（∑γiHi+q）Ka，j-2ci=（18×1.2+20）×0.8397-2×5×0.9163=25.77 kPa （8）

各排土钉位置处的Pak计算过程见表6。

根据设计规范，对湿地进行基坑支护设计，得到以下参数。坡度为1∶0.3。土钉间距为sx=1.6m，sy=1.4m，，其中第一排土钉距离坡顶1.2m。土钉倾角为α=15°。土钉钢筋采用HRB400，d=16mm。共设置土钉4排。各排土钉长度分别为7.0m、5.0m、5.0m、4.0m。

2.5 古苗河湿地的生态透水坝设计

本工程在花垣河流域具备条件的小沟渠、排水口等点源汇入点均布设了生态透水坝，目的是使外源污染在初期得到初步净化，本工程共设计生态透水坝10座。

为阻止水漫过湿地，坝顶在湿地水平线以上需要有很大的波浪超高。其过程如公式（9）、公式（10）所示。

Y=R+e+A" " " " " " " " " " " " " " " （9）

e=KV2cosD/2gH" " " " " " " " " " " " " （10）

式中：v为风速计算[4]，v=12m/s；D为水面风速，km/s；e为风吹过水面，使水面变高超过湿地水位的高度，m；R为风吹水面形成的波浪，波浪顺着坝中倾斜部分爬升后的垂直高度，m；K为沿程损失系数，通常取3.6×10-3；H为顺着湿地风距方向水里的平均深度，m；A为安全加高，A正=1.5m，A非正=1.0m。

平常水位加地震安全加高为191.80m+2.62m=194.42m，取最大值206m。由此确定坝高=206m-150m=56m。坡取决于坝型、坝高、材料等因素。结合图1，饱和状态下土材的抗压强度下降，当湿地的水位降低时，上游对斜面的渗透力的指向性稳定，因此结合湿地情况，对古苗河湿地生态透水坝进行设计，当土材相同时，上游斜面比上游斜面平缓。底部的负荷越大，湿地的斜面越陡，因此，土石坝应每10～30m减速一次，相邻坡度差为0.25～0.5，从上到下减速一次。

2.6 古苗河湿地生态修复项目设计

新建县城规模供水厂1座，水厂分为厂前区和生产区[5]。根据后续的构筑物设计和经济计算综合分析确定，该花垣古苗河湿地保护项目污水处理工艺可选择A2O工艺[6]。污水处理工艺流程图如图2所示。

项目实施有助于解决矿区、厂区、城区各类污染扩散的问题，有助于防治废水对环境的污染[7]。因此，花垣县片区生态环境系统整治项目对实现花垣县环境整治综合规划目标非常重要。

3 结语

结合上述分析，本文对“锰三角”湖南花垣古苗河湿地保护与修复项目进行研究，该地区地域广阔，地貌复杂，资料搜集难度大，须多个部门及相关专家协同配合，以此获得更精确、更科学的评估结果。在项目修复中拟建1#湿地工程量和2#湿地工程量，对基本工程量进行了解，设计生态透水坝平面图，从而更好地对湿地进行规划与保护。保护与管理湿地产生的影响，须经过长时间观测、记录和分析才能体现出来。对规划中的示范工程和污染治理工程，也须进一步进行讨论。本文在该湿地已有的城镇规划和水利设施等基础上，对其进行了详细地建设，后续会对实际执行效果进行论证。

参考文献

[1]中华人民共和国建设部.建筑基坑支护技术规程：JGJ 120—2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012：123-124.

[2]中华人民共和国建设部.建筑边坡工程技术规范：GB 50330—2013[S].北京：中国建筑工业出版社.2009：341-342.

[3]陈忠权.把七里海打造成全国湿地保护与修复典范[N].天津日报，2021-09-26（2）.

[4]王琪.多措并举统筹推进湿地保护与修复[J].国土绿化，2021（2）：12.

[5]诗宣.我国湿地保护与修复水平显著提升[J].绿色中国，2021（1）：8-9.

[6]薛强.湿地生态环境保护与修复对策研究[J].清洗世界，2020，36（8）：64-65，67.

[7]田瑞，马国东.宁夏湿地保护与修复对策[J].宁夏农林科技，2023，64（3）：52-54.