滹沱河干旱河道的生態(tài)環(huán)境修復(fù)模式的研究

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1、研究背景
    滹沱河為石家莊市的主要河流之一,位于石家莊市區(qū)的北部,離中心城區(qū)約12km.歷滹沱河地區(qū)曾是水豐土肥的地方,農(nóng)業(yè)耕種條件優(yōu)越,寬闊的漫灘地構(gòu)成出山口河道特有的景觀格局,“冬去山明水秀,春來鳥語花香”,不僅為下游地區(qū)提供了豐富的水資源,也對區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的改善和氣候的調(diào)節(jié)起到了一定的作用。20世紀(jì)50年代末,由于滹沱河上游水利工程的建設(shè),滹沱河(石家莊段)沿線城鎮(zhèn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)獲得迅速發(fā)展,滹沱河沿線的自然、水文循環(huán)條件被改變,加之人們對流域共生共榮關(guān)系認(rèn)識(shí)的局限,到20世紀(jì)80年代,滹沱河(石家莊段)已基本斷流,只在行洪期間過水。
    經(jīng)過幾十年的演變,滹沱河的生態(tài)環(huán)境問題越來越突出,影響越來越大,特別是在石家莊市區(qū)段,滹沱河已由一條興利之河變成一條毒害之河,集中表現(xiàn)在河道干化、植被退化、水污染嚴(yán)重等方面,造成該區(qū)域生態(tài)環(huán)境退化和惡化的后果。從氣象條件和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)看,該河已成為城市大的沙塵污染源。改善滹沱河區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況成為石家莊市實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵。雖然我國對河道的治理已有了一定的經(jīng)驗(yàn),但對干旱河道的治理方案及思路的研究還處在探索、徘徊階段。為此,我們課題組針對滹沱河進(jìn)行了生態(tài)綜合整治研究,提出了滹沱河生態(tài)環(huán)境修復(fù)的理論和實(shí)施方案,在一定程度上為國家推廣干旱河道的生態(tài)環(huán)境整治與建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。
    2、國內(nèi)外河流的治理思想
    2.1國外河流治理進(jìn)程
    國外對河流生態(tài)環(huán)境的研究和實(shí)踐已有一百多年的歷史,取得了顯著的效果。通常的做法是基于河流生態(tài)系統(tǒng)的管理和維持生物多樣性的河流流量研究,通過改善河流水質(zhì)、重建和恢復(fù)生態(tài)等內(nèi)容的實(shí)踐來改善生態(tài)環(huán)境,如減少枯水期引水量,大幅度減少地下水開采。
    國外對河流實(shí)施單一目標(biāo)管理的立場是為了避免洪水,以保證居民的安全,即以質(zhì)量轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ),通過建立河流和洪泛平原生境、建設(shè)人工大壩等工程措施,降低洪峰流量,使日流量趨于穩(wěn)定。但這樣做存在的問題是河流經(jīng)長時(shí)間的運(yùn)行,來自上游的沉積物不斷積累,沖刷洪水流量減小,水和沉淀物的自然流動(dòng)受到抑制,水流攜帶的泥沙沉積在水庫和下游地區(qū),河流的生境趨于惡化。河流綜合管理研究則彌補(bǔ)了單一目標(biāo)管理的不足,采用河道內(nèi)流量增量法、蒙大納法、流量持續(xù)時(shí)間曲線法、棲息地排水法、水力學(xué)評價(jià)法等方法,從河流的研究范圍和尺度、河流系統(tǒng)分類和評價(jià)、河流恢復(fù)、稀釋用水及維持生物多樣性的河流流量5個(gè)方面統(tǒng)籌考慮,以維持河流生態(tài)環(huán)境的自然平衡。具代表性的是Ward提出的四維河流生態(tài)系統(tǒng),即河流在縱向、橫向、垂向和時(shí)間分量上具有連續(xù)性、相互性、融合性、延續(xù)性特點(diǎn)。
    在維持生物多樣性的河流流量研究中,20世紀(jì)90年代以前對生態(tài)需水量的研究主要集中在河道自身的物理形態(tài)、所關(guān)心的魚類及無脊椎動(dòng)物等對流量的需求方面,對整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的完整性未能加以充分考慮。20世紀(jì)90年代后,petts認(rèn)為在河流管理中,應(yīng)從縱向的連接、洪泛平原的流量、維持河道的流量3個(gè)方面進(jìn)行考慮,并提出確定生態(tài)系統(tǒng)可接受流量的兩個(gè)步驟:一是制定生態(tài)目標(biāo)和綜合目標(biāo),提出生境和物種數(shù)量可接受的損失度,如在荷蘭的自然政策方針中,生態(tài)系統(tǒng)可接受的大損失度為物種的5%;二是參照基流量、考慮當(dāng)前可接受的平均流量、極低或極高的流量及頻率和持續(xù)時(shí)間,確定可操作的小單元,并提出相應(yīng)的具體生態(tài)目標(biāo)。
    2.2國內(nèi)河流治理進(jìn)程
    與國外相比,由于國內(nèi)缺少對河流生態(tài)環(huán)境的正確認(rèn)識(shí),只注重經(jīng)濟(jì)建設(shè),忽視對生態(tài)環(huán)境的維持,出現(xiàn)了城市和工業(yè)用水?dāng)D占農(nóng)業(yè)用水,農(nóng)業(yè)用水?dāng)D占生態(tài)用水的現(xiàn)象,導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化,進(jìn)而對經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成極大威脅,具體表現(xiàn)如20世紀(jì)90年代以來黃河頻繁斷流、北方地區(qū)沙塵暴肆虐、江河湖泊水體污染嚴(yán)重。
    近幾年,隨著人們對河流認(rèn)識(shí)的深入及工程的實(shí)施,對河流的生態(tài)環(huán)境治理從原來僅對河流水環(huán)境污染進(jìn)行治理和改善水環(huán)境質(zhì)量逐步向河流生態(tài)用水、河流生態(tài)恢復(fù)及濕地、流域生態(tài)建設(shè)等方面擴(kuò)展,如成都的府南河、太原的汾河、濟(jì)南的小清河等河流水環(huán)境改善工程。但從流域及河流兩側(cè)的社會(huì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)調(diào)整、土地及規(guī)劃控制、生態(tài)景觀建設(shè)等方面進(jìn)行綜合研究的成果甚少,基本上沒有工程實(shí)踐。
    3、對滹沱河(石家莊段)生態(tài)環(huán)境的認(rèn)識(shí)
    3.1生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀
    滹沱河是海河流域的主要支流,發(fā)源于山西省繁寺縣,流經(jīng)山西、河北兩省,共有256條支流匯入,全長513.3km,流域面積為4.6萬km2.據(jù)歷史記載,滹沱河易決善遷,改道頻繁,行洪時(shí)主流搖擺不定,沖淤變化迅速。
    (1)地質(zhì)地貌。該區(qū)域位于滹沱河河漫灘地帶,其地質(zhì)類型屬河漫灘侵蝕堆積土體結(jié)構(gòu)。巖性以粉細(xì)砂為主,局部夾有中粗砂。土體結(jié)構(gòu)松散,地殼穩(wěn)定性較差,易造成不均勻地面沉陷和地面裂縫。土壤發(fā)育在沖積母質(zhì)上,類型為褐土、新積土、風(fēng)沙土、潮土、水稻土。地形地貌特征明顯,河谷寬闊,河曲發(fā)育,多淺灘。
    (2)水資源。該區(qū)域內(nèi)有滹沱河及小青河、汊河、古運(yùn)糧河、周漢河4條支流。此外,還有北泄洪渠。該流域內(nèi)有崗南和黃壁莊兩水庫,總庫容量為27.8億m3;地表河流呈現(xiàn)“有河皆涸,有水皆污”的狀況,即使在常年有水的河段中,屬V類以上水質(zhì)的河段約占60%。地下水資源豐富,是城市地下水的主要采集區(qū),擔(dān)負(fù)著為市區(qū)和當(dāng)?shù)靥峁┕まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水的重任。但由于多年來的長期超采,地下水位逐年下降,市區(qū)地下水下降呈漏斗狀,漏斗中心水位降至38m~42m,漏斗區(qū)面積已近400km2.
    (3)植被資源。據(jù)衛(wèi)星遙感影像解析和現(xiàn)場調(diào)查,該區(qū)域內(nèi)有陸地(含濕地)鄉(xiāng)土、栽培和野生高等植物種類共計(jì)175種,植被總覆蓋率為28%~30%。
    (4)土地資源。起初,滹沱河沿線僅限于農(nóng)墾,兩岸灘地內(nèi)并無村落。19世紀(jì)初,京漢鐵路和滹沱河導(dǎo)流堤(又稱月牙堤)修建后,該區(qū)域開始出現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。到20世紀(jì)50年代~60年代,石家莊市政府、正定縣決定在滹沱河兩岸開辟林場,進(jìn)行大規(guī)模植樹造林。至20世紀(jì)70年代后期,受“邊、散、洞”布局指導(dǎo)思想的影響,在月牙堤內(nèi)相繼建設(shè)了教育、科研單位及一些大型工業(yè)企業(yè)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后期,快速的經(jīng)濟(jì)建設(shè)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境越來越惡化。到2003年底,現(xiàn)狀土地利用基本為農(nóng)用地,用地結(jié)構(gòu)為喬木用地15.0%、草地17.2%、耕地49.0%、水面2.1%、苗圃1.4%、垃圾用地0.6%、建設(shè)用地8.3%及*沙6.4%。
    3.2主要環(huán)境問題
    從目前看,滹沱河的生態(tài)環(huán)境具有綜合性特征,必須從系統(tǒng)性、獨(dú)立性、相關(guān)性角度進(jìn)行比較、分析,篩選出主要矛盾。
    (1)土地利用方式不能滿足滹沱河地區(qū)的生態(tài)功能要求。滹沱河兩岸植被稀疏,沙灘*露,垃圾遍布,為城市的沙塵污染源,同時(shí),地下水下降漏斗區(qū)面積逐年擴(kuò)大,地下水位不斷加深,地下水受到污染。
    (2)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理,土地利用粗放,綜合效益低下。從對產(chǎn)業(yè)進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果看,各產(chǎn)業(yè)都處于較低層次,經(jīng)濟(jì)水平整體較低。第一產(chǎn)業(yè)以傳統(tǒng)的種植業(yè)和林業(yè)為主,科技含量較低;第二產(chǎn)業(yè)以二、三類工業(yè)為主,無朝陽產(chǎn)業(yè),經(jīng)濟(jì)效益低,環(huán)境污染嚴(yán)重;第三產(chǎn)業(yè)以商業(yè)為主,科研教育初具規(guī)模,但文化、旅游、科技、服務(wù)發(fā)展水平相對較低。
    (3)土地?zé)o序開發(fā),環(huán)境承載力下降。一方面,農(nóng)民過度墾荒,無節(jié)制地向土地索取糧食,將多年的濕地、成熟的草甸變成耕地,大面積的果園、林地被復(fù)耕為農(nóng)田,加快了土地貧瘠化和沙化的速度;另一方面,在月牙堤內(nèi),一大批科研院校,甚至幾十家企業(yè)進(jìn)行開發(fā)建設(shè),嚴(yán)重超出了該區(qū)地下水的自凈能力和環(huán)境承載力。
    (4)基礎(chǔ)設(shè)施短缺,生態(tài)環(huán)境的保障體系不夠健全。無統(tǒng)一的供水體系,直接影響到城市供水設(shè)施的安全可靠性;排水設(shè)施和污水處理設(shè)施及環(huán)衛(wèi)設(shè)施的不完善,導(dǎo)致污水未經(jīng)處理就直接排入河道或滲坑。
    (5)用地布局混亂,建設(shè)無序,景觀質(zhì)量較差。滹沱河的建設(shè)用地布局分散,生產(chǎn)、生活用地混雜,交通不暢,空間無序,沿主要干道兩側(cè)的建筑破舊,河道兩岸垃圾成堆,生態(tài)環(huán)境日益惡化,與石家莊現(xiàn)代化大都市的整體形象要求相去甚遠(yuǎn)。
    (6)綠化面積少,植被疏枯,固沙樹種、草種單一。整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)林地少,僅3000hm2,約占研究區(qū)面積的15%,且林帶種植結(jié)構(gòu)簡單,郁閉度很低,綠色屏障殘缺、連續(xù)性差。