基于景觀生態(tài)學的生態(tài)岸堤構(gòu)建研究

基于景觀生態(tài)學的生態(tài)岸堤構(gòu)建研究

0湖泊周邊的濕地和洪泛區(qū)岸墻（岸墻）是指河流附近或直接影響部分水體的所有區(qū)域。它應包括:河流旁的土地,以及河岸本身;湖泊周邊的區(qū)域;濕地和洪泛區(qū),是一片寬廣地帶,而不是沿著河岸的一條沿著河岸的狹窄區(qū)域。岸堤是水生態(tài)系統(tǒng)到陸行生態(tài)系統(tǒng)的過渡帶,岸堤生態(tài)系統(tǒng)是介于水陸生態(tài)系統(tǒng)之間的一種獨立生態(tài)系統(tǒng),它對水陸生態(tài)系統(tǒng)間的物流、能流、生物流發(fā)揮著廊道、過濾器和天然屏障等功能。1水庫生態(tài)特征和作用1.1國外生態(tài)駁岸的研究生態(tài)岸堤是結(jié)合治水(水利)工程與生態(tài)環(huán)境保護而興起的一種新型護岸技術(shù),是融現(xiàn)代水利工程學、生物科學、環(huán)境學、生態(tài)學、景觀學、美學等學科為一體的水利工程。它與傳統(tǒng)岸堤的區(qū)別如表1。傳統(tǒng)岸坡的缺點是顯而易見的,主要表現(xiàn)如下。(1)溝渠化河道改變了河流蜿蜒型的基本形態(tài),生境的異質(zhì)性降低,生物多樣性將隨之降低,最終結(jié)果是可能引起整個河流水生生態(tài)系統(tǒng)退化。(2)由混凝土修筑的筆直而高大的岸墻拉大了人與水的距離,使人們親水性的心情難以得到滿足。(3)帶來更大洪水隱患,迫使提高防洪標準,造成惡性循環(huán)。20世紀80年代以后,人們開始對河道整治技術(shù)中一些破壞生態(tài)環(huán)境的施工方案與技術(shù)進行反思,德國提出全新的“親近自然河流”的概念;歐洲的荷蘭、英國、丹麥等國均把生態(tài)堤岸設計與河流形態(tài)修復相結(jié)合。此外,從美國環(huán)保署(USEPA)提倡的河流生態(tài)修復方法及各項示范工程看,恢復自然堤岸是當前美國河流生態(tài)修復重要措施之一。日本在20世紀90年代初就開展了“多自然河川計劃”,日本建設省推進的第9次治水五年計劃中,對5700km河流進行多自然整治,其中2300km為植物岸坡,1400km為石頭及木材護底的自然岸坡,不得已使用混凝土的2000km堤岸也先進行了覆土改造。岸坡作為陸地和水域兩大景觀要素的空間鄰接邊界,從景觀生態(tài)學的角度看它是屬于生態(tài)交錯帶的一種。生態(tài)交錯帶(ecotone)是景觀格局的特殊組分,其重要特征之一就是影響(控制或調(diào)節(jié))橫穿景觀格局的生態(tài)流(ecologicalflow),即物質(zhì)、能量和有機體等的流動。岸堤作為水陸生態(tài)交錯帶,是生態(tài)交錯帶的一個重要類型,其生態(tài)系統(tǒng)具有水陸交錯帶的一些獨特特征。(1)空間異質(zhì)性較高?？臻g異質(zhì)性(spatialheterogeneity)是指某種生態(tài)學變量在空間分布上的不均勻性及復雜程度。一定空間尺度上岸堤作為水陸交錯帶兼有陸地及水域兩大景觀要素的部分特點,同時在生物與非生物力作用下,其環(huán)境條件趨于多樣性和復雜化,因此異質(zhì)性高。(2)生物多樣性。水陸交錯帶是水陸兩種生境交匯的地方,也是生物多樣性交匯帶,不但含有兩個相鄰群落中偏愛邊緣生境的物種,而且其特殊化的生境導致出現(xiàn)某些特有種或邊緣種(edgespecies)。由于空間異質(zhì)性高和邊緣效應(edgeeffect),使得其生物群落多樣性的水平高。(3)生態(tài)脆弱性。岸坡屬于水陸生態(tài)系統(tǒng)的過渡區(qū)域,其組成、空間結(jié)構(gòu)、時空分布范圍對外界環(huán)境條件變化十分敏感。所以,水陸交錯帶也可被認為是水陸生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)應力帶(tensionzone)。1.2休閑娛樂空間修建生態(tài)岸堤是保護水資源有效的方法之一。它的作用不不僅僅起到保護河岸,穩(wěn)定河勢、削減河流洪峰流量、為人們提供休閑娛樂的場所。從景觀生態(tài)學的角度,岸堤(岸坡)影響著能量、有機體、水、營養(yǎng)物質(zhì)等的流動,功能基本上歸納為五類。(1)生態(tài)流的自然影響生態(tài)交錯帶作為相鄰生態(tài)系統(tǒng)之間生態(tài)流的通道,影響生態(tài)流(ecologicalflows)的流向和流速。例如岸堤為生物提供遷徙通道,成為野生動植物各個群落之間的往來通道。(2)生態(tài)岸堤的概念生態(tài)系統(tǒng)的某些組分能通過生態(tài)交錯帶在相鄰生態(tài)系之間流動,另一些組分則受阻礙。例如生態(tài)岸坡可以過濾和截留地表徑流中的沉積物和動植物殘骸等粗大有機物。生態(tài)岸堤是構(gòu)成來自高地的地下水物質(zhì)的過濾器能夠同時截留分解地下水及地表水中的污染物質(zhì)。當徑流流經(jīng)時,污水中的磷會被土壤顆粒吸附,可以去除80%～85%的磷含量。有研究表明50m寬的河岸帶能在效地截留來自農(nóng)田的漏水和養(yǎng)分。(3)基礎(chǔ)植被的結(jié)構(gòu)分布生態(tài)交錯帶為相鄰生態(tài)系提供物質(zhì)、能量和生物來源。例如岸堤生長的植被以層狀結(jié)構(gòu)分布。它們吸收太陽光進行光合作用,可作為河流的有機碳源,對整個河道生態(tài)系統(tǒng)的能量來源起著十分重要的作用。(4)組合功能sik與源的作用相反,生態(tài)交錯帶能吸收積累某些組分。例如岸堤生長的植被可以吸收氮、磷營養(yǎng)元素及有機物污染物。(5)棲息地多樣性生態(tài)岸坡特有的環(huán)境為水生、陸生、水陸兩棲等多種生態(tài)位物種提供了棲息地。而岸坡在時間上的干濕交替,也創(chuàng)造了許多的小生境,為動植物提供了生存與繁衍的場所。(6)景觀效果為人類提供休閑、娛樂場所。2生態(tài)海岸岸壁景觀生態(tài)學內(nèi)涵2.1景觀連通性與生物多樣性Baudry于1984年提出了景觀連通性(landscapeconnectedness)的概念。景觀連通性對景觀多樣性與生物多樣性有重要的影響。一個真正意義上的生態(tài)岸堤(岸坡)其景觀連通性應該較高,在構(gòu)建生態(tài)岸堤時,為了避免景觀多樣性與生物多樣性的降低,就必須研究景觀各元素之間的景觀連通性,在影響生物群落的重要地段和關(guān)鍵點,保留生物的生境或是在不同生境地之間建立合理的廊道。2.2岸堤岸坡的組成異質(zhì)性(heterogeneity)與多樣性(diversity)主要是指景觀內(nèi)斑塊性質(zhì)的多樣化,而異質(zhì)性(heterogeneity)則是斑塊空間鑲嵌的復雜性(Farina,1998)。景觀異質(zhì)性是景觀結(jié)構(gòu)的一個重要特征,對景觀的功能過程具有顯著影響。異質(zhì)性可以影響資源、物種或干擾在景觀上的流動與傳播。根據(jù)Forman和Godron(1981,1986)的綴塊-廊道-基底模式,從整個河流的空間尺度上看,岸坡屬于一種廊道結(jié)構(gòu)。岸堤(岸坡)主要由3個部分組成,即坡頂、坡面和坡腳。坡面是水生態(tài)系統(tǒng)到陸行生態(tài)系統(tǒng)的過渡帶,坡面又可劃分為3個區(qū)域,即死水區(qū)、水位變化區(qū)和無水區(qū)。2.3自然邊界與人工邊界盡量不去改變原有的景觀,保持其原有景觀形態(tài)的自然性。例如在岸坡的邊界形態(tài)上,自然邊界多是曲折、復雜、和緩的,可人工邊界多是平直、簡單、僵硬的。彎曲邊界比平直邊界的生態(tài)效益更高(例如可減少水土流失、有利野生動物活動),邊緣的曲折度和寬度共同決定景觀中邊緣生境的總量。2.4生物多樣性保護生物多樣性包括遺傳多樣性,物種多樣性,生態(tài)系統(tǒng)多樣性。生物多樣性是人類生存的基礎(chǔ),保護生物多樣性對實現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展有十分重要的意義。由于岸坡是水陸兩種生境交匯的地方,所以其物種的豐富度很高。2.5功能多樣性比起傳統(tǒng)的岸坡,生態(tài)岸坡的功能不僅僅是防洪,保護河道的穩(wěn)定性,它還有生態(tài)、景觀、旅游等多層次的功能。3生態(tài)海岸岸壁的設計和構(gòu)建3.1從人的角度考慮按照生態(tài)岸堤(岸坡)的景觀生態(tài)學內(nèi)涵,在生態(tài)岸堤(岸坡)的設計中景觀與生態(tài)是兩個主題。片面地強調(diào)其中的某一個方面都是不正確的。例如為了保護河流,而將人排除在外,一味地強調(diào)原生性,不對其進行治理與利用;或是一切都從人為的角度出發(fā),為了滿足景觀的需要而肆意對河流進行人為的破壞,這兩種方法都是不可取的。根據(jù)“以人為本,宜寬則寬,宜彎則彎,人水相親,和諧自然”的理念,構(gòu)建生態(tài)岸堤時要考慮岸堤的多重功能:城市堤防的安全性;市民使用上的愉悅性;水域生態(tài)上的合理性;城市歷史文化上的必然性;河道工程上的可行性;河道景觀上的調(diào)和性等等。3.1.1穩(wěn)定性和安全性岸坡是限定水體空間的物質(zhì)界面,長期經(jīng)受著流水的侵蝕和沖刷。它起著防止水土流失,防洪泄洪的作用,它的穩(wěn)定性直接關(guān)系到人民生命財產(chǎn)的安全。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全是設計中要重點考慮的一個方面,岸坡的穩(wěn)定性設計需要對水力參數(shù)和土工技術(shù)參數(shù)進行評估,找出引起不穩(wěn)定的主要因素,然后根據(jù)實際情況選用護岸形式,以保證岸坡的穩(wěn)定性和安全性。因此,在今后的生態(tài)護岸設計中,必須做到防洪排澇與保護生態(tài)、環(huán)境相結(jié)合。3.1.2合理利用自然生境,形成自然、生命、生物的多樣性在充分考慮岸堤的安全與穩(wěn)定的前提下,應盡量保持其自然形態(tài),減少人為的改造。應盡量使岸堤的邊界線條柔和化,保持其天然河岸蜿蜒曲折的特點,曲代表著自然、生命、變化。應盡可能保護生物的多樣性,以生態(tài)學為基礎(chǔ),考慮護岸景觀的連通性對生物的生存與繁衍的制約,積極為水生生物、兩棲動物創(chuàng)造棲息、繁衍環(huán)境。這既有利于保護水生態(tài)環(huán)境,又有利于提高河流的自凈能力。在不得已的情況下,也應采用模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的工程措施,維護河道的生態(tài)循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。要達到這樣的設計就必須對所選河段的河岸生態(tài)系統(tǒng)進行細致的調(diào)查,對其組成、結(jié)構(gòu)、功能進行分析。這生態(tài)岸堤的構(gòu)建提供盡可量多的詳細資料。3.1.3重視景觀元素的應用,提高駁岸景觀的親水性水環(huán)境景觀是城市、鄉(xiāng)村景觀的重要組成部分。河流水系是一個開放性的廊道空間,蜿蜒于城市之中,它是許多城市乃至于文明的發(fā)展軸線,例如巴黎的塞納河、倫敦的泰晤士河、美國圣路易斯的密西西比河。沿河的景觀在一個城市中具有十分重要的景觀美學價值,它的景觀視覺效果對人們精神狀態(tài)有重要影響。在生態(tài)岸坡的建設中,河流岸坡的景觀效果應按照自然與美學相結(jié)合的原則,進行縱向的形態(tài)規(guī)劃與橫向斷面設計,設計中可使用植物、鋪裝、照明等景觀元素來增加其景觀效果。水能給人帶來美的享受,陶冶情操,親水性是人與生俱來的一種本能。河道與水邊歷來是具有豐富的自然景致與人類活動的場所。進行河道的整治,岸堤的設計時要遵循歷史文脈,考慮到所在河流的特殊的人文景觀效應。要研究和分析大眾行為心理。改變水景只可遠觀不能親近的狀況,盡量增設親水平臺等設施,做到水岸相接,真正使人類在護岸的活動具有親水性,人們可以在水邊散步,小孩可以在清水中嬉戲。日本著名景觀設計師涌井雅之先生有過經(jīng)典的概括:“景觀十年,風景百年,風土千年。”因此,設計生態(tài)護岸的最高層次的要求就是要以自然、生活、空間、歷史和文化為線索,對當?shù)氐淖匀画h(huán)境與人文景觀進行徹底的了解與認識,以便將生態(tài)護岸與當?shù)氐木坝^文化融為一體。3.2構(gòu)建水陸交錯帶的生態(tài)結(jié)構(gòu)生態(tài)岸堤(岸坡)的構(gòu)建是河道整治的重要組成部分。生態(tài)岸堤的構(gòu)建要從岸坡這個水陸交錯帶的生態(tài)結(jié)構(gòu)入手,充分應用景觀生態(tài)學、生態(tài)水工學的基本原理,對原生態(tài)的河道要盡量保護其原有的動植物物種和原有的生態(tài)系統(tǒng),對受損的河道力求修復退化了的水域生態(tài)系統(tǒng)。3.2.1自然基層駁岸構(gòu)建岸坡所選的材料與岸坡的穩(wěn)定性與有很大關(guān)系。材料選擇是構(gòu)建生態(tài)岸堤的重要環(huán)節(jié)。護岸材料的選擇應盡量選用生態(tài)環(huán)境友好型護岸材料。根據(jù)護岸的形式與用材進行區(qū)分,主要有非結(jié)構(gòu)性與結(jié)構(gòu)性兩類:(1)非結(jié)構(gòu)性岸堤。指按照自然水岸的模式,運用自然界物質(zhì)形成的坡度較緩的水系岸堤。這類岸堤按人為因素干擾的強弱又可分為兩種。一種是按土壤的自然安息角(30°),對土壤進行逐層夯實,面層鋪設砂、卵石自然形成草坡、卵石灘。另一種是當岸坡的坡度較陡時,需要進行人工防沖蝕與加固,主要是利用一些有一定的強度的可降解的天然材料(如稻草、椰殼、木頭等)通過覆蓋和層層堆積的方式夯實,并在上面種植植被。目前、美國與德國在這方面有許多的成功經(jīng)驗。(2)結(jié)構(gòu)性岸堤。此類岸堤又可細分為柔性與剛性兩類。①柔性岸堤有木沉排岸堤、圓木格子岸堤(采用大根圓木縱橫相交在每層間覆蓋泥土,插入柳枝節(jié))、石籠沉排坡岸堤、草/木梢捆岸堤、連根樹樁+截柳桿岸堤等。②剛性岸堤這類岸堤在城市河道中常見,采用的材料也多種多樣,如日本的植被型生態(tài)混凝土、韓國的生態(tài)植草磚系列及我國的水泥生態(tài)種植基。一方面這些材料上可以生長植被,景觀效果強,另一方面這些新型配料的高滲透性使降水可以滲入地下,經(jīng)過過濾作用再匯入河道,其中大部分的營養(yǎng)物質(zhì)與污染物都得到了有效降低,因此它對城市的面源污染控制起到了重要的作用。3.2.2水生生物海岸植物群落建設(1)生物多樣性原則生態(tài)岸堤植物群落對整個生態(tài)岸堤起著至關(guān)重要的作用。作為生產(chǎn)者的綠色植物是生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ),不同地區(qū)具有不同地質(zhì)構(gòu)造、環(huán)境條件和生物種群,因此在生態(tài)岸堤的植被選取要遵循自然規(guī)律。自然選擇已經(jīng)為該流域選出最適宜的植物種類。通過調(diào)查河岸周圍,可以了解哪些是適應該環(huán)境的優(yōu)勢種。植物的配置也應以鄉(xiāng)土植物為主,極力回避外來物種,合理布局,以保證高的異質(zhì)性。植被中土著種越多,生態(tài)岸堤看上去就越接近天然狀態(tài),并且它的生態(tài)功能也就越強。(2)植被類型對生態(tài)岸堤岸坡功能的影響在河道斷面方面看,岸坡可從上到下分成坡頂、坡面和坡腳。生長的植物有沉水植物、挺水植物和陸生植物。就陸生植物來看從垂直方向看,又有草本植物、木本植物。表2可為不同