辽河保护区牛轭湖湿地恢复技术研究

段亮，宋永会*，郅二铨，张临绒，赵伟伟，徐微雪

1.中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012 2.中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地，北京 100012 3.沈阳化工大学环境与安全工程学院，辽宁 沈阳 110142

在平原地区的河流，随着流水对河面的冲刷与侵蚀，河流弯曲严重，最后导致河流自然截弯取直，河水由取直部位径直流去，原来弯曲的河道被废弃形成湖泊，因其形状恰似牛轭，称之为牛轭湖[1-3]。辽河河道蜿蜒曲折，汛期径流量大，河道淤积十分严重，致使弯曲的河道容易改道形成大量的牛轭湖。辽河干流牛轭湖的分布特点与泥沙淤积相似，西辽河和柳河下游平原段由于淤积严重，大大小小牛轭湖也相对较多。牛轭湖形成后，由于水量不足尤其是非汛期，致使河道湿地的面积萎缩，破碎化程度加剧，自然植被退化，动物的栖息环境恶化，变成荒弃河滩[4-5]。在常年积水的牛轭湖生长着各种水生植物和苔草、芦苇等沼泽植物，有条件恢复成湿地系统。介绍了辽河保护区牛轭湖湿地恢复技术及牛轭湖湿地建设工程设计技术。

1 牛轭湖湿地恢复技术

1.1 牛轭湖分布情况及特点

辽河流域的西辽河、柳河和绕阳河沙丘质土壤水土流失严重，汛期大量泥沙被暴雨洪水夹带汇入辽河干流，干流河流悬移质泥沙含量很高，大量泥沙在平原地带淤积抬高河床形成辽河干流的泥沙基岩。辽河干流河道局部蛇曲发育，汛期时，河流对弯曲河道侧向侵蚀作用严重，加上河道淤积严重，致使弯曲河道较易发生裁弯取直而改道形成大量牛轭湖[6]。

辽河泥沙主要来自上游流域的西辽河和柳河，西辽河上约有56%的泥沙淤积于西辽河平原段，柳河约有53%的泥沙淤积于柳河下游闹德海至新民河段，辽河朱家房以下至河口河段，由于河道平缓和盘山闸的影响，河道淤积严重，输沙量沿程递减。牛轭湖的分布呈现出与泥沙淤积相似的特点，在泥沙淤积重的河段大大小小的牛轭湖分布较多，辽河下游牛轭湖数量则相对较少。西辽河至新民河段面积较大的牛轭湖达30多个。

牛轭湖形成过程中，河流以较快的流速在河道弯曲处在向心力的作用下向凹岸侵蚀，结果使一侧坚硬的河岸形成较陡的侧蚀凹槽，另一侧面则由于流速降低大量泥沙淤积形成坡度较缓的滩面，这些为构建牛轭湖湿地提供了良好的先天条件[7-9]。

1.2 牛轭湖湿地恢复技术路线

牛轭湖湿地恢复技术路线如图1所示。

图1 牛轭湖湿地恢复技术路线Fig.1 The technology roadmap of the oxbow lake wetlands restoration

(1)湿地位点选择

根据辽河干流橡胶坝建设和湿地网水利调控方法，配合牛轭湖湿地削减入河污染负荷，增强水体自净能力，改善河流水质，水源涵养，调洪蓄洪，景观多样性等作用，在主河道上根据河道态势选取具有构建大面积牛轭湖湿地优势的河道进行牛轭湖湿地恢复。

(2)湿地下垫面修整及水利调控

利用牛轭湖的原始废弃河道隔离牛轭湖湿地区域，设定湿地中心区和活动区的面积，对牛轭湖区域下垫面进行适当的坡度修整，在新河道一侧根据汛期排水要求、牛轭湖湿地生态需水量设置水利设施进行水利调控，利用河道蓄水工程的橡胶坝抬升水位将牛轭湖区域灌水，形成稳定的生态水面，在凸面河滩形成淹水深度不同的水生、沼生、湿生、中生的生境。

(3)植被恢复及湿地自我修复

引种水生植物并使其成为优势物种是生态修复的关键。湿地植物的恢复以牛轭湖区域原有的土著植物为主，根据不同淹水深度和不同的土壤质地选取不同类型植物播种或移植，形成稳定错落有致的植物生境，为野生动植物、鱼类和鸟类提供栖息地，形成具有自我恢复功能的牛轭湖湿地生态系统[10]。

1.3 牛轭湖湿地恢复技术

1.3.1 牛轭湖湿地恢复地点及范围

根据辽河干流橡胶坝分布及辽河干流湿地网整体水利调控措施，配合牛轭湖湿地削减入河污染负荷，增强水体自净能力，改善河流水质作用及水源涵养，调洪蓄洪，结合景观多样性及牛轭湖的分布情况，在福德店(橡胶坝)—柳河河口(橡胶坝)选择33处典型牛轭湖进行湿地恢复，湿地中心区总面积87.83 km2(不包括湿地活动区)。其中，面积较大的牛轭湖有3段，分别是马虎山橡胶坝—巨流河橡胶坝、巨流河橡胶坝—毓宝台橡胶坝、毓宝台橡胶坝—柳河河口(橡胶坝)。牛轭湖湿地在各橡胶坝间的分布数量及中心区面积见表1。

表1 牛轭湖湿地在各橡胶坝间的分布数量及中心区面积

1.3.2 牛轭湖湿地恢复具体要求

牛轭湖湿地以废弃河道为湿地中心区边界，对坡度较缓的凸面河滩进行适当的坡度修整，以便在牛轭湖淹水后在凸面河滩形成淹水深度不同的水生、沼生、湿生、中生的生境。牛轭湖新河道一侧的水利设施根据牛轭湖湿地中心区生态用水量和防洪泄洪的要求设置。

通过坡面修整，牛轭湖湿地中心区在非汛期可以形成淹水深度不同的多种生境，根据不同生境特点通过引入适当先锋种和建群种，使合适的土著水生植物成为优势物种是生态修复的关键。根据牛轭湖当地的水体质量、土壤质地、水位高低，选择耐污程度相当，土壤质地和需水合适的植物作为先锋种、优势种、建群种进行湿地植物生境恢复。在水深小于0.5 m的浅水区栽植蒲草、芦苇等亲水植物；若为沙质土壤则选择杭子梢、苦参等沙土植物；若存在无水区则栽植灌木或多年生草本植物。水、土壤等物理生境和水生植物、鱼等生物生境将为野生动植物和鸟类的迁徙、繁殖等提供栖息地，实现生物多样性和景观多样性，促使牛轭湖湿地自我恢复[11-12]。

1.3.3 大型牛轭湖湿地建设

巨流河橡胶坝—毓宝台橡胶坝段的牛轭湖形成十分典型(图2)，橡胶坝间距离仅11 km，水利控制条件较好，计划在该段通过下界面修整、植被恢复和水利调控建设36.93 km2的大型牛轭湖湿地，形成具有明水面、深水区、浅水区以及湿生、沼生、中生的多种生境，通过水生植被的恢复引导鱼、虾等水生动物群体的恢复，重新形成生物链完整、系统稳定和自我恢复的大型牛轭湖湿地[13-14]。通过对牛轭湖湿地中心区的自然封育，为大型水生动物和鸟类提供没有人为干扰的良好栖息地，使其在中心区自由的栖息繁殖，实现生物多样性、景观多样性和生态服务多样性[15]。

图2 巨流河橡胶坝—毓宝台橡胶坝段牛轭湖湿地Fig.2 The planning map of oxbow lake wetlands between the rubber dam of Juliuhe and Yubaotai

2 牛轭湖湿地建设工程设计

以巨流河牛轭湖湿地、兰旗险工牛轭湖湿地及后歪脖树牛轭湖湿地为例，介绍牛轭湖湿地建设工程设计。

2.1 工程总体设计

2.1.1 天然湿地恢复范围

巨流河段包括巨流河流域、沈家岗子附近河道支流、自然积水沟、河漫滩、冲蚀阶地和养息牧河的河道支流、自然积水沟、河漫滩及沈家岗子附近的大型牛轭湖、水塘、排水沟渠等地；兰旗险工段牛轭湖湿地包括三面船闸以东，新三面船村以南，团山子村以西，二道房村，徐家岗以北收回的废弃农田、河漫滩等区域；铁岭后歪脖树牛轭湖湿地带0.8 km2，范围包括后歪脖树西北街以北，龙王庙以西的天然牛轭湖和杨家塘坊以北的天然牛轭湖。

2.1.2 天然湿地恢复措施

(1)在天然植被稀疏的地段实行保护措施，提高植被盖度，促进天然植被恢复和自然生境改善，对湿地保护区内所有森林、灌木及草本植物都要严格封禁，对湿地草场要严禁放牧，促进生物种源的恢复和发展。

(2)对湿地的草甸和沼泽地植被，实行严格的管理措施。对湿地内具有天然下种能力且分布均匀的乔、灌木区域，如果幼苗密度在600～900株hm2，具有萌芽能力，根株密度为750～900株hm2，应进行封育，加快植被恢复，湿地封育面积8 000 hm2。其中，乔木树种包括新疆杨、垂柳、刺槐、速生杨、火炬树、家榆、五角枫等；灌木包括杞柳、连翘、榆叶梅等。乔木采用自然式组团栽植，所有乔木均带冠，灌木要求品字形栽植，地被植物要求达到满铺效果。种植芦苇、荷花等水生植物，紫花苜蓿等地被花卉。

2.1.3 湿地水生植被恢复与补种

通过人工措施来引种和恢复芦苇、香蒲、水葱、睡莲等水生植物，形成湿地特有的植物群落，既能调节湿地的功能，又能为野生动物提供栖息地。研究表明，芦苇、香蒲等湿地植物有很强的耐盐和耐污能力，对盐分和有机污染物具有很强的吸收和富集能力，同时芦苇又具有很高的经济价值，通过芦苇的收割，就可以将水体中的盐分和污染物转移，达到净化的效果。苇沼的恢复又为水禽、鱼类等湿地生物营造了栖息地。项目计划引种和恢复芦苇、香蒲、水葱、睡莲等水生植物1 000 hm2。

2.1.4 湿地恢复用水估算

巨流河牛轭湖湿地自然生态植被现状面积为36 km2，联网后的巨流河牛轭湖湿地网包括巨流河以东、辽河干流以西的牛轭湖、沈家岗子以西的牛轭湖湿地区域。通过增容，扩大牛轭湖原有河道宽度，每年到丰水期，河水暴涨，大量的洪水倒灌入牛轭湖湿地。

兰旗险工牛轭湖湿地群自然生态植被面积22.23 km2，后歪脖树牛轭湖湿地带包括中心面积0.8 km2的湖心岛，恢复湿地带面积29.0 km2。

目前维持现状需生态水3.0亿～4.0亿m3。湿地保护区建设项目年需水6.0亿～6.5亿m3，可满足水源要求。

2.2 重点工程设计

2.2.1 引洪封育工程

对于湿地自然保护区的天然植被应进一步加大保护力度，严格执行与天然植被保护相关的政策法令，对天然植被全部采取封育措施。选择人为破坏严重、天然恢复困难的地段，实行植物资源恢复工程。同时，建立相应的种苗基地，有计划地选育乡土植物，进行驯化、繁育和种植试验，加快植被恢复的进程。

乔、灌、草一体的河谷地段和茂密的芦苇荡，是野生动物栖身和繁衍最为理想的场所。所以要特别注意保护好湿地内现有的天然次生林、灌丛和芦苇沼泽，并且要用封育的方式，尽可能增加天然次生林、灌丛和沼泽植被资源。结合当地的实际情况，根据现有植被的分布情况及立地条件的不同，划分为乔灌型、灌木型、灌草型等封育类型。根据封育区条件和封育目的，确定封育年限：乔灌型，6年；灌木型，5年；灌草型，4年。经过牛轭湖湿地的净化作用，保证进入辽河水系的水质达到GB 3838—2002的Ⅳ类水质标准(CODCr为30 mgL,氨氮浓度为2 mgL)。具体工程地点、建设内容及具体措施见表2。

表2 引洪封育工程地点及建设内容

2.2.2 牛轭湖湿地面源污染阻控工程

通过坡面修整，牛轭湖湿地中心区在非汛期可以形成淹水深度不同的水生、沼生、湿生、中生的多种生境，根据不同生境特点通过引入适当先锋种和建群种，使合适的土著水生植物成为优势物种，利用水生植物对氮磷营养物的吸收，达到水质净化的目的。

巨流河牛轭湖湿地建设(工程1)：巨流河牛轭湖形成十分典型，计划在该段通过下垫面修整、植被恢复和水利调控建设36 km2的大型牛轭湖湿地，形成具有明水面、深水区、浅水区、湿生、沼生、中生等的多种生境，通过水生植被的恢复引导鱼、虾等水生动物群体的恢复，重新形成生物链完整、系统稳定和自我恢复的大型牛轭湖湿地。

兰旗险工牛轭湖湿地建设(工程2)：首先在兰旗险工段修建牛轭湖湿地入水口引水堤，聚集流域水到达湿地，同时封堵河道弯曲段的一端，引导河水流向直道，弯曲部分逐渐形成牛轭湖湿地，同时对上游污染起到稀释作用。

后歪脖树牛轭湖湿地建设(工程3)：后歪脖树湖心岛利用现有的高地，在里侧开挖排水渠道，形成四面环水的人工岛。渠道进口要与原排水渠道底高程相同，为便于形成水面，出口高程要高于原排水渠道对应点高程0.3 m，渠道开口宽度为15 m，边坡比为1∶2.5；开挖渠道的土方堆积于湖心岛上，使湖心岛形成三级台地，最上部为一级台地，占地3 513 m2，二级台地宽25 m，三级台地宽5 m，三级台地为原地面高程，一级台地与二级台地高差0.5 m，二级台地与三级台地高差0.3 m。

3 结语

辽河干流形成的大量牛轭湖有条件恢复成湿地系统。根据辽河干流湿地网整体水利调控措施，配合牛轭湖湿地削减入河污染负荷及牛轭湖的分布情况，在辽河保护区范围内选择典型牛轭湖33处进行牛轭湖湿地恢复。通过下垫面的修整、生态水位的保持及合适先锋种和优势种的引种，重构辽河牛轭湖湿地的沉水、漂浮、挺水等植物种群和适宜鱼、鸟等动物生存的自然环境，再通过自然封育，使牛轭湖生态系统进入自我恢复和自然演替阶段，实现大型鱼类-小型鱼类-浮游动物-浮游植物等食物链完整性和生物多样性丰富的生态系统，全面恢复牛轭湖湿地的生态功能和系统结构。牛轭湖湿地系统与辽河干流连通，与支流河口湿地、坑塘湿地、回水段湿地一起构成辽河干流湿地网络，形成由不同规模、错落有致的湿地构成的具有自我恢复功能的河流湿地生态系统，能够增强辽河水体自净能力，改善河流水质，同时发挥其水源涵养、调洪蓄洪、气候调节、生物多样性维持、景观多样性等生态功能。

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