基于耦合理念的山地河流生态修复模式——以三明市大田县均溪为例

王 芳 ，汪耀龙，王韶嘉 ，庄晓晴 ，谢祥财

（1.福建农林大学 园林学院，福建福州 350002；2.厦门大学嘉庚学院，福建漳州 363123）

河流缓冲带是指位于水体与陆地之间的过渡地带,可描述为狭长线状的水陆两栖植被带[1]，具有明显的边缘效应，是地球生物圈中最复杂的生态系统之一[2-5]。河流缓冲带具有很高的生态价值，可以过滤和截留地表径流，改善水质，调节河流流量，减少洪涝灾害的发生；其植被群落不仅可稳固河岸，减少河岸侵蚀，还可作为动植物的栖息地和迁徙通道，为区域内生物提供能量及食物[2,6-7]。

山地河流是流经地形复杂的山地的河流，流经地区坡度陡峻，深潭浅滩交错流速快，水文情况复杂，是洪涝灾害的高发区[8]。当前对山地河流生态修复方面的研究主要集中于山地河流健康修复及评价、山地河流植被分布生态格局研究及山地河流地质灾害及应对措施等方面，研究多从某一方面或角度进行，较为缺少山地河流安全性、景观性与生态性的融合，且对山地河流的植被分布情况多从宏观生态格局角度进行研究，缺少对缓冲带具体生态修复模式的研究。河流缓冲带作为河流系统中的重要组成部分，在河流生态修复过程中起重要作用。面对越来越多的山地河流生态修复与治理工程，急需关于山地河流缓冲带生态修复、洪涝安全与景观系统恢复模式的研究，为山地河流生态修复工程提供理论和技术支撑。本文以三明市大田县均溪为例，基于耦合理念对山地河流生态修复模式进行研究。

1 生态修复耦合的理念与思路

1.1 耦合理念的引入

“耦合”(Coupling)的概念来源于物理学，是指两个或以上的系统或运动方式之间通过各种相互作用而彼此影响以至联合起来的现象，是在各子系统间的良性互动下,形成的相互依赖、相互协调、相互促进的动态关联关系[9]。河流生态系统作为一个极为复杂庞大的生态系统，其中各个子系统不断地进行相互作用，彼此影响。相较传统河流生态修复方法，现代生态修复方法有了极大的改善，传统“裁弯取直”、“硬化河道”的学科偏见得以修正，生态优化的联带效益得以彰显。当今的河流生态修复不仅是单一生态层面的修复，而是多目标、多功能关联复合，多学科交叉耦合作用的结果。同时，鉴于实践过程中随时空维度变化的特征，耦合理念的引入将最大限度地弥合“异源性”元素与“本源性”场所[10]。

1.2 河流缓冲带生态修复耦合的思路

河流缓冲带在生态修复时利用相关学科的耦合，综合考虑河流缓冲带空间结构特征：横向的过渡性、纵向的连续性以及垂向的成层性，并在此基础上从缓冲带的防洪安全功能、生态保护功能以及景观美化功能之间的的协同关系出发对河流缓冲带的生态修复模式进行研究。最终目标是构建空间结构合理、功能价值最大化的河流缓冲带生态修复模式,如图1。

图1 河流缓冲带生态修复耦合思路

2 研究区域项目概况

大田县地处福建省中部，境内山地面积占全县面积的80%左右，素有“八山一水一分田”之称。均溪是大田县境内流域面积最大的溪流，发源于武陵雪山，境内长度76.76 km。流域多年平均降水量为1631.4 mm，平均年径流深为915.8 mm。均溪全年降水量分配不均，汛期（4～6月）降水量占全年的45%左右。通过对现场勘察和分析发现流域存在的主要问题：

（1）污水处理率较低：均溪中、下游段已建护岸堤脚设有污水管网，管网局部存在污水渗漏入河的现象。

（2）河道局部积淤严重：均溪部分河段水深较深，泥沙淤积严重，导致河床抬高，易发生洪涝灾害。截污管道局部失效和生活垃圾导致水质受到不同程度的污染。当遭遇洪水时，水体流量加大，流速加快，底泥受到扰动对水体的污染更为严重。

（3）周边入河污染源缺乏有效治理：河流周边存在大量生活污染源，畜禽养殖和农田等面源污染均未经处理直接排入河道，对水质造成很大影响。

当前均溪流域的生态功能和社会功能功能均在逐渐衰退，急需开展均溪综合生态治理工程，其中河流缓冲带的构建及功能价值的修复是至关重要的一环。

3 河流缓冲带生态修复模式的构建

3.1 河流缓冲带空间结构体系内的耦合

河岸缓冲带是动态水陆交错的生态系统，具有独特的空间结构，呈现四维空间结构特征。在横向结构上，缓冲带与沿河的横向区域存在能量和物质流的交换，横向区域的土地性质、利用情况及空间形态直接影响着河流廊道生态格局的完整性；在纵向结构上，河流廊道是一个线性系统，上下游的物种和信息交流保证了流域信息流的连续性[11]，其结构的合理程度直接影响着河流的纵向水文过程、水质状况以及洪涝灾害的发生概率；在垂向结构上，缓冲带的植物群落对河岸坚固程度、地表径流、河流流量及水土保持起到重要作用；在时间维度上，河流缓冲带的结构与功能随着时间的推移而发生变化，表现为长期性和周期性。通过横向、竖向、垂向空间系统的耦合，根据每一个维度的差异与关联设置符合其生态性的空间结构。

均溪的上游河段位于高速路入口区域，地理位置显要，是大田县的门户，河岸两侧多为果园和林地；中游河段进入大田县城区段，因城镇建设侵占绿地空间，两岸绿地空间有限，局部区域内建设用地紧临河岸两侧，河岸为硬质驳岸且污水管网裸露出水面，景观效果差；下游河段位于华兴乡政府和京口工业园区域，华兴乡段河道左岸建有大田县安然水务环保有限公司，河道两侧以农田和村庄为主。故均溪河流缓冲带在纵向结构上呈现出上游（以林地、果园为主）—中游（城区段缓冲带被挤占）—下游（以农田、村庄为主）不同的区段；在横向空间上，其河流缓冲带分为河道边缘区、洪泛浅滩区、堤岸区、堤外过渡区；在垂向空间上，通过分析均溪上、中、下游的生态流量，将河流分为水流量过大的易泛洪区（利用植物群落稳固堤岸或构建河漫滩缓解洪水压力）—水流量过小的易干旱区（增大地表径流将雨水汇入河流或利用缓冲带以绿补水进行改善）；在时间维度上，宏观考虑河流缓冲带随时间推移而发生的水文变化等，由于涉及时间跨度很大，此处不做深入研究。因此本文通过对河流缓冲带在三维空间的耦合，对均溪河流缓冲带的空间结构进行生态化构建。

3.2 河流缓冲带功能价值体系内的耦合

3.2.1 山地河流缓冲带的防洪抗旱功能

均溪在雨季的河水流量大且水流湍急，其上游河段为易泛洪区。在建国后的60余年中，受灾次数达26次，可见解决均溪上游河段洪涝灾害的隐患迫在眉睫。上游河段为水源生态涵养段，通过修整长势较为杂乱的林带，清理高速出口处河滩生活垃圾，构建以林带为主的生态缓冲带。在植物选择时多选择根系粗壮、耐水流冲刷的乡土树种，保证河流缓冲带的稳定性，同时充分发挥林带拦截泥沙和地表径流的功能，降低上游山区河水流速，增大地下水的补给和水流入渗从而降低上游河水流量，消减洪水的洪峰降低洪涝灾害的发生概率。

再对河流生态流量进行检测，判断均溪是否有出现干旱的隐患。河流生态流量是指为维持河道内环境和生物多样性，防止河道泥沙淤积、水质污染、河道断流所需要的河道流量[12]。实测均溪主要控制断面从1957年至今各月平均径流量，计算得到最枯月的频率曲线成果见表1。

大田水文站p=90%保证率最枯月平均流量为0.921 m3/s。大田县多年平均流量10.1 m3/s，Cv=0.28，Cv/Cs=2.0，多年平均天然径流量的10%为1.01 m3/s，取两者的最大值作为大田水文站断面的生态流量为1.01 m3/s。按照面积比，推算各断面的生态流量，成果见表2。

表1 大田水文站最小月平均流量频率适线参数及成果表

表2 均溪主要控制断面生态流量成果表

由此可得，上游的生态流量满足要求，中游的生态流量基本满足，下游河段的生态流量不足，为易干旱区。需要构建生态河流缓冲带对此进行改善。

下游河段缓冲带右侧紧靠村庄，大量的生活垃圾对均溪造成了面源污染，且河段生态流量较低。因此在水生植物选择时，由水体至岸带依次分布沉水植物群落-浮叶植物群落-漂浮植物-挺水植物群落-湿生植物群落-陆生植物群落[13]，采用河卵石固定结合编织袋水生植物种植的方式，吸附和分解水体污染物，减少氮磷等营养物质进入河道，形成控制面源污染的有利防线。乔灌木应多选用深根性植物,分层种植。通过对缓冲带的设计最终达到稳固岸带,减少地表径流散失，以绿补水进而提高河流生态流量的效果。同时，在缓冲带上构建几处地表径流水槽如图2，将雨水通过缓冲带水槽净化流入小型人工湿地，再通过湿地的二次净化汇入河流，增加河流水量。

图2 缓冲带水槽净化设计

3.2.2 山地河流缓冲带的生态保护价值

缓冲带的生态学价值主要为调节微气候，保持水土，防洪排涝以及净化水体，河流缓冲带功能的发挥与其宽度之间存在着极为密切的关系[14]。目前多从缓冲带保土控污、生物多样性和改善微气候三方面的功能出发，对其宽度适宜范围进行探讨。在一定范围内，河流缓冲带的宽度越宽越好，但基于经济社会层面考虑，确定河流缓冲带最适宜宽度是很有必要的。总结相关研究[15-18]可得，河流缓冲带的最小宽度不宜小于15 m，其最适宜宽度控制在30～45 m之间。在均溪河流缓冲带生态修复体系中，根据其上中下游缓冲带生态功能确定河流缓冲带的宽度，如图3。

上游河段：该段河流缓冲带的作用主要为降低上游的流速和地表径流、拦截泥沙。所需的河流缓冲带的最小宽度为15 m，结合上游河段的缓冲带主要以林带和果园为主且作为大田县的门户，要适当拓宽其河流缓冲带，提高其可观赏性，再依据均溪上游河段的地形和水利情况，确定河流缓冲带以30 m左右为宜。

中游河段：本区域河道位于大田县城区，较多生态性较差的硬质驳岸和疏于管理的裸露管道，应考虑采取有效措施提升现有河道的生态功能和景观效果。由于河段位于城区段，河道两岸可利用的空间有限，在满足绿线管理的基础上结合生态、景观及休憩等需求下，确定缓冲带宽度以20 m左右为宜。

图3 河流缓冲带宽度示意图

下游河段：因大田县安然水务环保有限公司位于该河段，其排放的污水对均溪水质造成了严重污染。故该段缓冲带建设围绕拦截面源污染、提升水质展开，在已有的河漫滩的基础上建设湿地公园，以达到净化、改善水质的作用。由于此段地处乡野区，河流两岸空间相对充足，其宽度可控制在45 m及以上。

3.2.3 河流缓冲带的景观观赏价值

从山地河流缓冲带的景观价值出发，将不同深根系、耐冲刷的乡土植物有机结合，形成多层次、多景观的植物配置模式。缓冲带植物景观分为3个部分：陆域植物景观区、水陆交界带植物景观区与水域植物景观区。陆域植物景观区分为生态密林区、疏林草地区、开敞植被区、林荫广场区，4种配置模式可进行组合形成景观；水陆交接带植物景观区以驳岸形式为主，分别为自然原型驳岸、自然型驳岸、台阶式人工自然驳岸[19]。水域植物景观区从植物生活型、色彩运用、质感搭配、季相变化4个方面进行科学、合理配置，以达到净化、美化水体景观的效果。结合均溪流域生态情况，对其上中下游缓冲带景观构成如表3所示。

表3 均溪流域植物景观策略

4 结论

本研究在耦合理念的基础上，以三明市大田县均溪河流缓冲带作为研究对象，依据其水文特征、水质状况、地貌特征和生物状况等现状，创新性地提出利用河流缓冲带空间结构和功能价值两者的耦合，构建山地河流缓冲带的生态修复的模式。

河流缓冲带生态修复模式仍在不断完善，不同山地河流缓冲带生态修复模式的制定，要结合实际生态系统状况、社会经济水平以及水功能的定位。本研究以均溪为例，基于耦合理念提出的山地河流缓冲带空间体系“纵向—横向—垂向”与功能价值体系“防洪安全—生态保护—景观美化”相结合的河流缓冲带生态修复模式，以期为山地河流生态修复提供思路与借鉴。