重庆市三峡库区消落带保护与治理探讨

阮 锐，舒世燕，熊 文

（1.武汉市城市防洪勘测设计院，湖北 武汉 430014；2.瑞和安惠项目管理集团有限公司，湖北 武汉 430071；3.湖北省长江水生态保护研究院，湖北 武汉 430083；4.湖北工业大学 河湖生态修复及藻类利用湖北省重点实验室，湖北 武汉 430068）

重庆市三峡库区是长江生态系统的重要组成部分，三峡库区消落带是三峡库区生态环境敏感区域之一，是库区生态环境保护的重要区域。三峡库区消落带是水、陆及其生态系统的交错过渡与衔接区域，是生态脆弱、敏感带和易污带、易破坏带[1]，是水位冬涨夏落、违背季节枯洪规律的特殊的新生湿地生态区域，被认为是长江沿线生态最为脆弱的地带[2]。消落带的形成可能会带来环境污染加重、土壤侵蚀和水土流失加大、植物多样性及生态系统被破坏、诱发地质灾害、暴发流行性疾病等生态环境问题[3]。国外对消落带治理研究较深入，20世纪80 年代以来，经济利益的驱动，大量人为活动使河岸带急剧减少、生物多样性下降、农业非点源性污染加剧、生态环境恶化，人类更多关注如何对退化河岸带生态系统恢复和重建以及合理的人为管理[4-7]，且取得了长足发展。21 世纪初，生态利益和经济利益的突出矛盾已使人类认识到，单纯依靠自然植被恢复需要较长时间，而且很难恢复到原有状态，提出生物和工程相结合的措施。国外研究主要集中在河岸带生态恢复领域[8]、河岸带缓冲带对氮磷的净化机制研究[9]、湿地岸边植被的恢复与重建[10-12]、河岸带生态系统变化[13-14]等方面，并建立了消落带水文变化因子与影响结果之间的模型。国内对消落带治理研究起步相对较晚，目前已经从生态学、生理学、水文学、水力学的角度对消落带深入研究，并提出相关理论和治理模式[15-16]，但至今尚未产生成熟的治理经验。

本文以三峡大坝坝前145 m 高程时回水线为下限，坝前175 m 高程土地征用线为上限，在三峡库区1：2 000数字地形图上测算。结合消落带岸线和水文情况，将消落带划分为多个岸段。在此基础上，综合考虑人类活动和人类活动相互影响性质和强度、消落带土地淹没和出露成陆时间和面积、消落带坡度特征、地貌单元等因素，运用遥感资料、地形地貌图，分长江干、支流在图上标识消落带治理类型，并提出相应的治理与保护对策和建议。

1 研究区消落带概况

三峡水库是三峡水电站建成后蓄水形成的人工湖泊，106°50'～ 110°51' E，29°16'～ 31°25' N，海拔33.6～ 3 105 m，东起湖北省宜昌市，西迄重庆市江津区。库区位于四川盆地与长江中下游平原的结合部，跨越鄂中山区峡谷及川东岭谷地带，北屏大巴山、南依川鄂高原。属亚热带季风气候，处在南温带和亚热带过渡地带，年平均降水量1 100～ 1 200 mm，降水集中在4-10 月，占全年降水量的85%，且多以暴雨形式出现。年均蒸发量1 300～ 1 700 mm，年平均日照1 500 h。海拔500 m 以下的河谷地带，年平均气温17～ 19℃，无霜期300～ 340 d，适宜多种动植物的生长。三峡水库为年调节水库，总库容393 亿m3，根据现行调度方案，水库正常蓄水位控制在175 m（吴淞高程，下同），最低水位为145 m，汛期6-9 月水库维持防洪限制水位145m 运行；10 月蓄水，水库水位逐渐升高至175 m 运行。三峡工程于2009 年全部竣工，并于当年8 月启动175 m 试验性蓄水。在枯水期，水库尽量维持在高水位运行，并在5 月末降至枯水期最低消落水位145 m。三峡水库在库周145～ 175 m 水位之间，形成与天然河流涨落季节规律相反、涨落水位差高达30 m 的水库消落带。消落带夏季出露为陆、秋季由陆域迅速向水域转变、冬季全部成为水域、春季由水域渐次转变为陆域[17]。

三峡库区消落带总面积348.93 km2，分布在重庆市22 个县（区）和湖北省4 个县（区）。重庆市三峡库区消落带总面积268.54 km2，占库区消落带总面积的76.96%，涉及巫山、巫溪、奉节、云阳、万州、开州、忠县、石柱、丰都、涪陵、武隆、长寿、渝北、巴南、江津15 个县（区），以及重庆主城7 区（渝中区、南岸区、江北区、沙坪坝区、北碚区、大渡口区、九龙坡区）；湖北省三峡库区消落带总面积80.39 km2，占库区消落带总面积的23.04%，涉及夷陵、秭归、兴山和巴东4 个县（区）。本文研究区为重庆市三峡库区消落带。

2 研究方法

2.1 数据获取

以三峡工程水文研究成果[18]和长江岸线保护和开发利用总体规划[19]为基础，以县（区）为单位，采取查阅资料、实地踏勘和运用遥感、全球定位系统和地理信息系统（3S）方法，于2017 年1-9 月进行了数据收集，获取消落带面积和涉及岸线长度的分布、地貌条件指标数据等，并于当年9-12 月对数据进行了汇总、分析和研究。

表1 重庆市三峡库区消落带面积及岸线长度Table 1 Water-level-fluctuating zone area and shoreline length in Three Gorges Reservoir of Chongqing

“3S”技术是遥感技术（Remote sensing，RS）、地理信息系统（Geography information systems，GIS）和全球定位系统（Global positioning systems，GPS）的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。ArcGIS 软件具备空间分析功能、数据存储与管理功能、数据分析功能、数据显示与结果输出功能、数据更新功能等，其空间分析功能是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，目的在于提取空间信息或从现有数据派生出新的数据，将空间数据转变为信息的过程。本研究通过“3S”技术，运用ArcGIS分析功能实现重庆市三峡库区消落带土地资源特征分析。从库区1：10 000 地形图中提取145～175 m 等高线，利用ArcGIS 的3D 模块生成数字高程模型（DEM），获取消落带坡度分级数据[20]。按照坡度分级分类系统，把消落带按照坡度分为5 个等级。

表2 重庆市三峡库区消落带坡度分级Table 2 Slope grading of water-level-fluctuating zone in Three Gorges Reservoir of Chongqing

2.2 岸段划分

以三峡工程水文研究[18]为基础，划分水文断面，沿岸线形成基本岸段单元。以基本岸段单元为工作单元，开展现场调查和数据分析。

（1）岸段划分要求

沿水库两岸从坝址向干支流库尾连续划分岸段，不重不漏；城镇、码头、工业区、堤防以及相同的地理信息要素划分为一个岸段；岸段断面线不能划在单独调查的小库汊上；支流、库汊按所在汊口或支流河口之内50 m 处分割；没有重点水文断面的支流，或长度大于3 km 的支汊，按照地理要素划分为工作岸段；干流、支流的江心洲或有两条水道的，以其主水道进行分段，对次要水道作为支流或作为库汊来处理；县（区）行政界线作为断面线划分岸段。

（2）制图要求

岸段编号方式为县（区）代号（首字母大写）+干/支流代号（干流为1，一级支流为2，二级支流为3，三级支流为4）+岸段号（01，02，03……，从下游往上游编号，分干、支流分别编号）+左/右岸（左岸为L，右岸为R，左右区分为从上游往下游看）。如巫山干流第一段右岸：WS101R，重庆主城区一级支流第三段左岸：ZC203L。

若岸段跨越区县界线，则在界线处断开，如：原来AC 段跨巫山和奉节，则在县界增加断面B，划分为AB和BC 两段，或根据实际情况AB/BC 段直接与前面或后面的岸段合并。

将岸段划分标识在1：2 000 地形地貌图上，干流岸段图层编号为GL，支流岸段图层编号为ZL。

2.3 消落带基本类型划分

在岸段划分基础上，结合相关功能区划，综合考虑人类活动相互影响性质和强度、消落带土地淹没和出露成陆时间和面积、消落带土地基质、消落带坡度特征、地貌单元等因素，运用遥感资料、地形地貌图，采用多因素叠加分析，分长江干、支流在图上标识消落带治理类型，并落实到具体地块，标识到1：2 000 地形图上。

消落带分类是消落带研究的基础，从不同角度和研究方式出发，可以清楚地了解消落带，但消落带研究的目的、方法以及地域不同等原因，不同的学者在消落带的分类上存在较大差异，没有形成完整的分类系统[21]。张虹按照人类活动与消落带相互作用影响性质及强度、消落带土地淹没与成陆时间、消落带土地坡度与出露成陆面积、消落带土地基质等分析指标体系，将水深图与坡度图叠加分析，得出由坡度、水深等指标划定的消落带基本类型，即硬岩陡坡型、软岩斜坡型、松散堆积缓坡平坝型、库尾型、湖盆型和岛屿型[3]。本研究根据消落带地形地貌、地质条件、土壤类型、植被覆盖等多因素叠加，将消落带划分为陡坡型、平坝型、岛屿型、库尾型、峡谷型5 种基本类型（表3），再结合消落带及岸线周边社会经济环境特征，确定其治理类型（表4）。

陡坡型消落带平均坡度在15°～ 30°之间，主要由坚硬的碳酸盐类岩石和砂岩等组成，松散堆积物和植被较少，大多数陡坡型消落带地处农村，保持原有自然状态，耕地和居民很少；平坝型消落带平均坡度小于15°，是由于水流速度缓慢，河流泥沙大量沉积形成的较宽的河滩和阶地，主要分布在长江上游区域；岛屿型消落带一般坡度小于15°，主要为长江干、支流的江心洲区域，土地平缓、肥沃，当前主要利用为农用地和旅游景区；库尾型消落带地处三峡库区回水末端，坡度一般小于15°，库水流速缓慢，泥沙大量沉积；峡谷型消落带主要由河流横切背斜构造而形成或是由砂岩和灰岩组成峡谷，河谷狭窄，植被较少，坡度一般在30°以上，不利于耕种和居住。

图1 长江干流岸段划分示例Figure 1 Example for shoreline division in main river of Yangtze River

表3 消落带基本类型Table 3 Types of water-level-fluctuating zone

表4 消落带治理类型Table 4 Recommendation for management of water-level-fluctuating zone in Three Gorges Reservoir of Chongqing

2.4 保护与治理类型界定

根据消落带基本类型，叠加消落带及岸线城镇发展需求、经济社会活动等社会因素，综合考虑地方经济社会发展规划、相关功能区划等，将岸段单元按照综合治理区、生态修复区和保留保护区3 种消落带保护与治理类型分县（区）、干支流进行分类界定，调查统计不同保护与治理类型消落带面积及涉及岸线长度。将山高坡陡、岩石裸露、人烟稀少，饮用水源保护区等重要区域，以及库岸稳定的广大农村地区的消落带，作为保留保护区；将城镇、重要旅游风景区和地势平缓、面积较大、人口密集的农村居民点附近的消落带，作为生态修复区；将库岸存在安全隐患的城镇、重要基础设施和旅游风景区，以及人口密集的农村居民点附近的消落带，作为工程治理与生态修复相结合的综合治理区。

3 结果与分析

依据三峡工程水文研究成果和长江岸线保护和开发利用总体规划，重庆市消落带总面积为268.54 km2、岸线长度为4 811.68 km，将消落带涉及岸线划分为664 个岸段单元；结合自然因素将消落带划分为陡坡型、平坝型、库尾型、岛屿型、峡谷型5 个基本类型；叠加消落带及岸线的社会因素，将消落带保护与治理界定为综合治理、生态修复和保留保护3 种类型。

3.1 岸段划分

重庆市三峡库区消落带及岸线共划分664 个岸段单元（表5）。其中，干流268 个，支流396 个。

表5 重庆市各县（区）岸段划分汇总Table 5 Division of shoreline in each county (District) in Chongqing

3.2 消落带基本类型划分

张虹在进行消落带类型分析时，考虑到消落带的利用问题，认为坡度小、面积大、水深浅的地区可以适当利用，强调了水深、坡度对消落带利用的影响。本研究根据三峡后续工作规划提出的“消落区自然保护面积达到70%以上，生态修复措施得到全面落实，城镇重点岸段岸线环境综合整治工程全面实施”的目标，用更加直观的方式（不考虑土地基质类型、土地利用），以岸段为单元，将消落带分为5 种基本类型。消落带基本类型划分时，以岸段消落带中面积占比最大的类型，确定该岸段消落带基本类型。重庆市三峡库区消落带664 个岸段单元，陡坡型348 个，平坝型129 个，岛屿型33 个，库尾型54 个，峡谷型100 个（表6）。

表6 重庆市三峡库区消落带基本类型Table 6 Types of water-level-fluctuating zone in Three Gorges Reservoir of Chongqing

3.3 保护与治理类型界定

将664 个岸段单元，按照保留保护区、生态修复区和综合治理区3 种消落带保护与治理类型分干、支流进行分类界定，调查统计不同保护与治理类型消落带面积及涉及岸线长度。据调查统计汇总，综合治理区、生态修复区和保留保护区3 种类型消落带面积分别为25.78，12.11 和230.65 km²，涉及岸线长度分别为323.77，176.42和4 311.49 km。

（1）综合治理区

对城镇、人口密集的农村集中居民点、旅游风景区等涉及的陡坡型、平坝型和库尾型3 种基本类型消落带，划定为综合治理区。重庆市三峡库区采取综合治理措施的消落带面积25.78 km²，占总面积的9.60%；涉及岸线长度323.77 km，占总岸线长度的6.73%。其中，干流消落带面积12.53 km²，岸线长度199.25 km，分别占综合治理措施的48.60%和61.54%；支流消落带面积13.25 km²，岸线长度124.52 km，分别占综合治理措施的51.4%和38.46%。

（2）生态修复区

城镇周边、旅游风景区、重要湿地等平坝型、岛屿型、库尾型消落带，条件适宜的划定为生态修复区。重庆市三峡库区采取生态修复措施的消落带面积12.11 km²，占消落带总面积的4.51%；生态修复区岸线长度176.42 km，占总岸线长度的3.67%。其中，生态修复措施涉及干流面积0.81 km²、岸线长度13.62 km，分别占生态修复措施的6.69%和7.72%；涉及支流面积11.30 km²，岸线长度162.80 km，分别占生态修复措施的93.31%和92.28%。

（3）保留保护区

对采取综合治理和生态修复以外的消落带，划定为保留保护区。重庆市三峡库区采取保留保护措施的消落带面积230.65 km²，占消落带总面积的85.89%；保留保护岸线长度4 311.49 km，占总岸线长度的89.60%。其中，干流消落带面积115.55 km²，岸线长度2 178.66 km，分别占保留保护措施的50.10%和50.53%；涉及支流消落带面积115.10 km²，岸线长度2 132.84 km，分别占保留保护措施的49.90%和49.47%。

4 结论

（1）以水文断面为基础，根据土地资源特征对重庆市三峡库区消落带进行岸段单元划分是切实可行的。重庆市三峡库区消落带及岸线共划分664 个岸段单元。其中，干流268 个，支流396 个。云阳县消落带岸段数量最多，为120 个，其干流岸段23 个，支流岸段97 个，主要是因为云阳境内分布有长江干流及其彭溪河、长滩河、汤溪河、磨刀溪4 条支流，涉及消落带岸线较长，库岸情况较为复杂，划分为多个岸段单元是符合实际的。

（2）在岸段划分基础上，采用多因素叠加分析，将消落带分为陡坡型、平坝型、岛屿型、库尾型、峡谷型5 种基本类型。重庆市三峡库区消落带664 个岸段单元，陡坡型消落带岸段348 个，平坝型消落带岸段129 个，岛屿型消落带岸段33 个，库尾型消落带岸段54 个，峡谷型消落带岸段100 个。陡坡型消落带岸段最多，占岸段单元的52.41%，与重庆市三峡库区地势陡峭、山多地少的总体特征相符。

（3）根据消落带基本类型，将岸段单元进行分类界定，统计出的不同保护与治理类型消落带面积及涉及岸线长度是符合三峡后续工作规划目标的。综合治理区、生态修复区和保留保护区3种类型消落带面积分别为25.78，12.11 和230.65 km²，涉及岸线长度分别为323.77，176.42 和4 311.49 km。采取保留保护措施的消落带面积占重庆市消落带总面积的85.89%，符合三峡后续工作规划提出的“消落区自然保护面积达到70%以上”目标。

5 对策与建议

三峡库区消落带面积大、范围广、类型多样，消落带地形地貌、土壤基质、库岸坡度、水文条件、人类活动强度等均有不同，针对不同消落带因地制宜采取不同的治理模式，以解决消落带的生态环境问题，为三峡库区消落带综合治理提供科学理论支撑。

（1）全面推进和落实消落带综合治理

消落带综合治理是保护并改善生态环境，保障人民群众生命财产、库周基础设施安全和促进地方发展的有效措施。越来越多的研究者认识到简单的生物措施不足以解决所有问题，必须将工程措施和生物措施相结合[22]。目前，相关学者对消落带综合治理进行了较多的研究，提出综合治理可以采用3 种模式，包括工程治理模式、工程与生物治理结合模式和调节坝调控模式。根据消落带库岸坡度大小、库岸高度和库岸地质条件实际情况，采用碾压堆石体、衡重式挡墙、抛石、浆砌块石脚槽、生态砖等对消落带库岸进行固脚，采用生态连锁植生块、生态砖、预制混凝土块、混凝土框格砌块、浆砌块石等对消落带库岸进行护坡。同时，在消落带种植耐淹植物构建人工植被以降低消落带土壤侵蚀，增加消落带的植被覆盖，提高消落带土壤生态系统与消落带外环境的联系。另外，通过建设排水沟和排水箱涵提高消落带的排水能力，通过建设车道、马道、人行梯道等提高消落带的通行性和亲水性，达到保护消落带生态环境并提高消落带景观质量的目的。

（2）大力推广和应用成熟的生态修复技术

三峡工程建设以来，由政府主导开展了多项生态修复试验项目，在一些关键技术措施上做出了有益的探索和试验。在生态修复区，充分利用生态系统的自我恢复能力，辅以人工措施，使遭到破坏的生态系统逐步恢复或使生态系统向良性循环方向发展[23]。目前，消落带生态修复方面已有大量的研究成果，主要成熟的技术有构建耐淹植被和人工湿地。通过多年生植物构成的耐淹植被来进行生态修复，恢复永久性的植被覆盖，或者在水库退水后会大量积水的消落带，采用构建人工湿地的方式来进行消落带的生态修复，减少消落带土壤侵蚀并稳定库岸，降解、吸收污染物质，阻截消落带陆上污染物和土壤侵蚀进入水库，发挥消落带作为陆水过渡带的生态功能，保护消落带生态环境[24-27]。根据消落带的特点采用不同的耐淹植被构建模式，具体包括耐淹草本植被模式、耐淹灌木植被模式、耐淹乔木植被模式和耐淹混合植被模式4 种模式。在人工湿地构建中，根据消落带特点和所处地理位置不同，采用不同的人工湿地构建模式，具体包括生态型湿地模式、观赏型湿地模式和湿地森林模式3 种模式。三峡库区消落带作为水位波动的典型区域，常见的耐湿树种往往不能耐受过高水位的浸泡而死亡。研究发现银叶柳Salix chienii，池杉Taxodium ascendens，水杉Metasequoia glyptostroboides，水松Glyptostrobus pensilis，中山杉Taxodium hybrid‘zhongshanshan’，水紫树Nyssa aquatica，枫香树Liquidambar formosana，枫杨Pterocarya stenoptera等树种在树顶未被全部淹没的情况可保持成活[28-29]，故在生态修复造林过程中应根据水位特点选择顶梢暴露正常高水位1 m 以上的苗木为宜[30]。

（3）建立健全并严格执行消落带保留保护管理规定

保留保护区是由于其自然地理条件的特殊性不宜进行任何形式的扰动，或者生态环境条件尚好暂无进行人工生态修复的急迫需要。采用保留保护方式的目的是杜绝和减少外来扰动和破坏，保护好极度脆弱和敏感的消落带以及生态环境条件尚好的消落带。通过设立界碑和标牌，明确消落带保留保护区的范围；落实管理职责、并配备相关设备，提升管理能力；制定和完善相关管理制度，同时加强宣传教育，加强消落带保护的公众教育，宣传保护消落带的重要性，提升保护意识，减少和避免人类活动的干扰，促进其自然发育，修复生态系统的结构与功能。