鄱阳湖五河及湖区生态岸坡及滨水带综合治理关键技术体系初探

栾华龙，刘同宦，杨文俊，朱孔贤，郭伟杰，渠 庚

(1.长江科学院 河流研究所，武汉 430010； 2.长江科学院 水利部长江中下游河湖治理与防洪重点实验室， 武汉 430010； 3.长江科学院 流域水环境研究所，武汉 430010)

1 研究背景

河湖岸坡及滨水带是由陆域向水体过渡的交错地带，是水-陆生态系统的功能界面，具有调节径流和微气候、涵养水土资源、截污净化、提供生物栖息地等生态服务功能[1]。河湖岸坡及滨水带还是防洪堤岸及港口、码头、取水口、桥隧工程等涉水基础设施的载体，对沿岸防洪安全及经济社会发展具有重要支撑作用，产生显著的社会经济效益。然而，随着临水城市的高速发展以及河湖岸线的过度开发，河湖滨水带生态系统受到一定程度的破坏，水生植被退化消失，生物多样性降低。岸坡及滨水带过度的、不正确的开发和使用还阻隔了生物连通，挤压了生物生存空间[2]，地面硬化使岸坡下渗水量减少，地表径流携带的污染物进入水体，威胁河湖水质及生态系统的稳定。在生态文明建设与生态优先、绿色发展的新要求下，如何统筹生态环境保护与河湖滨水带功能开发，如何恢复和重建受损河湖岸坡及滨水带，已成为当前生态水利工程学领域重要的议题，同时也是河湖生态系统保护与修复的重要内容。

岸坡通常指河岸堤顶至常年高水位线之间的边坡区域，是防洪堤防、护岸工程、涉水工程建设区域，主要发挥社会服务功能；滨水带通常指洪季常年高水位至枯季常年低水位之间的水位变动区域，是一些水生动植物的繁衍栖息场所，主要发挥生态服务功能。针对河湖岸坡及滨水带的理论研究与治理实践，国内外已开展了许多开创性的工作，取得了丰富成果。早在20世纪60年代，欧美等发达国家就开展了河岸生态修复的研究与应用实践[3]，例如德国、瑞士等在80年代提出“自然型护岸”和“亲近自然河流”的河岸治理技术和理念[4];荷兰在工程实践中加入“建设遵循自然”的治理思路[5];日本形成了“多自然型河流”的整治方案[6];美国研发了“自然河道设计”技术，并出版了河岸治理相关书籍[7]。

社会经济的快速发展使得人们逐渐意识到河岸防护工程不仅要符合工程设计原理，同时也应从生态系统角度考虑工程对水岸生境、植物种群、生物廊道等生态因子的影响，从而引出了生态护岸的概念。国外认为生态护岸是以自然的经营管理为理念对传统硬质护岸工程进行强化和改造而成的护岸，强调在生态水利工程设计中应该充分运用生态系统自设计、自组织的原则构建合理的系统结构[8]。随着研究的深入，许多学者认识到单一功能的治理手段难以兼顾河流生态系统健康及其完整性，研发了基于多目标的城市河道生态化改造和修复技术[9]，应用于许多重大城市河段综合治理，取得了显著的社会效益和生态效益。

国内对河湖生态岸坡及滨水带的研究起步较晚，尹澄清[1]在1995年提出了内陆水-陆地交错带的生态功能，之后随着生态水工学理论框架的构建[10]，对河湖滨水带的研究进入提速期。岳隽和王仰麟[11]基于河岸带研究现状，提出应加强河岸带多要素作用机制研究，开展多学科和多种技术方法集成。夏继红和严忠民[12]提出生态河岸带的概念和内涵，并基于其生态学、力学及社会经济的特征，将生态河岸带的功能归纳为自然保护和社会保护，并在纵横方向上划定了河岸带的功能分区。近十几年来,随着河道生态保护与修复受到越来越多的关注，许多学者将构建的河湖滨水带治理理论框架逐步转化为生态化治理的关键技术，包括生态护岸技术、滨水廊道景观等[13]。

然而，目前研究大多侧重于滨水带防洪安全、港口码头开发利用、涉水工程安全等单一功能，对滨水景观和生态系统健康的兼顾不足，缺乏面向河湖生态岸坡及滨水带的综合治理技术体系。本文以鄱阳湖五河及湖区为研究对象(图1)，通过辨析河湖滨水带现状及存在的问题，提出单项关键技术的研发思路，并根据各项技术的特点与适用性，初步构建河湖生态岸坡及滨水带的综合治理关键技术体系。

图1 鄱阳湖区及五河流域水系Fig.1 Drainage map of the Poyang Lake region and its five major tributaries

2 鄱阳湖五河及湖区岸坡及滨水带现状及问题辨析

2.1 鄱阳湖五河及湖区概况

鄱阳湖是我国最大的淡水湖，流域面积16.22万km2，赣江、抚河、信江、饶河、修水五大河流汇入鄱阳湖，经湖泊调蓄后汇入长江干流(图1)。五河多年平均总径流量1 103亿m3，鄱阳湖多年平均出湖径流量为1 512亿m3(1950—2018年)，占长江9%的流域面积，向长江输送16.9%的水量(占大通径流量百分比)。鄱阳湖洪枯季水面面积与蓄水容积变幅极大，1952年以来星子站实测最高和最低水位分别为22.52 m和7.15 m，对应湖区水体面积分别为3 703 km2和42.8 km2，相差达到86.5倍，具有“高水是湖、低水似河”的自然地理特征[14]。湖区滨水带的洪枯季水陆交替变化是鄱阳湖形成广阔湿地的重要原因，大范围的洲滩、草洲以及环湖区分布的众多碟形湖，为湿地植被、底栖生物、鱼类以及候鸟等提供了理想的栖息地，生物多样性十分丰富。鄱阳湖长达1 200 km的湖泊岸线分布有广阔的湿地，临湖城镇及蓄滞洪区还兼有大量圩堤。鄱阳湖及其五河滨水带构成复杂多样的生态廊道，是保障防洪安全、发挥社会效益、维持生物多样性等重要功能的载体。

2.2 现状分析

鄱阳湖五河及湖区岸坡及滨水带的地形地貌及其功能需求存在显著的空间差异。具体来说，湖区岸坡及滨水带呈环湖分布，其面积和分布随洪枯季湖区水域面积变化而发生变化和移动，不同滨水带生境下土壤、水分条件、出露时间存在时空差异，使得发育的植被群落各不相同[15]。鄱阳湖五河岸坡及滨水带受地质条件、水文特性、城镇布局、开发利用程度等影响而呈现纵横向差异。在五河干流上中下游典型河段滨水带开展实地调查后发现，上游为山区性河流，河岸两侧为山地和植被覆盖，滨水带较窄，主要发挥自然保护功能；中游沿程丘陵起伏，城区段滨水带以人工景观为主，发挥社会保护和休闲娱乐功能；下游地势平坦、河面宽阔，尾闾滨湖平原地区，两岸傍河筑有堤防，兼具自然保护、社会保护和休闲娱乐功能。

根据《长江岸线保护和开发利用总体规划》[16]及《江西省河湖及水利工程划界确权情况调查报告》，统计分析了五河及湖区岸线功能分区的差异(图2)。结果表明，赣江和湖区岸线最长，赣江、信江、饶河干流岸线总体开发利用区占比相对较高，抚河、鄱阳湖区则相对较低且以保留区为主。此外，在五河流域(含干流及主要主流)及湖区滨水带中，赣江堤防岸线最长为1 300 km，信江、鄱阳湖区、抚河居中，修水、饶河堤防岸线长度相对较短(图3)。计算表明，信江岸线堤防化比例较高，抚河、鄱阳湖区居中，修水、赣江、饶河岸线堤防化比例相对较低。

图2 鄱阳湖五河及湖区不同岸线功能分区长度所占 百分比Fig.2 Percentage of length of different shoreline functional zones of the Poyang Lake region and its five major tributaries

图3 鄱阳湖五河及湖区流域内有堤段岸线长度统计Fig.3 Statistics of the shoreline length of embankments within the Poyang Lake region and its five major tributaries

2.3 问题辨析

受气候变化与人类活动的双重影响，鄱阳湖及其五河滨水带正面临着日趋严峻的环境压力以及一系列水环境和水生态问题。五河部分城镇河段堤防建设在保障防洪安全方面发挥了重要作用，但过去对堤防岸坡的生物连通性与景观性兼顾不足。部分河段的岸坡及滨水带治理多为单一的绿化造景或某种截污工艺的独立设置。但由于地表径流污染成分复杂且污染严重，单一的截污净化工艺难以实现对污染物进入水体的有效控制。因此，有必要从单一的绿化植被铺设逐渐转化为结合当地城市规划、生态系统完整性的滨水带生态系统构建，将岸坡修复、植被类型组合与滨水景观有机结合，提升河岸带的截污作用与景观功能。

此外，据《2018年全国血吸虫病疫情通报》[17]，鄱阳湖区有螺面积占全国的22.98%，螺情疫情仍非常严峻，主要分布在河湖渠系等水边的洲滩及堤岸区域。传统的水利血防、药物灭螺等措施通过硬化等改造钉螺孳生生境或无差别的药物毒杀，在灭螺过程中严重破坏了洲滩环境，降低了植被、鱼类等生物的多样性。随着生态优先、绿色发展理念的不断深化，传统的灭螺措施难以兼顾洲滩生态系统的需求，特别是在鄱阳湖湿地保护区内实施的血防措施更需要兼顾生态环境的保护。

3 河湖生态岸坡及滨水带治理关键技术思路

为落实生态文明建设，保障鄱阳湖流域社会经济及环境的可持续协调发展，针对鄱阳湖五河及湖区岸坡及滨水带面临的突出问题，研发生态岸坡及滨水带综合治理关键技术十分必要，是河湖生态水利综合治理的重要组成部分[18]，并为鄱阳湖流域生态经济区和国家生态文明试验区建设服务。

3.1 生态防洪堤岸模式构建关键技术

对鄱阳湖五河及湖区开展实地调研，遴选出适应当地环境的植被种类，开展理论分析、数值模拟和水槽实验，研究揭示了沉水植被与挺水植被在不同流量下的水流特性，提出了考虑高程影响和糙率影响的植被阻水概化方法，建立了不同植被阻水效应的计算模式。进一步开展了理论分析和数值模拟，研究不同河道断面形态及概化植被对河道行洪能力的影响，揭示了过流能力系数随宽度、湿周比与雷诺数等的变化趋势。结合上述研究成果，对自然岸坡和已建堤防分别进行生态建设和改造，确定堤岸型式和植被方案，在确保防洪能力不降低的前提下提升生态功能，构建具有生态连通功能的生态堤岸模式。

3.2 精准干扰钉螺孳生水利血防关键技术

通过资料和文献整理分析， 明晰了鄱阳湖五河及湖区钉螺孳生环境和钉螺分布的现状及近期变化， 近10 a来新增加的钉螺孳生环境主要集中于鄱阳湖区。 钉螺种群随水位横向扩散规律的结果表明， 洲滩钉螺密螺线高程会随着水位的增加而增加， 随水位降低而降低， 密螺线高程的调整与水位变化趋势一致， 幅度小于水位变化幅度。 基于此， 选取了水文、 地形及螺情等资料较为完备的鄱阳湖区后湖滩作为典型有螺洲滩， 开展水文与螺情的连续监测。 钉螺的孳生、 产卵与孵化存在适宜的表层土壤含水率区间， 当表层土壤含水率低于一定阈值时， 将严重抑制钉螺的生殖发育。 因此， 通过人工调控环境阈值干扰钉螺孳生能够达到精准控螺的目的， 并且不会对洲滩生境产生不利影响。

3.3 岸坡雨污分离净化关键技术

通过查阅文献和室内试验，基于材料抗冲刷性、透水性、污染物拦截率等遴选出钢渣、陶粒、沸石、火山岩、砾石等宜作为护坡砌块装载用备选填料，从成活率、生物量和污染物去除率等方面筛选出较为适合作为滨水带护坡构建用候选植物，主要是再力花、梭鱼草、鸢尾、水葱、香根草等挺水植物以及金鱼藻、黑藻、苦草、狐尾藻、菹草等沉水植物，构建了常水位线以上生态净污缓冲带和常水位线以下水生植物群落带。将多孔砌块与可更换净污器耦合技术和常水位线上线下缓冲带构建技术进行有机结合，综合污染物拦截率、透水率、植物种类和生长季节等关键指标，提出最佳组合方案，在共青城临湖区域开展应用试验，结果表明生态护坡方案能够实现对氮磷等污染物的截留和转化。

4 综合治理技术体系初探

河湖岸坡及滨水带承载防洪、用水、水环境保护、景观等自然及社会服务功能。在河流纵向上根据地质及地貌形态差异，分为山区滨水带、平原滨水带及临湖滨水带；在河道横断面上，分为近岸陆域、滨水区域和水位变动区；根据自然属性，分为自然滨水带和人工滨水带；根据社会属性可分为城镇滨水带与农村滨水带。河湖岸坡及滨水带的功能属性与其空间差异性密切相关。

基于五河及湖区滨水带的空间差异与功能需求， 不同关键技术的适用范围不同(图4)。 生态防洪堤岸主要是在保障防洪安全的前提下， 针对五河平原和临湖城市河段， 对新建堤防同时考虑生态功能或对已建堤防进行生态化改造， 结合植被水流特性构建岸坡及滨水带植被群落模式， 实现堤防岸坡的生物连通； 生态水利血防面向五河尾闾及湖区洲滩， 针对目前防螺、 控螺措施损害河湖生境的不足， 提出生态化阻隔钉螺孳生的精准干扰措施， 维持水生态系统稳定； 生态岸坡净化主要面向城镇中小河流及临湖区域， 通过改善岸坡工程材料、 结构型式和植被种类， 提升滨水带的截污能力。 因此， 在确定某一河段滨水带治理方案时需根据各关键技术的适用性， 考虑区域间的交叉过渡， 实现协调治理， 以免出现治理措施实施后对其他相邻区域产生不利影响。

图4 河湖岸坡及滨水带关键技术适用性示意图Fig.4 Schematic diagram of the applicability of key technologies for river/lake bank and waterfront

基于上述单项技术的适用性及在不同区域应用的协调性分析，开展河湖滨水带纵横向区域相协调的技术集成，明确其自然功能和社会功能的需求，解决鄱阳湖五河及湖区岸坡及滨水带存在的主要问题，初步构建了包括对象层、功能层、技术层、效果层和应用层的河湖生态岸坡及滨水带综合治理关键技术体系(图5)。该技术体系具有综合性、系统性和整体性的特点，能够对治理效果进行量化，相关技术已在共青城临湖空间综合整治、南昌市乌沙河生态治理方案中开展应用试验，并且适用于其他类似河湖的河岸生态改造、临湖空间整治、滨水景观打造等治理应用的多个方面。

图5 鄱阳湖五河及湖区生态岸坡及滨水带综合治理关键技术体系框架Fig.5 Frame of the key technology system for comprehensively managing ecological bank and waterfront in the Poyang Lake region and its five major tributaries

5 结 论

鄱阳湖流域内陆域与水体的交错地带是防洪堤防、生物廊道、水质净化、洲滩湿地、滨水景观的主要载体，发挥重要的自然和社会服务功能。本文以鄱阳湖五河及湖区岸坡及滨水带为研究区域，开展了综合治理技术体系的初步探讨，主要结论如下：

(1)鄱阳湖五河及湖区滨水带纵横向差异显著，生态水利功能需求不同，部分城镇河段防洪堤防建设对岸坡生物连通性与景观性兼顾不足，一些河湖岸段滨水带治理难以针对多成分地表径流污染物进行有效拦截，湖区血防形势依然严峻，传统的灭螺措施难以兼顾洲滩生态系统健康。

(2)针对鄱阳湖五河及湖区在生态防洪堤岸、生态水利血防、生态岸坡净化等方面存在的突出问题和短板，提出了岸坡及滨水带综合治理关键技术的研发思路和实施途径。

(3)分析了单项关键技术在不同区域的适用性，考虑区域间的交叉过渡，初步构建了包括对象层、功能层、技术层、效果层和应用层的河湖生态岸坡及滨水带综合治理关键技术体系，并在典型区域开展了应用试验。

由于鄱阳湖水系的复杂性，以及受气候变化与人类活动影响而发生的动态变化，针对岸坡及滨水带的生态治理是需要长期开展的工作，下阶段应充分考虑社会经济高质量发展对优质水资源、健康水生态、宜居水环境的迫切需求，在贯彻山水林田湖草生命共同体思想的基础上，加强河湖生态岸坡及滨水带综合治理关键技术的研发工作，推进技术示范与落地，进一步发挥鄱阳湖五河及湖区生态岸坡及滨水带的社会效益和生态效益。