適應水位變化的庫岸生態防護帶設計
——以重慶漢豐湖為例

扈玉興 袁興中 劉 紅 王可洪 王 芳 程蒞登 侯春麗

三峽水庫蓄水后，水位季節波動給消落帶造成了極大的環境脅迫，大大削弱了消落帶的生態屏障功能。在消落帶及其以上臨近區域構建生態防護帶可以有效降低水土流失程度，削減庫區農業面源污染，有利于保障三峽水庫的生態環境安全，促進可持續利用。以重慶開州區漢豐湖北岸烏楊壩段庫岸為例，研究反季節水位變動背景下的庫岸生態防護帶建設的模式和方法，提出多帶多功能緩沖系統模式。階段性實驗研究結果表明，多帶多功能緩沖系統面臨冬季深水淹沒及夏季高溫干旱交替的逆境，植被種類、植被結構均表現出良好的韌性適應，有效發揮了湖岸穩固、水質凈化、生物多樣性保育及景觀美化優化等綜合生態服務功能，可為具有季節性水位變動的湖、庫岸帶生態修復提供科學依據及技術范式參考。

消落帶；生態防護帶；多帶多功能緩沖系統；重慶漢豐湖

受三峽水庫蓄水影響，在庫區干支流兩岸形成水位落差達30 m的消落帶，其中重慶開州區的消落帶面積最大，達58 km2，涉及11個鄉鎮[1]。在大幅度的水位落差、長時間的冬季深水淹沒、夏季出露期高溫干旱等干擾脅迫下，消落帶生態系統受到嚴重影響[2]。土壤侵蝕、水體富營養化、生物多樣性衰退、景觀品質降低等問題使得三峽水庫消落帶的修復工作變得極為迫切[3]。為最大程度減緩消落帶造成的不利影響，開州區政府于2010年在新城區澎溪河下游4.5 km處的烏楊村修建了水位調節壩，原澎溪河水位落差由30 m降至4.72 m，由此形成了獨具特色的“城市內湖”——漢豐湖[4]。漢豐湖是三峽水庫蓄水后形成的庫中庫，其水文變化特征受三峽大壩和漢豐湖水位調節壩的雙重水位調節控制[5]。按照河岸帶的定義，庫岸帶包括消落帶及其以上河水影響消失為止的植被地帶。因此，庫岸生態防護帶系指在庫岸帶（包括高程較高的消落帶及其以上的陸域部分），結合一定的人工措施，構建土壤—植被防護體系，以實現管理目標的區域[6]。

為了應對季節性水位波動帶來的環境影響，有效維持漢豐湖湖岸結構穩定和水環境安全，在促進消落帶生態恢復的同時提升開州區人居環境質量，項目組開展了重慶開州區漢豐湖北岸烏楊壩段的庫岸生態防護帶設計，并提出多帶多功能緩沖系統模式。項目于2013年初完成設計，下半年開始地形施工，2014年初完成植物栽種。截至2020年底，多帶多功能緩沖系統已經歷了6年的反復淹沒，經受住了嚴酷的逆境考驗，逐步適應了冬季深水淹沒和夏季高溫干旱等多重脅迫，有效發揮了固岸護岸、水質凈化、生物多樣性保育和景觀美化優化等功能。文章對反季節水位變化背景下的庫岸生態防護帶設計進行總結，以期為具有季節性水位變化的湖、庫岸帶植被重建及生態修復提供科學依據和技術范式參考。

1 項目概況

研究區位于重慶市開州區漢豐湖北岸烏楊壩（圖1），地處亞熱帶濕潤季風氣候區，年平均氣溫為10.8～18.5℃，年降水量約為1 200 mm。在三峽工程蓄水之前，烏楊壩下部高程較低處為典型的河漫灘區，河底以細沙和卵石為主。因長期挖沙采石，場地內采石坑和砂石堆交混分布，河漫灘原生地貌被完全破壞。烏楊壩上部高程較高區域是受洪泛影響的河岸過渡高地，當地居民習慣進行季節性耕種。在2010年三峽工程完成175 m蓄水之后，每年10月中旬至翌年1月中旬，烏楊壩在海拔高程175 m以下的區域會被淹沒，該區域水位變化為30 m。2012年，漢豐湖水位調節壩建成，直到2017年正式運行，將夏季水位維持在170.28 m，水位變化為4.72 m。烏楊壩段距離開州新城較遠，且周圍無密集居民區，人為干擾強度較低，已經成為開州區野生生物尤其是鳥類的主要棲息地[7]。

1. 漢豐湖烏楊壩地理位置

針對湖岸穩固、水質凈化、生物多樣性保育、景觀美化優化等綜合生態服務功能的需要，漢豐湖北岸烏楊壩段庫岸生態修復存在以下問題:

（1）三峽水庫運行后，庫區的水文情勢發生顯著變化，原有河流生態系統逐漸演變成水庫生態系統，原有河岸帶被永久淹沒，在庫區陸域形成新的“庫岸帶”，原有河流型生物因不適應生存條件的改變而瀕危甚至消失；

（2）冬季深水淹沒，夏季出露期高溫帶來極大的生態威脅，生活在原有河岸環境中的物種難以適應漢豐湖消落帶的新環境；

（3）長期的季節性變化對庫岸穩固產生較大不利影響；

（4）來自陸域集水區的地表徑流攜帶面源污染物經消落帶進入湖中，嚴重威脅水環境安全。

2 庫岸生態防護帶設計策略

基于漢豐湖北岸烏楊壩段的場地現狀調查，進行庫岸生態防護帶設計，提出多帶多功能緩沖系統模式。適應水位變化的庫岸整體生態系統設計包括功能、要素和結構設計等（圖2），整體長度約2 km，寬度超過100 m，呈連續帶狀，集固岸護岸、地表徑流污染凈化、生態緩沖、生物多樣性保育及景觀優化等生態服務功能于一體。

2. 多帶多功能緩沖系統設計框架

2.1 功能設計

遵循岸坡穩固、生物多樣性保育、水質凈化等主導功能優先，局部氣候改善、景觀美化優化、公眾科普教育等多功能并存的原則，進行功能設計。

2.1.1 岸坡穩固

緩沖帶植被地下交織的根系可以增加庫岸的穩定性和抗剪、抗沖能力，能夠有效防止水土流失；植被的樹冠能夠有效截留降水，同時阻擋雨滴直接撞擊地表；植被的枯枝落葉能夠減緩降雨對地表的濺蝕與地表徑流的沖刷。

2.1.2 生物多樣性保育

通過構建適宜的生境條件，為植物、水生昆蟲、魚類和水鳥等提供棲息地和庇護場所。多孔隙水岸可為魚類和水生無脊椎動物提供良好的棲息環境；凹道在冬季高水位期間能夠成為魚類越冬棲息場所，夏季出露季節，低水位則成為鷺類、鸻鷸類等涉禽棲息的良好場所；林澤中的樹木冠層可為蒼鷺、中白鷺、鸕鶿等提供停棲地；林澤中林窗設計形成的明水面可為斑嘴鴨、綠頭鴨等提供良好的庇護、休憩場所。在175～180 m處進行生態護坡設計時，以本地鄉土植物為主營建的優良生境隔離帶，可以削弱外界人為干擾強度，為林鳥及猛禽提供生態位。

2.1.3 水質凈化

生態防護帶中基質、植物和微生物等通過協同作用，經過濾、攔截、土壤吸附、植物吸收、化學反應等過程實現對泥沙的攔截，去除氮、磷等元素。樹木產生的枯枝落葉等凋落物進入水中能夠緩慢釋放營養鹽，對維持水生態系統穩定性具有關鍵作用。此外，樹木通過光合作用產生的氧氣能夠傳輸到根部并釋放到水中，增加湖水的氧氣含量。溝渠、洼地、淺水塘、凹道等濕地結構對陸地地表徑流具有一定程度的凈化作用。

2.1.4 景觀美化優化

芭茅（Miscanthus floridulus）是當地鄉土植物，適應性強，耐水淹能力強，栽植于175～176 m處，冬季水淹季節可形成充滿野趣、優美的臨水高草草本帶，也可為前來越冬的水鳥提供棲息和避難場所。

2.2 要素設計

景觀格局中各個景觀要素的設計是不可忽視的內容，按照景觀元素分類，庫岸景觀可以分為地形景觀、植被景觀和水體景觀等。

2.2.1 地形設計

漢豐湖北岸烏楊壩海拔175 m是一個坡度轉折點，175 m以下是連續平緩的消落區，175～180 m區域是坡度約為40°的護坡。在175 m以下的消落區設計中，選取土石材料，利用小型挖掘機以及人工進行地形設計和塑造。根據反季節、周期性的水位變化，結合濕地植物生長需求以及水生無脊椎動物、魚類和水鳥的覓食和產卵生境需求，將回水洼地、溝渠、淺水塘、凹道、潟湖等水文地貌結構有機鑲嵌，形成起伏的地形（圖3）。這些濕地結構既是河流洪水的消納空間，也是凈化陸地地表徑流，并提供多樣性生物種類棲息、覓食的良好場所（圖4）。

3. 地形設計示意圖

4. 地形設計完成后實景圖

2.2.2 底質設計

在長期淹沒或持續的水流沖刷條件下，單純依靠植物很難達到長期保護土壤和繁衍生物的效果，因此，需要借助一定的工程措施來維持岸坡穩定。在170～172 m的消落帶前緣用拋石形成多孔隙水岸；在40°護坡前緣營造寬度為5～6 m的凹道，其兩側用拋石進行穩固（圖5）。這些卵石、塊石不僅為魚、蝦、昆蟲等提供多孔隙空間，也能夠為喜靜水產卵的魚類提供良好的產卵場所。此外，石塊表面附著的微生物膜能夠有效降解有機污染物，對漢豐湖水質的維持具有重要作用。很多鳥類需要吞咽少量沙子來幫助消化植物性食物。因此，為了滿足鳥類的特殊習性，對一些完全是淤泥質的底質，在局部區域斑塊狀鋪設粗砂，形成有利于鳥類生存的鑲嵌狀底質斑塊。

5. 底質凹道設計示意圖

2.2.3 植物設計

漢豐湖消落帶冬漲夏落的水位變化規律與多數植物冬季休眠、夏季生長的節律相吻合，這為消落帶植物的生存提供了機會。（1）篩選的植物不僅能夠耐受冬季深水淹沒，水退后能迅速恢復生長，而且夏季出露季節時，在完全干旱的坡面環境還能夠存活；（2）這些植物既能夠為鳥類和昆蟲提供食物，也能為其提供棲息、庇護生境；（3）植物提升了景觀觀賞價值。植被景觀是庫岸景觀的重要組成部分，也是景觀環境變化的敏感標志。因此，充分考慮植被季相變化，建立生態化、多樣化的濱河景觀模式，避免形成單一的景觀效果。綜合考慮以上因素，并結合對場地現狀的調研，項目組選取喬木包括池杉（Taxodium distichumvar.imbricatum）、落羽杉（Taxodium distichum）、楊樹（Populus simoniivar.przewalskii）、烏桕（Triadica sebifera）、柳樹（Salix babylonica）等，灌木包括秋華柳（Salix variegata）、中華蚊母樹（Distylium chinense）等，草本植物以自然恢復為主。根據消落帶適生植物生長特性、水位變動及功能需求等分層、分段、分帶配置（圖6），整體恢復效果如圖7所示。

6. 植物設計示意圖

7. 恢復后實景圖

2.3 結構設計

自然河岸帶一般由河岸草甸、河岸灌叢以及河岸喬木林構成帶狀結構特征的緩沖區，對于河流生態系統健康的維持具有重要作用[8]。研究發現，植被緩沖帶通過吸收、阻滯、過濾和轉化等作用，可以有效截留氮、磷等污染物[9]。當寬度達到5 m時，可以有效減少地表徑流中泥沙和氮含量，當寬度達到9 m時，則能進一步減少徑流中磷的含量[10-11]。河岸緩沖帶具有重要的生境功能，寬度達到45 m時，可以維持河岸鳥類種群的穩定性[12]。此外，緩沖帶植物的根系能夠有效防止水土流失，并且喬、灌、草形成的復雜垂直結構能夠通過枝葉截留、蒸（散）發等作用在一定程度上延緩降水形成徑流的時間，從而起到削峰滯洪的作用[13]。因此，構建河岸緩沖帶已經成為一種常用的岸線生態修復策略[14-15]?；诖?，對烏楊壩庫岸水平結構和垂直結構進行以下設計:

2.3.1 水平結構設計

在水平結構上，沿高程梯度設計湖岸多帶多功能緩沖系統，包括“消落帶自然恢復草本植被帶（170 m以下）+消落帶復合林澤帶（170～175 m）+臨水高草草本帶（175～176 m）+復合混交植被帶（176～180 m）”。其中，復合林澤帶是臨水高草草本帶和復合混交植被帶的外延，將河岸林地對河流生態系統的影響直接延伸到了水中。復合林澤帶可以進一步增強湖岸的穩固；樹冠形成的陰影能夠營造空氣濕度變化小、相對濕度較高的局部微氣候環境，為喜中溫性的河岸無脊椎動物和溫度敏感性魚類提供更加適宜的生境[16]；在林澤內部進行林窗設計，在冬季高水位時期可以形成明水面，再加上出露水面的林冠，從而能夠為越冬水鳥提供良好的停棲地和庇護環境（圖8）。

8. 復合林澤帶中的林窗

2.3.2 垂直結構設計

為保證庫岸垂直梯度上的生態連通性，避免硬質鋪墊，使垂向方向上的水文過程、生物過程等得以維持，在復合林澤帶（170～175 m）和生態護坡帶（175～180 m）構建“喬—灌—草”復層混交群落。其中，復合林澤帶中的草本植物以自然恢復的狗牙根（Cynodon dactylon）、牛筋草（Eleusine indica）、合萌（Aeschynomene indica）等為主，除此之外，種植池杉、落羽杉等典型耐水淹喬木，并間插種植烏桕以提升湖岸景觀的層次感和立體感，豐富消落帶單調的草甸景觀和季相變化（圖9）；林澤邊緣（175～176 m）配植芭茅（Miscanthus floridulus）等高草草本形成“高草—林澤”復合系統，進一步增強復合林澤帶實施區的生物生境功能；在海拔176～180 m處設計復合混交植被帶，以柳樹、楊樹等本地喬木為主，形成“喬—灌—草”復層混交群落，留有自然恢復的空間，盡可能在恢復后期讓土壤種子庫發揮作用，利于本地植物自然恢復。

9. “喬－灌－草”復層混交群落（復合林澤帶）

4 結語

本文以重慶市開州區漢豐湖北岸烏楊壩段庫岸生態修復為例，提出反季節水位變化下的庫岸生態防護帶設計模式——多帶多功能緩沖系統。針對復雜的水文變化，多帶多功能緩沖系統從地形塑造、多功能生境設計、適宜植物篩選及配置等方面進行了庫岸生態防護帶建設的有益探索，篩選出了耐冬季深水淹沒、夏季洪水沖刷和高溫干旱的優良工程物種，如烏桕、落羽杉、池杉等。6年來，多帶多功能緩沖系統面對冬季深水淹沒和夏季高溫干旱交替的逆境，各類植物長勢良好，群落類型顯著增多，群落結構較為穩定，表現出良好的韌性和較好的生態服務功能。這與不同空間尺度和環境梯度上的生境類型增加和質量改善有關，同時也與修復后鳥類、昆蟲、魚類等各生物類群之間的協同共生密切相關。烏楊壩段多帶多功能緩沖系統形成了蜿蜒多變、多景觀層次、多生態序列的湖岸柔性空間，生境質量優良，生態服務功能持續優化，生物多樣性得到顯著提升。

相較于天然湖泊和河流消落帶，水庫消落帶水位漲落幅度大，生態系統更加脆弱，再加上受人類活動影響較大，目前消落帶的生態修復依舊是國際性難題，亟需科學指導和技術支撐。尤其是在復雜的水文脅迫、物種入侵、高強度人為干擾等多重影響下的消落帶生物多樣性的形成和維持機制以及在不同的空間尺度上多樣化生境的設計，都需要進一步深入研究，以有效提升消落帶生物多樣性。