流域和湿地生态修复的关键技术

本篇内容为流域和湿地生态修复的关键技术的内容。

一、流域和湿地生态修复技术的特点

对于流域和湿地生态修复而言，水文起着决定性的影响。在时间尺度上，受到大气环流和季风的影响，水文循环具有明显的季节性变化规律，雨季和旱季径流的交错变化，洪水期与枯水期的有序轮替，是生态修复必须着重考虑的因素。在空间尺度上，对于大流域会存在着上中下游水文条件明显差异，在流域内形成不同的生物区。河流的年度丰枯变化和洪水脉冲，直接影响流域和湿地的群落组成、结构功能以及生态过程。流域自然过程的低流量、高流量和脉冲流量，都是维持生物多样性的基础条件。低流量是大部分水生生物和常年淹没的河滨植物生存所必不可少的基本条件，高流量有利于维持水生生物适宜的水文、溶解氧和水化学成分，增加水生生物适宜栖息地的数量和多样性；洪水脉冲可为漂流性鱼卵漂流、仔鱼生长以及植物种子扩散提供合适的水流条件，洪水脉冲还抑制河口咸潮入侵，为河口和近海岸带输送营养物质、维持河口湿地和近海生物生存（董哲仁，2015）。

因此，流域和湿地生态修复技术具有以下特点：①需要根据流域和湿地水文情势，对水生态系统进行综合规划和系统整治，统筹协调保护与发展的相互关系，促进流域和湿地水生态系统的整体改善。②需要推进人水和谐，通过建立生态护岸工程等建设，减少采砂等人类活动对水生态环境的破坏，通过沿岸营造植被缓冲带或其他阻隔工程截留或隔断农业面源污染，建构人水共荣共生环境。③需要按照综合规划的水生境功能分区，对重点水域的水生境进行生态修复，开展栖息地的恢复、修复和再生工程，维持生物多样性。④需要对全流域重点水源涵养区进行生态保护修复，加强流域水土保持、退耕还林还湖还草，加强小流域综合治理，有效遏制江河湖泊退化和湿地干涸萎缩退化的趋势。

二、流域和湿地生态修复的工程技术

（一）水土流失防治工程技术

水土流失防治工程技术主要包括：坡面防治工程技术和沟道防治工程技术。坡面工程技术，是通过在坡面上沿等高线开沟、挖坑、筑埂，修成不同程度的台阶，用改变微地形的办法，起到蓄水保土的效果。沟道工程措施，就其本质来说，就是在沟道内横筑不同形式的坝，通过拦沙蓄水，稳定侵蚀基面，达到保持水土的目的。综合李怀甫（1989）、段巧甫（1998）、范志书（1993）、许燮谟等（1987）、吴次芳等（2002）等成果，对水土流失防治工程技术做如下的进一步阐述。

1.治坡工程技术

（1）鱼鳞坑及水簸箕工程技术

在较陡的梁脊坡面和支离破碎的荒坡上，挖水平沟比较困难，可采用挖鱼鳞坑的方法。鱼鳞坑要沿等高线自上而下地挖成月牙形，上下错综排列成“品”字形。挖坑时，先将表土刮向两侧，然后把心土刨向下方，围成弧形土埂，埂高0.3~0.4米，埂宽0.3米，埂要踏实。再将表土放入坑内，坑底呈倒坡形，坑距上下、左右各1.0~1.5米。鱼鳞坑要围绕着山坡与山坡流水方向垂直布置，坑的多少和大小，要按当地径流量多少和林木需水量的要求来确定。为避免被水冲毁坑埂，坑的两边留有排水口。在没有取得试验资料的地方，暂可借助各地区的“实用水文手册”进行估算。在较缓的坡地、集水凹地布置水簸箕，水簸箕的大小和间距根据集水面积、地面坡度等确定。

（2）坡地蓄水工程技术

坡地蓄水工程技术，主要包括截水沟、蓄水池、水窖等工程技术。

1）截水沟工程技术。

为避免坡面径流的冲刷而引起沟头前进，在沟头坡面上修建截水沟。在较完整的沟头坡面上适宜于修建连续式沟埂，不完整的破碎沟头坡面修建断续式沟埂。截水沟工程技术须考虑以下几个关键要点：

第一，第一道沟埂距沟头的距离，应根据土质好坏，坡度大小而定，一般要离开沟头10~20米。

第二，沟埂的长、宽、深尺寸，要根据集水面积内设计日暴雨径流量来确定，使工程蓄水量与设计径流量相等。

第三，沟埂内外边坡一般为1∶1，顶宽0.3米。在两埂中间的沟内，每隔5米加一土档，土档高度应比蓄水面低5~10厘米，以便分段拦蓄并排走多余的径流。沟埂两头应设有溢水口，以排除过多之水，溢水口要用草皮、砌石保护。在沟埂边坡及埂间，植树种草，以增加收益保护沟埂的安全。

第四，截水沟断面。每道截水沟的容量（Ｖ）按下式计算：

式中：Ｖ为截水沟容量（米3）；ＶＷ为1次暴雨径流量（米3）；Ｖｓ为1~3年土壤侵蚀量（米3）。

Ｖｓ的计量单位，根据各地土壤的容重，由吨折算为米3（下同）。

式（4－3）中ＶW和Ｖs值按下式计算：

式中：Ｆ为截水沟的集水面积（公顷）；ＭＷ为1次暴雨径流模数（米3/公顷）；Ｍｓ为1年土壤侵蚀模数（米3/公顷）。

由式（4－3）、式（4－4）、式（4－5）计算出Ｖ值并根据Ｖ值计算截水沟断面面积（Ａ1）：

式中：Ａ1为截水沟断面面积（米2）；Ｌ为截水沟长度（米）。

截水沟由半挖半填做成梯形断面，其断面要素、符号、常用数值，如表4－1所示。

表4－1 截水沟断面要素常用数值表

2）蓄水池工程技术。

蓄水池用以拦蓄径流，防止冲刷，保水抗旱和供人畜饮水。一般修建在沟头、梁顶、路旁、村边等处。土质要求坚硬，不易漏水，如果必须修建在沙壤土上，应采取防渗措施。蓄水池周围要栽树种草，搞好绿化。

蓄水池设计包括蓄水池容量设计和蓄水池主要建筑物设计。

第一，蓄水池容量设计。

蓄水池总容量按下式计算：

式中：Ｖ为蓄水池容量（米3）；ＶＷ为设计频率暴雨径流量（米3）；Ｖｓ为设计清淤年（ｎ年）累计泥沙淤积量（米3）；Ｋ为安全系数，取1.2~1.3。

ＶＷ与Ｖｓ值的计算分两种情况：

蓄水池在坡面小型蓄排工程系统之中，与坡面排水沟终端相连，并以沟中排水为其主要水源时，其ＶＷ值与Ｖｓ值根据排水沟的设计排水量和淤积量计算。

蓄水池不在坡面小型蓄排工程系统之中，需独立计算暴雨径流量时，采用下式计算ＶＷ与Ｖｓ值：

式中：ＭＷ为设计频率1次暴雨径流模数（米3/公顷）；Ｍｓ为1年的侵蚀模数（米3/公顷）；Ｆ为蓄水池的集水面积（公顷）。

第二，蓄水池主要建筑物设计。

池体设计。根据当地地形和总容量Ｖ，因地制宜地分别确定池的形状、面积、深度和周边角度。

进水口和溢洪口设计。石料衬砌的蓄水池，衬砌中应专设进水口与溢洪口；土质蓄水池的进水口和溢洪口，应进行石料衬砌。一般口宽40~60厘米，深30~40厘米，并用下面的矩形宽顶堰流量公式校核过水断面：

式中：Ｑ为进水（或溢洪）最大流量（米3/秒）；Ｍ为流量系数，采用0.35；ｇ为重力加速度，9.81（米/秒2）；ｂ为堰顶宽（口宽）（米）；ｈ为堰顶水深（米）。

引水渠设计。当蓄水池进口不是直接与坡面排水渠终端相连时，应布设引水渠，其断面与比降设计可参照坡面排水沟的要求执行。

3）水窖工程技术。

水窖分井式水窖和窑式水窖两类。

第一，井式水窖。

窖体由窖筒、旱窖、水窖3部分组成（图4－1），各部尺寸如下：

图4－1 井式水窖断面示意图

ａ.窖筒（上接地面窖口，供取水用）。直径0.6~0.7米，深1.5~2.0米。

ｂ.旱窖（不蓄水部分）。上部与窖筒相连，深2~3米。直径向下逐步放大，到散盘处直径3~4米。

ｃ.水窖（蓄水部分）。深3~5米，从散盘处向下，直径逐步缩小，到底部直径2~3米。

地面部分由窖口、沉沙池、进水管3部分组成，各部尺寸如下：

·窖口。直径0.6~0.7米，用砖或石砌成，高出地面0.3~0.5米。

·沉沙池。位于来水方向路旁，距窖口4~6米。池体成矩形，长2~3米，宽1~2米，深1.0~1.5米。四周坡比1∶1。

·进水管。圆形，直径0.2~0.3米，在沉沙池从地表向下深约2/3处，以1∶1坡度向下与旱窖相连。

第二，窑式水窖。

窖体由水窖、窖顶、窖门3部分组成，其断面结构见图4－2，各部尺寸如下：

图4－2 窑式水窖断面示意图

ａ.水窖（蓄水部分）。深3~4米，长8~10米，断面为上宽下窄的梯形，上部宽3~4米，两侧坡比为8∶1。

ｂ.窖顶（不蓄水部分）。长度与水窖一致，半圆拱形断面，直径3~4米，与水窖上部宽度一致（有的窑式水窖在窖顶中部留圆形取水井筒，直径0.6~0.7米，深度随崖坎高度而异，从窖顶上通地面取水口）。

ｃ.窖门。下部梯形断面，尺寸与水窖部分一致，由浆砌料石制成，厚0.6~0.8米，密封不漏水。在离地面约0.5米处埋一水管，外装龙头，可自由放水。上部半圆形断面，尺寸与窖顶部分一致，由木板（或其他材料）做成。木板中都有可以开关的1.0米×1.5米的小门。

地面部分由取水口、沉沙池、进水管3部分组成，可参照井式水窖的设计，沉沙池的尺寸应根据来水量适当放大。

2.治沟工程技术

（1）沟头防护工程技术

沟头防护工程，主要包括：修筑土埝、树桩埝、截水沟埂及造林护沟等。

（2）谷坊坝工程技术

谷坊坝一般布置在比降较大、沟谷狭窄、切割较深、难以耕作的山区。

在支、毛沟和较大沟道中、上游，横向修筑的小坝叫谷坊坝。谷坊坝是防止沟蚀的有效措施，它能固定沟床侵蚀基点，防止沟底下切，抬高沟床，制止沟岸扩张；又能拦截泥沙，减少流入河川的固体径流量，减轻石洪危害，为利用沟底创造条件；同时拦蓄部分径流量，降低沟道中水流速度，削减下游洪峰流量。谷坊坝的种类很多，有土谷坊、石谷坊、生物谷坊等，应本着因地制宜的原则选定。修建时要自上而下，小多成群，分散水势，节节拦蓄。

谷坊坝的间距和高度是互相制约的两个指标。一般来说，在相同的坡度条件下，间距越大，谷坊坝越高，反之则越小。可以先确定高度再求谷坊坝间距，也可以先确定谷坊坝位置，再由谷坊坝间距求谷坊高度。谷坊坝的高度一般小于5米。

1）谷坊坝高度的确定。

谷坊坝的高度一般根据所用材料而定，以能承受水和泥沙的压力，而不至造成破坏为原则。

式中：ｈ为谷坊坝的有效高度（米）；Ｈ1为沟口处高程（米）；Ｈ2为沟掌高程（米）；Ｍ为谷坊坝座数。

表4－2为各种谷坊的经验断面尺寸，供设计时参考。

表4－2 谷坊断面尺寸表

2）谷坊坝间距的确定。

谷坊坝一般是为了把沟底变成一级一级的水平台阶，这时谷坊溢水口底与上游相邻谷坊外坡基部相平（图4－3），其两个谷坊坝的间距可由下式计算：

式中：Ｌ为谷坊坝的间距（米）；ｈ为谷坊坝的有效高度（米）；ｉ为原沟比降。

3）谷坊坝座数的确定。

谷坊坝的座数，根据沟道沟头和沟口高程而定。计算公式如下：

式中：Ｍ为谷坊坝座数；Ｈ1为沟口处高程（米）；Ｈ2为沟掌高程（米）；ｈ为谷坊坝有效高度（米）。

（3）淤地坝工程技术

在干支沟里横向筑坝，以缓洪拦沙，变荒沟为良田，这种坝叫淤地坝。淤地坝是控制沟床下切和沟岸扩张，合理利用水土资源的有效措施。它与谷坊坝只有大小和高低之分。没有本质的区别，只是目的作用不同，其高度一般在5米以上。

图4－3 谷坊坝布置图

修建淤地坝，要坚持“小型为主、小多成群、大中小结合”的原则，因地制宜，自上而下，全面部署；根据流域内的自然特点和经济条件，进行全面分析，确定投资小、淤积快、成地早、受益大的坝系布设方案，形成生产、拦沙、防洪、灌溉的完整体系。

1）坝址选择。

坝址要符合下列条件：

第一，地形要求选在口小、肚大、沟道缓、淤地多的岔口，弯道的下方或跌水的上方，坝址两端坡面不能有沟道或集流槽。

第二，溢洪道要布置在有岩石层、沙浆层或红土层处，不要选在泉眼或地下水丰富的地方，更不能选在塌方处。

第三，坝址附近要有足够的土、石料，并且取料方便，以节省投资。

第四，为使坝地不断扩大，应考虑加高条件，如上下坝间距、村庄道路、淹没损失等情况。

2）库容计算。

淤地坝库容一般采用实测断面法或简易公式法求得。

第一种方法是实测断面法。在库容范围内，自下而上，测量与水深相适应的若干有代表性的沟道断面，按相邻的两断面分别计算各段库容，而后把各段的库容加起来，即总库容，其计算公式如下：

式中：Ｗ1，Ｗ2……为各段的库容（米3）；Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3……为上下断面积（米2）；Ｌ1，Ｌ2……为断面间垂直距离（米）。

最后一个断面，即最上面的断面与回水末端间的库容按下式计算：

式中：Ｗ为最上面的断面与回水末端间的库容（米3）；Ｆ为最上面的断面面积（米2）；Ｌ为最上面的断面至回水末端的垂直距离（米）。

第二种方法是简易公式法。当坝高确定后，库容按下式计算：

式中：Ｗ为平坝水深时的库容（米3）；Ｄ为库容最大水面宽度（米）；ｄ为沟床平均宽度（米）；Ｈ为平坝时水深（米）；ｉ为沟床平均比降；Ｃ为沟谷断面类型系数（表4－3）。

表4－3 沟谷断面类型系数表

3）坝高确定。

淤地坝的主要目的是拦泥淤地，其次为蓄水灌溉，其工程设计与水库有所区别。水库对地质要求严格，施工和管理上也比较复杂。淤地坝坝身土料要求以均质土为主，土石山区可用土石混建，如黏土成分较多，其成分占50％以上时，要掺细沙，以免裂缝漏水。

第一，拦泥坝高计算。拦泥库容需要的坝高为拦泥坝高，10米以下的淤地坝以2年的淤积量为准，10米以上的淤地坝以2~4年的淤积量为准。

年来泥沙量计算：

式中：Ｗ为年来泥沙量（米3）；Ｍ为多年平均侵蚀模数[吨/（千米2·年）]；Ｆ为流域面积（米2）；ｒ为泥沙容重（吨/米3）。

总来泥沙量计算：

式中：Ｗ总为总来泥沙量（米3）；Ｗ为年来泥沙量（米3）；ｔ为规定淤积时间（年）。

然后以Ｗ总在坝高－库容曲线上查得拦泥坝高。

第二，滞洪坝高计算。滞洪水深所需要的坝高为滞洪坝高。滞洪坝高即溢洪道水深在淤地坝中关系很大，水过深影响坝地生产，水太浅需要过宽的溢洪道，很不经济。一般流域面积在2千米2以内的，滞洪水深0.5~1.0米；2千米2以上的，水深1.0~2.0米。根据滞洪坝高加拦泥坝高，从坝高－库容曲线上查得的库容，减去拦泥库容即得滞洪库容。

第三，安全坝高确定。根据实践经验，坝高在10米以下，安全坝高为0.5~1.0米；坝高10~20米，安全坝高为1.0~1.5米。

4）淤地面积。

淤地面积可用下式计算：

式中：Ａ为淤地面积（米2）；Ｄ为最大水面宽（米）；ｄ为河床平均宽（米）；Ｈ为平坝时水深（米）；ｉ为沟床比降。

5）坝体断面确定。

淤地坝在15米以下，不设平台。在15米以上，设平台，平台宽1.0~1.5米。坝高、顶宽、边坡比尺寸见表4－4。

表4－4 淤地坝坝高、顶宽、边坡比参照表

6）反滤层。

淤地坝需要设反滤层，以排出坝体和坝基的渗透水，避免塌坝的危险。反滤层是在下游坡脚修的排水设备。反滤层所用材料为粗沙、石子、块石。反滤层尺寸，其高度一般为坝高的1/10~1/5。反滤层形式主要有以下两种：

第一种是棱式反滤层。其断面见图4－4，其尺寸材料见表4－5。

图4－4 棱式反滤层断面图

表4－5 棱式反滤层尺寸材料表

第二种是斜卧式反滤层。其断面见图4－5，其尺寸材料见表4－6。

图4－5 斜卧式反滤层断面图

表4－6 斜卧式反滤层尺寸材料表

7）溢洪道。

溢洪道是淤地坝宣泄洪水的建筑物，一般多修在坝一侧的河岸上。溢洪道最大泄洪流量可按高切林法计算：

式中：ｑｍ为溢洪道最大泄洪流量（米3/秒）；Ｑｐ为设计洪峰流量（米3/秒）；Ｗｐ为设计洪水总量（米3）；Ｖ滞为溢洪库容（米3）。

溢洪道底宽可由下式求得：

式中：Ｂ为溢洪道底宽（米）；Ｑ为最大泄洪流量（米3/秒）；Ｈ为溢洪水深（米）；Ｍ为流量系数，Ｍ＝1.33~1.56。

从表4－7中可查得溢洪道断面尺寸。

表4－7 溢洪道矩形断面尺寸表

注：底坡比降1/1000。

8）泄水涵洞。

淤地坝在小沟上建筑时，可不设涵洞，只开溢洪道，但流域面积在5千米2以上或在有长流水的沟道中修建时，须布设泄水涵洞，以排除坝内清水，便于耕种和再次拦蓄洪水。

泄水涵洞主要包括卧管和消力井、涵洞和消力池两部分。

第一，卧管和消力井。卧管纵坡一般以1∶2~1∶3为宜，卧管每升高0.5米设一放水孔，孔口设盖板。卧管和放水孔通常有圆形和方形两种。圆形和方形卧管的尺寸可查表4－8，放水孔的尺寸可查表4－9。

表4－8 圆形、方形卧管尺寸表

表4－9 放水孔尺寸表

卧管中的水流为陡坡急流，冲力很大，必须在卧管底端设置消能设施，消能后再由坝下涵洞放到下游去，消能设施一般做成长方形消力井，其容积可按每立方米的容积消除能量7.5~8.0千瓦来计算。

水在消力井顶部产生的能量：

式中：Ｎ为能量（千瓦）；η为效率系数，取1.0；Ｑ为管内流量（米3/秒）；Ｈ为水头（米）。

算出Ｎ后，可求出消力井容积，拟定消力井尺寸。

第二，涵洞和消力池。卧管中水流经消力井消能后，通过坝下涵洞流向下游。在淤地坝中，由于输水流量不大，坝下涵洞一般采用无压式方涵，用石料砌墙护底，混凝土抹面，钢筋混凝土盖板。盖板厚度视净跨、填土高、钢筋用量而定，一般板厚在15~35厘米之间。

无压方涵流量计算采用明渠均匀流公式。

涵洞出口一般设一水平段，然后再接斜坡，斜坡不陡于1∶4。在斜坡下设置消力池，以消除水能，避免淘刷，使水平稳地流向下游。

3.治滩工程技术

治滩工程技术主要是通过人工垫土、水力冲土等办法来治理河滩地、淤地造田。

（1）治滩造田工程

治滩造田是治河工程的一部分。它通过工程措施，从上而下沿河进行裁弯取直，整治河道，束窄河床，修建顺坝、丁坝、格坝，引洪放淤成田。这样做的好处是：固定河床，束水归槽，削减洪峰，减少泥沙，扩大耕地，增加产量。

束窄河道改河治滩成败的关键，在于确定新河道的过洪断面和保证施工质量。治滩造田的设计和施工技术要点是：

1）选定新河道的经济断面，确定新河道的治导线，即整治线。保护河道两岸农田，防止岸坡坍塌。

2）治导线要尽量做到缓和河道弯度，力求顺直，但不宜过于增大河道比降，以防冲刷。

3）平顺河道要充分利用有利地形，靠一边开挖可节省工程量，在不得已的情况下可以中间开挖。

为了新河道的稳定性，必须进行新河道的水文水力计算，设计出新的河床断面，设计标准按有关规范确定。

计算新河道过洪断面尺寸，即确定治导线的宽度和河槽水深时，可按下式计算：

式中：Ｑ为新河道过洪断面（米）；Ｂ为宽度（米）；ｎ为河槽糙率；Ｈ为平均水深（米）；ｉ为河床比降。

（2）引洪漫地工程

引洪漫地是把山沟、坡面、村庄、道路的洪水引到耕地或低洼的河滩进行淤漫。这些洪水中含有丰富的腐殖质，不但可以削减洪峰，减少入河泥沙，而且能改良土壤、提高肥力，同时还能将高低不平的土地填淤变平，便于耕作。

引洪漫地需要开挖引洪渠道，但因为含沙量高，渠道不宜过长，要多级渠道引洪，渠系建筑物主要是进洪闸、泄洪闸、分洪闸。渠道纵坡一般为1/400~1/300，流速1.5米/秒。闸门平常开启，随时准备抢引首次洪水。渠道断面根据引洪量和土地面积来确定。引洪漫地应注意以下几点：

1）引洪漫地的引水口应选在高处，引洪渠要以占地少、浇地多、省工节支为原则。

2）因山洪含沙量高，引洪渠道的比降要大，多分支渠，多挖涝池，以备洪水大时分洪滞洪。

3）由于洪水来势猛，历时短，因此要事先做好准备，安排好足够的人力，抓紧时机淤漫土地，用后搞好渠道清淤，以备再引。

4）如果是新修的滩地可以多漫，如有秋作物时，每次洪水漫地不要超过苗心，对玉米、高粱不超过株高的1/5。

4.防护草工程技术

（1）草种选择

选作防护草种的基本条件是草种抗逆性强，保土性好，生长迅速，经济价值高。

1）根据地面水分情况选种草类。

干旱、半干旱地区选种旱生草类。其特点是根系发达，抗旱耐干，如沙蒿、冰草等。

一般地区选种中生草类，其特点是对水分要求中等，草质较好，如苜蓿、鸭茅等。

水域岸边、沟底等低湿地选种湿生草类，其特点是需水量大，不耐干旱，如田菁、芦苇等。

水面、浅滩地选种水生草类，其特点是能在静水中生长繁殖，如水浮莲、茭白等。

2）根据地面温度情况选种草类。

低温地区选种喜温凉草类，如披碱草等。其特点是耐寒、怕热，高温则停止生长，甚至死亡。

高温地区选种喜温热草类，如象草等。其特点是在高温下能生长繁茂，低温下停止生长，甚至死亡。

3）根据土壤酸碱度选种草类。

酸性土壤，ｐＨ在6.5以下，选种耐酸草类，如百喜草、糖蜜草等。

碱性土壤，ｐＨ在7.5以上，选种耐碱草类，如芨芨草、芦苇等。

中性土壤，ｐＨ在6.5~7.5之间，选种中性草类，如小冠花等。

4）根据其他生态环境选种草类。

在林地、果园内荫蔽地面，选种耐荫草类，如三叶草等。

风沙地选种耐沙草类，如沙蒿、沙打旺等。

（2）种草方式

1）直播。

直播是种草的主要方式，它分条播、穴播、撒播、飞播4种。

第一，条播。适应地面比较完整、坡度在25度以下，一般用牲畜带犁沿等高线开沟，或牲畜带耧完成。南方多雨地区，犁沟可与等高线呈1％左右的比降。根据不同的草冠情况和种草的目的，分别采取不同行距，以最大草冠能全部覆盖地面为原则，放牧草地应采取宽行距（1.0~1.5米）条播。

第二，穴播。适应于地面比较破碎、坡度较陡（有的达25度以上），以及坝坡、堤坡、田坎等部位，或播种植株高大的草类时采用。沿等高线人工开穴，行距或穴距大致相等。相邻上下两行穴位呈“品”字形排列。

第三，撒播。对退化草场进行人工改良时采用。一般应选抗逆性较强的草种，特别注重选用当地草场中的优良草种，并在雨季或土壤墒情较好时进行。

第四，飞播。地广人稀种草面积较大时采用，可参照《GB/Ｔ16453.5—2008 水土保持综合治理 技术规范 风沙治理技术》执行。

2）混播。

混播是直播中的特殊形式，在直播的几种方式中采取两种以上的草类进行混播，以加速覆盖，增强保土作用，并促进草类生长，提高品质。

一般以禾本科草类或豆科草类混播、根茎型草类与疏丛型草类混播较好，其配合比例见表4－10。

表4－10 混播配合比例表 单位：％

3）其他种植方式。

第一，移栽。主要用于补植。一般可利用定苗时分株移栽；有条件的先覆膜育苗，然后移栽。

第二，插条。有的草类（如葛藤、小冠花等）可插条繁殖。

第三，埋植。有的草类（芦苇、象草、小冠花等）可埋植繁育。

（3）播种量

在选用国家或省级牧草种子标准规定的一、二、三级种子基础上进行下述播种量。

1）理论播种量。

当种子的纯净度和发芽率都是100％，所需的播种量为理论播种量，以千克/公顷计。

第一，理论播种量按下式进行计算：

式中：Ｒ为理论播种量（千克/公顷）；Ｎ为单位面积播种子数（粒/公顷）；Ｚ为种子千粒重（克）。

第二，种子千粒重的确定。取有代表性的种子1000粒，称其重量测定。

如果大粒种子，可改为百粒重，并将计算公式做相应的修改：

式中：Ｚ′为种子百粒重（克）。

2）实际播种量。

第一，实际播种量按下式进行计算：

式中：Ａ为实际播种量（千克/公顷）；Ｒ为理论播种量（千克/公顷）；Ｃ为种子的纯净度（％）；Ｆ为种子的发芽率（％）。

第二，种子纯净度的测定。取有代表性的种子样品，在除去杂质和其他混杂种子后分别称重，并用式（4－29）计算其纯净度：

式中：Ｃ为种子纯净度（％）；Ｗｃ为纯净种子重量（克）；ＷＹ为样品重量（克）。

第三，种子发芽率的测定。取100粒种子，放在有滤纸或沙的培养皿中，加少许清水，保持20~25℃温度和充足的光照，进行发芽试验，在规定时间内检查发芽籽数，并用式（4－30）计算其发芽率：

式中：Ｆ为种子发芽率（％）；QF为发芽种子数（粒）；Qx为试验种子数，100粒。

（二）水文生态修复工程技术

流域和湿地水文过程是维持生态系统功能的关键要素，决定了流域和湿地植物、动物栖息和土壤生物地球循环化学特征，是生态修复工程的关键。流域和湿地水文生态修复的工程技术，首先应根据流域和湿地水文退化的程度及原因，采用生态补水技术、水文联通技术和蓄水防渗技术等，恢复地下水位和水文周期。其次才是运用水环境修复工程技术净化水质，改善水体污染。Mitschetal.、Mitsch&Day在美国密西西比－俄亥俄－密苏里河盆地进行了湿地水文修复研究，先通过“牛轭湖”的设计延长水体在湿地中的滞留时间，然后再通过植物修复技术降低水中营养盐含量（邓正苗等，2018）。

水文生态修复是一个极其复杂和漫长的过程。河流多样性和形态蜿蜒性、河流横断面的地貌单元多样性、河流纵坡比降、湿地水平方向的地貌变化、湿地垂直方向水深度的变化、湿地岸线的规则程度等都会影响水文生态修复，但是要改变河流湿地形态的空间异质性，是十分困难的。即使通过修复在短期内提升了生态系统服务功能，但长期的影响并不确定是否与短期的效果相一致。乔瑞波（2009）对海河流域地下漏斗区水文生态修复的探索性研究表明，需要采用以下综合修复措施：①截流汛期非致灾径流，做好季节回补工作。准确科学地界定汛期非致灾径流，充分利用雨洪资源回补超采的地下水。利用池塘、水窖、旱池、集水坑、排水渠、冲沟、低洼的未利用地、废弃主机井、矿坑、取土坑、地裂等作为集水器，做好季节性回补。只有经过多年回灌，才能恢复地下水平衡。②恢复为湿地资源，增大雨洪资源持续回补量。③相对封闭漏斗区，严格限制新钻机井数量。机井增多可以减轻旱情，但对地下水系统也会产生长期的、隐含的副作用。④依托调水工程，减少地下水开采量。围绕漏斗区地下水超采综合治理修复，河北省启动了多项与调整种植结构和农艺节水相关的研究项目，研发了相应的种植技术模式，包括冬小麦春灌节水稳产配套技术、小麦保护性耕作节水技术、小麦玉米水肥一体化节水技术、蔬菜膜下滴灌水肥一体化节水技术等项目，通过这些种植模式的调整，其节水效果比较明显。但是，这些技术模式效果的节水机制、长期稳定性以及生态环境影响等并不明确。漏斗区轮作休耕模式下地下水循环要素和浅层地下水补给的时空演变规律如何?深层地下水使用后是否可以更新，其更新能力的恢复变化过程如何?地下水灌溉－环境变化－粮食生产之间存在的内在关系如何等（赵其国等，2018），需要长时期动态观测和持续研究，才能解决漏斗区的水文生态修复问题。

（三）水环境修复工程技术

流域和湿地水环境修复，就是利用水生态系统原理，采取各种工程技术手段，改善水体质量，修复生态系统结构和功能的过程。水环境修复，其对象不仅包括水体本身，还包括与水体相关的流域生物地理环境。由于不同的水域形式，其物理、化学和生物环境都有较大差异，需要采取不同的水环境修复工程技术。

1）河流修复工程技术。通常将河流修复工程技术分为物理、化学和生物三大类型。但由于河流生态修复是一个系统性、整体性的工程，在实践工程中的指导性并不强。战玉柱等（2018）的研究表明，可以从河流水生态修复技术的不同应用环节进行分类，更有针对性和实操性：①污染基底修复工程技术。主要有原位处理工程技术和异地处理工程技术两大类。其中原位处理工程技术主要包括调水冲污、底泥覆盖、底泥化学固化等；异地处理工程技术主要是清淤疏浚，可以快速有效地去除水体外源污染。②岸坡生境修复工程技术。最常用的是河道生态护坡工程修复，主要为采用自然属性较强的材料作为主体结构，结合适宜生态护岸结构采用的块石、生态混凝土、植草砌块、石笼、土工合成材料等，构筑可以抵抗水流淘刷侵蚀的结构，同时适合植物的生长和自然演替。③河道缓冲带修复工程技术。其关键是确定缓冲带的宽度和植被群落的结构。苏州河上游滨岸缓冲带的试验表明，19米长的百慕大草缓冲带对径流总固体悬浮物的截留能力达到70％以上，特别是前端12米的截留距离效果明显（刘泽峰，2009）。④河流水质净化技术。其中原位水质净化技术主要有生物膜技术、生态浮床技术、沉水植物修复技术、投加微生物菌剂修复技术等；异位水质净化技术主要有人工湿地系统技术、生态砾石床技术等。但就工程技术角度而言，总体上主要有生态拦截工程技术、湿地植物净化技术、水生动物净化技术、人工浮岛技术和人工湿地净化技术等。

2）湖泊修复工程技术。湖泊修复工程技术可以区分为外源性污染物质控制和内源性污染物质控制两大类型。①外源性污染物质控制工程技术。主要有退耕还林还草还湖技术、清洁生产技术、废水集中处理技术等。②内源性污染物质控制工程技术。主要有底泥疏浚技术、土地处理技术、稀释和冲刷技术、水力调度技术、气体抽提技术、空气吹脱技术、投加石灰技术、水生植物修复技术、生物调控技术、生物膜技术、微生物修复技术、仿生植物净化技术、深水曝气技术等（廖静秋等，2013）。在湖泊修复工程技术中，清洁生产技术和底泥疏浚技术是两项比较有效和常用的技术。所谓清洁生产技术是一种相对的技术，清洁指较生产同类产品的技术污染物的产生量更小，污染物毒性更小。CPT技术的核心是对原有生产过程的改变，主要是通过原材料和能源的调整替代、工艺技术的改进、设备装备的改进、过程控制的改进、废弃物的回收利用、产品的调整变更等技术措施，使得污染产生量和毒性降低甚至消除。通过采用清洁生产技术，可以使得湖泊中的外源性污染物浓度大大减少，从而达到生态修复的目的。底泥疏浚技术的核心是彻底去除底泥中的有害物质，其技术组成包括3大部分：①疏浚底泥特性分析，确定底泥中污染物的组成和分布，根据底泥特性选择针对性强的疏浚工程技术和疏浚工艺。②底泥疏浚最佳技术及工艺选择，主要包括确定疏浚底泥体积，选择挖掘机，计算压头和功率，设计底泥堆放场地，对疏浚工艺进行优化分析，选择合理的疏浚集成工艺等。③疏浚底泥再利用，根据疏浚底泥的特性、疏浚技术和疏浚工艺，研制底泥再利用方案。底泥疏浚时应注意防止二次污染。欧美不少国家都采用底泥疏浚技术对湖泊进行生态修复，取得了良好效果。例如瑞典的Trummen湖，清除表层1米厚的底泥后，水深增加了1.1~1.7米，TP浓度迅速下降，这种状态维持了18年。

3）湿地修复工程技术。它是指对退化或消失的湿地进行修复或重建的物理、化学和生物技术或生态工程。其目的是通过改变湿地生物所依赖的生态环境，提高生境的异质性和稳定性，实现湿地基底稳定、水质改善、环境健康和功效如前。湿地修复的物理技术主要包括土壤渗滤法、调水冲洗法；化学技术主要包括混凝法、中和法、氧化还原法、吸附法、离子交换法、电渗析法；生物技术主要包括湿地植物净化、生物膜吸附等。由于化学方法容易对湿地生态系统造成新的污染，所以相关技术应用不广泛。土壤渗滤法和生物膜吸附法是2项比较新的技术，应用性也较强（廖静秋等，2013）。①土壤渗滤处理系统。是一种人工强化的污水生态工程处理技术，它充分利用在地表下面的土壤中栖息的土壤动物、土壤微生物、植物根系以及土壤所具有的物理、化学特性将污水净化，属于小型的就地污水土地处理技术。在国外，土壤渗滤技术工艺在20世纪70年代的日本即得到应用，日本的Niimi，Masaaki在20世纪80年代开发出土壤毛管浸润沟污水净化工艺，处理生活污水的出水水质优于二级处理出水。美国、法国、德国、以色列等发达国家也都在大力推行与土壤渗滤技术相关的土地处理工艺。②生物膜吸附法。是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术，是一种固定膜法，是污水水体自净过程的人工化和强化，主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物。处理技术有生物滤池（普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池）、生物转盘、生物接触氧化设备和生物流化床等。该方法对于湿地环境中的重金属和有机污染物都具有较好的吸附作用。其基本原理是根据湿地的理化性质设计生化池，采用连续水的动态自然挂膜培养方式，微生物在填料上缓慢生长和繁殖，生物膜会逐渐变厚。生物膜上含有丰富的藻类和原生动物，先吸附原水中的有机物、氨氮、重金属等污染物，再进一步为膜上的微生物分解、吸收和代谢而得到去除（肖羽堂等，2005）。

4）地下水修复工程技术。地下水修复技术主要是指采用抽提、气提、生物修复、渗透反应墙等，使受污染的地下水恢复到原有水质的技术，包括抽提技术、气提技术、空气吹脱技术、生物修复技术、渗透反应墙技术、原位化学修复技术等。抽提处理技术是目前相对成熟、有效和低成本的技术，它是采用水泵将地下水抽出来，在地面通过沉淀、膜分离、交换树脂、活性炭吸附、空气吹脱、化学氧化和生物降解等得到合理的净化处理，并将处理后的水重新注入地下或排入地表水体。这种处理方式对抽取出来的水中污染物能够进行高效去除，但不能保证全部地下水尤其是岩层中的污染物得到有效去除。

（四）生境恢复工程技术

生境是指物种或物种群体赖以生存的生态环境。对药用植物生存而言，其最大的威胁就是生境的破坏，如森林的砍伐、草原和湿地的开垦以及由此带来水土流失、干旱化、养分的减少等。生境恢复工程技术是一种对受损的生境进行恢复与重建，使恶化状态得到改善的工程技术，其主要结果是生物群落多样性和服务功能的显著提升。流域和湿地生境恢复的工程技术，一般分为下列几个步骤：①明确生境恢复的边界。②调查生境退化的特征，包括退化主导因子、退化过程、退化类型、退化阶段与强度的调查、诊断和辨识。③生境退化的评价，确定生境恢复目标。④生境恢复工程技术选择，有针对性地建立起不同功能区的生境恢复方案及其工程技术方法，包括生境恢复与经济协调发展的方案。⑤生境恢复工程措施实施和动态监管，包括对生境恢复模式的总结、示范和推广，以及后续的动态监测与评价等。

生境恢复工程技术的核心是解决水环境恢复、土壤环境恢复和植被恢复三大方面的技术问题。水环境恢复和土壤环境恢复的关键技术，上文已有阐述。植被恢复的过程必须以植物生态学为指导，综合考虑待恢复生境的物理条件、营养条件和污染状况等进行适当的物种选择，可详见下文生物恢复工程技术的阐述。

（五）生物恢复工程技术

生物恢复工程技术，核心是植被恢复。后者是指运用生态学原理，通过保护现有植被、封山育林或营造人工林、灌、草材料，修复或重建被毁坏或被破坏的森林和其他自然生态系统，恢复生物多样性及其生态系统功能的过程。在总体思路上，植被恢复首先要尊重植被群落的演替规律，遵守植物地带性原则、生物多样性原则、群落稳定性原则和长短效益结合原则，从结构入手进行人工植物群落设计，实现群落的物种组成、群落片层、垂直结构和时空结构上的合理配置，达到群落结构合理、功能优化的目的。其次是要建构“复合型”植被重建工程，改变单一品种，营造“复合型”植被。在操作层面上，流域和湿地生物恢复一般按以下程序进行：①选择先锋物种。它是群落演替中最先出现的植物，具有生长快、种子产量大、较高的扩散能力等特点，但不适应相互遮阴和根际竞争，所以很容易被后来的种群排挤掉。通常选择根系发达、生长迅速的草本物种，以达到固定新生土壤和改善土壤结构的目的。②恢复植被群落。根据流域和湿地的土壤类型、群落优势种的生物学特性及其对环境的适应性和生态位关系，筛选优良的乡土草灌木和林木，建立适合地方自然条件和经济发展特点的植被群落。在植被恢复过程中，适当的人为干扰是必要的，但必须防止生物侵入的风险和隐患。日本学者宫胁昭根据植被科学中的演替理论，采用当地乡土树种的种子进行营养钵育苗，配以适当的土壤改造，在较短时间内建立起适应于当地气候的顶级群落类型。这一方法取得了显著成绩，得到了世界公认，通常称之为宫胁法。在实践中从营养钵育苗开始培育，可能会有些难度，但植被重建选择的品种应该是适应当地生长的品种。例如红壤地区的植被恢复、植被重建可以选择地带内的阔叶树种，包括山茶科木荷、金缕梅科枫香、杨梅科杨梅、壳斗科闽粤栲与青冈、樟科香樟、木兰科含笑、杜英科山杜英；灌木乡土品种可以选择蝶形花科胡枝子等。营造水保林选择以马尾松、木荷、枫香、杨梅、胡枝子等为典型优势造林树种，这是建立地带性质顶极稳定群落的需要（孙波等，2011）。

原标题：流域和湿地生态修复的关键技术