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生態(tài)恢復的原理與實踐(第二版)
本書在參考豐富的國內(nèi)外生態(tài)恢復文獻的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)介紹了退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的理論方法與國內(nèi)外實踐案例。全書分上、下兩篇,上篇包括第1~第10章,系統(tǒng)介紹了退化生態(tài)系統(tǒng)的形成、類型與特征,全球退化生態(tài)系統(tǒng)恢復狀況,生態(tài)恢復的基本理論以及森林生態(tài)系統(tǒng)、水域生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、海洋與海岸帶生態(tài)系統(tǒng)、廢棄地、路域生態(tài)系統(tǒng)、城市自然生態(tài)恢復等主要生態(tài)系統(tǒng)類型恢復的原理和技術(shù)方法。下篇包括第11~第18章,按照以上生態(tài)系統(tǒng)類型,分別選取國內(nèi)外典型生態(tài)恢復案例作了詳細的介紹。
適讀人群 :可供生態(tài)、林業(yè)、水利、礦業(yè)、環(huán)境工程、景觀設(shè)計、城市規(guī)劃等領(lǐng)域的科研、設(shè)計與管理人員使用,也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的研究生教材。
1 理論篇突出生態(tài)恢復的原理與方法,實踐篇對應上篇的理論列舉了國內(nèi)外的成功案例 2 對指導我國生態(tài)恢復的實踐具有很高的參考價值 3 全新的生態(tài)恢復理論與世界各地不同特色的成功生態(tài)案例結(jié)合,系統(tǒng)介紹國內(nèi)外生態(tài)恢復的理論與實踐
近年來,國內(nèi)外生態(tài)恢復研究與實踐發(fā)展迅速,每兩年一次的國際生態(tài)恢復學會大會對推動各國生態(tài)恢復的理論與技術(shù)方法研究起到了積極的作用。就我國而言,雖然生態(tài)恢復工程實踐明顯增多,但在技術(shù)方法和恢復效果評價等方面與國外仍有較大差距,國際影響力明顯不足。究其原因,與國內(nèi)對于生態(tài)恢復原理方法、目標設(shè)定、不同尺度的技術(shù)體系以及恢復途徑選擇等認識存在缺陷有關(guān)。因此,編寫一本系統(tǒng)介紹國內(nèi)外生態(tài)恢復理論與實踐經(jīng)驗的書籍,對于指導國內(nèi)生態(tài)恢復實踐很有必要。 李洪遠,南開大學環(huán)境科學與工程學院,天津市第十一屆、十二屆政協(xié)委員;中國致公黨中央環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展工作委員會委員;致公黨天津市第四屆委員會委員;致公黨天津市參政議政工作委員會副主任,教授 南開大學環(huán)境規(guī)劃與評價所副所長。主持及參加國內(nèi)外有關(guān)生態(tài)恢復、生態(tài)影響評價與規(guī)劃、景觀環(huán)境保全等領(lǐng)域的科研項目30余項,發(fā)表學術(shù)論文60余篇,專著或教材10余部。
上篇生態(tài)恢復原理與方法1
1退化生態(tài)系統(tǒng)恢復概述2 1.1退化生態(tài)系統(tǒng)及其成因2 1.1.1退化生態(tài)系統(tǒng)的定義2 1.1.2退化生態(tài)系統(tǒng)的成因2 1.1.3生態(tài)系統(tǒng)退化的過程4 1.1.4生態(tài)系統(tǒng)的退化程度診斷6 1.2退化生態(tài)系統(tǒng)類型與特征9 1.2.1退化生態(tài)系統(tǒng)的類型9 1.2.2退化生態(tài)系統(tǒng)的特征10 1.3全球退化生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀11 1.3.1全球退化生態(tài)系統(tǒng)11 1.3.2我國退化生態(tài)系統(tǒng)12 1.3.3全球生態(tài)恢復狀況15 1.3.4我國生態(tài)恢復狀況16 參考文獻17 2生態(tài)恢復的基本原理19 2.1生態(tài)恢復概述19 2.1.1生態(tài)恢復的三個層次19 2.1.2生態(tài)恢復的意義與類型23 2.2生態(tài)恢復的理論基礎(chǔ)24 2.2.1恢復生態(tài)學理論24 2.2.2基礎(chǔ)生態(tài)學理論25 2.2.3景觀生態(tài)學理論29 2.3生態(tài)恢復的機理與方法32 2.3.1生態(tài)恢復的目標與原則32 2.3.2生態(tài)恢復的機理與途徑33 2.3.3生態(tài)恢復的技術(shù)與程序35 2.3.4生態(tài)恢復的判定標準37 參考文獻37 3森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復39 3.1溫帶森林的恢復39 3.1.1溫帶天然林的特征39 3.1.2溫帶森林的干擾過程40 3.1.3制定恢復計劃41 3.1.4林地恢復影響因素44 3.1.5林地恢復的原則和方法44 3.2熱帶雨林的恢復46 3.2.1恢復的限制因素47 3.2.2加速恢復的策略49 參考文獻51 4水域生態(tài)系統(tǒng)恢復的原理與實踐53 4.1河流的生態(tài)恢復53 4.1.1河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能54 4.1.2河流生態(tài)系統(tǒng)退化的原因57 4.1.3河流生態(tài)恢復的理論依據(jù)58 4.1.4河流生態(tài)恢復的目標與內(nèi)容60 4.1.5河流生態(tài)恢復的原則與方法62 4.1.6河流生態(tài)恢復的限制因素65 4.2湖泊的生態(tài)恢復67 4.2.1湖泊的結(jié)構(gòu)與生態(tài)功能68 4.2.2湖泊生態(tài)系統(tǒng)退化原因70 4.2.3湖泊生態(tài)恢復的原理71 4.2.4湖泊恢復的生態(tài)調(diào)控與管理73 參考文獻76 5濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復78 5.1淡水濕地的生態(tài)恢復78 5.1.1淡水濕地的結(jié)構(gòu)與功能78 5.1.2淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)退化原因81 5.1.3淡水濕地生態(tài)恢復目標與原則82 5.1.4淡水濕地生態(tài)恢復的過程和方法84 5.1.5淡水濕地生態(tài)恢復的檢驗與評估90 5.2鹽沼濕地的生態(tài)恢復91 5.2.1鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的特征與功能91 5.2.2鹽沼濕地退化的原因93 5.2.3鹽沼生態(tài)恢復的限制因素96 5.2.4鹽沼生態(tài)恢復的原理與技術(shù)97 參考文獻100 6草地生態(tài)系統(tǒng)的恢復102 6.1草地生態(tài)系統(tǒng)概述102 6.1.1草地生態(tài)系統(tǒng)的功能102 6.1.2草地生態(tài)系統(tǒng)退化的原因103 6.1.3草地生態(tài)恢復的原理與措施104 6.2草地生態(tài)恢復的類型105 6.2.1石灰質(zhì)草地的恢復105 6.2.2熱帶稀樹草原的恢復112 6.2.3溫帶草原牧場的恢復113 參考文獻115 7海洋和海岸帶生態(tài)系統(tǒng)恢復118 7.1珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的恢復118 7.1.1珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的特征118 7.1.2珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的功能119 7.1.3珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)受損的原因119 7.1.4珊瑚礁生態(tài)恢復的技術(shù)和方法120 7.2紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的恢復122 7.2.1紅樹林的概念與特征122 7.2.2紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的功能123 7.2.3影響紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的不利因素124 7.2.4紅樹林生態(tài)系統(tǒng)恢復的技術(shù)和方法125 7.3海灘生態(tài)系統(tǒng)的恢復127 7.3.1海灘生態(tài)系統(tǒng)的特征127 7.3.2海灘生態(tài)系統(tǒng)的功能127 7.3.3海灘生境喪失和退化的原因128 7.3.4海灘生態(tài)系統(tǒng)恢復的技術(shù)和方法128 7.4海岸沙丘生態(tài)系統(tǒng)的恢復130 7.4.1海岸沙丘生態(tài)系統(tǒng)的特征130 7.4.2海岸沙丘生態(tài)系統(tǒng)的功能131 7.4.3海岸沙丘生態(tài)系統(tǒng)退化的原因131 7.4.4海岸沙丘生態(tài)恢復的技術(shù)和方法131 參考文獻133 8廢棄地的生態(tài)恢復135 8.1廢棄地生態(tài)恢復概論135 8.1.1廢棄地的類型和特征135 8.1.2廢棄地生態(tài)恢復的目標和原則137 8.1.3廢棄地生態(tài)恢復的原理與方法138 8.2礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復139 8.2.1礦區(qū)廢棄地的產(chǎn)生及其危害139 8.2.2礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復概況140 8.2.3礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復的技術(shù)與方法142 8.2.4礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復的評價與管理144 8.3城市工業(yè)廢棄地的生態(tài)恢復145 8.3.1城市工業(yè)廢棄地的產(chǎn)生及危害145 8.3.2城市工業(yè)廢棄地恢復的模式與方法146 8.3.3城市工業(yè)廢棄地的景觀再生途徑148 8.4垃圾處置場地的生態(tài)恢復149 8.4.1垃圾處置場地的危害149 8.4.2垃圾處置場地生態(tài)恢復的原理與方法150 8.4.3垃圾處置場地生態(tài)恢復的模式151 參考文獻152 9路域生態(tài)系統(tǒng)的恢復155 9.1路域生態(tài)系統(tǒng)概述155 9.1.1路域生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)涵155 9.1.2路域生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能155 9.2道路建設(shè)對路域生態(tài)系統(tǒng)的影響156 9.2.1對動植物及其生息環(huán)境的影響156 9.2.2對區(qū)域環(huán)境和地表景觀的影響158 9.3路域生態(tài)系統(tǒng)的恢復途徑160 9.3.1道路的生態(tài)學基礎(chǔ)160 9.3.2生態(tài)道路建設(shè)162 9.3.3道路邊坡生態(tài)工程168 9.4國外路域生態(tài)系統(tǒng)恢復經(jīng)驗171 9.4.1德國:保護路域生物生息環(huán)境171 9.4.2荷蘭:消除道路生境破碎化173 9.4.3日本:保護與重建多樣化道路生境174 9.4.4其他國家:道路自然生態(tài)保護與恢復175 參考文獻175 10城市自然生態(tài)恢復177 10.1城市自然生態(tài)恢復概述177 10.1.1城市自然生態(tài)恢復的目標和原則177 10.1.2城市自然生態(tài)恢復的限制因素179 10.2生態(tài)綠地建設(shè)與城市自然生態(tài)恢復181 10.2.1城市生態(tài)綠地建設(shè)原則181 10.2.2城市生態(tài)綠地建設(shè)途徑181 10.3特殊空間綠化與城市自然生態(tài)恢復183 10.3.1特殊空間綠化概況183 10.3.2特殊空間綠化的功能和效益184 10.3.3特殊空間綠化設(shè)計方法188 10.4多自然型河流與城市自然生態(tài)恢復192 10.4.1多自然型河流概述192 10.4.2多自然型河流生態(tài)恢復技術(shù)192 參考文獻194 下篇生態(tài)恢復應用與實踐197 11森林生態(tài)系統(tǒng)恢復案例198 11.1美國北落基山白皮松林恢復工程198 11.1.1工程背景198 11.1.2恢復措施198 11.1.3恢復效果與經(jīng)驗200 11.2宮脅法在地中海干旱貧瘠地區(qū)森林恢復中的應用201 11.2.1工程背景201 11.2.2恢復過程201 11.2.3恢復結(jié)果203 11.3蘇格蘭Katrine海灣地區(qū)森林景觀的恢復203 11.3.1工程背景203 11.3.2工程目標204 11.3.3恢復方法204 11.3.4恢復結(jié)果204 11.4廣東電白熱帶季雨林恢復205 11.4.1工程背景205 11.4.2恢復目標205 11.4.3恢復過程205 11.4.4恢復效果206 11.5秘魯南部干旱森林恢復(伊卡工程)207 11.5.1工程背景207 11.5.2工程目標208 11.5.3恢復方法208 11.5.4恢復效果209 參考文獻209 12水域生態(tài)系統(tǒng)恢復案例211 12.1美國加利福尼亞沖溪生態(tài)恢復工程211 12.1.1工程背景211 12.1.2恢復過程211 12.1.3恢復經(jīng)驗213 12.2韓國清溪川自然化整治項目214 12.2.1項目背景214 12.2.2恢復過程214 12.2.3恢復效果及問題216 12.3美國Apopka湖的富營養(yǎng)化與生態(tài)恢復217 12.3.1項目背景217 12.3.2政府干預和初步調(diào)查218 12.3.3整治和恢復措施218 12.3.4恢復效果219 12.4美國基西米河生態(tài)恢復工程219 12.4.1工程背景219 12.4.2恢復過程220 12.4.3恢復效果220 12.5美國芝加哥河自然化恢復221 12.5.1項目背景221 12.5.2恢復措施221 12.5.3恢復過程的啟示223 參考文獻223 13濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復案例225 13.1西班牙瓜達爾基維爾河河口潮沼濕地恢復225 13.1.1工程背景225 13.1.2工程目標225 13.1.3恢復過程226 13.1.4恢復監(jiān)測及效果評估227 13.2美國特拉華海灣鹽沼恢復229 13.2.1項目背景229 13.2.2恢復目標230 13.2.3恢復過程231 13.2.4恢復結(jié)果與經(jīng)驗234 13.3美國佛羅里達州南部森林濕地生態(tài)恢復234 13.3.1工程背景234 13.3.2工程目標235 13.3.3恢復過程235 13.3.4恢復效果240 13.4美國密西西比俄亥俄密蘇里流域濕地恢復240 13.4.1工程背景240 13.4.2工程目標241 13.4.3恢復方法242 13.4.4恢復效果244 13.5美國新澤西大西洋花柏濕地林恢復244 13.5.1項目背景244 13.5.2恢復目標245 13.5.3恢復過程245 13.5.4恢復效果246 參考文獻247 14草地生態(tài)系統(tǒng)恢復案例249 14.1澳大利亞半干旱稀樹草原的植被重建249 14.1.1項目背景249 14.1.2重建目標249 14.1.3監(jiān)測重建過程249 14.1.4重建效果評估250 14.2美國南加利福尼亞海岸鼠尾草灌叢恢復250 14.2.1工程背景250 14.2.2恢復措施和過程251 14.2.3恢復效果評估253 14.3南非東部高地草原露天煤礦開采跡地的恢復與重建253 14.3.1工程背景253 14.3.2恢復目標253 14.3.3恢復的影響因素254 14.3.4恢復措施254 14.3.5恢復經(jīng)驗256 14.4英國集約地耕作后受損草地的恢復和重建256 14.4.1工程背景256 14.4.2恢復限制因素256 14.4.3恢復措施257 14.4.4恢復過程的困難259 14.4.5恢復效果評估259 參考文獻259 15海岸帶生態(tài)系統(tǒng)恢復案例261 15.1美國得克薩斯州Loyola海岸帶生態(tài)恢復261 15.1.1工程背景261 15.1.2工程目標261 15.1.3恢復過程262 15.1.4恢復效果評估263 15.2美國佛羅里達紅樹林和潮汐沼澤恢復計劃264 15.2.1項目背景264 15.2.2恢復目標264 15.2.3恢復方法264 15.2.4經(jīng)驗總結(jié)265 15.3土耳其伊斯坦布爾金角灣生態(tài)恢復266 15.3.1項目背景266 15.3.2恢復方法266 15.3.3恢復效果267 15.4日本日立海濱公園內(nèi)海岸沙丘的生態(tài)恢復268 15.4.1項目背景268 15.4.2恢復目標268 15.4.3恢復措施269 15.4.4恢復評價與展望270 15.5日本沖繩縣石西礁湖的珊瑚恢復270 15.5.1項目背景270 15.5.2恢復機制271 15.5.3恢復方法272 15.5.4展望273 參考文獻273 16工業(yè)廢棄地生態(tài)恢復案例274 16.1巴西亞馬孫熱帶雨林廢棄礬土礦生態(tài)恢復274 16.1.1項目背景274 16.1.2恢復目標275 16.1.3恢復措施275 16.1.4恢復結(jié)果討論276 16.1.5恢復經(jīng)驗總結(jié)277 16.2波蘭西里西亞高地采礦區(qū)的生態(tài)恢復與重建278 16.2.1項目背景278 16.2.2凸型地貌的恢復——廢棄物堆放場279 16.2.3凹型地貌的恢復——采石場280 16.2.4凹型地貌的自我修復——沉降洼地281 16.2.5恢復評價282 16.3中國山西孝義鋁土礦礦區(qū)生態(tài)恢復282 16.3.1工程背景282 16.3.2生態(tài)恢復的技術(shù)措施282 16.3.3工程成果284 16.4南非納馬夸蘭礦區(qū)的生態(tài)恢復284 16.4.1項目背景284 16.4.2恢復措施與技術(shù)方法285 16.4.3未來展望286 16.5英國Woolston城市工業(yè)廢棄地生態(tài)恢復286 16.5.1項目背景286 16.5.2恢復項目實施依據(jù)287 16.5.3恢復過程和技術(shù)方法287 16.5.4恢復效果評價288 16.5.5恢復經(jīng)驗總結(jié)289 參考文獻290 17路域生態(tài)系統(tǒng)恢復案例292 17.1云南思小高速公路生態(tài)恢復工程292 17.1.1工程背景292 17.1.2工程特點292 17.1.3恢復和保護措施292 17.1.4恢復效果評價294 17.2北京門頭溝新城濱河森林公園道路邊坡生態(tài)恢復295 17.2.1工程背景295 17.2.2存在問題295 17.2.3恢復技術(shù)295 17.2.4恢復效果297 17.3青海省西塔高速公路生態(tài)恢復示范工程297 17.3.1工程背景297 17.3.2恢復方案設(shè)計297 17.3.3恢復措施298 17.3.4恢復效果評價299 17.4日本神戶綜合運動公園的坡面綠化工程301 17.4.1項目背景301 17.4.2恢復方法301 17.4.3恢復效果調(diào)查302 17.4.4恢復效果評價304 參考文獻304 18城市自然生態(tài)恢復案例305 18.1加拿大多倫多市湯米湯普森公園的生境恢復305 18.1.1項目背景305 18.1.2恢復目標306 18.1.3恢復過程和技術(shù)306 18.1.4恢復效果評估308 18.2日本岡山縣自然保護中心濕原改造309 18.2.1項目背景309 18.2.2改造目標310 18.2.3改造過程310 18.2.4恢復效果評估312 18.3日本東京明治神宮的城市森林營造313 18.3.1項目概況313 18.3.2營造過程313 18.3.3營造效果評價314 18.4美國愛達荷州Paradise河流恢復工程315 18.4.1工程背景315 18.4.2工程目標316 18.4.3施工過程316 18.4.4恢復效果評估319 18.5日本大阪萬博紀念公園近自然林的營造320 18.5.1項目背景320 18.5.2營造理念320 18.5.3營林措施321 18.5.4恢復效果評價322 參考文獻323
18.4 美國愛達荷州Paradise河流恢復工程
18.4.1工程背景 該項目涉及美國愛達荷州莫斯科市Paradise河流部分河段的恢復(圖1)。Paradise河是流向帕盧斯河的一個小支流,流經(jīng)愛達荷州西部拉塔縣和華盛頓東部惠特曼縣90平方公里。目前,大約有20%的河床被森林覆蓋(主要在上游),55%是農(nóng)業(yè)用地,其25%在愛達荷州莫斯科市范圍內(nèi)。大部分流域位于帕盧斯地區(qū)的高易蝕性黃土(泥沙)地區(qū)(美國農(nóng)業(yè)部1979,1981)。Paradise河整個下游河道顯示,城市河流典型的水生和濱水生境多樣性有所降低(Nunnally和 Keller,1979;Brookes,1987)。許多地方的河岸功能失效,河道本身顯示出形態(tài)學上砌制河道的典型特征(Schumm等,1984)。由于流域面積較小,以及雨雪汛期水文特性,Paradise河的排水呈涌流狀態(tài),這種情況迫切需要進行大范圍的流域改造(Dunne和Leopold,1978)。 項目工地恢復之前,一條幾乎筆直的河道橫穿谷物種植地的邊緣。幾十年前通過財產(chǎn)保證金重新安置河道,地產(chǎn)被“方格化”。由此造成河道過大,缺乏功能性漫灘,并出現(xiàn)了一個缺少木質(zhì)植被的粗糙的梯形溝壑。 圖1 項目區(qū)地理位置圖 圖2 平面設(shè)計形態(tài) 18.4.2工程目標 工程目標是為了建造一個強化的河段廊道,作為為社區(qū)提供多重環(huán)境效益的示范項目。這些效益包括減少河岸侵蝕、調(diào)制河流溫度、增加魚類和野生動物棲息地、改善審美價值、增強娛樂和教育性。為了完成上述目標,概念設(shè)計包括,在挖掘的寬闊漫灘中含有一段蜿蜒的低流量河槽;在“軟性”或環(huán)境敏感渠道建造彎曲護岸;以及在渠道邊緣和漫灘上大面積種植本土濱水樹木和灌木(圖2)。 目前城市環(huán)境給終的設(shè)計帶來了制約因素:大工程寬度為64m;橫斷面和平面渠道需要保持穩(wěn)定;不能抬高洪水基礎(chǔ)水位 (Q100);以及對上游和下游的界限進行現(xiàn)有水平的平穩(wěn)過渡。終設(shè)計包括一個兩級橫斷面,與流量運輸和下游生境質(zhì)量協(xié)調(diào)的下游渠道,自然交叉河段和蜿蜒斷面形式,自然為主(生物技術(shù))的護岸,并以特定流量設(shè)計挖掘漫灘。 18.4.3施工過程 (1)河漫灘和溝渠建設(shè) 河道下游界線要求放置泥沙保持結(jié)構(gòu)。這個時候徑流非常低(0.005 cm3/s ),因此建造簡單的干草捆泥沙結(jié)構(gòu)即可。河道中生長著大量香蒲植物,可作為細顆粒泥沙的天然過濾器。 在原河道的南面挖掘新河灘(圖3-①,圖3-②),河灘開挖開始于現(xiàn)有河道的南面,用兩臺自走式鏟運機完成。挖掘出的淤泥撒布在此地南邊其余六公頃的土地上,覆蓋成一個薄層。河灘開挖后,在現(xiàn)有河道的南邊開始建設(shè)新河道(圖3-③)。初河道挖掘利用鏟運機,達到約1米的深度。再用一個小推土機和履帶式挖土機完成后面的挖掘工作。當接近后的完工水平時,用作回填的土壤堆放在現(xiàn)有河道旁。 建設(shè)河道的關(guān)鍵連接順序如下:當新的溝渠和南部部分河灘被挖掘后,將老河道的上游末端阻斷,新開挖的河道(彎2和4)被連接到現(xiàn)有河道的中心段(成為彎3),連接到下游成為彎5(圖2)。當北邊的河灘被挖掘時,舊河道被填埋。緊接著修建了梯形結(jié)構(gòu)。 施工過程中大約移除9200立方米土壤,以建造新的河漫灘和渠道。其中大約有3800立方米是用來堵塞現(xiàn)有渠道的廢棄段;靥顣r將土壤壓實,并且要填得稍微溢出一點,以防止這個地區(qū)的塌陷(圖3-④)。所有挖掘和回填工作在6個工作日內(nèi)完成。 圍繞著是否“在潮濕的環(huán)境”中完成護岸的施工進行了相當多的討論。終,pcei和項目工程師決定放水。為了防止從建筑區(qū)域排放泥沙,另外在下游的彎角2和4建了兩個干草捆泥沙保持建筑物。在整個施工期間,對底層泥沙保持結(jié)構(gòu)以下的徑流中抬升的懸浮沙進行監(jiān)測。 圖3設(shè)計要素和建造程序示意圖 (2)施工護岸 此工程規(guī)劃了河道的四種護岸類型:a.河岸覆蓋/木籠護岸(圖3-10-4-A);b.石頭和樹根填料(圖3-10-4-B);c.堆疊干石料(圖3-10-4-C);d.堆放椰子纖維木(圖3-10-4-D)。 植被可以保護河岸,但在植被完全覆蓋之前的許多年里,河岸極易受損。所以,在地被植物混合播種后,所有未做護岸的岸堤都要鋪設(shè)100 %可降解土工織物(geotextiles)。這里使用了兩種類型的土工織物:a.對大多數(shù)河道河岸編織的高強度椰子纖維(椰子殼)席,和b.用于沉積(內(nèi)彎)河岸的黃麻席。計劃用土工織物保持易侵蝕土壤的穩(wěn)定性,直到植被完全覆蓋。 此外,還考慮了穩(wěn)定五個河彎外岸的護岸。終決定:上游和下游過渡彎(1和5)采用堆放干石料護岸(,彎2將采用木籠護岸,彎3用椰子纖維木結(jié)構(gòu),彎4用巖石和根填料護岸(圖4)。這些治理措施極大節(jié)約了成本。護岸建造采用機械拋石和手工放置巖石相結(jié)合的方式。約60米長的護岸由一人操作履帶挖掘機完成,總施工時間不到10 h。 圖4 四種類型的護岸截面示意圖 木籠護岸(圖4-a),這是迄今為止錯綜復雜和勞動密集性護岸建設(shè)項目。項目所需的所有原木都由當?shù)啬静墓揪栀。因此,決定用這個結(jié)構(gòu)保護60米長的彎2。此建筑的一個關(guān)鍵因素是底層原木必須細心放置。水面以上原木的高度以及平面布局至關(guān)重要,決定著護岸的功能,穩(wěn)定性及外觀。 石頭/根填料護岸工程(圖4-b)是相對比較直觀,先挖掘出一英尺的溝槽,填上巖石,然后用鋤耕機挖掘出傾斜向下到岸邊的壩基截水墻槽以填充根填料,這些溝渠的間隔大約為3 米,這個間距大小對于渠道的曲率和大小和根填料的大小來說比較合適。根填料預計不過1 / 4渠道寬度,并用鋤耕機作為起重機來安放這些填料。然后在岸上設(shè)上過濾性構(gòu)造物。石塊放在這些過濾性構(gòu)造物和根填料之間,然后回填土壤。 彎道3用椰子纖維木護岸(圖4-d)。這種護岸安裝比較簡單,不需使用機械,進行的比較快。不過,這種治理不像木籠護岸或巖石/根填料護岸那樣能提供復雜的生境。相鄰的椰子纖維木通過椰殼纖維繩連接到一起。 所有沒有護岸保護的河渠岸都襯有可生物降解的土工布。該土工布并沒有像通常規(guī)定的那樣固定。實際中,它們對土壤的保持力都比較弱,對兒童易接觸到的地區(qū)來說這是潛在的危險。而保持力強并且可完全生物降解的固定裝置是用木樁做成(30-60厘米長),當橫向木樁被沖到地表時,這些固定裝置可牢牢地附著在地表。 (3)恢復鄉(xiāng)土植物 該項目計劃中提供了值得推薦的鄉(xiāng)土植物名單。推薦植物中所有的物種都是鄉(xiāng)土植物群落中的優(yōu)勢種,且這些植物物種的多樣性表明了獲取本土植物具有一定的困難(少數(shù)本地苗圃有這些植物)。建議在模仿自然群落中形成的密度和物種組合的自然恢復模式中種植木本植物。 鑒于新修復地區(qū)水文條件的不確定性,建議對植物進行分期栽種。但為控制水土流失,建設(shè)完成后馬上在整個建設(shè)區(qū)域播撒合適的混合的草本地被植物種子。還有人建議,在河岸上盡快插上沒有根的插條(主要是楊柳)和苗木。建設(shè)后年對河漫灘的其余部分不建議種植。這將提供一個整個的水文年(到下一個秋天),以便在種植昂貴和稀缺的鄉(xiāng)土植物前評估河漫灘近地表地下水狀況。在河漫灘和河岸上種植的植物的成活率將因此而能有所提高。 18.4.4恢復效果評估 (1)工程效果 將部分老渠道并入新渠道的模式對修復特征有著顯著的影響,河流中段的梯度流發(fā)生變化,已修復渠道的下游部分比上游部分更加平坦。工程完成后發(fā)現(xiàn)如果將木籠護岸建在彎4而非彎2,將發(fā)揮更大的作用。水量排放較小時,這個彎道位置在護岸的保護下將有更大的匯集深度。 從1995-1997年冬季的氣候條件中可以看出這個設(shè)計和建設(shè)顯然是不成熟的。這一時期至少經(jīng)歷了6次水災導致該工程河段內(nèi)水流漫溢,其中嚴重的是1996年2月7-9日的洪水,從工程下游大約3公里的測量站測得的峰值流量為25.1cm3/s。雖然沿著護岸后面的斜坡有大量的沉積物和沖刷物,但沒有任何一項設(shè)施在洪水中遭到嚴重損壞。由于同樣的原因,在這區(qū)域內(nèi)建了一批小的污水管。在一次洪水事件中,土工布襯砌從很長的渠道中剝離。這起事件的原因是天堂河上結(jié)了一層厚厚的冰,凍結(jié)了渠道襯砌,而在很深的雪覆蓋下的土壤沒凍上。隨著洪水和冰破裂,樹樁從土壤中脫離。其他個案中,大的冰塊甚至會弄破墊包。盡管有這些情況發(fā)生,對該渠道本身卻沒有多大的損害。 大部分的河漫灘在建設(shè)完工之后馬上( 10月至1995年11月)就種上了樹木和灌木。大部分種植的植物要么被洪水沖走要么被沖倒并被掩埋。那些存活的植物被清理干凈并重新栽植,大部分已經(jīng)恢復。1997年1月又發(fā)生了一起洪水,然而,這一次是小冰塊集結(jié),對渠道襯砌產(chǎn)生的損壞是微乎其微。漫灘水流沖走了河漫灘上的大部分地被植物種子,因此這些地區(qū)不得不重新播種。在材料,勞動力和季節(jié)都允許的情況下,繼續(xù)在興建的河岸走廊上種植樹木和灌木。建造的U形濕地是一次成功的試驗,這些地方比較容易貯水。 (2)施工存在的問題 巖石/根填料護岸施工期間出現(xiàn)的主要問題與相關(guān)義工在護岸上錯誤地放置石頭有關(guān)。志愿者往往傾倒巖石,而不是用手小心的放置。當發(fā)現(xiàn)基底巖石安置得不牢固時,有些部分要完全改建。一般來說,采用義工勞動的話,完成工作需要更長的時間。有效的協(xié)調(diào)和規(guī)劃,以及對人員的選擇性部署,是使用這種勞動力來源進行有效工作的關(guān)鍵。許多義工每次只能工作幾個小時,當沒有技術(shù)和/或機械支持時,這些義工往往對工作的性質(zhì)和要求不了解。 建筑設(shè)備也是一個問題。河流恢復往往需要特殊的手動和電動工具,如汽油動力鉆孔機,木材運輸船,以及其他非現(xiàn)成的設(shè)備。該組織十分依賴無償?shù)脑O(shè)備,但如果要將這些設(shè)備都湊齊通常會比較晚。 (3)恢復經(jīng)驗 或許完成這項工作基本的經(jīng)驗是得出一個現(xiàn)實的時間框架體系。如果按照正確的順序完成這項工作必須嚴謹?shù)夭捎迷S多相關(guān)項目基礎(chǔ)。除了項目資金債券外,這些還包括:a.明確地描述項目目標;b.確保所有社團投資者的參與(包括機構(gòu)的和個人的);c.得出概念上的設(shè)計方案(在條款1和2的基礎(chǔ)上);d.獲取所有必須的權(quán)限許可(聯(lián)邦的、州的和地方的);e.制定后的設(shè)計規(guī)劃和詳細說明;f.準備投標證明文件和成本評估;g.選擇承包人;h.組織手工勞動以及獲取原材料;j.開始建設(shè)(允許在設(shè)計中對不可避免的情況進行適當調(diào)整)(Moses等1997)。接下來的工作也應該給出,這些包括監(jiān)測和維護等,通常需要資源代理工作許可。后期建設(shè)維護可能會持續(xù)很多年,這是所有河道恢復項目重要的組成部分。 案例資料來源: SCOTT MORRIS, TODD MOSES.Urban Stream Rehabilitation:A Design and Construction Case Study.Environmental Management,1999,(2): 165–177
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