浑河干流生态封育研究及影响分析

浑河干流生态封育研究及影响分析
冯雪明
（辽宁江河水利水电新技术设计研究院有限公司，沈阳１１０００３）
中图分类号：Ｘ８２６　文献标志码：Ｂ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５３６６．２０２０．０６．０６
摘要：根据ＡｒｃＧＩＳ统计成果，对浑河干流（沈阳段）生态封育情况进行研究，分析生态封育对经济、环境、社会的影响，特别对污染物入河减小量、植被覆盖率、水土流失量等要素进行计算。

研究成果可为地方推进生态封育工程提供支撑。

关键词：浑河干流；生态封育；影响分析
１　区域概况
浑河干流属于辽河流域，发源于辽宁省抚顺市清原县湾甸子镇，流经抚顺市、沈阳市、辽阳市、鞍山市、盘锦市及营口市，共６个地级市，河长４９５ｋｍ，流域面积２８２６０ｋｍ２，其中，浑河沈阳段河长为１５５．０６ｋｍ。

２　生态封育情况
根据浑河及其重要支流现状，在河流堤防堤脚处或者河流中心外划定封育边界，建设封育围栏，并在缓冲带内采取以自然恢复为主的方式［２］，进行退耕封育，利用生态封育方式实施自然生态恢复。

封育区非开放段实施封闭管理，周边以围栏等隔离设施予以封闭，防止人员、牲畜、车辆等进入。

封育工程建设主要由２部分组成，一是沿河流建设围栏；二是在桥梁、渡口、堤防交叉处，生态节点范围，支流入汇口、油田设施等特殊区域预留通道。

２０１９年是浑河及其支流实施生态封育的第１年，封育效果较好。

封育河流基本能够保证大范围封育退耕，基本形成了河岸生态带雏形，落荒耕地已长出乡土植物。

３　封育项目影响分析
３．１　经济影响分析
在项目竣工运行后，可有效减少人类活动，增加植被覆盖面积，改善水质，改善生态环境，节省大量的工程建设成本，社会效益明显。

３．１．１　节省污水处理成本
封育可减少化肥和农药的入河量。

假定将降落到封育耕地上的全年雨水全部收集进行处理（不考虑蒸发和其它水量损失因素），处理水量相当于一个大型污水厂的处理能力，而通常大型污水厂的基建投资以亿元计，年运营费用以千万元计，生态封育项目运行后可节省该部分投资。

按照封育范围内耕地全年雨水量估算年污水处理费用：沈阳市多年平均降水量５９８．９ｍｍ，在浑河的河滩地内，涉及附近市、县（区）耕地总面积３０５１．３３ｈｍ２，根据沈阳市发展改革委调查结果，污水处理单位成本为０．８０元／ｍ３。

估算浑河封育后可节省污水处理费用约１４６１．９６万元／ａ。

３．１．２　节省城市段河道垃圾清运成本
城乡周边的河道垃圾是影响河流水环境的突出问题，围栏工程的建设可有效阻止随意向河道倾倒垃圾的行为，保障河流长治久清，减少河道内垃圾清运成本。

３．１．３　节省河岸带生态补植成本
为恢复河岸带生态环境，很多河流都在河岸带栽种适宜的灌木、水生植物，或者护堤林等，开展生态封育，在建设封育围栏后，采取退耕和自然恢复的方式，恢复乡土物种，节省了河岸带生态补植成本。

３．１．４　水生态环境恢复的地区经济复兴
河流水环境恢复将为城市注入灵动的色彩，河流沿岸尤其是城市段将带动地产经济复兴，进而推动地区经济不断发展。

３．２　环境影响分析
３．２．１　污染物入河减小量
沈阳市在浑河及其重要支流，建设生态封育围栏形成了清晰的封育边界，河岸带两侧通过退耕，形成自然的植被缓冲带和隔离带，这些措施改变了玉米、水稻等农作物一直种到河边的耕地占河现象，制约了乱采、乱挖、乱倒等行为，恢复了河岸带的自然状态。

河流滩地农业种植主要是玉米，化肥、农药使用过程中会严重污染水体，河岸带农作物的减少直接削减了化肥农药的直接入河量。

在浑河的河滩地内，作物以玉米为主，涉及附近市、县（区）耕地总面积３０５１．３３ｈｍ２，每年减少氮肥和磷肥施用量分别为２２４．８ｔ／ａ和４０．５ｔ／ａ。

根据全国第１次污染源普查《全国农业污染源产排污系数手册—肥料流失系数手册》东北半湿润平原区—平地—旱地—春玉米，达标区域农田的氨氮、总磷流失系数分别为０．０４３％和０．０６７％［１］。

参考《全国
８
１水土保持应用技术 ２０２０年第６期 基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项：辽河保护区河流健康修复与管理技术集成课题２０１８ＺＸ０７６０１－００３ＮＩＧ。

水环境容量核定技术指南》，估算浑河每年可削减的污染物入河量分别为氨氮０．０９７ｔ／ａ，总磷０．０２７ｔ／ａ，ＣＯＤ５４．９３ｔ／ａ。

３．２．２　对河流水质的改善作用
封育带来的农业面源污染物入河量大量减少，另外，通过自然封育，原有耕地的自然生杂草具有对其他地表径流中污染物的截留和阻控作用。

辽河保护区通过地表径流实验分析可知，自然封育后河岸带自然生长的杂草植被带对自然降雨径流中污染物的阻控效果表现为：在５ｍ的杂草河岸缓冲带内，对径流中污染物的截留效率为４３％；随缓冲带宽度的增加，截留效率随之增加，河岸带自然封育对地表径流具有明显的阻控作用，９ｍ宽的河岸缓冲带对地表径流中污染物的截留率达到７３％；１３ｍ宽的杂草带可阻控降雨径流中８９％的污染物。

具体阻控效果见表１。

表１　自然封育地表径流截留效果
缓冲带类型监测类型
阻控率
５ｍ９ｍ１３ｍ
杂草带
降雨径流量４３％７３％８９％降雨径流中悬浮颗粒物６３％９１％９７％降雨径流中总氮４６％６５％８７％降雨径流中总磷３３％７２％９０％
３．２．３　对流域水生态环境的促进作用
１）植被覆盖率提高
浑河干流河岸带在退耕后自然恢复植被，铁西段种植了向日葵等经济作物，植被覆盖率的提高会改变河岸带土壤抗剪切强度，有利于河岸带结构力学稳定，提升了河岸带抵抗水土流失的能力，使河岸带生态系统对环境变化的适应能力增强。

根据ＡｒｃＧＩＳ统计成果对比浑河干流各河段封育前后的变化情况，经分析得出，浑河干流２００９年植物稀少，河岸带植被覆盖率很低，为３６．８％，主要为杨树、柳树人工林，天然牧草地很少，植被类型单一。

经过自然封育，浑河干流生态环境将持续好转，河岸带植被覆盖会明显改善。

自然封育后，耕地全部退耕为天然草地后，河岸带的植被覆盖率将达到７１．６％，且天然牧草地的比例占绝对优势。

２）生物多样性提高
封育前，浑河干流滩地植被种类结构较单一，主要为玉米、水稻等农作物，其余为杨树、柳树人工林和狗尾草、豚草等，河岸坑塘有零星其他物种分布，水生植物稀少，植物群落优势种主要是蒿类、苘麻、苋、藜科等杂草；鸟类及鱼类种类及数量较少，迁徙鸟类缺少足够的停歇地。

封育后，浑河干流建成了生态廊道，河道的物理完整性和化学完整性得到初步恢复。

借鉴辽河自然封育的经验，多年生植物群落增加，群落稳定性加强，处于植物群落次生演替过程初级阶段。

随着封育工作的逐年推进，河岸带的鸟类、河流中鱼类的多样性也将逐步增加，河流生态系统组成将进一步完整、食物链更加完善，水体生物群落结构完整性逐步恢复［３］。

３．２．４　减少水土流失量
随着封育范围内土地退耕，自然封育，将有效减少水土流失量，根据辽宁省水土保持研究所给出的不同地区土壤侵蚀模数计算数学关系模型表，参照相关数学模型和现场查勘情况，估算了封育前后土壤流失量。

封育前耕地侵蚀模数为７６８．０１ｔ／（ｋｍ２·ａ），年水土流失量为４２２８７．８８ｔ／ａ；封育后，在植被覆盖率分别为６５％、７５％、８０％的情况下，土壤侵蚀模数及年水土流失量与封育前相比减少的水土流失量见表２。

表２　封育后不同植被覆盖率下水土流失情况表１）
η／（％）Ｍ／［ｔ／（ｋｍ２·ａ）］ｗ／（ｔ／ａ）ｗｚ／（ｔ／ａ）６５７２４．１１２２０９５．０７１３３９．５４
７５４３４．５１１３２５８．３９１０１７６．２３
８０２８９．７１８８４０．０４１４５９４．５７１）η为封育后植被覆盖率，％；Ｍ为封育后土壤侵蚀模数，ｔ／（ｋｍ２·ａ）；ｗ为封育后水土流失量，ｔ／ａ；ｗｚ为减少水土流失量，ｔ／ａ。

３．３　社会影响评价
３．３．１形成了清晰的封育边界
生态封育项目开展至今，浑河已经建设起了１１０．５５ｋｍ的封育围栏，在河流两岸形成了清晰的封育边界，还设置了禁止跨越和保护河流的警示标识，让人们在河流沿岸感受到河流保护力度，清晰的了解河流保护范围，起到自然的宣传和教育作用。

３．３．２　形成了生态型河道的生态产品
生态封育项目和河流治理项目多管齐下，共同打造沈阳生态型河流产品，将河流的生态产品沿河进行纵向延伸，同时在河流上进行横向延伸。

打造沈阳城市水生态景观，繁荣旅游经济。

３．３．３　提高居民保护河流意识
通过封育围栏建设，封育区内河岸带水生态逐步恢复；通过封育工作的宣传教育，提高了居民对河流的保护意识。

３．３．４　有效促进河流治理
生态封育项目的建设，是河长制治河的一项重要工作，也是河流生态恢复治理保护的迫切需求和有效手段。

项目的实施，有效促进了河流治理，形成了生态屏障，提高了河流水质，恢复了水生态。

４　结论与建议
生态封育项目建设期工程建设（城市段围网，农村段水泥柱铁丝）对地面扰动很小，不存在环境污染，工程建设完成后配合河道内土地的回租，能有效减少人类活动，减小农药入河量，改善生态环境和水质。

由于此类项目属于生态项目，生态环境是该项目的核心产品。

生态产品是公共产品，无现金流，其资金需要财政每年拨款解决。

生态产品现阶段的维护也需要通过加强管理来实现。

现阶段生态环境保护已纳入到我国的基本国策，也是未来的发展趋势，具有可持续性。

９
１
　２０２０年第６期 冯雪明：浑河干流生态封育研究及影响分析
朝阳地区降水量年季变化特征分析
林鸣
（辽宁省朝阳水文局，辽宁朝阳１２２０００）
中图分类号：Ｐ３３２．１　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５３６６．２０２０．０６．０７
摘要：利用正交经验函数对朝阳地区年季降水变化特征进行分析。

结果表明：朝阳地区年降水量前３个主成分的累积方差达到７０％，４个季节前３个主成分累积方程方差为５５％～７５％，均呈现总体变化一致性。

除冬季外，各季节降水时空变化与年降水变化具有一致性，冬季降水总体呈现略增加趋势。

关键词：正交经验函数；降水量；年季变化；变化特征；朝阳地区
辽宁西部地区降水受地理位置影响，空间分布存在较大
的差异性，传统降水量变化特征分析方法没有考虑降水空间
变化对其特征统计量的影响［１］。

降水量特征分析可为区域
的防洪抗旱提供重要的数据支撑，因此对区年季降水量的变
化特征的准确分析十分重要［２］。

正交经验函数又称为ＥＯＦ
函数，通过内插方式对区域降水量进行分析，可充分考虑地
理空间位置对降水量的影响，在区域降水变化特征中得到广
泛应用［３－１０］。

朝阳地区属于辽宁西部降水量偏低的区域，属
于典型的干旱半干旱区域，由于地处丘陵地区，其降水量受
空间地理位置影响，分布差异性较大。

为此，本文结合正交
经验函数，对朝阳地区降水量年际变化特征进行分析。

研究
成果对于分析朝阳地区的旱涝特征具有重要的参考价值。

１　正交经验函数原理
正交经验函数又称为ＥＯＦ函数，其降水空间变化分析
的原理在于将降水站点数据通过内插方式得到全域降水分
布，并进行标准化处理，处理后形成一个标准的降水矢量变
化矩阵，矩阵方程为：
Ｃ＝Ｃ
１
（Ｚ
１
）Ｃ
２
（Ｚ
１
）…Ｃ
Ｍ
（Ｚ
１
）
Ｃ
１
（Ｚ
２
）Ｃ
２
（Ｚ
２
）…Ｃ
Ｍ
（Ｚ
２
）…………
Ｃ
１
（Ｚ
Ｎ
）Ｃ
２
（Ｚ
Ｎ
）…Ｃ
Ｍ
（Ｚ
Ｎ
）
（１）
式中：Ｃ为降雨矩阵数据，ｍｍ；Ｍ为内插数据点，个；Ｎ为观测雨量站点数目，个。

在矩阵确定的基础上，结合各个向量之间的方差值，计算方程为：
Ｒ＝
１
Ｍ
ΔＣＮ×ＭΔＴＮ×Ｍ（２）式中：Ｒ为变量方差；Ｔ为方差向量个数，个。

在方差计算基
础上，计算各特征雨量点的特征根和特征向量，计算方程为：
Ｒ
Ｎ×Ｎ
×Ｖ
Ｎ×Ｎ
＝Ｖ
Ｎ×Ｎ
×Λ
Ｎ×Ｎ
（３）ΛＮ×Ｎ＝
λ１０…０
０λ
２
…０
…………
００…λ
ｎ
（４）
式中：Λ
Ｎ×Ｎ
为特征向量根；λ为特征根。

每个特征向量对应一个特征根，这就是正交函数，对其空间变化特征分析函数为：Ｃ（Ｚ）＝Ｃ（Ｚ）＋ ｋ
ｉ＝１
ａ
ｉ
ｆ
ｉ
（ｚ）（５）式中：ａ为正交经验函数的求解系数；ｆ（ｚ）为正交经验求解函数值。

结合最小二乘方法原理计算各变化矩阵对应的方程求解，计算方程为：
Ａ＝（ＶＴＶ）－１Ｖ·ΔＣ（６）式中：Ａ为各阶数对应的正交函数求解值；ΔＣ为计算点之间的特征分析值。

２　朝阳地区降水量变化特征分析
２．１　朝阳地区概况
朝阳地区属于北温带大陆性季风气候区，四季分明，
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
雨热
［参考文献］
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［２］靳大雪．辽河流域河道退耕封育的实践与探索［Ｊ］．水利发展研究，２０１８（６）：６０－６２．
［３］沙德纯．辽河保护区生态封育及恢复效果分析［Ｊ］．新农业，２０１７（１９）：３８－４０．
［４］李嘉楠．围栏封育对黑河源流区草地土壤理化性质的影
响［Ｊ］．水土保持应用技术，２０１８（５）：４－６．
［５］张子财，周晓乐．辽宁省风沙区水土保持规划研究［Ｊ］．水土保持应用技术，２０１６（２）：１９－２１．
收稿日期：２０２０－１０－０８
作者简介：冯雪明（１９８８—），女，汉族，辽宁省沈阳市人，硕士研究生，工程师，主要从事水利工程规划设计及水文水资源方面研究。

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（责任编辑　郑娟　责任校对　赵旭珍）
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２水土保持应用技术 ２０２０年第６期　。