李杰
(安徽省亳州市譙城區(qū)河道保護管理中心,安徽 亳州 236800)
水流速度和流量的變化不僅能夠加速侵蝕過程,還與泥沙輸移、水質(zhì)和水生生物的健康有關(guān)。①水流速度的增加對侵蝕過程產(chǎn)生顯著的影響??焖俚乃髂軌蛴行У厍懈詈颓治g岸線,導(dǎo)致土壤和巖石的逐漸消失。水流的速度與動能相關(guān),速度越高,動能越大,對岸線造成的侵蝕作用越強烈[1]。②流量的變化也對侵蝕產(chǎn)生影響。高流量通常與大量的泥沙和碎屑物質(zhì)一起被懸浮和輸移,增加了侵蝕的概率。③水流速度和流量的變化還與水生生物的棲息地和繁殖條件相關(guān)。過高或過低的水流速度和流量可能破壞魚類產(chǎn)卵地點或水生植被的棲息地。
沉積物輸移是指河流中顆粒物質(zhì)的懸浮和運動,通常包括泥沙、碎屑和巖石碎片。①泥沙和碎屑的輸移:隨著水流速度的增加,水流能夠懸浮更多的顆粒物質(zhì),使其沿河道輸送。這些顆粒物質(zhì)在河流中磨擦和撞擊河岸,導(dǎo)致岸線的物質(zhì)流失。泥沙的輸移通常與侵蝕程度成正比。②泥沙沉積對水生生物和水質(zhì)產(chǎn)生重要影響。雖然泥沙是自然的河流成分之一,但過量的泥沙沉積可能導(dǎo)致水混濁,影響水質(zhì)。這對于水生生物的生存和繁殖條件產(chǎn)生負(fù)面影響,尤其是對于底棲生物和魚類來說。③泥沙沉積也影響了河床的地貌。隨著泥沙在底部沉積,河道的形狀和深度會發(fā)生變化,從而進(jìn)一步影響水流速度和岸線侵蝕過程。這種地貌變化可能導(dǎo)致水流受阻或加速,對岸線穩(wěn)定性產(chǎn)生不同的影響。
不適當(dāng)?shù)耐恋毓芾?、城市化和農(nóng)業(yè)擴張都與河道侵蝕緊密相關(guān),產(chǎn)生了復(fù)雜的影響。①城市化對河道侵蝕產(chǎn)生顯著影響。城市地區(qū)的道路、建筑和排水系統(tǒng)改變了地表的滲透性,增加了徑流,導(dǎo)致河流的水流速度和流量波動。城市化還導(dǎo)致了土地表面的硬化,減少了土壤保護性覆蓋層,使岸線更容易受到侵蝕。②農(nóng)業(yè)活動與土地侵蝕緊密相關(guān)。農(nóng)田的開墾和植被的清除會導(dǎo)致水流速度的增加,泥沙的輸移和岸線的侵蝕。過度的農(nóng)業(yè)化肥和農(nóng)藥使用還可能導(dǎo)致水質(zhì)惡化,對水生生物產(chǎn)生不利影響。③不適當(dāng)?shù)耐恋毓芾砗屯恋乩靡?guī)劃可能導(dǎo)致岸線穩(wěn)定性問題的惡化。缺乏維護和保護岸線的政策和實踐可能加劇侵蝕問題,對生態(tài)系統(tǒng)和社區(qū)產(chǎn)生負(fù)面影響。
城市化過程中的道路建設(shè)、房屋建筑和城市基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展改變了沿岸土地的性質(zhì),進(jìn)而對岸線產(chǎn)生影響。①城市化增加了硬質(zhì)表面的覆蓋,這導(dǎo)致了雨水徑流的迅速排放,增加了洪水風(fēng)險,同時減少了土壤保持和岸線穩(wěn)定性的能力。城市地區(qū)的大面積鋪設(shè)混凝土和瀝青會導(dǎo)致水流速度的顯著增加,從而加劇了岸線侵蝕。②城市化改變了岸線土地的土地利用類型。這種土地用途的改變導(dǎo)致了岸線植被的減少,失去了植被提供的護岸效應(yīng)。城市化還伴隨著土地改造和填?;顒?,直接破壞了自然岸線。③城市化增加了污染物輸入河流的可能性。這不僅對水生生物有害,還可能導(dǎo)致岸線沿河道部分的腐蝕和污染。
農(nóng)田開墾、種植和灌溉等農(nóng)業(yè)實踐對岸線和河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生多方面影響。①農(nóng)田的開墾和植被清除導(dǎo)致了土壤的暴露,使岸線更容易受到侵蝕。植被的根系在保持土壤結(jié)構(gòu)的同時,還有助于減緩水流速度,減輕了岸線侵蝕。然而,農(nóng)田的大面積開墾破壞了這一天然護岸系統(tǒng)。②農(nóng)業(yè)實踐涉及大量的化肥和農(nóng)藥使用,這可能對岸線穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響。過量的化肥和農(nóng)藥可能被沖刷到河流中,污染水體,對水生生物產(chǎn)生害處。同時,這些污染物可能導(dǎo)致水質(zhì)惡化,加速了岸線侵蝕。③農(nóng)業(yè)灌溉也與岸線穩(wěn)定性緊密相關(guān)。農(nóng)田的灌溉可能導(dǎo)致水流的改變和增加,進(jìn)而影響河流的水流速度和流量。這可能加劇岸線侵蝕,特別是在干旱地區(qū),水資源有限的情況下。
具體內(nèi)容如下:①濕地和河岸林等生態(tài)系統(tǒng)具有出色的護岸效應(yīng)。它們的根系能夠穩(wěn)固土壤,減少水流速度,有效地減輕了岸線侵蝕。這些生態(tài)系統(tǒng)還能夠吸收過多的水分,降低洪水風(fēng)險。②海灘和灘涂是自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,提供了有效的岸線穩(wěn)定性保護。它們能夠吸收波浪能量,減輕沿海侵蝕,同時還是重要的野生動植物棲息地。③維護和恢復(fù)這些自然生態(tài)系統(tǒng)對岸線穩(wěn)定性的保護至關(guān)重要。通過合理管理和保護這些生態(tài)系統(tǒng),可以有效地減輕岸線侵蝕問題,同時提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和生物多樣性保護。
生態(tài)學(xué)家們一直在研究河道侵蝕如何影響生態(tài)系統(tǒng),以下將詳細(xì)討論其中的3 個方面。
(1)河道侵蝕對水生生物的生存和繁殖條件產(chǎn)生了直接影響。岸線的侵蝕可能導(dǎo)致水中泥沙濃度的增加,這可能會影響水生植被和底棲生物的生存。一些水生生物,特別是魚類的繁殖需要適當(dāng)?shù)乃|(zhì)和棲息地,而岸線侵蝕可能改變這些條件,對魚類的生命周期產(chǎn)生不利影響[2]。
(2)河道侵蝕也會影響棲息地的穩(wěn)定性。河流和濕地等生態(tài)系統(tǒng)提供了重要的棲息地,支持多樣的植物和動物。然而,侵蝕過程可能導(dǎo)致棲息地的破壞和喪失,這對于依賴這些棲息地的野生動植物種類來說是一項威脅。河道侵蝕破壞了棲息地的完整性,可能導(dǎo)致一些物種的數(shù)量下降和生態(tài)平衡的破裂。
(3)河道侵蝕還可能導(dǎo)致土壤和植被的喪失,影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。沿著河流的土壤和植被扮演著固定泥沙、過濾水質(zhì)和減輕洪水的重要角色。岸線侵蝕可能導(dǎo)致這些生態(tài)系統(tǒng)元素的喪失,對水循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)的功能產(chǎn)生負(fù)面影響。
(1)岸線侵蝕可能導(dǎo)致土壤和沉積物的輸送到水體中,增加了水中的泥沙濃度。這種情況對于水質(zhì)不利,因為高泥沙濃度可能導(dǎo)致水混濁,降低了透明度。此外,泥沙中可能含有污染物,如重金屬和有機物質(zhì),這些物質(zhì)對水生生物和水體生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生有害影響。
(2)岸線侵蝕還可能導(dǎo)致養(yǎng)分的輸入增加。土壤中的養(yǎng)分(氮和磷)可能被輸送到水體中,從而引發(fā)水體富營養(yǎng)化的問題。富營養(yǎng)化通常導(dǎo)致水體中藻類的過度生長,形成藻華,對水質(zhì)產(chǎn)生不利影響。此外,藻類的死亡和分解可能導(dǎo)致溶解氧的減少,對水生生物產(chǎn)生有害影響。
(3)岸線侵蝕還可能影響水體溫度。岸線穩(wěn)定性的改變可能導(dǎo)致水體加熱,尤其是在城市地區(qū),城市岸線的混凝土和瀝青會吸收和儲存更多的熱量。水體溫度升高可能影響水中生物的生態(tài)學(xué),對魚類和其他水生生物的生存和繁殖條件產(chǎn)生不利影響。
(1)河流和海岸地區(qū)的城市化和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)通常需要填土、堤壩和河堤工程。這些工程可以改變河道的水流模式,可能導(dǎo)致水流速度和流量的改變,從而增加了岸線侵蝕的風(fēng)險。此外,堤壩和其他基礎(chǔ)設(shè)施可能會改變河道和岸線的地貌,進(jìn)一步影響了岸線穩(wěn)定性。
(2)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)通常需要大面積的土地開發(fā),這可能導(dǎo)致土壤暴露和植被的清除。這些因素使岸線更加容易受到侵蝕。土地的硬化和城市表面的覆蓋也增加了降水徑流,使洪水事件更頻繁,加劇了岸線侵蝕。
(3)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)可以通過人為措施來改善岸線穩(wěn)定性。例如,防波堤、護坡和護岸等結(jié)構(gòu)可以減少岸線侵蝕的風(fēng)險。這些工程可以改變水流動力學(xué),減輕波浪和流動對岸線的沖擊。然而,這些結(jié)構(gòu)需要定期維護,以確保其有效性。
(1)遙感技術(shù)可以提供大范圍和高分辨率的數(shù)據(jù)。衛(wèi)星和飛機遙感能夠覆蓋廣大地區(qū),獲取大規(guī)模的數(shù)據(jù),這對于監(jiān)測廣泛分布的河道侵蝕現(xiàn)象非常有利[3]。這些技術(shù)還能夠提供高分辨率的圖像,能夠捕捉到小尺度的變化,幫助識別侵蝕跡象。
(2)遙感技術(shù)具有時間序列的能力。通過反復(fù)的遙感數(shù)據(jù)獲取,可以跟蹤河道侵蝕的發(fā)展趨勢和速度。這使得監(jiān)測人員能夠更好地理解侵蝕的演變過程,及時采取措施應(yīng)對風(fēng)險。
(3)遙感技術(shù)可以整合多源數(shù)據(jù),包括可見光、紅外、雷達(dá)和地形數(shù)據(jù)。這多元化的數(shù)據(jù)源有助于全面了解河道侵蝕現(xiàn)象。通過不同波段和傳感器的數(shù)據(jù)融合,可以提供更多的信息,用于分析和監(jiān)測侵蝕過程。
(1)數(shù)值模擬和模型預(yù)測可以提供詳細(xì)的侵蝕過程分析。這些模型能夠模擬水流、泥沙輸移、土壤侵蝕等復(fù)雜的物理和地質(zhì)過程。通過模型,可以分析不同條件下的侵蝕速度、熱點區(qū)域和風(fēng)險因素。
(2)模型預(yù)測可以用于制定侵蝕的未來預(yù)測和風(fēng)險評估。通過輸入不同的氣象、地質(zhì)和土地利用數(shù)據(jù),模型可以預(yù)測未來侵蝕趨勢,幫助決策者采取有效的管理措施。這對于河道管理和防洪規(guī)劃非常有幫助。
(3)數(shù)值模擬和模型預(yù)測可以用于評估不同管理措施的效果。模型可以模擬不同工程和保護措施的影響,幫助決策者選擇最合適的措施來減輕侵蝕風(fēng)險。
(1)實地調(diào)查提供了真實的地理信息和監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過實地測量,可以獲得河道侵蝕的實際情況,包括河道寬度、河床高度、泥沙深度和水質(zhì)信息。這些數(shù)據(jù)是監(jiān)測和研究的基礎(chǔ),有助于建立模型和驗證遙感數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
(2)水質(zhì)采樣和沉積物樣品的收集是評估水體和泥沙中污染物濃度的關(guān)鍵步驟。這些樣品提供了關(guān)于水體健康狀況、污染程度以及懸浮固體物質(zhì)的信息。數(shù)據(jù)分析可以揭示與水質(zhì)和泥沙相關(guān)的生態(tài)風(fēng)險和環(huán)境問題。
(3)地理信息系統(tǒng)(GIS)分析有助于整合和可視化多源數(shù)據(jù)。通過GIS 技術(shù),可以將遙感圖像、模型模擬結(jié)果、實地調(diào)查數(shù)據(jù)和水質(zhì)數(shù)據(jù)集成到一個統(tǒng)一的平臺中。這提供了更好的數(shù)據(jù)管理和分析工具,幫助決策者更好地理解河道侵蝕的復(fù)雜性。
(1)岸線工程和防護結(jié)構(gòu)可以有效地減少水流和波浪對岸線的沖擊。例如,堤壩、護坡、防波堤和護岸等結(jié)構(gòu)可以分散波浪能量,減少波浪對岸線的侵蝕作用。這些工程可以有效保護沿岸土地、房屋和基礎(chǔ)設(shè)施,降低侵蝕引起的損失。
(2)這些結(jié)構(gòu)還可以改變水流動力學(xué),有助于維護河道和海岸的穩(wěn)定性。堤壩和護坡可以減慢水流速度,有助于減輕土壤侵蝕。防波堤和護岸結(jié)構(gòu)可以在河口和沿海地區(qū)減少泥沙淤積,維護導(dǎo)航通道的通暢[4]。
(3)岸線工程和防護結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要考慮生態(tài)系統(tǒng)的保護。一些結(jié)構(gòu),如生態(tài)堤壩和人工珊瑚礁,旨在保護岸線穩(wěn)定性的同時提供棲息地,有助于生物多樣性保護。這種生態(tài)友好型的設(shè)計有助于平衡岸線保護和自然資源保護之間的關(guān)系。
植被的根系有助于穩(wěn)定土壤,減緩水流速度,防止泥沙侵蝕,提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。以下將探討植被恢復(fù)和保護的重要性以及方法。
(1)植被的恢復(fù)有助于減少泥沙的輸送到水體中。植被的根系能夠有效地捕獲土壤顆粒,阻止它們被水流沖走。這減少了泥沙的輸入,有助于改善水體質(zhì)量。
(2)植被提供了棲息地和食物來源,有助于維護水生生物的生態(tài)平衡。岸線植被和河岸林是許多野生動植物的棲息地,它們提供了食物和棲息地,維持了生物多樣性。
(3)植被的恢復(fù)有助于改善水質(zhì)。植被能夠吸收養(yǎng)分和污染物,凈化水體,提高水質(zhì)。這有益于水生生物的健康,并有助于維護生態(tài)系統(tǒng)的平衡。
(1)社區(qū)參與可以提供本地知識和資源。當(dāng)社區(qū)居民參與岸線穩(wěn)定性管理時,他們通常擁有對當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境的深刻了解。這些知識可以用于制定更有效的管理策略,根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r調(diào)整措施。
(2)社區(qū)參與可以增加管理措施的可持續(xù)性。當(dāng)社區(qū)居民參與決策制定和資源管理時,他們更有可能支持和遵守管理規(guī)則。這有助于保持長期的岸線穩(wěn)定性,避免短期和非可持續(xù)的解決方案。
(3)可持續(xù)管理需要跨部門合作和跨界合作。政府機構(gòu)、科研機構(gòu)和非政府組織需要共同努力,制定綜合的管理計劃[5]。這包括規(guī)劃和管理土地利用、水資源管理、岸線保護和生態(tài)恢復(fù)等多個方面。
通過對河道侵蝕與岸線穩(wěn)定性的研究,我們深入了解了其成因、影響因素以及保護措施。河道侵蝕的成因多樣化,包括水流速度、人類活動和泥沙沉積等。土地利用與岸線穩(wěn)定性之間存在緊密聯(lián)系,城市化和農(nóng)業(yè)活動對岸線穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。環(huán)境影響評估揭示了河道侵蝕和岸線穩(wěn)定性對生態(tài)系統(tǒng)和水質(zhì)的重要影響。監(jiān)測與預(yù)測方法的不斷發(fā)展提供了更好的管理工具。保護措施如岸線工程、植被恢復(fù)和社區(qū)參與是維護岸線穩(wěn)定性的有效手段。