谢 瑶，杜 杰，裴向军，邹 瓒，唐 亚，王 燕，王 霞，杨青霞，乔 雪

（1.四川大学建筑与环境学院，四川 成都 610065；2.九寨沟国家级自然保护区管理局，四川 阿坝藏族羌族自治州 623402；3.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059；4.四川农业大学风景园林学院，四川 成都 611130；5.四川大学新能源与低碳技术研究院，四川 成都 610065）

世界遗产地的核心是突出普遍价值（OUV），即罕见的、超越了国家界限的、对全人类的现在和未来均具有普遍的重要意义的文化和/或自然价值[1]。成为世界自然遗产地，需满足下述一个或多个标准[1]：①绝妙的自然现象或具有罕见自然美和美学价值的地区；②地球演化史中重要阶段的突出例证，包括生命记载和地貌演变中的重要地质过程或显著的地质或地貌特征；③突出代表了陆地、淡水、海岸和海洋生态系统及动植物群落演变、发展的生态和生理过程；④生物多样性原址保护的最重要自然栖息地。

世界自然遗产会受强降水、洪水、火灾、地震、山体滑坡和战争等灾害的威胁[2]。世界自然遗产地一旦遭到破坏，就很难被替代或自然再生[3]。关于世界自然遗产地的生态恢复，目前尚无专门的指南，最为相关的指南之一是世界自然保护联盟（IUCN）的《Ecological Restoration for Protected Areas:Principles, Guidelines and Best Practices》。IUCN指出，关于何时何地进行保护地生态恢复必须在“需求”和“可行性”之间取得平衡[4]。例如，“需求”可以被识别为以下情况：一个或多个保护区的价值低于某个生态阈值；恢复将有助于恢复具有区域或国家重要性的物种/栖息地/生态系统；在不损害保护区价值的情况下恢复对社区的利益、对气候变化的适应性。“可行性”由以下因素驱动：成功的可能性大；合作伙伴和利益相关者提供足够的支持；有足够资金、资源和能力；恢复容易，资金需求低。

国际上已有灾后人为干预世界自然遗产地的案例[2]。例如，全球气候变化导致尼泊尔萨加玛塔国家公园山地冰川融化，形成冰湖。1977年，其中一个冰湖溃决，形成的洪水摧毁了沿河床分布的公园设施和旅馆；1985年的洪水造成至少20人死亡，冲走了房屋和牲畜，冲毁了耕地，完全摧毁了一座水电站。为保护社区安全，1998—2002年当地政府实施了冰湖溃洪管理项目，对萨加玛塔国家公园中蓄积了9 000万m3到1亿m3水的冰碛湖Tsho Rolpa进行了排水，降低水位3 m，并在下游村庄安装了洪水预警系统。

由于“绝妙的自然现象或具有罕见自然美和美学价值”，九寨沟于1992年被纳入《世界遗产名录》。艳丽典雅的湖群、飞珠溅玉的瀑群、流光溢彩的滩流和奔泻湍急的溪流组成了九寨沟的自然美景。此外，九寨沟的森林生态系统高度多样化，拥有许多濒危动植物及其典型栖息地[5]。不幸的是，2017年8月8日，九寨沟县发生了7.0级地震(以下简称九寨沟地震)，震中位于遗产地内。地震不仅带来了崩塌、滑坡及不稳定斜坡等地质灾害问题[6]，还破坏了九寨沟部分核心景观，其中一个湖泊（火花海）受损最严重。地震导致火花海下游钙华堤坝决堤，进而导致湖泊干涸，瀑布消失[7]。

是否和如何对火花海生态恢复尚无国际先例可供借鉴。基于地震后一年多的监测，相关管理部门从地质灾害治理、降低灾害风险、OUV保护恢复、社区可持续发展、生态恢复技术、公众态度等角度论证了生态恢复的必要性和可行性①National Forstry and Grassland Administration of China.Impact assessment of the Yanacuo Geological Disaster Treatment Project on Jiuzhaigou Valley Scenic and Historic Interest Area,China,2019.。火花海生态恢复得到了联合国教科文组织世界遗产中心（UNESCO WHC）和IUCN的支持②UNESECO WHC.An e-mail reply to two impact assessment reports concerning the World Heritage property“Jiuzhaigou Valley Scenic and Historic Interest Area”,namely impact assessments of Comprehensive Treatment of Geological Disasters (dated November 2018) and of the Yanacuo Geological Disaster Treatment Project (dated July 2019) respectively.2019.。在火花海生态恢复开始前，钙华景观修复仅针对规模较小的钙华坍塌或裂缝，如九寨沟珍珠滩裂缝、诺日朗瀑布局部坍塌的修补；修复材料以废弃钙华为主[8]，也有改性糯米浆、石灰岩复合材料等[9-11]。但火花海生态恢复涉及的体积规模远高于以往的修复，不仅涉及钙华修复材料，还需考虑湖泊水文与水力、决口堤坝及其上下游堤坝的力学稳定性、植被生态的恢复、与自然景观的协调、不能大量使用废弃钙华、不能造成水环境污染等众多问题。火花海生态恢复的难度远超以往的修复。本文将介绍火花海生态恢复的方案、恢复效果，评估地震和生态恢复对美学价值的影响，希望为钙华景观和其他自然遗产地的保护恢复提供参考。

1 地震对火花海的破坏

火花海位于九寨沟树正沟40多个连续钙华湖群的中心地带，在双龙海与卧龙海之间。地震前，火花海海拔2 187 m，均深9.66 m，面积3.6 hm2，库容3.48×105m3。九寨沟美学价值直接表征为各遗产点的视觉景观，其中火花海遗产点的景观要素主要有湖泊、瀑布、植被、鱼类、钙华堤岸和钙华丘等（图1）。

图1 火花海美学价值表征的视觉景观（来源：九寨沟管理局和作者拍摄）

九寨沟地震对火花海及其下游造成极大的直接破坏（图2）。火花海与下游双龙海之间有一个高达20 m、长达400 m的钙华堤坝（当地称亚纳措堤坝），地震前火花海湖水通过堤坝坝顶漫流进入双龙海。地震导致堤坝在中部溃决，形成了长约40 m、南北厚约12 m、深约15 m的缺口，溃坝缺口底部基本与下游双龙海湖泊底部水平，火花海与双龙海连为一体。堤坝溃决后，因湖底海拔较高，火花海几乎完全干涸，仅在湖底形成一条沟状水流；火花海瀑布消失，水文完全改变；此外，溃坝产生的洪水冲毁了双龙海西北侧滩流的植被，使双龙海湖面增大；坍塌物质进入双龙海造成湖泊浑浊。

图2 2017年九寨沟地震对火花海的破坏（来源：九寨沟管理局和作者拍摄）

2 火花海生态恢复的策略与实践

火花海生态恢复项目包括3个主要方面：①修复决口并加固钙华堤坝；②钙华微地形与坝顶水形设计；③坝顶及其周边的植被恢复。所用主要材料为改性糯米浆[9]、当地山体塌方和泥石流的石块、火花海地区坍塌的钙华土、项目周边采集的森林腐殖土和一定种类数量的苗木。其中，糯米浆是中国古代建筑工程上的重要发明，在现代仍有很多应用，改性后的糯米灰浆对钙华堤坝加固效果好，能够在水中快速凝固，对周围水体无显著影响，颜色与周围黄棕色钙华和谐且表面能沉积新的钙华[9]。

2.1 堤坝决口修复、坝体加固

火花海震损堤坝存在的问题有：①下游堤坝中部决堤，使湖泊失去蓄水能力；②残存坝体有大量裂缝，存在渗漏风险；③残存坝体表面的钙华疏松，坡表稳定性低，钙华土大量坍塌，堆积在坡底；④残存堤坝高度因坍塌而降低。因此，修复堤坝决口、稳固震损钙华堤坝并适当加高为主要的修复措施（图3（a））。

火花海湖底的钙华层下存在较厚的松软淤泥层，对修复坝体的稳定性和地基承载力有不利影响，因此先采用振冲碎石桩技术对主坝地基进行加固，达到改良地基强度、防止地基液化的效果[12]。之后，用石块、钙华土和糯米灰浆对堤坝决口进行修复。修复过程中埋设涵洞对地表水导流，修复完成后堵住涵洞，以使火花海蓄水。残存钙华堤坝用改性糯米灰浆和钙华土进行加固，根据裂缝大小直接灌注改性糯米灰浆或将其与钙华土混合填充，以保证填充后的裂缝与残存钙华体在视觉上和谐；对疏松坝体表面进行面板加固，通过毛糙处理（图3（b））使其与自然钙华堤坝融合。此外，用钙华块对残存堤坝进行部分加高（图3（c）），以满足淹没湖中钙华丘的需要。

图3 决口修复与堤坝加固工程（来源：九寨沟管理局和作者拍摄）

2.2 钙华堤坝微地貌和水形设计

对微地形和水流形态的控制主要基于分形理论。该理论虽是现代理论，但早在以“天人合一”思想为基本理念的中国古典建筑、园林及城市空间设计的形态模式中，就表现出了多层次的自嵌套自相似性，即广义的分形特征[13]，分形理论可用于人工模拟自然景观。在火花海生态恢复中应用分形理论能打破人为修复的主观性，做到近自然恢复。

九寨沟一年四季水位变化较大，枯水期火花海的堤岸将露出水面直接成为视觉景观的一部分，因此项目基于分形理论设计堤岸形态，即模拟自然的钙华堆砌方式和堤岸轮廓线，使加高的堤岸与周围环境融合。火花海的水通过坝顶漫流进入双龙海，仅堤坝中部（决口修复处）需要人工进行漫流水形设计。在分析周围的地形和残存坝体原有形态后，项目通过构建微地形以控制水流形态和大小。漫流水形可分为坝顶入水沟、坝顶出水沟和坝下瀑布3层，具体设计为：①用石头、钙华块和糯米灰浆修筑入水沟，适当采用多级台阶以减弱水流冲刷力，两侧适当抬高以保证后续种植植物适宜的土壤湿度。②出水沟用同样的方式修筑，适当增加台阶数量以分散水流。③下层瀑布纵向分层以减弱水流冲击力，每层以适当的高度差实现与残留坝体的自然过渡；水流横向以出水口为基础进一步分散，最终从预留的冲沟跌入双龙海。微地貌的构建与漫流水形的设计如图4所示。

图4 钙华堤坝微地貌与水形（来源：作者自摄）

2.3 植被恢复

残留坝体的植被以自然恢复为主，人工少量补充种植；而修复坝体的植被以人工恢复为主。植被恢复最终需在垂直平面上将堤坝的林冠线补充完整，在立体空间上构建近自然的植物群落。人工定植多种乔木作为建群种以补全林冠线，并相应配置灌木、草本植物作为伴生种，注重植物群落的空间层次（图5）。

图5 修复坝体人工辅助植被恢复（来源：作者自摄）

植被恢复措施具体分为以下5个部分。

（1）微地形改造：在离坝体表面2 m和1 m处分别预留乔木和灌木基坑，并用不同大小的石块构建透水层，树木基部打造成起伏自然的局部地貌，为后续植物多样性配置提供基础条件。

（2）生境修复：从周边与残存坝体植物的种或属相同组成的森林中采集腐殖土填充，确保根际微生物和养分适宜新种植植物的生长，并铺撒枯枝落叶使地面色彩接近地震前。

（3）定植建群种：根据周边相似生境的树种组成进行调查，选择了油松（Pinus tabuliformis Carrière）、方枝柏（Juniperus saltuaria Rehder &E.H.Wilson）、冬瓜杨（Populus purdomii Rehder）、白桦（Betula platyphylla Sukaczev）等乔木作为建群种。深根性乔木种植于土层较厚的坝体与岸边连接处；浅根性乔木种植于土层较薄的坝体中部。

（4）建立群落：根据植物对水分的不同需求，在适宜位置种植高山柳（Salix takasagoalpina Koid.）、华西小檗（Berberis silva-taroucana Schneid.）、密花荚（Viburnum congestum Rehder）、高山绣线菊（Spiraea alpina Pall.）、八仙花（Hydrangea macrophylla (Thunb.) Ser.）等灌木和甘青铁线莲（Clematis tangutica (Maxim.) Korsh.）等藤本植物，并适当配置彩叶树以丰富色彩搭配。

（5）地被植物：收集适生的西藏杓兰（Cypripedium tibeticum King ex Rolfe）、川赤芍药（Paeonia anomala subsp. veitchii (Lynch) D. Y. Hong &K. Y. Pan）以及苔藓和地衣，建立近自然的“草本-苔藓-地衣”共生体。坝顶植被修复前后的整体效果对比如图6所示。

图6 坝顶植被修复前后的整体效果对比（来源：作者自摄）

2.4 生态恢复后的火花海

火花海生态恢复后的景观见图7。湖泊水体得到恢复；钙华堤坝决口得到修复，并恢复了瀑布。

图7 生态恢复对火花海景观的影响（来源：九寨沟管理局和作者拍摄）

3 地震和生态恢复对美学价值的影响

3.1 景观特征评估法

自然环境美学价值的评估方法有定量、定性和描述性3类[14]。在描述性方法中，英国首先建立的景观特征评估（landscape character assessment）方法体系是较完善并且最常用的，其结果可为管理部门在关于风景价值、保护区划定和环境影响评估等方面的决策服务[15-16]，已成为国际上可持续发展、土地管理和自然保护领域的核心方法[15-20]。景观特征评估法的重点是分辨出某个景观区域的特质，以及该特质是如何让这个景观与其他景观不同的[21]。IUCN推荐景观特征评估法用于自然遗产地美学价值的评估[15]，本研究也选用该方法，并邀请长期从事生态、世界自然遗产及风景园林工作的20位专家参与了火花海美学价值评价体系的构建。这些专家建议了评分指标及各指标的权重，本项目最终采用了20位专家建议权重值的平均值。

本研究分辨出火花海的景观特征要素为湖水、瀑布水、植被、鱼类、钙华及钙华地貌。地震和生态恢复对美学价值的影响，通过衡量各景观要素的改变程度来定量，改变程度越高则得分越高（0～100分），即影响越大。各要素的权重根据四川省住房与城乡建设厅《“8·8”九寨沟地震对九寨沟世界自然遗产影响评估报告》和火花海实际情况，由邀请的专家评分得出，指标与权重见表1。最终评分为各指标的加权总分，并按表2划分了影响程度等级。

表1 地震和生态恢复对火花海美学价值的影响评分指标和权重

表2 地震和生态恢复项目对火花海美学价值影响程度分级

3.2 评估结果

地震大幅降低了火花海的美学价值（图8（a））。受影响最大的景观特征要素为湖泊水，即火花海湖泊的消失；其次是钙华失稳、钙华退化后使美学价值降低；此外，植被景观破坏、瀑布消失、鱼类种类数量因栖息地丧失而下降，也是地震对火花海美学价值降低的表现。

项目实施期间，虽有人为对部分土层剥离、对零星灌木进行移栽、堆放修复材料与弃渣、停放机械设备等活动，但对火花海地区美学价值仅轻是微降低（图8（b）），说明施工期间并未显著新增负面影响。项目完成后，火花海的美学价值有了较大幅的提升（图8（b））。

图8 地震和生态恢复对火花海美学价值的影响（来源：作者自绘）

生态恢复对火花海美学价值最大的提升是修复决口恢复湖水水位；其次是在分形理论指导下，糯米浆材料对钙华堤坝的修复效果近自然；瀑布和植被群落的恢复提升了火花海的视觉美观度。但项目完成后，火花海的美学价值尚未完全恢复到震前水平，这是因为钙华堤坝上植被完全恢复需要更长时间。

4 公众的满意度及建议

生态恢复完成后，本研究于2020年10月进行了问卷调查，以了解公众对火花海生态恢复效果的满意度与建议。问卷总数1 000份，有效问卷数996份，来自九寨沟县（含遗产地）的受访者占42%。问卷对地震前和地震后修复前的火花海进行了介绍。调查结果显示（图9）：对修复效果表示满意的受访者占88%；不确定的受访者占11%；不满意或非常不满意的受访者仅占1%。九寨沟县居民表现出更高满意率93%）。不满意或非常不满意的理由主要为：地震导致火花海消失是自然过程，不应该人为干预；震损火花海展现了地质过程或可以作为地震遗址，不应该人为干预；人为恢复不能完全恢复到震前原貌等。公众也对生态修复提出了一些建议：应进一步加强堤坝上植被的恢复；应进行堤坝安全、水环境、植被的长期监测等。总体上，公众满意度高，侧面反映了生态修复效果较好。

图9 公众对火花海生态恢复效果的满意率（来源：作者自绘）

5 结束语

2017年九寨沟地震导致火花海决堤，整个湖泊及其下游瀑布消失。在UNESCO WHC和IUCN的支持下，遗产地主管部门牵头开展了生态恢复。遵循对遗产地OUV无新增显著负面影响、近自然恢复的原则。生态恢复由3个部分组成：决口修复与坝体加固、钙华堤坝微地貌和水形设计、植被恢复。恢复项目采用当地震损石块和传统糯米浆材料为主要修复材料；植被以自然恢复为主，人工恢复为辅。这些生态恢复设计是将我国传统智慧与当代工程技术在自然景观保护中的有效结合。基于景观特征评估法，生态恢复后的火花海美学价值接近震前水平，差异主要在于决口植被尚未完全恢复到震前水平。公众调查显示，88%的受访者和93%的九寨沟县居民对火花海生态修复效果满意。但是，自然景观恢复是一个长期过程，要检验生态恢复真正的成效，还需在未来持续跟踪火花海的环境变化。火花海生态恢复可为其他自然遗产或钙华景观保护提供参考。