汾河中下游河道水生態(tài)修復(fù)方案分析

周鴻彬

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原 030024）

1 汾河中下游河道情況概述

汾河是黃河的第二大支流，山西的母親河。汾河按河流特征分為上、中、下游三段。蘭村至洪洞石灘為中游地區(qū)，除太原盆地外，其余大部分屬丘陵區(qū)，間有少部分山地，河長266.9 km，流域面積20 509 km2，河流穿行于太原盆地（面積5 000余km2），地勢平坦，土質(zhì)疏松，河谷中沖積層深厚，河流兩岸抗沖能力低，在水流長期堆積作用下，兩岸形成了較寬闊的河漫灘，河型蜿蜒曲折，中水河床與洪水河床分界明顯，平均縱坡1.7‰。洪洞至黃河口為下游地區(qū)，除臨汾盆地外，其余大部分為黃土丘陵與階地，河長231.5 km，流域面積11 257 km2，臨汾盆地（面積近5 000 km2）橫貫其間，平均縱坡為1.3‰。本文主要是對汾河中下游段現(xiàn)狀進行分析，結(jié)合國外水生態(tài)治理經(jīng)驗，提出治理方案并分析。

2 汾河中下游治理現(xiàn)狀及問題

2.1 河道渠化，水流側(cè)向連通受阻，堤外灘地生態(tài)功能退化

中華人民共和國建國后汾河經(jīng)過了多次治理，在中下游段河道堤防基本建設(shè)完畢，目前基本達到設(shè)計防洪標準。河道現(xiàn)狀為復(fù)式斷面，河道堤距為200～500 m，主槽寬度為20～60 m?，F(xiàn)有河道的斷面形式，使河道斷面形式簡單化，由單調(diào)的生境取代了原來深潭與沙洲相間，急流與緩流交錯的多樣格局。河道堤防把河道水流完全限定在兩條堤防之間，使洪水不可能達到堤防外原有的灘涂，切斷了河道水流的側(cè)向流通。堤防隔斷洪水對原有灘涂的淹沒，經(jīng)多年改造已成為農(nóng)田，使堤外原有的灘涂濕地生態(tài)消失退化。渠化的河道調(diào)順了河道水流走向，增加了河道縱坡，使河道行洪時間變短，減少了河道水與水生生物之間的物質(zhì)交換的時間及交換量，促使了河道生物的退化。堤防的建設(shè)同時也改變了河道泥沙的沖於條件，使泥沙只能沉積河道堤防內(nèi)側(cè)，造成了河道的部分地段成為懸河。

2.2 河道流量減小，自凈能力降低，河道水質(zhì)污染

汾河流域現(xiàn)有大型水庫3座，中型水庫13座，總控制流域面積14 736 km2，占全流域面積的38%，總庫容14.42億m3；小型水庫50座，總控制面積15317km2，總庫容14.48億m3。上游水庫工程的攔蓄加之近幾十年來，汾河流域的降雨量偏少，中下游河道水流量減小，部分地段甚至斷流。水量的減少，嚴重的破壞了河道原有的生態(tài)平衡，降低了河道水的自凈能力。河道兩岸城市及工業(yè)的發(fā)展，大量未經(jīng)處理的污水、廢水流入河道。據(jù)統(tǒng)計，汾河河道內(nèi)年需接納污水量多達3.3億t，嚴重超過了河道的納污能力，河道的水質(zhì)遭到嚴重污染。據(jù)2006年山西省水資源公報，汾河干流評價河長277.5 km，全部為超III類污染，其中嚴重污染超Ⅴ類水河長占81.8%。

2.3 原有河道功能退化

河道上游水庫的建設(shè)，攔蓄了河道水量，控制河道下泄水量，顯著改變了河道的水位及水流特點，河道水流出槽漫灘的機會越來越少，堤防內(nèi)河道生境也嚴重改變，河道灘地的生態(tài)功能退化?，F(xiàn)狀河道主槽河道水深較深，其表面積與體積之比較小，曝氣率較低，河道水的溶氧能力低。水體含氧量的減少，惡化了水生生物的生存環(huán)境，同時使河道的自凈功能退化。

2.4 流域范圍內(nèi)地下水超采，下降嚴重

汾河流經(jīng)太原、臨汾等大中城市和古交、介休、霍州等工礦城市，且汾河沿岸為山西省的糧食的主要生產(chǎn)基地。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，用水量逐年增加，大量的地下水超采，地下水位下降嚴重，形成漏斗。

3 國外河道生態(tài)治理的探索實例與效果

針對治理后河道生態(tài)退化的現(xiàn)象，國外早在上個世紀就開始了生態(tài)恢復(fù)的研究工作，美國加利福尼亞Cosumnes河堤防改建工程就是一則典型案例。從1995年開始，美國自然保護局就開始對河道下游堤防拆除、堤防靠后重建以恢復(fù)河道生態(tài)的研究，該工程首先在堤防上多個位置開口，以恢復(fù)河道水流與其歷史上的河漫灘的聯(lián)系，現(xiàn)已取得很多研究成果。研究證明，堤防開口后，很多魚類開始在以河漫灘為棲息地開始存活，特別需要指出的是，當(dāng)?shù)貫l危的薩克拉曼多裂尾鰷也開始利用新的河漫灘棲息地進行產(chǎn)卵發(fā)育。同時研究發(fā)現(xiàn)堤防開口前的河道由于受到堤防、主槽護岸的約束，導(dǎo)致水流速度、深度和剪應(yīng)力增加，引起河道下切，從而使河漫灘淹沒頻率減小。如果拆除堤防或堤防后移，減少對河道的約束，那么自然河道演變過程將會使河道的蜿蜒性和泥沙淤積增加，停止河道的下切，河道主槽變淺，河漫灘的淹沒概率增加。河漫灘淹沒概率增加可以增加地下水的補給量，同時使河漫灘生物的生存條件得到了改善。

4 生態(tài)規(guī)劃修復(fù)方案

根據(jù)汾河中下游河道現(xiàn)狀，結(jié)合Cosumnes河的案例，提出汾河生態(tài)修復(fù)方案如下。

在河道堤防外側(cè)確定原河道低洼灘地位置，并且劃定范圍，在低洼灘地上游的河道堤防設(shè)置進水閘門，控制進水量。進水閘的設(shè)置，可防止洪水期堤防外側(cè)灘地引水量過多引起水位過度太高，造成新的洪澇災(zāi)害。為使堤外灘地與河道之間存在水體的有效交換和流通，并有效地控制堤外灘地的水位，在下游側(cè)堤防設(shè)置放水閘。通過上下游閘門的設(shè)置，在堤外灘地形成最大深度為1.5 m，平均深度不大于1.0 m的淺水水域。在灘地內(nèi)淺水區(qū)種植蘆葦、菖蒲及當(dāng)?shù)刂饕参?，目的為凈化水質(zhì)，為水生生物提供更好的生存環(huán)境。為了減緩河道主槽水流速度，增加水面面積，并保證堤外灘地的進水穩(wěn)定，在汾河主槽及灘地分別設(shè)置可調(diào)控的攔河閘。河灘閘門為高度1.0 m，主槽閘門高度約為3.0 m，使灘地形成深度0～1.0 m的淺水水面，主槽形成最大水深為3.0 m的深水水面。布置示意詳見圖1。

圖1 汾河生態(tài)修復(fù)方案平面示意圖

5 生態(tài)修復(fù)方案效果分析

5.1 生態(tài)修復(fù)方案的效果

1）通過閘門的攔蓄，引水上灘的措施，使河道下滲面積增加，加大了河道水的下滲量，補給了地下水；同時滯留部分河道水量，增加了汾河的可利用水量，為緩解我省用水緊張，減少地下水開采量，保護水資源起到積極的作用。

2）引河道水進入堤外灘地，水流速度在堤外灘地減慢，使泥沙在堤外灘地沉積，減少了河道堤防內(nèi)泥沙的沉積量，平衡了堤防內(nèi)外的沉沙量，減緩了河道地上河的形成，遏制了現(xiàn)有懸河堤防內(nèi)灘地的繼續(xù)抬升。

3）該方案可在洪水期引部分洪水進入堤外灘地，蓄滯部分洪水，減少河道的洪水下泄量，提高河道現(xiàn)有堤防的防洪標準。

4）該方案通過閘門攔蓄、引水上灘、恢復(fù)歷史灘地等措施，使河道部分恢復(fù)蜿蜒曲折的形態(tài)、形成深潭與淺灘的結(jié)構(gòu)，溝通了河道的橫向聯(lián)系，恢復(fù)了原有的灘涂濕地，使生物棲息地地貌特征多樣化，為水生生物及魚類提供了條件，更利于河道生態(tài)體系的恢復(fù)。閘門的設(shè)置有效地控制了水深變化，特別是堤防內(nèi)外灘涂的水深，減少了由于河道水的暴漲暴落引起的一些水生生物的擱淺而死亡。

5）在堤外灘地上蘆葦、菖蒲及本地水生植物的種植，可對水質(zhì)起到凈化作用；規(guī)劃蓄水水面大部分水深均小于1.0 m，使蓄水的表面積與體積之比較大，可有效地增加水溶氧能力，溶氧能力的增加為水生生物的生存提供了足夠的氧氣，保證生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展，同時提高了河道水的自凈能力。因此方案對河道凈化水質(zhì)起到了積極的作用。

6）沿河道的水面面積的增加，水生生態(tài)系統(tǒng)的逐步恢復(fù)，可起到增加沿河周邊地區(qū)的空氣濕度、凈化空氣、改善汾河沿岸的局部小氣候等效果，對改善空氣質(zhì)量也具有積極意義。

5.2 生態(tài)修復(fù)方案難點及不足

該方案具有增加水面面積、恢復(fù)河道水生態(tài)系統(tǒng)、改善水質(zhì)、保護地下水、蓄存地表水等作用，但也有其不足之處及實施困難。

1）現(xiàn)狀河道灘地及堤防外原灘涂現(xiàn)均已被改造為農(nóng)田，工程的實施將對其淹沒，勢必存在征地問題，為工程的實施增加了困難。

2）現(xiàn)狀河道水質(zhì)太差，主要原因為大量的污水未經(jīng)處理就排入河道。水質(zhì)污染后大量生物無法生存，不利于河道水生態(tài)的恢復(fù)，同時過度污染后的河水凈化不是河道水自凈能力所能解決的，因此水生態(tài)修復(fù)的實施必須以河道污水排放達標為前提。