水電工程水土保持生態(tài)修復(fù)理論與實(shí)踐

崔 磊，馮 磊，薛聯(lián)芳

(水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120)

1 國(guó)內(nèi)外生態(tài)修復(fù)研究進(jìn)展概況

國(guó)外生態(tài)修復(fù)的研究和實(shí)踐可追溯到20世紀(jì)30年代，涉及的相關(guān)概念有生態(tài)恢復(fù)、生態(tài)修復(fù)和生態(tài)重建等。其中，生態(tài)修復(fù)的叫法主要應(yīng)用在日本和我國(guó)。雖然在涵義上有所區(qū)別，但都具有恢復(fù)和發(fā)展的內(nèi)涵，即使原來受到干擾或者損害的系統(tǒng)恢復(fù)后使其可持續(xù)發(fā)展，并為人類持續(xù)利用。以國(guó)外河流生態(tài)修復(fù)工作歷程為例，主要經(jīng)歷了從水質(zhì)恢復(fù)(20世紀(jì)50年代開始)到小型河流以單個(gè)物種恢復(fù)為標(biāo)志的生態(tài)恢復(fù)(20世紀(jì)80年代初期開始)，再到大型河流生態(tài)恢復(fù)工程(20世紀(jì)80年代后期開始)、流域尺度的整體生態(tài)恢復(fù)的過程(20世紀(jì)90年代興起至今)[1]。

在我國(guó)，20世紀(jì)末期至本世紀(jì)初期關(guān)于生態(tài)修復(fù)的觀點(diǎn)一般認(rèn)為，生態(tài)修復(fù)是指停止人為干擾，解除生態(tài)系統(tǒng)所承受的超負(fù)荷壓力，依靠生態(tài)系統(tǒng)自身規(guī)律演替，通過其修養(yǎng)生息的漫長(zhǎng)過程，使生態(tài)系統(tǒng)向自然狀態(tài)演化；為了加速被破壞生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，還可以輔助人工措施，為生態(tài)系統(tǒng)健康運(yùn)轉(zhuǎn)服務(wù)，從而加快恢復(fù)的工作。近20年來，國(guó)內(nèi)已在林田山水湖等多個(gè)生態(tài)領(lǐng)域開展了大量的生態(tài)修復(fù)實(shí)踐工作，并取得了顯著效果。

2 水土保持生態(tài)修復(fù)概念

水電工程建設(shè)涉及道路修建、場(chǎng)地平整、取土采料、大壩基礎(chǔ)和岸坡開挖、棄土棄渣堆放、移民安置等項(xiàng)目，具有土石方量大、占地范圍廣、施工周期長(zhǎng)、棄渣量多、點(diǎn)線布置等特點(diǎn)，建設(shè)過程會(huì)占?jí)褐脖?，增加植被后期恢?fù)難度，且對(duì)土地資源形成一定損失，最終造成對(duì)生態(tài)環(huán)境的綜合影響。傳統(tǒng)上，我國(guó)水電工程水土保持措施布設(shè)一般優(yōu)先滿足主體工程的要求，對(duì)不穩(wěn)定邊坡、堆體、場(chǎng)地等擾動(dòng)區(qū)多采用工程治理措施，這導(dǎo)致土壤資源未能得到有效保護(hù)，生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)不能有效落實(shí)。為滿足我國(guó)新時(shí)期生態(tài)環(huán)境建設(shè)的要求，需要在傳統(tǒng)以工程措施為主的水土保持工作的基礎(chǔ)上，對(duì)水電工程施工擾動(dòng)區(qū)域和周邊生態(tài)脆弱區(qū)域從生態(tài)優(yōu)先的角度進(jìn)行系統(tǒng)考慮。因此，水土保持與生態(tài)修復(fù)的交匯融合被提上議程進(jìn)行研究，并逐步應(yīng)用于工程實(shí)踐。

根據(jù)已有的研究成果和工程實(shí)踐，水電工程水土保持生態(tài)修復(fù)的概念可定義為，在水電工程建設(shè)擾動(dòng)區(qū)域和周邊影響的水土流失區(qū)，通過一定的人工輔助措施，促使自然界本身固有的再生能力得以最大限度地發(fā)揮[2]，促進(jìn)植被的持續(xù)生長(zhǎng)和演替，保護(hù)和改善受損生態(tài)系統(tǒng)的功能，從而加快水土流失防治的步伐，建立和維系與自然條件相適應(yīng)，與經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展相協(xié)調(diào)并良性發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。

水電工程水土保持生態(tài)修復(fù)應(yīng)立足于保護(hù)中開發(fā)、開發(fā)中保護(hù)。根據(jù)生態(tài)學(xué)原則和水電工程建設(shè)特點(diǎn)，控制和減少對(duì)原地貌、地表植被、水系的擾動(dòng)和損毀，依靠生態(tài)自我修復(fù)能力，對(duì)施工擾動(dòng)區(qū)和周邊生態(tài)脆弱區(qū)輔以人工輔助措施，通過保護(hù)、改良、改造、重建、再生等措施，使受損的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到相對(duì)健康的狀態(tài)，達(dá)到水電工程同自然環(huán)境相協(xié)調(diào)、相統(tǒng)一的目的。

3 水土保持生態(tài)修復(fù)總體規(guī)劃

開展水電工程水土保持生態(tài)修復(fù)工作時(shí)，應(yīng)首先進(jìn)行總體規(guī)劃，規(guī)劃工作中，應(yīng)注重保護(hù)，轉(zhuǎn)變觀念，重視改良，合理配置并重建結(jié)構(gòu)?？傮w規(guī)劃的工作內(nèi)容與技術(shù)要求主要包括查明工程設(shè)計(jì)條件、診斷區(qū)域生態(tài)狀況問題、擬定生態(tài)修復(fù)總體目標(biāo)以及劃分生態(tài)修復(fù)分區(qū)等方面內(nèi)容。

(1)查明工程設(shè)計(jì)條件。工程設(shè)計(jì)條件調(diào)查包括工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行期間相關(guān)工程資料，包括地形地貌、氣候氣象、水文、土壤、植被、生物多樣性、工程特性和工程運(yùn)行等。

(2)診斷區(qū)域生態(tài)狀況問題。對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括生物因子和非生物因子。利用調(diào)查結(jié)果，并對(duì)比歷史資料或類似區(qū)域原生的生態(tài)環(huán)境狀況，診斷區(qū)域存在的主要生態(tài)環(huán)境問題。

(3)擬定生態(tài)修復(fù)總體目標(biāo)。根據(jù)生態(tài)功能確定水土保持生態(tài)修復(fù)總體目標(biāo)，可通過各項(xiàng)指標(biāo)量化確定，如生物多樣性、水土流失總治理度、林草覆蓋率、河道暢通性等。

(4)劃分生態(tài)修復(fù)分區(qū)。在水電工程已有分區(qū)(樞紐工程區(qū)、棄渣場(chǎng)區(qū)、交通設(shè)施區(qū)、料場(chǎng)區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)等)劃定的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同類型區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境特征、水土流失特點(diǎn)及修復(fù)跡地情況，進(jìn)一步劃定生態(tài)修復(fù)分區(qū)。

4 水土保持生態(tài)修復(fù)在水電工程建設(shè)中的實(shí)踐應(yīng)用

按照國(guó)家生態(tài)環(huán)境建設(shè)與生態(tài)修復(fù)的總體要求，我國(guó)水電工程近年來開展了大量的水土保持生態(tài)修復(fù)的實(shí)踐工作，并且取得了較好的生態(tài)恢復(fù)效果?，F(xiàn)以國(guó)內(nèi)水電水土保持工程建設(shè)中的生態(tài)修復(fù)工作為案例，介紹分析表層種植土保護(hù)、高陡邊坡治理、消落帶治理、植被修復(fù)等水土保持生態(tài)修復(fù)的具體實(shí)踐工作。

4.1 表層種植土保護(hù)

表層種植土是生態(tài)修復(fù)措施必不可少的重要資源，表土資源的數(shù)量、質(zhì)量同生態(tài)修復(fù)的效果密切相關(guān)。水電工程三通一平等工程施工時(shí)，表層種植土往往當(dāng)成開挖棄渣堆至渣場(chǎng)或被回填掩埋，因開挖、回填施工具有不可逆轉(zhuǎn)性，在后期施工跡地植被重建時(shí)，短缺的表層種植土成為生態(tài)修復(fù)重要的制約因素，直接影響到植物措施實(shí)施的質(zhì)量，甚至制約實(shí)施工作的開展。因此，開展表層種植土收集存儲(chǔ)工作是水電工程實(shí)施水土保持生態(tài)修復(fù)的重要組成部分。

金沙江向家壩水電站工程三通一平等工程施工時(shí)，對(duì)施工區(qū)肥沃的表層種植土進(jìn)行收集保護(hù)，收集儲(chǔ)存表土資源約35萬m3，并單獨(dú)堆存在專門的表土堆存場(chǎng)。這項(xiàng)工作不僅使表層土壤資源免于占?jí)豪速M(fèi)，而且為施工區(qū)生態(tài)修復(fù)施工解決了寶貴的表層種植土資源。在表層種植土資源充足保證下，施工區(qū)才能在8個(gè)月內(nèi)完成種植喬木63萬株、灌木24萬株，植草40萬m3的任務(wù)[3]，較好地重建了施工區(qū)植被系統(tǒng)。

4.2 高陡邊坡治理

水電工程開挖邊坡大部分為巖質(zhì)高陡邊坡，巖質(zhì)邊坡由于沒有土壤覆蓋，植物難以生長(zhǎng)，且開挖邊坡一般坡度比較大，在降雨量較大的地方極易形成沖刷侵蝕，而風(fēng)化形成的土壤顆粒難以留在坡面，不適宜植被生長(zhǎng)。在水電工程建設(shè)中，裸露高陡邊坡遍布工程施工現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)所處位置和其重要性多采用噴錨等工程防(支)護(hù)，此類工程措施雖然保證了邊坡的永久穩(wěn)定，但改變了土地利用類型，降水難以入滲，隔離了原邊坡的水汽微循環(huán)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)難以自我恢復(fù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，客土噴播技術(shù)、噴混植生技術(shù)、PEB生態(tài)護(hù)坡技術(shù)、植被混凝土生態(tài)防護(hù)技術(shù)、厚層基材噴射技術(shù)、有機(jī)基材噴播綠化法等新型技術(shù)，己成為開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持生態(tài)修復(fù)的主要技術(shù)方法，并取得良好的效果。

金沙江溪洛渡水電站在進(jìn)場(chǎng)道路開挖高陡坡邊坡采用了植被混凝土護(hù)坡，實(shí)施后1個(gè)月植被即覆蓋邊坡，2年后逐漸被當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土物種代替，灌草密布，物種豐富。該技術(shù)既保證邊坡的穩(wěn)定性，又提供了植物生長(zhǎng)，演替必要的環(huán)境要素，生態(tài)效果極佳。與此同時(shí)，在邊坡馬道、擋墻頂部和底部均設(shè)置了植生槽，種植攀援植物，上爬下垂，對(duì)工程支護(hù)邊坡進(jìn)行復(fù)綠，既修復(fù)了邊坡，又形成特色的景觀資源。

4.3 消落帶治理

水庫(kù)消落帶是指因水庫(kù)調(diào)度等原因引起水庫(kù)水位變動(dòng)而在庫(kù)區(qū)周圍形成的一段特殊區(qū)域，是水位反復(fù)周期性變化的干濕交替區(qū)，是水陸之間的連接帶，也是兩者間進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息交換的生態(tài)過渡帶。水庫(kù)消落帶具有自然保護(hù)功能，能減緩水庫(kù)水流對(duì)岸坡沖刷，減少侵蝕，保護(hù)岸坡穩(wěn)定，減少庫(kù)區(qū)水陸連接帶的水土流失量。因此，維持水庫(kù)消落帶的良好性能對(duì)水庫(kù)水土保持具有重要意義。如何減緩和阻止消落帶自然植被的退化和萎縮，恢復(fù)和重建受損的消落帶生態(tài)系統(tǒng)，是對(duì)水庫(kù)消落帶進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的主要方面。

三峽工程庫(kù)區(qū)消落帶種植香根草的工作經(jīng)過多年的試驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，水土保持生態(tài)修復(fù)效應(yīng)明顯，栽植有香根草的試驗(yàn)小區(qū)土壤物理性質(zhì)好于裸地，而2年生香根草試驗(yàn)小區(qū)的土壤涵養(yǎng)水源功能明顯好于1年生香根草。2年生香根草不但能防止水土流失的發(fā)生，而且還能過濾、沉積由于坡上部農(nóng)耕地水土流失帶來的大量泥沙，大大減少入庫(kù)泥沙量。

4.4 植被修復(fù)

水電工程建設(shè)過程中，因場(chǎng)內(nèi)外道路建設(shè)，施工生活營(yíng)地建設(shè)、大壩開挖等施工活動(dòng)影響，原地貌植被將遭到不同程度的擾動(dòng)、占?jí)?、破壞。為了控制植被破壞加劇水土流失?dǎo)致石化景觀的異化趨勢(shì)[3]，最根本的途徑是確保綠色。因此，除采取工程防護(hù)措施外，龍灘、瀑布溝等水電站主動(dòng)采取了水土保持生態(tài)修復(fù)措施，將工程措施與生態(tài)措施相結(jié)合，選擇符合區(qū)域生態(tài)及景觀特點(diǎn)的當(dāng)?shù)剡m生種類進(jìn)行植被恢復(fù)和修復(fù)工作，并取得了良好的水土保持生態(tài)修復(fù)效果。

近年來，建設(shè)的水電工程多位于高寒、高海拔、干旱河谷、干熱河谷等區(qū)域，傳統(tǒng)的水土保持工作十分困難，主要存在水分不足、溫度過高(或過低)、土壤貧瘠、植被發(fā)育差等幾大難點(diǎn)。針對(duì)這些問題，藏木、觀音巖等水電站首先對(duì)工程所在區(qū)域的氣候、水文、現(xiàn)場(chǎng)土樣和原生植被開展了大量的調(diào)查分析和取樣測(cè)試，總結(jié)出工程自身的植被恢復(fù)制約因素，針對(duì)性地提出對(duì)應(yīng)的解決辦法，初步形成了水、土、生的植被恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

水電工程水土保持生態(tài)修復(fù)工作在水電工程建設(shè)全生命周期中發(fā)揮了保護(hù)生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵作用。新時(shí)期水電工程施工建設(shè)過程中，應(yīng)進(jìn)一步總結(jié)已有的生態(tài)修復(fù)經(jīng)驗(yàn)，提高水土保持工作中生態(tài)修復(fù)措施的應(yīng)用比例。同時(shí)，向國(guó)內(nèi)外各行業(yè)推廣成功的水土保持生態(tài)修復(fù)經(jīng)驗(yàn)。

今后規(guī)劃待建的水電工程所在地多為高寒和干熱河谷區(qū)域，水土保持生態(tài)修復(fù)工作可以考慮在已有的表層種植土保護(hù)、消落帶治理、高陡邊坡治理、植被修復(fù)等實(shí)踐的基礎(chǔ)上，積極主動(dòng)探索高寒區(qū)域生態(tài)修復(fù)、干熱河谷區(qū)域生態(tài)修復(fù)研究和試驗(yàn)工作，并加強(qiáng)前期的調(diào)查、勘測(cè)和規(guī)劃工作，為今后水電開發(fā)更加有針對(duì)性地做好生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作奠定技術(shù)基礎(chǔ)。