大伙房水庫涵養(yǎng)區(qū)河流生態(tài)修復(fù)綜合措施示范及修復(fù)效果定量評價研究

孟祥軍

(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

1 概述

大伙房水庫承擔(dān)遼寧省7個城市生活用水的保障任務(wù)，是約2300萬人口的生活用水保障的重要水源，其水源保護對于遼寧省經(jīng)濟社會穩(wěn)定具有重要意義，是區(qū)域內(nèi)人民生活水平的提高和生態(tài)文明建設(shè)的重要保障舉措[1]。對于大伙房水源涵養(yǎng)區(qū)綜合治理措施的科學(xué)制定，對大伙房水源區(qū)生態(tài)修復(fù)治理盡早、盡快的全面實施具有十分重要的意義[2]。在2012年大伙房流域特大暴雨洪水中，水庫通過蓄洪錯峰措施極大緩解游撫順地區(qū)的防洪壓力，保障防洪安全的主要目標(biāo)。但河道提防受洪水影響受損情況十分嚴(yán)重，造成的河道堤防災(zāi)害損失較為嚴(yán)重，洪水使得水庫上游堤防水毀面積較大，護岸損壞及堤防決口數(shù)量較多[3]。河道兩岸灘地生態(tài)植被較為稀疏，生態(tài)建設(shè)明顯滯后，防洪堤防的林地面積較少，采砂影響造成河道沙坑及廢棄的塘壩影響河道兩岸的自然景觀，河流內(nèi)生物安全受到污水排放影響較為嚴(yán)重，河道內(nèi)生物鏈發(fā)展不健康，流域生態(tài)環(huán)境變化趨勢逐步惡化。為保障大伙房入庫水質(zhì)和上游生態(tài)環(huán)境，亟需對其上游涵養(yǎng)區(qū)流域進(jìn)行生態(tài)修復(fù)[4]。河流生態(tài)修復(fù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，目前國內(nèi)的修復(fù)技術(shù)多種多樣，分類方法也有多種。20世紀(jì)90年代，我國開始了河流生態(tài)修復(fù)方面的研究[5- 12]，但針對水庫尤其是水源地涵養(yǎng)區(qū)河流生態(tài)修復(fù)措施的研究還較少，此外針對河流生態(tài)修復(fù)效果定量評價取得一定成果[13- 15]，但是大都考慮分析指標(biāo)較少，需要一套綜合定量評價指標(biāo)體系。為此本文在國內(nèi)外河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)調(diào)研的基礎(chǔ)上，以大伙房水庫涵養(yǎng)區(qū)為研究實例，建立生態(tài)岸帶、生態(tài)濕地、生態(tài)封育、河流水質(zhì)保護四位一體的綜合防護體系，對其河流進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。此外，構(gòu)建生態(tài)修復(fù)效果定量評價指標(biāo)體系，提出生態(tài)修復(fù)效果綜合定量評估方法。研究成果對于其他水庫涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)修復(fù)方式和效果定量評價具有示范作用。

2 大伙房水庫涵養(yǎng)區(qū)河流生態(tài)修復(fù)措施

針對大伙房水庫水源區(qū)中存在的主要生態(tài)環(huán)境問題，首先結(jié)合水文、水動力學(xué)模型，綜合確定大伙房水庫上游涵養(yǎng)區(qū)河源區(qū)及生態(tài)修復(fù)邊界。在河源區(qū)及生態(tài)修復(fù)邊界內(nèi)，結(jié)合不同流域的水文、生態(tài)環(huán)境特點，針對河道地形、流域洪水特性、水文水質(zhì)等復(fù)雜條件，對其生態(tài)岸帶實施修復(fù)；實施不同類型的濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)；結(jié)合河道生態(tài)封育、水質(zhì)綜合保護(排污口治理、水庫漂浮物攔截體系)措施修復(fù)河流的生態(tài)功能。通過建立的生態(tài)修復(fù)效果綜合評價指標(biāo)體系，對生態(tài)修復(fù)功能進(jìn)行定量綜合評價，技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)路線

3 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

3.1 具體指標(biāo)構(gòu)建

生態(tài)修復(fù)效果評定指標(biāo)體系涵蓋水利、水質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、水生生物、生態(tài)需水，并將5個一級指標(biāo)在劃分為20個二級指標(biāo)，各指標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 生態(tài)修復(fù)效果綜合定量評價指標(biāo)體系

3.2 指標(biāo)選擇及量化方法

3.2.1防洪、排澇指標(biāo)

防洪和排澇為水利功能的兩個二級指標(biāo)，主要評價河流的防洪和排澇能力是否達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求，在評估時應(yīng)重點考慮河道設(shè)計最大排澇能力和最大設(shè)計洪峰流量，對河道的防洪、排澇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定量評估。指標(biāo)量化方式為:對評估河段設(shè)計防洪、排澇指標(biāo)進(jìn)行對比分析，對其指標(biāo)進(jìn)行量化，見表1。

表1 河流生態(tài)評價水利功能指標(biāo)

3.2.2水質(zhì)評價指標(biāo)

通過測定采用點水質(zhì)濃度進(jìn)行指標(biāo)的量化，結(jié)合GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對不同水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行對比分析，對河道生態(tài)修復(fù)效果定量評價指標(biāo)的量化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。針對常規(guī)測定的10項水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行量化分析，各水質(zhì)指標(biāo)的量化標(biāo)準(zhǔn)見表2。

3.2.3河流生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)

該指標(biāo)是對河道自然特性進(jìn)行評估，本文選取河道彎曲度、渠化度以及護岸方式作為定量評估指標(biāo)。指標(biāo)量化的具體標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表2 生態(tài)修復(fù)效果水質(zhì)評價指標(biāo)量化標(biāo)準(zhǔn) 單位：mg/L

表3 河流生態(tài)環(huán)境評估指標(biāo)量化標(biāo)準(zhǔn)

3.2.4水生生物指標(biāo)

該指標(biāo)是河道生態(tài)特征的重要評估指標(biāo)。二級指標(biāo)分別為水生動物、水生植物以及原生微生物量，評估指標(biāo)量化標(biāo)準(zhǔn)為：對水生生物的種類數(shù)目、植物數(shù)目以及生物群落分布、原生微生物的數(shù)量進(jìn)行量化，具體量化指標(biāo)見表4。

表4 河流生態(tài)評價水生生物指標(biāo)

3.2.5生態(tài)環(huán)境用水評估指標(biāo)

生態(tài)環(huán)境用水是保障河流生態(tài)環(huán)境功能不被破壞和基本功能保障所需要水量最小值。本文生態(tài)用水量的量化主要參考文獻(xiàn)[16]提供的生態(tài)流量基本計算方法，進(jìn)行生態(tài)需水的分析計算，具體量化指標(biāo)見表5。

表5 河流生態(tài)環(huán)境用水保障評估指標(biāo)量化標(biāo)準(zhǔn)

4 生態(tài)修復(fù)具體措施

4.1 生態(tài)修復(fù)邊界確定

河道生態(tài)修復(fù)邊界線確定比較復(fù)雜，需綜合考慮現(xiàn)狀防洪工程、規(guī)劃防洪工程、河道管理現(xiàn)狀、洪峰流量、現(xiàn)狀河道開發(fā)利用程度等諸多因素?？紤]本次河道生態(tài)修復(fù)邊界確定主要目的是為了確定生態(tài)林帶的種植邊界，故提出兩個方案進(jìn)行比選。

方案一依據(jù)水面線計算成果，以河道大橫斷面為基礎(chǔ)，在1∶10000航拍圖上畫出不同河流的設(shè)計洪水淹沒線，現(xiàn)狀及規(guī)劃堤防河段的河道治理邊界即為堤防；無堤段的河道治理邊界基本為對應(yīng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的淹沒線，局部段根據(jù)河寬等因素適當(dāng)調(diào)整。

方案二主要以河道橫斷面為計算依據(jù)，結(jié)合水面線演算結(jié)果，在1∶10000航拍圖上結(jié)合計算的水面線對設(shè)計洪水淹沒區(qū)域進(jìn)行繪制，參照上下游河道寬度以及堤防現(xiàn)狀淹沒區(qū)域，確定河流生態(tài)修復(fù)治理的邊界。兩方案河流生態(tài)修復(fù)邊界寬度確定見表6。

表6 河道生態(tài)修復(fù)邊界計算結(jié)果

(續(xù)表)

方案一的優(yōu)點在于此方案確定的河道治理邊界與大伙房水源保護的目標(biāo)一致，在河道治理邊界以外進(jìn)行生態(tài)林帶種植，對河道治理邊界之間的河道灘地進(jìn)行封育，使植被自然恢復(fù)，禁耕禁牧，有效的控制了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和河道周邊群眾生活對河道水質(zhì)的影響，能確保標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水順利下泄，有利于大伙房水源區(qū)防洪安全和供水安全的保證。而缺點在于該方案主要缺點是租用土地較多，對沿河群眾的生產(chǎn)生活影響較大，而且每年均會發(fā)生較大一筆租地費用，實施起來壓力較大。

方案二的優(yōu)點在于此方案確定的河道治理邊界少占沿河耕地，林帶建設(shè)也基本能起到保護水源的目的，節(jié)省了租地費用，一定程度上減少了同沿河群眾征地的難題，實施起來阻力相對較小。同時，臨近岸坎的林帶還能起到一定的護岸防沖作用，對中小洪水起到一定限制作用。缺點在于無堤段未按河道防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，生態(tài)林帶種植在行洪區(qū)內(nèi)，成林后對河道行洪可能也會產(chǎn)生一定的影響，但由于林帶為順河布置，成林后還可以采取間伐等措施，對河道行洪影響可控。

4.2 河岸帶生態(tài)修復(fù)技術(shù)

對全河岸帶進(jìn)行植物措施的生態(tài)帶修復(fù)建設(shè)，具體內(nèi)容為：迎水灌木帶、背水喬木帶、背水過渡帶、堤身灌木帶。

灌木迎水帶：為了防止河道泥沙和水泥對堤腳的沖刷和淤積影響，在其堤腳的迎水側(cè)進(jìn)行灌木的栽種，按照河流水勢的行洪條件在其迎水側(cè)布設(shè)寬度為2～5m的灌木護岸帶，在堤防寬度允許的區(qū)域可對迎水灌木帶的寬度進(jìn)行適當(dāng)增加。

喬木背水帶：在堤防背水側(cè)進(jìn)行喬木的栽種，背水側(cè)布設(shè)寬度為25m的喬木背水帶，使得河流生態(tài)防線恢復(fù)目標(biāo)得到保障。

背水過渡帶：為避免喬木對農(nóng)作物生產(chǎn)產(chǎn)生影響，在其喬木背水帶預(yù)留寬度為5m的自然封育過渡帶。

灌木堤身帶：為了降低坡面流對提防的沖刷程度，同時考慮堤防坡面的穩(wěn)定和生態(tài)效應(yīng)的最優(yōu)化，在坡面頂部無交通需求的前提下，栽種固體效益較好的灌木帶，對其堤身進(jìn)行防護。典型生態(tài)岸帶設(shè)計斷面如圖3所示。

4.3 生態(tài)濕地修復(fù)技術(shù)

在對防洪和河槽穩(wěn)定不影響的前提下，對其生態(tài)濕地進(jìn)行修復(fù)，對河槽灘地進(jìn)行降灘的適當(dāng)調(diào)整，并結(jié)合生態(tài)擋水堰對其水面進(jìn)行擴寬治理，人為形成生態(tài)濕地。結(jié)合河道水位多年均值以及不同水生植物的生長特性，對生態(tài)濕地的適宜水位進(jìn)行設(shè)計。在濕地內(nèi)部區(qū)域應(yīng)主要種植凈水植物，如水蔥和香蒲。而在外部區(qū)域的河槽兩側(cè)布設(shè)灌木帶和植物帶，并和河道整體景觀進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計。其典型設(shè)計斷面如圖4所示。

4.4 生態(tài)封育修復(fù)措施

加強對現(xiàn)有荒林地封禁、灘地封閉保護的監(jiān)督和管理，禁止對灘地類型進(jìn)行破壞和改變，對處正常更新采伐外的林地破壞行為進(jìn)行禁止，對已租用的土地進(jìn)行前面封閉，采用圍欄進(jìn)行隔離，嚴(yán)禁任何人員和家禽進(jìn)入封育區(qū)域。對于靠近河道區(qū)域的未利用耕地鼓勵當(dāng)?shù)厝罕娬{(diào)整農(nóng)作物的種植結(jié)構(gòu)，耕種對水土效應(yīng)影響較小的經(jīng)濟作物，控制污染水體的農(nóng)藥、化肥進(jìn)行河道內(nèi)。

圖3 生態(tài)帶布置典型設(shè)計斷面示意圖

圖4 生態(tài)濕地布置典型設(shè)計斷面示意圖

5 生態(tài)修復(fù)效果定量評價

5.1 指標(biāo)權(quán)重設(shè)定

在評價指標(biāo)體系中，各指標(biāo)對評估結(jié)果的影響程度不同，需對各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行設(shè)定，生態(tài)環(huán)境改善是河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)，河流生態(tài)修復(fù)要兼顧生態(tài)環(huán)境、水環(huán)境、防洪排澇、水生生物種類的修復(fù)，各指標(biāo)權(quán)重量化結(jié)果見表7。

目前生態(tài)修復(fù)尚未發(fā)展成熟，主要采用專家判定方法對河流生態(tài)修復(fù)評價的一級指標(biāo)進(jìn)行設(shè)定，重點考慮河流生態(tài)功能，為此將河流水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的權(quán)重分別設(shè)定為0.24和0.23，考慮水生生物群落的分布，將其權(quán)重設(shè)定為0.22，水利和生態(tài)需水量綜合權(quán)重分別設(shè)定為0.17和0.14，各二級指標(biāo)主要根據(jù)對生態(tài)功能影響程度以及生態(tài)系統(tǒng)各項指標(biāo)進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的均化分配。

5.2 指標(biāo)量化結(jié)果

按照前面所述的指標(biāo)量化分析方法，對大伙房涵養(yǎng)區(qū)河流生態(tài)修復(fù)評價的一級和二級指標(biāo)進(jìn)行量化分析，指標(biāo)量化分析結(jié)果見表8。

從一級水利功能指標(biāo)分析結(jié)果可知，通過近些年來大伙房涵養(yǎng)區(qū)內(nèi)河流綜合治理，其防洪和排澇能力農(nóng)村段均可達(dá)到10年一遇，縣城段達(dá)到50年一遇，因此其防洪和排澇能力指標(biāo)量化值均為1.0。而由于大伙房水庫生態(tài)調(diào)蓄作用，通過河道基本流量方法對其生態(tài)流量進(jìn)行分析，河道生態(tài)需水量可在豐水期滿足50%的保證率，因此其指標(biāo)量化為1.0，對于水質(zhì)指標(biāo)，通過對水質(zhì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在進(jìn)行水質(zhì)保護治理措施后區(qū)域河流水質(zhì)得到明顯改善，涵養(yǎng)區(qū)水質(zhì)總體可達(dá)到III類地表水標(biāo)準(zhǔn)，綜合量化值為1.0，河流生境主要表征為渠道化程度、彎曲程度以及護岸的形式，通過對大伙房涵養(yǎng)區(qū)河流進(jìn)行實地調(diào)查分析，綜合確定其河流生境量化指標(biāo)為1.0，在水生生物指標(biāo)量化中，考慮到水生生物種類恢復(fù)需要一個階段，通過對其水生生物進(jìn)行采樣分析，水生植物種群由4種植物組成，綜合分析其水生生物量化指標(biāo)為0.5。

表7 河流生態(tài)修復(fù)指標(biāo)權(quán)重量化結(jié)果

表8 大伙房涵養(yǎng)區(qū)河流生態(tài)修復(fù)評價指標(biāo)量化結(jié)果

圖5 大伙房涵養(yǎng)河流生態(tài)修復(fù)效果對比

5.3 綜合評價結(jié)果

在生態(tài)修復(fù)評價指標(biāo)權(quán)重設(shè)置及指標(biāo)量化基礎(chǔ)上，結(jié)合層次分析方法對大伙房水庫涵養(yǎng)區(qū)河流生態(tài)修復(fù)效果進(jìn)行綜合定量評價，結(jié)果見表9。生態(tài)修復(fù)效果前后對比如圖5所示。

從綜合評價結(jié)果可知，大伙房水庫涵養(yǎng)區(qū)河流生態(tài)修復(fù)綜合評價值為0.86，綜合評價最高值為1.0，可見大伙房水庫涵養(yǎng)區(qū)河流生態(tài)修復(fù)取得較好的效果，尤其是生態(tài)岸帶、生態(tài)濕地、生態(tài)封育以及水質(zhì)綜合保護措施的實施后，大伙房涵養(yǎng)區(qū)河流生態(tài)得到明顯修復(fù)，河流水質(zhì)從原來IV水提高到III類水質(zhì)，河流水生生物種類得到增加，河流生態(tài)功能逐步顯現(xiàn)。從大伙房涵養(yǎng)區(qū)河流生態(tài)修復(fù)前后效果對比可看出，采用生態(tài)修復(fù)措施后，河流生態(tài)功能得到明顯改善。

表9 大伙房水庫涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)修復(fù)評價結(jié)果

6 主要結(jié)論

(1)結(jié)合水面線演算結(jié)果，在1∶10000航拍圖上結(jié)合計算的水面線對設(shè)計洪水淹沒區(qū)域進(jìn)行繪制，參照上下游河道寬度以及堤防現(xiàn)狀淹沒區(qū)域，為河流生態(tài)修復(fù)治理邊界最優(yōu)方案。

(2)根據(jù)現(xiàn)有地形條件對生態(tài)帶進(jìn)行適宜寬度的布設(shè)，若現(xiàn)狀條件為山林地或村莊，需要對生態(tài)帶寬度進(jìn)行適當(dāng)減少，首先對喬木帶寬度進(jìn)行減少，其次為灌木帶。

(3)生態(tài)濕地布設(shè)時應(yīng)綜合考慮河大生態(tài)和周邊景觀的整體協(xié)調(diào)性，低矮灌木應(yīng)栽種在水岸兩邊，香蒲、蒲草等水生植物主要布設(shè)在濕地適宜水深區(qū)，可實現(xiàn)水質(zhì)凈化和生態(tài)的改善，其中香蒲、蒲草適宜水深0.3～0.6m。