水庫壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究

王鵬 劉杰 趙通陽 雷雅凱 牛賀道 趙清賀

摘 要：河南出山店水庫壩址區(qū)是大壩工程建設(shè)的永久征地區(qū)，根據(jù)該區(qū)域的實(shí)際情況和特點(diǎn)，按照壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)的協(xié)調(diào)、功能復(fù)合、生境多樣、易于維護(hù)管養(yǎng)原則，采用物理手段和生物手段相結(jié)合的技術(shù)，綜合改良棄渣場土壤的入滲率和肥力;采用噴播類、加固填土類、鋪掛類3種生態(tài)護(hù)坡類型對工程邊坡進(jìn)行生態(tài)修復(fù);在壩后規(guī)劃一條生態(tài)水系，以調(diào)節(jié)水位、減輕水體泛鹽化、促進(jìn)水生態(tài)修復(fù);在壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)工程中融入水文化，重點(diǎn)打造映山泉、金沙湖、聚賢湖3處水文化節(jié)點(diǎn)，作為淮河水利工程的特色補(bǔ)充。生態(tài)修復(fù)有效防止了壩址區(qū)水土流失，鞏固了大壩主體工程的生態(tài)安全。

關(guān)鍵詞：壩址區(qū);生態(tài)修復(fù);技術(shù)體系;效果評價(jià);出山店水庫

中圖分類號：X171.4;TV213.4;TV697.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.01.017

引用格式：王鵬，劉杰，趙通陽，等.水庫壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].人民黃河，2021，43（1）：89-92，108.

Research on Key Technologies of Ecological Restoration in Dam Site Area

WANG Peng1， LIU Jie1， ZHAO Tongyang1， LEI Yakai2， NIU Hedao1， ZHAO Qinghe3

（1.Henan Water & Power Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000， China;

2.Henan Agricultural University， Zhengzhou 450016， China; 3.Henan University， Kaifeng 475004， China）

Abstract：The dam site area of Chushandian Reservoir in Henan Province is a permanent land acquisition area for dam project construction. The paper targeted at the ecological restoration of the dam site area of Chushandian based on some principles including coordination of ecological restoration in the area， function composite， habitat diversity and easy maintenance and management. The ecological restoration adopted physical technology and biological technology， improving soil infiltration rate and fertility in slag dump site comprehensively. Three ecological slope protection types， which consisted of spraying seed， reinforcing fill and hanging slop， were adopted in ecological restoration of slope project; meanwhile， an ecological drainage system was planned to adjust the water level behind the dam and weak water bodies was desalinated to enhance water ecology self-remediation. Water culture was also integrated into ecological restoration project in the dam site area， placing importance on three water culture nodes comprising Yingshan Spring， Jinsha Lake and Juxian Lake to add features to Huaihe water conservancy project. The ecological restoration of the dam site area has efficiently prevented the soil and water loss and consolidated the ecological safety of the main dam project.

Key words： dam site area; ecological restoration; technological system; effect evaluation; Chushandian Reservoir

1 研究背景

國外對水庫壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)的研究和實(shí)踐始于20世紀(jì)70年代，技術(shù)上主要采取景觀化設(shè)計(jì)思路，融入地域文化，將水庫壩址區(qū)規(guī)劃實(shí)施為水利工程的參觀游覽服務(wù)區(qū)。如日本Minamiaiki大壩和美國胡佛大壩將壩址區(qū)作為工程建設(shè)紀(jì)念公園，設(shè)計(jì)了大量情景雕塑以展示水利工程文化。隨著現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到水利水電工程擾動區(qū)生態(tài)修復(fù)工作的重要性，國內(nèi)以水利水電工程邊坡修復(fù)為切入點(diǎn)，進(jìn)行了大量實(shí)踐和研究。

河南出山店水庫工程是國務(wù)院確定的172項(xiàng)重大水利工程之一，也是淮河干流唯一一座大（Ⅰ）型水庫，總庫容12.51億m3，最大壩高35.4 m，已于2019年5月開始蓄水，蓄水水面面積66 km2，屬于典型的平原型水庫。出山店水庫壩址區(qū)是大壩工程建設(shè)的永久征地區(qū)，也是保護(hù)和檢測大壩安全性的管理區(qū)域。大壩工程的施工建設(shè)和壩后棄土改變了壩址區(qū)的地形地貌，并對生態(tài)系統(tǒng)造成干擾。在出山店水庫壩址區(qū)開展生態(tài)修復(fù)是貫徹生態(tài)文明建設(shè)思想、踐行“綠水青山就是金山銀山”理念的重要舉措。

2 生態(tài)修復(fù)內(nèi)涵

生態(tài)修復(fù)是在生態(tài)學(xué)原理指導(dǎo)下，以生物修復(fù)為基礎(chǔ)，結(jié)合植物、物理、化學(xué)以及工程技術(shù)措施，通過優(yōu)化組合，使生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到最佳效果的技術(shù)體系。本研究生態(tài)修復(fù)以植物修復(fù)為手段，構(gòu)建適合植物生長的水分、土壤、微生物等環(huán)境，修復(fù)水庫壩址區(qū)受損生境。水庫壩址區(qū)作為水庫工程建設(shè)的管理區(qū)域，具有水工建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能需求多樣、場地肌理受損嚴(yán)重、養(yǎng)護(hù)管理難度大等特點(diǎn)。基于此，壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)應(yīng)按照以下四項(xiàng)原則進(jìn)行。

（1）協(xié)調(diào)原則。壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)工程作為大壩主體工程的附屬工程，要在保證和維護(hù)水庫主體功能的前提下進(jìn)行建設(shè)，具體體現(xiàn)在安全、空間、管理3個(gè)方面。

（2）功能復(fù)合原則。水庫壩址區(qū)是各項(xiàng)水利工程設(shè)施和運(yùn)行管理設(shè)施的集中地，根據(jù)《水庫工程管理設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 106—2017），水庫壩址區(qū)建設(shè)需要滿足工程建設(shè)管理、運(yùn)行維護(hù)、交通、生態(tài)綠化等多種功能需求。

（3）生境多樣原則。生境多樣的目的是促進(jìn)生物多樣性，滿足生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。在壩址區(qū)應(yīng)突出強(qiáng)調(diào)恢復(fù)受損生境，結(jié)合場地土壤的特點(diǎn)采取適當(dāng)措施恢復(fù)受損土壤活力;盡量保留場地現(xiàn)狀植被，為各類動物、微生物創(chuàng)造多樣的生存環(huán)境。

（4）易于維護(hù)管養(yǎng)原則。壩址區(qū)水利系統(tǒng)功能多樣，占地面積大，運(yùn)行期維護(hù)管養(yǎng)難度大。生態(tài)修復(fù)工程應(yīng)在交通系統(tǒng)、澆灌系統(tǒng)、苗木選擇、自動化檢測等方面統(tǒng)籌規(guī)劃。

3 生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 棄渣場生態(tài)修復(fù)技術(shù)

水庫大壩基礎(chǔ)開挖、主體澆筑、輸水洞、電站等工程建設(shè)產(chǎn)生了大量工程棄渣。棄渣是由石渣和心土組成的混合物，土壤物理結(jié)構(gòu)不良，有機(jī)質(zhì)不足，pH值不穩(wěn)定。棄渣場區(qū)植被生長困難，需采取土壤檢測、評估和改良措施，促進(jìn)植被健康生長。

3.2 工程邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)

大壩工程兩側(cè)壩頭多與巖石連接，工程邊坡多且陡，坡比多為1∶2～1∶0.5，坡面陡則雨水徑流速度快，坡面自然風(fēng)化土壤顆粒很難留存;坡面保水功能差，含有的活化養(yǎng)分少，缺少植被生長所必需的土壤條件及養(yǎng)分條件，植被生存十分困難[1]。需在保證工程邊坡安全的前提下，結(jié)合生態(tài)護(hù)坡輔助植被生長。壩址區(qū)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)可分為噴播類生態(tài)護(hù)坡、加固填土類生態(tài)護(hù)坡、槽穴構(gòu)筑類生態(tài)護(hù)坡、鋪掛類生態(tài)護(hù)坡4類。

3.3 水生態(tài)營造技術(shù)

水是生物多樣性的基礎(chǔ)，大壩蓄水后，壩前將形成寬闊的水面，但是水庫大壩攔水，以及其基礎(chǔ)灌漿、截滲墻等防滲漏措施對壩后區(qū)域地下水位和地表水連通產(chǎn)生影響，在壩址區(qū)適當(dāng)營造良好水環(huán)境、改良土壤肌理、滿足植被澆灌需求是生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵。

（1）引入水源。結(jié)合電站尾水、生態(tài)基流或灌溉水工程為壩后區(qū)域預(yù)留水源，可利用大壩前后水位差形成自流水系和噴泉，經(jīng)巧妙設(shè)計(jì)后形成水庫壩址區(qū)水景觀特色。

（2）形成水系。在滿足植被澆灌的同時(shí)，營造溪流、濕地、島嶼、噴泉等多樣空間形態(tài)，結(jié)合多種生態(tài)護(hù)岸，打造水生態(tài)系統(tǒng)。具體宜采取“樹枝狀”“長藤結(jié)瓜”式水系結(jié)構(gòu)[2]。

3.4 水文化融入技術(shù)

水庫大壩工程具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和風(fēng)景優(yōu)勢，因此是水利工程建設(shè)成就的展示區(qū)、水生態(tài)文明的示范區(qū)、水文化傳播的平臺和水利科普教育的基地。在壩址區(qū)融入水文化，是對水利工程的特色補(bǔ)充，可以起到傳承地域文脈、豐富景觀內(nèi)涵、體現(xiàn)獨(dú)特魅力的作用。

（1）空間表達(dá)。壩頂是人們主要觀賞路線，俯視壩址區(qū)水面給人直觀爽朗的感受。壩后空間是壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)的核心部分，在壩后空間的平面形態(tài)上可采取“喝形”設(shè)計(jì)手法，如河南前坪水庫在壩后利用地形、水系、植被構(gòu)建“鳳形”空間肌理，展示“龍鳳呈祥”的文化特征。

（2）建筑雕塑表達(dá)。建筑雕塑是凝固的音樂，是文化表達(dá)最直觀的載體。在壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)過程中應(yīng)設(shè)置序列建筑小品和雕塑小品，如小浪底水庫壩址區(qū)將施工機(jī)械用于工程紀(jì)念展示，并設(shè)置三角雕塑以紀(jì)念建管方、施工方、設(shè)計(jì)方為工程建設(shè)作出的貢獻(xiàn)。

3.5 效果評價(jià)技術(shù)

生物多樣性評估是壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)工程效果評價(jià)的重要手段，通常采取比利時(shí)學(xué)者Hermy & Cornelis構(gòu)建的生物多樣性評估方法，從生境多樣性和物種多樣性兩方面進(jìn)行評估。

生境指各類生物生存的環(huán)境，其多樣性評估首先在生態(tài)修復(fù)評估區(qū)篩選點(diǎn)、線、面3種類型的生境單元，如點(diǎn)狀生境單元有水池、橋梁建筑物等，線狀生境單元有道路、水系、圍墻等，面狀生境單元有自然林、草地、護(hù)坡等;然后結(jié)合地理信息系統(tǒng)，計(jì)算出面狀要素的面積、線狀要素的長度和點(diǎn)狀要素的數(shù)量，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出生境單元的總面積、長度或數(shù)量占生態(tài)修復(fù)評估區(qū)的比例，使用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）計(jì)算生境單元的多樣性[3]。

選取生態(tài)修復(fù)評估區(qū)內(nèi)典型物種群落進(jìn)行物種多樣性評估，如維管植物類、動物類多樣性評估。維管植物是生態(tài)修復(fù)區(qū)的主體，并為各類生物提供多樣生境，植物生長期很長，其多樣性評估可采取樣方檢測的方法，通過多樣性指數(shù)計(jì)算。動物類物種多樣性評估常以蝴蝶、鳥類、兩棲動物為典型物種，這些物種生命短暫，對生境變化敏感。動物物種取樣包括設(shè)陷阱和布網(wǎng)，將觀測到的物種與評估區(qū)周邊的物種進(jìn)行對比，從而計(jì)算其多樣性指標(biāo)[4]。

4 實(shí)例應(yīng)用

河南省出山店水庫位于河南省信陽市，控制流域面積2 900 km2。在該工程生態(tài)修復(fù)過程中，基于無人機(jī)航測、土壤與植被環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)，系統(tǒng)梳理壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)前的現(xiàn)狀問題并圖示化，針對不同問題，提出相應(yīng)的修復(fù)措施。

生態(tài)修復(fù)工程規(guī)劃總面積101 hm2，其中壩后修復(fù)區(qū)68 hm2、南壩頭修復(fù)區(qū)25 hm2、北壩頭修復(fù)區(qū)8 hm2。南壩頭是出山店水庫工程建設(shè)管理局所在地，交通最為便利，是大壩工程展示的集中區(qū)域;北壩頭建設(shè)有大型魚類增殖站，培育當(dāng)?shù)囟喾N魚類，具有典型的生態(tài)教育特色;壩后修復(fù)區(qū)呈帶狀，寬200 m，長3.5 km，是該修復(fù)工程的重點(diǎn)區(qū)域，見圖1。