高寒地區生態修復工程設計探討

喬 磊

（西藏自治區水利電力規劃勘測設計研究院，西藏 拉薩 850000）

黨的十八大以來，生態文明已成為“五位一體”的國家戰略目標中的重要內容，是實現人與自然和諧共處的核心，亦是人類文明發展的重要階段和必然趨勢。西藏自治區西部地區關于推進水生態文明建設的決定，確定了該區域生態文明建設的主要目標，即大力發展生態經濟，不斷優化生態環境，注重建設生態文化和加快推進制度創新。全力開展區域生態文明建設，充分展示西藏自治區西部地區科學發展之美、自然生態之美、人居環境之美和人文行為之美的戰略目標。水作為生態系統最活躍的控制性因素，推動著生態演變及社會發展，孕育了從原始到現代的各種文明，水生態保護工程的建設是生態文明的重要組成和基礎保障。加快推進生態修復工程的建設是貫徹落實十八大精神的重要舉措，是實現“和諧草原、美麗西藏”建設目標的重要保障，是更深層次、更高水平推動民生水利發展的重要實踐。

1 流域概況

1.1 自然概況

工程區位于西藏自治區西北部地區，屬高原亞寒帶季風半干旱氣候區，氣候具有氣壓低、輻射強、寒冷干燥、降水稀少等特點。多年平均氣溫0.1-2℃，極端最高氣溫20℃，極端最低氣溫為-35℃。流域內多年平均降水量150mm，降水集中在6-9月。徑流由地下水、冰雪融水及降水補給，多年平均年徑流量約1.56億m3，多年平均流量約4.95m3/s。年最大洪峰流量一般出現在7-8月，年最小流量發生在1-3月。初冰期為10月上旬，終冰期在次年的5月下旬，河流在冬季有封凍現象，全年除7、8月外都有霜凍。平均蒸發量在2274-2420mm，受西風環流影響，每年12月至次年10月出現大風，平均風速4.4m/s，最大風速30m/s。氣候引起的災害主要有：干旱、洪水、內澇、泥石流、風沙等。流域內植被稀疏，土壤屬山地灌叢草原土壤區，山體裸露，土地沙化嚴重。河床由沙卵石組成，河水含沙量大，水質較好。

1.2 水土流失現狀

流域內氣候寒冷干旱，植被稀疏，高山雪線上下及裸露的山頂上冰川、冰緣等凍融侵蝕強烈。山體中部坡度大，山坡上第四紀松散堆積層廣泛分布，草皮薄，凍融侵蝕和面狀、溝狀水力侵蝕嚴重。山體下部及河谷是沖洪積物匯集區，也是水力侵蝕的重要場所。項目區內大部分草場分布于河床一級階地上，雖然面積有限，但這是當地居民賴以生存的基本條件。流域主流搖擺不定，洪水沖毀草場，掏刷兩岸草場造成水土流失，嚴重威脅當地居民正常生活及生命財產安全。由于區內人口居住較集中，人為開發活動頻繁，草場過度放牧，自然災害的發生，致使草場退化，土地沙化，植被破壞嚴重，水土流失加劇。流域內植被覆蓋度較低，通過對小流域內各地塊的地貌部位、坡度、土壤、基巖、作物、林草覆蓋等因子進行綜合調查分析，項目區水土流失侵蝕模數為3000t/km2·a，項目區屬于省水土流失預防保護區，屬于中度侵蝕。

2 水土流失防治對策

項目區主要分布于流域兩岸地勢較為平坦的地帶；由于該區域海拔較高，生態環境相對脆弱，缺乏統一規劃與治理，加之人為活動的干擾，導致區域內生態環境存在不同程度的萎縮和退化，生物多樣性呈下降趨勢，局部地區趨向惡化；工程的建設不僅可以對流域部分區域進行整治，同時修復部分土地嚴重退化的區域，而且還將對部分呈退化趨勢的草場進行生態補水。

工程的建設是保護生態環境、建設美麗西藏的重要基礎；是完善落實區域水生態文明建設的需要；是建立西藏生態屏障的需要；是加強水生態修復的需要。

3 生態修復治理措施布設

根據對項目區水土流失現狀及水土流失成因分析，同時考慮到生態脆弱區盡量減少擾動范圍的情況下，本著預防為主、全面規劃、長效治理、抓水保重效益、突出重點、堅持可持續發展的原則。治理措施主要以工程、植物、封禁治理措施為主。土地嚴重退化區域進行工程措施和植物措施相結合的方式進行治理，土地有退化趨勢的區域進行工程補水措施進行修復。

3.1 工程治理措施

工程治理措施主要由1#灌溉區、2#灌溉區和護岸工程組成。1#灌溉區為項目工程區左岸部分，因跨河大橋和道路的修建使項目區左岸部分汊流和地下水被道路阻斷和改道，靠道路側下游部分草場嚴重退化和沙化，考慮在靠道路側上游1km處布置一座取水口和一條干渠對左岸進行水土保持林灌溉和部分草場生態補水；2#灌溉區為項目工程區右岸部分，因自然因素和人為因素的影響使項目區右岸部分汊流斷流，右岸部分草場呈退化趨勢，考慮在靠道路側下游3km處布置一座取水口和一條干渠對右岸草場進行生態補水；護岸工程為項目區水土保持林靠河岸部分，防止水土保持林被洪水沖刷。

工程總灌溉和生態補水面積為2983hm2，1#灌溉區干渠控灌面積439hm2（含水保林150hm2）；2#灌溉區干渠控灌面積2544hm2（生態補水區）；護岸工程1.2km。工程布置采用2座取水口、2條干渠、6條支渠的工程布局方案。

工程治理措施中灌溉區取水口均為低壩取水，共布置2座取水口，取水口由沖沙閘、進水閘、上下游翼墻等主要建筑物組成。沖沙閘結構型式為鋼筋混凝土結構，上游設防滲鋪蓋、擋墻，下游設護坦、海漫及擋墻；進水閘各設一孔，后接引水渠道。

干渠全長8.851km。其中1#干渠長3.283km，渠首設計引用流量0.13m3/s，采用低壩雍水取水方案，低壩長335m，高2m，設1孔沖砂閘，1孔進水閘，低壩與沖砂閘垂直布置，此位置已修建防洪工程，不再對河岸進行防護處理；2#干渠長5.568km，渠首設計引用流量0.58m3/s，采用低壩雍水取水方案，低壩長50m，高2.0m，設1孔沖砂閘，1孔進水閘，低壩與沖砂閘垂直布置，上下游護岸長130m。干渠設計斷面為混凝土矩形斷面，襯砌厚度18cm。

干渠沿線共計布設渠系建筑物33座，其中1#干渠布設16座，2#干渠布設17座。包括：節制閘9座、分水閘9座、退水閘2座、渠下涵4座、農橋9座。

灌區總體布置方案各干渠控灌面積及流量特性詳見表1。

表1 灌區總體布置方案干渠特性表

護岸工程是為保護水土保持林河岸免沖刷破壞，在水土保持林河岸設置護岸。堤線在布置時盡可能利用有利地形，修筑在土質比較穩定的灘岸上，留有適當寬度的內陸灘涂有利于防汛搶險和工程管理；盡量利用河道的天然節點，避免強行改變河道河勢。

3.2 水土保持林治理措施

工程根據項目工程區實際情況及結合工程區現狀，選擇道路下游左岸草場退化和沙化區域作為水土保持林修復區域，水土保持林造林面積為150hm2。

造林密度：根據《水土保持林工程設計規范》（GB/T 51097-2015）及結合當地實際情況選擇3000株/hm2。

工程設計造林整地參照當地經驗及以盡可能保護原地表不被擾動的情況下，設置為穴狀整地，樹種選用當地鄉土樹種如班公柳，行距2米，株距1.5m。樹坑為圓形穴狀，穴徑0.4m，深0.4m；開挖樹坑時將表土（淺層土）放成一堆，將心土（深層土）另外放成一堆，不要將表土和心土混放，為以后的栽植作好填土準備。樹坑挖好后，先將基肥放在樹坑的最下層，然后將表土碾碎，平整、均勻地放在肥料上。樹苗放入后進行填埋，在培土到一半時，暫停培土，將樹苗稍微向上提一下，目的是防止樹苗窩根，影響成活和生長。提苗后，不要立即埋土，這時要將已埋的土向下踩實，目的是使樹苗的根須和土壤緊密接觸，盡快吸收水分和營養元素，以便扎根生長。然后將剩下的心土埋入，一直埋到與地面平齊，進行第二次踩實，目的是使樹苗樹干挺直，也使樹苗與土壤緊密結合，以防被風吹斜。［1］

按照“三分造、七分管”的理念，在工程運行期，安排人員對造林區域進行管護和撫育，管護撫育期為3年，管護人員為當地村民及城鎮居民。

造林完成的第二年至第三年，對植樹造林區進行適當的補植補造，補植補造株數按總造林株數的10%考慮。

3.3 封禁治理措施

結合高寒地區水土保持工程的成功經驗，對植物措施實施地區和現有林草覆蓋區域加強灌溉、撫育和圍網封禁是十分必要和有效的，由此可見，對于高寒干旱的項目區植樹種草的撫育管理工作更為重要。因此，工程設計在項目區內擬建的水土保持林實施封禁治理，以免除人為活動和牲畜的干擾，同時也方便管理。

3.3.1 圍欄設計。圍欄網設計以充分利用現有地形的陡坎等天然屏障，對封育周邊實行封閉，在道路岔口地段考慮到圍欄封禁圍欄的長期性和圍欄的堅固性，選擇以圓管+金屬網絲的工程圍欄。通過在地形圖上實際量算確定，共修建工程圍欄5414m。封禁圍欄高度1.8m，圍欄按每隔3m設一立柱，兩立柱間設9條Φ 4.0mm金屬絲橫線，橫線間距從上向下依次為20cm；為了加固橫線，在兩立柱間設49條豎線，豎線間距為6cm豎線也為Φ4.0mm金屬絲橫線。

3.3.2 立柱設計。立柱高2.1m，地下埋深0.3m，地上1.8m，立柱結構設計為Φ48×2.5圓管結構，每根立柱配4個連接附件。立柱根部布設0.25×0.25×0.4m的C25混凝土墩用于固定圍欄立柱。

3.3.3 標志牌設計。標志牌的作用：標志牌的作用在建設區域沿線醒目的地方，公示項目建設區域的范圍、措施內容、施工進度、注意要求等，具有宣傳作用。標志牌在水土保持林封禁治理區各設3處。

標志牌設計：標志牌擬采用鐵皮牌，鐵皮寬2m，高1m，兩端固定在圓管上，圓管下端澆注在混凝土內埋入地下。

4 工程建設效益分析

生態工程經濟效益分為直接效益和間接效益兩類；工程經分析項目區各項水土流失治理措施實施后，項目將每年為當地增加354.78萬的經濟收入（其中間接經濟收入為283.3萬元）。因此，項目實施后總的經濟效益累計達6386萬元，經濟效益顯著，但間接經濟效益遠大于直接經濟效益，主要為當地農牧民間接的增加經濟收入。

根據西藏自治區多年小流域綜合治理成果觀測分析，得出各項措施的蓄水定額和保土定額，再乘以各項措施的面積就可以計算出各項治理措施的蓄水保土效益。經計算，各項措施實施后全部發揮效益時每年的蓄水總量為195.4萬m3，保土總量為5.97萬t，平均土壤侵蝕模數也將由治理前的3000t/km2·a，降低到治理后的1000t/km2·a。

工程實施后生態效益明顯：一是通過生態修復，使草地面積增大；二是將減輕洪水流量和減緩地表徑流，增加常水流量；三是將提高林草覆蓋率，植被形成的天然綠色屏障，將降低雨水對地面的直接沖刷，土壤涵養水能力增強，水土流失將減輕，生態環境得到改善；四是經過良好的水土保持措施，將改善土壤的物理化學性質，土壤將變得通透，有機質將增加，土壤肥力增強，各項產值（農林牧）將增產增收；五是通過項目實施，將改善地面小氣候，流域內的濕度、氣溫、風力等發生的變化，縮小了氣溫日較差，降低了干旱、霜凍和風暴發生的頻率，改善了農業生產條件，改變了小流域小氣候；六是將有效治理水土流失，各項措施的合理布設，將降低土壤侵蝕模數，減輕水土流失，治理區水土流失程度降低，生態環境進入良性循環。保護了當地的自然資源，改善了生態環境，對水土流失區的經濟發展也將起到促進和保護作用。生態效益的不斷體現，將徹底改變流域內一遇暴雨就成災，經濟建設不能穩定發展的被動局面，使廣大干部群眾能夠安居樂業，為社會的穩定和發展起到良好的促進作用。［2］

項目區地處西藏自治區西部自然條件極為惡劣的藏西北高山地區，在世界屋脊喜馬拉雅山脈東坡腳下，干旱、高寒、土壤貧瘠等嚴酷的自然條件，使區內水土保持治理極為困難，尤其生物措施受到極大限制與挑戰。項目的成功實施將為我國高、寒、旱地區，海拔4200m以上青藏高原區，水土保持植物措施的應用提供經驗與探索，樹立樣板典型，起到示范推廣作用。對推動西藏自治區西部地區生態修復工作產生積極的影響。

5 結語

高寒地區生態修復工程的設計在一定程度上具有一定的困難度，畢竟高寒地區的自然條件和地質條件對工程的建設具有一定的制約因素。因此，在工程設計初期就要考慮到高寒地區生態的脆弱性，以盡量少擾動地表為原則進行工程方案的設計與生態修復措施的布設。高寒地區生態修復工程的成功案列較少，希望文章能夠給今后類似工程設計提供借鑒和幫助。