大伙房水庫涵養區河流生態修復綜合措施示范及修復效果定量評價研究

孟祥軍

(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

1 概述

大伙房水庫承擔遼寧省7個城市生活用水的保障任務，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濟社會穩定具有重要意義，是區域內人民生活水平的提高和生態文明建設的重要保障舉措[1]。對于大伙房水源涵養區綜合治理措施的科學制定，對大伙房水源區生態修復治理盡早、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的防洪壓力，保障防洪安全的主要目標。但河道提防受洪水影響受損情況十分嚴重，造成的河道堤防災害損失較為嚴重，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量較多[3]。河道兩岸灘地生態植被較為稀疏，生態建設明顯滯后，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，河流內生物安全受到污水排放影響較為嚴重，河道內生物鏈發展不健康，流域生態環境變化趨勢逐步惡化。為保障大伙房入庫水質和上游生態環境，亟需對其上游涵養區流域進行生態修復[4]。河流生態修復是一項復雜的系統工程，目前國內的修復技術多種多樣，分類方法也有多種。20世紀90年代，我國開始了河流生態修復方面的研究[5- 12]，但針對水庫尤其是水源地涵養區河流生態修復措施的研究還較少，此外針對河流生態修復效果定量評價取得一定成果[13- 15]，但是大都考慮分析指標較少，需要一套綜合定量評價指標體系。為此本文在國內外河流生態修復技術調研的基礎上，以大伙房水庫涵養區為研究實例，建立生態岸帶、生態濕地、生態封育、河流水質保護四位一體的綜合防護體系，對其河流進行生態修復。此外，構建生態修復效果定量評價指標體系，提出生態修復效果綜合定量評估方法。研究成果對于其他水庫涵養區生態修復方式和效果定量評價具有示范作用。

2 大伙房水庫涵養區河流生態修復措施

針對大伙房水庫水源區中存在的主要生態環境問題，首先結合水文、水動力學模型，綜合確定大伙房水庫上游涵養區河源區及生態修復邊界。在河源區及生態修復邊界內，結合不同流域的水文、生態環境特點，針對河道地形、流域洪水特性、水文水質等復雜條件，對其生態岸帶實施修復；實施不同類型的濕地生態修復技術；結合河道生態封育、水質綜合保護(排污口治理、水庫漂浮物攔截體系)措施修復河流的生態功能。通過建立的生態修復效果綜合評價指標體系，對生態修復功能進行定量綜合評價，技術路線如圖1所示。

圖1 河流生態修復技術路線

3 評價指標體系構建

3.1 具體指標構建

生態修復效果評定指標體系涵蓋水利、水質、生態環境、水生生物、生態需水，并將5個一級指標在劃分為20個二級指標，各指標結構如圖2所示。

圖2 生態修復效果綜合定量評價指標體系

3.2 指標選擇及量化方法

3.2.1防洪、排澇指標

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

表1 河流生態評價水利功能指標

3.2.2水質評價指標

通過測定采用點水質濃度進行指標的量化，結合GB3838—2002《地表水環境質量標準》對不同水質指標進行對比分析，對河道生態修復效果定量評價指標的量化標準進行分析。針對常規測定的10項水質指標進行量化分析，各水質指標的量化標準見表2。

3.2.3河流生態環境評價指標

該指標是對河道自然特性進行評估，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。指標量化的具體標準見表3。

表2 生態修復效果水質評價指標量化標準 單位：mg/L

表3 河流生態環境評估指標量化標準

3.2.4水生生物指標

該指標是河道生態特征的重要評估指標。二級指標分別為水生動物、水生植物以及原生微生物量，評估指標量化標準為：對水生生物的種類數目、植物數目以及生物群落分布、原生微生物的數量進行量化，具體量化指標見表4。

表4 河流生態評價水生生物指標

3.2.5生態環境用水評估指標

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

表5 河流生態環境用水保障評估指標量化標準

4 生態修復具體措施

4.1 生態修復邊界確定

河道生態修復邊界線確定比較復雜，需綜合考慮現狀防洪工程、規劃防洪工程、河道管理現狀、洪峰流量、現狀河道開發利用程度等諸多因素。考慮本次河道生態修復邊界確定主要目的是為了確定生態林帶的種植邊界，故提出兩個方案進行比選。

方案一依據水面線計算成果，以河道大橫斷面為基礎，在1∶10000航拍圖上畫出不同河流的設計洪水淹沒線，現狀及規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設計標準的淹沒線，局部段根據河寬等因素適當調整。

方案二主要以河道橫斷面為計算依據，結合水面線演算結果，在1∶10000航拍圖上結合計算的水面線對設計洪水淹沒區域進行繪制，參照上下游河道寬度以及堤防現狀淹沒區域，確定河流生態修復治理的邊界。兩方案河流生態修復邊界寬度確定見表6。

表6 河道生態修復邊界計算結果

(續表)

方案一的優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一致，在河道治理邊界以外進行生態林帶種植，對河道治理邊界之間的河道灘地進行封育，使植被自然恢復，禁耕禁牧，有效的控制了農業生產和河道周邊群眾生活對河道水質的影響，能確保標準內洪水順利下泄，有利于大伙房水源區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，對沿河群眾的生產生活影響較大，而且每年均會發生較大一筆租地費用，實施起來壓力較大。

方案二的優點在于此方案確定的河道治理邊界少占沿河耕地，林帶建設也基本能起到保護水源的目的，節省了租地費用，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準進行控制，生態林帶種植在行洪區內，成林后對河道行洪可能也會產生一定的影響，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 河岸帶生態修復技術

對全河岸帶進行植物措施的生態帶修復建設，具體內容為：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，在其堤腳的迎水側進行灌木的栽種，按照河流水勢的行洪條件在其迎水側布設寬度為2～5m的灌木護岸帶，在堤防寬度允許的區域可對迎水灌木帶的寬度進行適當增加。

喬木背水帶：在堤防背水側進行喬木的栽種，背水側布設寬度為25m的喬木背水帶，使得河流生態防線恢復目標得到保障。

背水過渡帶：為避免喬木對農作物生產產生影響，在其喬木背水帶預留寬度為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定和生態效應的最優化，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，對其堤身進行防護。典型生態岸帶設計斷面如圖3所示。

4.3 生態濕地修復技術

在對防洪和河槽穩定不影響的前提下，對其生態濕地進行修復，對河槽灘地進行降灘的適當調整，并結合生態擋水堰對其水面進行擴寬治理，人為形成生態濕地。結合河道水位多年均值以及不同水生植物的生長特性，對生態濕地的適宜水位進行設計。在濕地內部區域應主要種植凈水植物，如水蔥和香蒲。而在外部區域的河槽兩側布設灌木帶和植物帶，并和河道整體景觀進行協調設計。其典型設計斷面如圖4所示。

4.4 生態封育修復措施

加強對現有荒林地封禁、灘地封閉保護的監督和管理，禁止對灘地類型進行破壞和改變，對處正常更新采伐外的林地破壞行為進行禁止，對已租用的土地進行前面封閉，采用圍欄進行隔離，嚴禁任何人員和家禽進入封育區域。對于靠近河道區域的未利用耕地鼓勵當地群眾調整農作物的種植結構，耕種對水土效應影響較小的經濟作物，控制污染水體的農藥、化肥進行河道內。

圖3 生態帶布置典型設計斷面示意圖

圖4 生態濕地布置典型設計斷面示意圖

5 生態修復效果定量評價

5.1 指標權重設定

在評價指標體系中，各指標對評估結果的影響程度不同，需對各指標權重進行設定，生態環境改善是河流生態修復的目標，河流生態修復要兼顧生態環境、水環境、防洪排澇、水生生物種類的修復，各指標權重量化結果見表7。

目前生態修復尚未發展成熟，主要采用專家判定方法對河流生態修復評價的一級指標進行設定，重點考慮河流生態功能，為此將河流水質和生態環境的權重分別設定為0.24和0.23，考慮水生生物群落的分布，將其權重設定為0.22，水利和生態需水量綜合權重分別設定為0.17和0.14，各二級指標主要根據對生態功能影響程度以及生態系統各項指標進行指標權重的均化分配。

5.2 指標量化結果

按照前面所述的指標量化分析方法，對大伙房涵養區河流生態修復評價的一級和二級指標進行量化分析，指標量化分析結果見表8。

從一級水利功能指標分析結果可知，通過近些年來大伙房涵養區內河流綜合治理，其防洪和排澇能力農村段均可達到10年一遇，縣城段達到50年一遇，因此其防洪和排澇能力指標量化值均為1.0。而由于大伙房水庫生態調蓄作用，通過河道基本流量方法對其生態流量進行分析，河道生態需水量可在豐水期滿足50%的保證率，因此其指標量化為1.0，對于水質指標，通過對水質采樣數據進行分析，在進行水質保護治理措施后區域河流水質得到明顯改善，涵養區水質總體可達到III類地表水標準，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，通過對大伙房涵養區河流進行實地調查分析，綜合確定其河流生境量化指標為1.0，在水生生物指標量化中，考慮到水生生物種類恢復需要一個階段，通過對其水生生物進行采樣分析，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為0.5。

表7 河流生態修復指標權重量化結果

表8 大伙房涵養區河流生態修復評價指標量化結果

圖5 大伙房涵養河流生態修復效果對比

5.3 綜合評價結果

在生態修復評價指標權重設置及指標量化基礎上，結合層次分析方法對大伙房水庫涵養區河流生態修復效果進行綜合定量評價，結果見表9。生態修復效果前后對比如圖5所示。

從綜合評價結果可知，大伙房水庫涵養區河流生態修復綜合評價值為0.86，綜合評價最高值為1.0，可見大伙房水庫涵養區河流生態修復取得較好的效果，尤其是生態岸帶、生態濕地、生態封育以及水質綜合保護措施的實施后，大伙房涵養區河流生態得到明顯修復，河流水質從原來IV水提高到III類水質，河流水生生物種類得到增加，河流生態功能逐步顯現。從大伙房涵養區河流生態修復前后效果對比可看出，采用生態修復措施后，河流生態功能得到明顯改善。

表9 大伙房水庫涵養區生態修復評價結果

6 主要結論

(1)結合水面線演算結果，在1∶10000航拍圖上結合計算的水面線對設計洪水淹沒區域進行繪制，參照上下游河道寬度以及堤防現狀淹沒區域，為河流生態修復治理邊界最優方案。

(2)根據現有地形條件對生態帶進行適宜寬度的布設，若現狀條件為山林地或村莊，需要對生態帶寬度進行適當減少，首先對喬木帶寬度進行減少，其次為灌木帶。

(3)生態濕地布設時應綜合考慮河大生態和周邊景觀的整體協調性，低矮灌木應栽種在水岸兩邊，香蒲、蒲草等水生植物主要布設在濕地適宜水深區，可實現水質凈化和生態的改善，其中香蒲、蒲草適宜水深0.3～0.6m。