白石水庫壩址區生態修復技術探析

劉連波

(北票市龍潭水利服務站，遼寧 朝陽 122126)

0 引 言

最早于1970s，國外學者就實踐研究了壩址區生態修復，按地域文化特色和景觀化設計思路，采用生態修復技術將水利工程規劃實施為參觀游覽區。隨著水生態文明建設的加快以及現代生態學的發展，生態修復水利工程擾動區的重要性逐漸引起人們的關注，以邊坡修復為切入點國內學者開展了大量的實踐研究。

白石水庫位于北票市大凌河干流上，也是該流域位移的大(1)型控制性工程，總庫容為16.45億m3。大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂長513m，最大壩高49.3m，壩頂高程▽134.3m，壩體分為32個壩段，編號為0#-31#壩段。設置引水發電壓力鋼管3條和二級城市取水管，泄洪排沙底孔12個、溢流表孔11個。壩址區屬于永久征地，施工建設、壩后棄土明顯改變了壩址區原有地貌形態，生態系統受到極為不利的影響。因此，為了加強庫區生態保護以及落實水生態文明建設，對白石水庫壩址區實行生態修復具有非常重要的意義。

1 壩址區生態修復的原則

生態修復是以生物修復基礎，綜合利用工程、植物、物理與化學措施，經優化設計實現生態最佳修復效果的技術體系[1]。本研究利用植物修復技術構建適合植物生長的土壤、水分和氣候環境，通過采取有效的技術措施修復受損的生境。水庫建設管理主要集中于壩址區，該區域通常存在場地肌理受損、建筑結構復雜、管養難度較大、功能需求多樣的特征。因此，必須遵循以下原則生態修復壩址區。

1)易于維護管養原則。水利系統管護難度高、占地范圍廣且系統功能多樣，應統籌規劃自動化監測、苗木選擇、澆灌系統、交通系統等科學實施生態修復工程。

2)生境多樣性原則。生境多樣主要是維持生態系統的良性循環，最大程度的修復生物多樣性。為了更好地恢復受損的生境以及土壤活力，必須充分考慮土壤特點采取有效的措施；同時，最大程度的維持現狀植被不變，提供多樣的生存環境滿足各類微生物、動物生長需求。

3)功能復合原則。水庫運行管理和各項基礎設施多集中于壩址區，結合設計規范要求壩址區建設仍需滿足生態綠化、運行維護、建設管理、交通運輸等功能需求。

4)協調原則。壩址區生態修復工程應以維護和保證水庫主體功能為基本條件，在實現主體工程管理、空間和安全等目標的情況下建設實施。

2 生態修復關鍵技術

2.1 棄渣場生態修復

一般地，水電站、輸水洞、主體澆筑和大壩基礎開挖等建設活動會產生大量的棄渣，其有機質含量低、pH值波動大且土壤結構不良。植被難以生長于棄渣場區，為了促進植被的健康生長需要采取土壤改良、評估、檢測等措施。

2.2 水文化融入

獨特的結構與風景是水庫大壩工程的明顯優勢，這也是傳播水文化、展示工程建設成果、科普水利知識、示范生態文明的重要區域[2]。融入水文化能夠發揮體現獨特魅力、豐富景觀內涵、傳承地域文化的功能，這也是補充工程特色的重要手段。

1)建筑雕塑表達。將序列雕塑或建筑小品設置于水庫壩址區，這是一種最直觀的文化表達載體，在生態修復過程中被譽為“凝固的音樂”。如，為紀念設計方、施工方、建管方對小浪底水庫建設做出的貢獻，在壩址區設置了用于紀念展示的三角雕塑和施工機械。

2)空間表達。水庫觀賞路線以壩頂為主，對整個壩址區俯視能夠帶來爽朗直觀的感受。所以，生態修復的重點位于壩后空間，在設計手法上可利用“喝形”的方法布設壩的后平面形態。例如，河南前坪水庫合理利用壩后的植被、水系、地形，充分展現了“鳳形”的空間特色。

2.3 水生態營造

水是維持生物多樣性的重要物資條件，蓄水后壩前形成的水面十分寬闊，但壩后區域地表水與地下水的連通易受水庫大壩攔水、截滲墻、基礎灌漿等防滲措施的影響，所以生態修復的關鍵是要滿足植被灌溉需求、改良土壤肌理以及營造良好的水環境，主要體現在：

1)形成水系。在負荷植被澆灌需求的情況下創造濕地、噴泉、細柳、島嶼等空間形態，利用多種生態護岸打造水生態系統，常見的水系結構有“長藤結瓜”式、“樹枝狀”等。

2)引入水源。壩后區域預留水源有生態基流、電站尾水或工程灌溉水，合理利用壩體前后水位差和科學的設計手段，可以將壩址區建成噴泉、自流水系等景觀特色區。

2.4 工程邊坡修復

大壩工程邊坡陡且多，坡比處于1∶2-1∶0.5范圍，徑流速度隨坡面坡度的增加而加快，該條件下很難留存坡面風化的土壤顆粒；坡面土壤的活化養分少、保水功能差，加之植被生長所需的養分及土壤條件的缺少，一般難以滿足植被生長需求。因此，在確保邊坡安全的基礎上應采取生態護坡，為植被生長創造有利條件。目前，實際工程中廣泛應用的邊坡生態修復技術有噴播類、鋪掛類、槽穴構筑類和加固填土類4種。

2.5 修復效果評價

科學評價壩址區生態修復效果的有效手段是生物多樣性評估，可以從物種與生境多樣性的角度利用Hermy & Cornelis所構建的方法進行評估[3]。在生態修復區評估生境多樣性時，要從面、線、點3種不同類型中合理篩選生境單元，如護坡、草皮、自然林等面狀，圍墻、水系、道路等線狀，橋梁建筑物、水池等點狀生境單元；然后利用地理信息系統計算點狀要素的數量、線狀要素的長度和面狀要素的面積，結合相關數據計算生境單元的數量、長度或總面積占整個修復區的比例，生境單元的多樣性利用多樣性指數(H＇)描述。

物種多樣性評價時要選擇生態修復區內的等典型物種群落，其中維管植物能夠提供適于各類生物生存的多樣生境，所以應作為評估的主體；針對生長期較長的植物，可以利用樣方檢測和多樣性指數計算的方法評估其多樣性。通常以兩棲動物、鳥類、蝴蝶等作為典型物種用以評估動物類物種多樣性。布網、設陷阱為比較常見的取樣方式，通過對比研究區周圍與觀測到的物種，可以合理計算多樣性指標[4]。

3 實例分析

白石水庫位于遼寧省北票市，是以城市供水、農田灌溉、防洪排澇為主，兼顧水產養殖、水利發電等綜合利用功能的大型水利樞紐，控制流域范圍17649km2。文章結合壩址區土壤特性、植被環境條件和實際檢測數據，對壩址區所存在的問題進行了全面梳理，并針對不同的問題提出行之有效的修復措施。

3.1 棄渣場修復技術

水庫壩址區生態修復的重要載體是土壤，其土質與生態群落的形成以及植被的生長直接相關。總體上，白石水庫壩址區土壤有場地原狀土、工程施工碾壓土和工程棄渣三類，棄渣來源于灌溉洞、泄洪道、壩體開挖和主副壩清基所產生的深層次地下廢土，棄渣場占地50.26hm2，棄渣量共132.4萬m3。棄渣改變了壩后區域的土壤性質和地形地貌，場地原狀土被全面覆蓋。此外，因施工營地建設、施工車輛碾壓等部分原狀土出現板結，并且質地黏重的原狀土根本無法滿足常規植被種植的要求。因此，必須全面調查土壤狀況合理的制定植被種植策略和土壤修復措施。

1)土壤狀況調查。考慮場區種植需求合理選擇58個樣本點，檢測壩址區的土壤狀況，對每個樣本點取50-60cm的沉積層和20-30cm的淋溶層2個中層樣土壤。然后借助Arc GIS軟件，利用反距離權重法和有機質含量、含鹽量、pH值、土壤入滲率等數據進行差值分析，從而獲取在空間分布上土壤理化性質特征。

2)修復措施。通過分析pH監測數據，確定壩址區局部偏堿性，而整體偏中性；結合含鹽量監測值，壩址區不存在鹽漬化土壤也就無需考慮植被耐鹽性；通過分析有機質含量值，確定壩址區土壤不利于植被生長，土層薄且肥力差。此外，壩址區多水稻土、清基土和渣土決定了土壤整體入滲率較低，為提高壩址區土壤肥力和入滲率應綜合采取生物技術、物理手段等。在原土中利用物理手段添加透氣透水性強、粒徑大的河沙，從而解決土壤易板結、黏度達的問題，利用充分腐熟的12-20cm厚有機介質增強土壤的透氣性和養分。采用微生物、菌根、蚯蚓等生物技術提供豐富的供植被生長的氮、磷等有機質，從而實現增加肥力、疏松土壤的目的，這種改良方法的效果持久，雖然見效慢但有利于促進生態系統良性循環。

3)種植措施。遵循適地適樹的原則，并結合壩址區土壤檢測成果篩選適宜的優勢種植品種。大范圍種植楓葉樹、杜鵑、梅類、碧桃、水杉等植物，可結合區域實際情況預留5處生境島，埋設10個檢測點重點檢測土壤呼吸、水溶性碳、生態氮和土壤酶等變化，對不同植物群落土壤環境以及不同土壤生境的動態變化趨勢進行預測分析。

3.2 工程邊坡修復技術

原為丘陵地的南壩頭區域集中分布有陡立的邊坡，多處工程邊坡因“三通一平”變的更加陡立。因此，必須全面考慮防護要求、土壤類型和坡比等因素，科學設計相應的護坡類型，如噴播類、鋪掛類和加固填土類護坡，具體如下：

1)鋪掛類護坡。該類護坡的坡比為1∶1.5，主要位于施工場地入口道路一側，覆蓋范圍約為2000m2。采用生態袋和椰纖毯兩種植生網絡直接鋪建于邊坡上，按20g/m2的播種量以實現快速復綠的目的，袋內草籽為20%紫穗槐+30%高羊茅+50%狗牙根。1a后，椰纖毯護坡植被生長茂密而生態袋護坡植被覆蓋率較低。

2)加固填土類護坡。該類護坡的坡比為1∶0.5，主要位于住宅樓附近，覆蓋范圍約為6000m2。首先，利用鋼筋和混凝土在坡面上澆筑成框格，再把能夠種植植物的生態袋鋪填至框格內，袋內草籽為20%早熟禾+30%高羊茅+50%狗牙根，以20g/m2的標準進行播種。1a后，由于難以留置雨水護坡頂部植被長勢較差，而底部植被生長較好。

3)噴掛類護坡。該類護坡的坡比為1∶1，主要位于南壩頭副壩山體鄰近交通道路的一側，覆蓋范圍約為3500m2，此處屬于巖質山體。先在防護段鋪設鋼筋網片和錨桿，再利用機械噴射的方式按20g/m2的播種量，向坡面均勻噴射種子與基質材料混合液，噴播草籽為20%紫穗槐+30%高羊茅+50%狗牙根。1a后植被長勢良好，生長茂密取得了良好的護坡效果。

3.3 水文化融入措施

白石水庫承擔著城市洪水、保護大凌河沿岸居民安全的任務，將水文化融入壩址區生態修復工程中，這是補充大凌河水利工程特色的重要體現。對此，應根據壩后水系特點和工程實際因地制宜的打造多處文化節點。

3.4 水生態修復技術

白石水庫具有蓄水面積大、壩頂低的明顯特征，水庫建設改變了區域小氣候，并在一定程度上增加了空氣濕度。水庫工程建設對壩址區的影響最為顯著，截滲墻、基礎灌漿等防滲漏措施和大壩攔河擋水，使得地下水補給方式、壩后水文條件和地下水位等發生明顯改變。現狀地外種植林帶替代了原壩址區堤內河床用地，改變了土地性質，大流量、高流速的集中泄水使得壩址區過流極不平衡。

結合壩址區復雜的水文條件規劃生態水系，以更好的實現水位調控和生態修復。根據大壩北側灌溉洞和壩址區地形條件，該工程設計一條長5km、蓄水規模18萬m3、水域面積20hm2的自流水系，與場地內零碎水系串聯并最終回流至大凌河主河道，利用景觀溢流堰攔蓄水流并作為種植工程的澆灌水源。景觀微地形沿水系兩側布設，中心水系匯流收集雨水，采用連續水流以減輕水體泛鹽化和土壤鹽堿化。

4 結 論

根據遼寧省“四水同治”的具體要求和白石水庫壩址區的特性，為貫徹落實生態文明建設的理念，綜合利用園林學、土壤學、生物學、水工學等學科技術實踐研究了生態修復工程的難點和實施要點。然后將主體工程水土保持治理措施與生態修復工程中的棄渣場地形整理、綠化種植、生態護岸、中心水系相結合，為鞏固提升主體工程生態安全和有效控制壩址區水土流失提供了技術保障。隨著各項措施功能效應的發揮，“生態壩址、美麗庫區”的效果逐漸顯現，為更好地檢驗其修復效果未來可以引入生物多樣性法加以評價。