遼河灘區(qū)生態(tài)治理技術(shù)的研究與實踐

孫 健

(遼寧天陽工程技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司，遼寧 沈陽 110003)

遼河流經(jīng)遼寧省境內(nèi)福德店-河口干流河道長度為538km，遼河干流河道內(nèi)河灘地面積(不含石佛寺水庫庫區(qū))124萬畝，其中國有耕地19萬畝、村集體耕地88萬畝、林地17萬畝[1]。2011年起，省政府對遼河干流主行洪區(qū)內(nèi)62.34萬畝河灘地退耕(林)還河，進行生態(tài)封育恢復(fù)與保護，其余未封育土地62萬畝，其中鐵嶺市域段現(xiàn)狀以林草地、旱田、魚塘及大棚為主，沈陽、鞍山市域段現(xiàn)狀以林草地、旱田、魚塘、大棚及部分區(qū)段沙化岸灘為主，盤錦市域段現(xiàn)狀以水田、魚塘、大棚及葦田灘區(qū)為主[2]。2020年，遼河干流灘區(qū)啟動封育工程，將遼河干流除12萬畝水田、2.5萬畝護堤林和防風(fēng)固沙林之外的48.19萬畝河灘地退耕(林)還河[3]。兩次封育共計110.53萬畝土地可自然恢復(fù)形成較穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，同時能對遼河干流水質(zhì)有較大的改善。其余灘區(qū)現(xiàn)狀為水質(zhì)污染較嚴(yán)重的支流河口區(qū)、土壤沙化灘區(qū)、坑塘區(qū)、人為擾動(破壞)難以自然恢復(fù)區(qū)等[4]。為此對于遼河灘區(qū)生態(tài)治理和修復(fù)逐步開展了研究[5-15]，但是遼河灘區(qū)類型較為復(fù)雜，需要針對不同類型灘區(qū)提出相適應(yīng)的生態(tài)治理技術(shù)，本文從遼河灘區(qū)生態(tài)現(xiàn)狀出發(fā)，研究其不同類型灘區(qū)的生態(tài)治理技術(shù)，建立了一套具有針對性和適應(yīng)性的灘區(qū)水生態(tài)治理技術(shù)體系，研究成果能夠為灘區(qū)居民生態(tài)修復(fù)實踐工作提供必要的指導(dǎo)和支持，在北方河流的水生態(tài)保護與修復(fù)工程中具有較廣的應(yīng)用前景。

1 遼河干流灘區(qū)封育情況及分區(qū)特點

截至2020年，經(jīng)兩次封育共計110.53萬畝土地可自然恢復(fù)形成較穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，同時能對遼河干流水質(zhì)有較大的改善。其余灘區(qū)現(xiàn)狀為水質(zhì)污染較嚴(yán)重的支流河口區(qū)、土壤沙化灘區(qū)、坑塘區(qū)、人為擾動(破壞)難以自然恢復(fù)區(qū)等。

1.1 支流河口區(qū)

遼河干流共有37條流域面積10km2以上的一級支流，其中鐵嶺市15條，沈陽市13條，盤錦市9條。自遼河保護區(qū)成立以來，37處支流河口中有19處已建成河口濕地，并已形成良好的河口生態(tài)系統(tǒng)。建成的河口濕地對進入遼河的水質(zhì)起到了一定的凈化作用，生物多樣性明顯改善，河口生態(tài)環(huán)境明顯提升。支流河口區(qū)灘地主要分布于沈陽及鞍山市段，其主要特點除存在灘面沙化、植被稀少的問題外，還受到支流來水影響，支流的農(nóng)業(yè)面源污染及污水排放對干流水質(zhì)及灘區(qū)環(huán)境造成了一定影響。

1.2 土壤沙化區(qū)

土壤沙化區(qū)主要分布在中游的沈陽、鞍山市段，其特點為遼河主槽兩側(cè)遍布裸露的白沙洲，灘面沙化嚴(yán)重，植被覆蓋率低。部分土質(zhì)較好的灘區(qū)植被稀少，生物多樣性水平低，缺少完整的灘區(qū)生態(tài)系統(tǒng)。

1.3 坑塘型灘區(qū)

坑塘區(qū)主要分布于遼河主河道兩側(cè)灘地上，該段灘區(qū)的坑塘多因遼河老河道而形成，干流改道后在灘區(qū)邊緣留下坑塘。該類型灘區(qū)土質(zhì)相對較好，植被覆蓋率相對較高，存在一定的灘地生態(tài)治理基礎(chǔ)。

1.4 人為擾動區(qū)

人為擾動區(qū)主要分布于遼河兩側(cè)灘地上，均為水產(chǎn)養(yǎng)殖與采砂留下的坑塘水面，以及人為活動而造成不易自然恢復(fù)的灘區(qū)。該類型灘區(qū)土質(zhì)相對較好，植被覆蓋率且較低，存在一定的灘地生態(tài)治理基礎(chǔ)。

遼河灘區(qū)生態(tài)修復(fù)工程針對灘地現(xiàn)狀為水質(zhì)污染較嚴(yán)重的支流河口區(qū)、土壤沙化灘區(qū)、坑塘區(qū)、人為擾動(破壞)難以自然恢復(fù)區(qū)及主體工程取土料場生態(tài)恢復(fù)區(qū)，按類型劃分為塘坑型9處，灘地型9處，河口型6處。

2 遼河灘區(qū)的生態(tài)治理技術(shù)體系

2.1 回水型濕地修復(fù)技術(shù)

2.1.1水位控制技術(shù)

擋水建筑物采用橡膠壩作為水位控制實驗，其優(yōu)勢在于枯水期和豐水期與河道天然條件具有相似性的特點，河槽水流流態(tài)不影響，不會影響河道橫向自然演變。河道汛期防護受塌壩影響程度較小，河槽受水流沖刷影響淤積量得到顯著減少。此外這種水位控制技術(shù)操作方便、性價比較高，且運行平穩(wěn)等優(yōu)勢明顯。

橡膠壩作為擋水建筑物經(jīng)論證比選主要可降低河道天然演變影響，防護安全得到有效保障，橡膠壩修建在其壩高高于灘地兩側(cè)約0.5m的主河槽內(nèi)，生物堰布設(shè)在高于兩側(cè)灘地約0.8m的區(qū)域，卡口預(yù)設(shè)在生物堰高于灘地的區(qū)域，當(dāng)流經(jīng)卡口的水量較小時逐步向下游濕地進行漫灘，部分水流受大洪水影響從頂部漫過壩頂，使得濕地水流壓力得到有效降低。

為了避免橡膠壩攔沙進入河道內(nèi)，降低橡膠壩受河槽擺動的安全影響，建議采用格賓或雷諾石籠等生態(tài)措施對橡膠壩上下游河槽兩側(cè)進行必要保護。在發(fā)揮工程效益的同時保持生態(tài)效應(yīng)。

2.1.2濕地植物布置技術(shù)

橡膠壩工程在具備條件處由內(nèi)向外依次布置植物形成生態(tài)水面，植物布設(shè)從內(nèi)向外分別為：水生、岸坡以及灘地植物帶。蘆葦、香蒲、水蔥等適宜水面栽種植物可對水質(zhì)進行凈化，草本植物帶在灘地與自然環(huán)境相銜接進行一定范圍的布設(shè)。

在河道行洪不受影響以及河槽變化較小的基礎(chǔ)上，對橡膠壩回水范圍內(nèi)水生生物適宜環(huán)境進行綜合分析，確定其生態(tài)適宜水深在0.3～0.55m范圍內(nèi)，植物措施不在主河槽范圍內(nèi)實施。寬而淺、水生植物叢生的濕地主要布設(shè)在內(nèi)側(cè)水深小于0.5m的岸線區(qū)域。蘆葦、香蒲、水蔥等水鋪設(shè)密度在0.5m×0.5m～0.6m×0.6m之間。回水面1.5m以內(nèi)范圍形成岸坡草本植物帶，可種植多年生挺水草本植物千屈菜，其栽植密度0.4m×0.4m。紫花苜蓿控制寬度5m在千屈菜外側(cè)進行播種。灘地現(xiàn)狀寬度大于5m的按照該寬度進行設(shè)計，低于該寬度的按照實際比例進行設(shè)計灘地草本植物帶。

2.2 灘涂型濕地修復(fù)技術(shù)

2.2.1水位控制技術(shù)

橡膠壩由于蓄水后其壩頂高程超過灘地高程平均值約0.5m，主槽的回水逐步向灘地兩側(cè)進行漫溢，河灘地具備建設(shè)涂型濕地條件的水深。溢流生物堰從橡膠壩中軸線向灘地兩側(cè)部分進行灘涂型人工濕地的渠首布設(shè)，生物堰頂部設(shè)計高程高于灘地現(xiàn)狀高程0.8m，溢流預(yù)留寬度為1m且保持在中部位置，現(xiàn)狀渠口高程高于0.5m的區(qū)域逐步向下游漫溢，第二座生物堰在渠首灘地400～500m的范圍內(nèi)進行修建，按照相同方式從上游至下游進行布設(shè)。在封閉區(qū)域及灘地范圍公路段進行上、下游生物堰的建設(shè)。生物堰設(shè)計寬度為高度分別為3m和0.5m，設(shè)計優(yōu)勢在于即可提高濕地蓄水量也可為后期交通提供便利。結(jié)合水生植物與水面進行生態(tài)融合的方式進行灘涂型濕地的生態(tài)設(shè)計。濕地水量將從預(yù)留豁口回流到河道主槽內(nèi)。

結(jié)合灘涂型濕地自然及地形條件，設(shè)置灘涂型濕地交通道路的設(shè)計原則，在其1050m的清障線內(nèi)設(shè)置人工濕地，小幅調(diào)整其灘地的變化范圍，根據(jù)相對低洼區(qū)域進行人工濕地的布設(shè)，合理減少人工濕地土方開挖量，對濕地生態(tài)小島進行合理優(yōu)化建設(shè)。

2.2.2濕地植物布置技術(shù)

灘涂型濕地由內(nèi)向外依次為：水生植物帶、岸坡草本植物帶、灘地草本植物帶。人工濕地生態(tài)建設(shè)，在不影響河道行洪的前提下，結(jié)合地形和水生植物生態(tài)習(xí)性，確定濕地設(shè)計水深0.3～0.5m，形成寬而淺、水生植物叢生的人工濕地。濕地內(nèi)栽植蘆葦、香蒲、水蔥等水生植物，香蒲、水蔥在蘆葦外側(cè)斑塊狀布置。蘆葦、水蔥栽植密度0.5m×0.5m，香蒲栽植密度0.6m×0.6m。人工濕地邊線以內(nèi)1.5m范圍，栽植千屈菜等多年生草本植物，形成岸坡草本植物帶。千屈菜栽植密度0.4m×0.4m。千屈菜外側(cè)(人工濕地邊線以外)種植紫花苜蓿，控制寬度5m，現(xiàn)狀灘地寬度超過5m的，按5m進行控制，小于5m寬的，按實際寬度進行控制，形成灘地草本植物帶。

2.3 支流河口型濕地修復(fù)技術(shù)

2.3.1水位控制技術(shù)

在壅水較高的支流布設(shè)擋水建筑物進行支流河口濕地水位控制，對兩側(cè)漫灘水流進行常規(guī)導(dǎo)流控制形成人工濕地。按照人工濕地面積、河流地形條件、水生態(tài)環(huán)境對擋水建筑物的阻水設(shè)施進行安全巡護管理。

各種建筑物各有優(yōu)勢和適用性，翻板閘方案能適用于較高的壅高水位，當(dāng)上游來水增加后，其擋水建筑物擋水量可實現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)，降低擋水建筑物調(diào)控措施下的影響，尤其是洪水量較大情況下，可有效攔截洪水量級，提高洪水資源利用率。在不影響河流過水能力的基礎(chǔ)上，保障河流輸水能力，提高水環(huán)境保護的力度，降低河道泥沙淤積量,適用于抬高水位較大的河口濕地建設(shè)。

插板閘方案構(gòu)造簡單，造價低，對河勢影響較小，不影響行洪，汛期需人工管理，適用于抬高水位較小的河口濕地建設(shè)。

格賓潛壩能增加水流寬度，減緩流速，增加水深，中大洪水漫壩。由于潛壩抬高河底，對防洪功能影響較大，本階段不推薦采用潛壩方案。

根據(jù)各支流河口地形地貌，濕地建設(shè)面積，景觀效果等因素初選濕地建設(shè)的擋水建筑物。主要采用翻板閘和插板閘方案。具體情況應(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)條件、運用管理、工程投資等進行經(jīng)濟技術(shù)比較，選擇擋水建筑物。

采用水利工程措施降低擋水建筑物對河道行洪能力和防護安全的綜合影響，在主槽范圍內(nèi)高于灘地0.5m的區(qū)域布設(shè)生態(tài)堰，其頂部高程高于兩側(cè)灘地約為0.6m，在其卡口處預(yù)留生態(tài)堰灘地。當(dāng)上游來水流經(jīng)過卡口水量較少時逐步向下游進行漫灘，大部分漫灘水量通過閘板下進行行洪，降低濕地的行洪壓力。

為降低河道內(nèi)的泥沙淤積量以及河道演變對其水工建筑物安全的影響，采用雷諾或格賓石籠對各建筑物的兩側(cè)河道進行安全防護，在發(fā)揮工程防洪效益同時提高水生植物的生態(tài)效益，提高區(qū)域濕地的水生態(tài)保護能力。

2.3.2濕地植物布置技術(shù)

在已具備的地形、地貌、土壤等條件區(qū)域，同時考慮行洪、浸沒安全及凈化水質(zhì)功能等，在河道采取建設(shè)擋水建筑物、土埂及降低灘地等工程措施形成人工濕地。根據(jù)水生植物生長習(xí)性，濕地布設(shè)水深適宜控制在0.5m以下。在濕地內(nèi)依次布設(shè)和種植蒲草、蘆葦和水蔥。

3 工程實踐

本文以支流河口型濕地修復(fù)技術(shù)作為具體實例分析其灘區(qū)生態(tài)治理技術(shù)。河口型灘區(qū)主要指遼河一級支流的匯合口灘地，此類灘區(qū)除存在沙化及生物多樣性的特點外，還受到支流水污染的影響。針對河口型灘區(qū)的特點，本次灘區(qū)治理采用河口水生植物栽植及固灘植物栽植的措施，降低支流水污染對遼河水質(zhì)的影響，改善河口生態(tài)環(huán)境。

3.1 平面設(shè)計

灘區(qū)治理總面積為32.4hm2，其中設(shè)計水面面積26.55hm2，栽植陸生植物1.5hm2，栽植水生植物4.35hm2，為方便灘區(qū)生態(tài)環(huán)境養(yǎng)護管理，鋪設(shè)砂石路1.16km。此外，為提高工程后期的安全性，在灘區(qū)南北兩側(cè)各設(shè)置1處安全警示牌。

3.2 豎向設(shè)計

坑塘整形以灘區(qū)非汛期的多年平均水位為準(zhǔn)，即常水位80.4m，整形處理地面高程為79.9m，控制常水位水深為0.5m，原有坑塘水深為0.7～2.0m。整形處理邊坡坡度為1∶5。

3.3 植物配置設(shè)計

根據(jù)原地形地貌及設(shè)計地形，為起到凈化作用改善水質(zhì)，在適宜水深處栽植荷花和菖蒲為主，水岸邊坡栽植千屈菜，增強護岸固坡作用，其余灘面以不擾動原地貌植被為主。灘區(qū)治理后，形成具有一定生態(tài)效果的植物群落，為野生動植物及魚類、鳥類提供一個的良好棲息地。

4 結(jié)論

(1)灘區(qū)生態(tài)治理工程設(shè)計要考慮地區(qū)土壤、氣候、水質(zhì)等因素，結(jié)合生態(tài)保護和改善水質(zhì)等要求，優(yōu)化治理方案，建議充分利用當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土樹種，且要選擇吸附水中富營養(yǎng)物質(zhì)能力較強的水生植物和能夠起到固灘沙化改善土壤結(jié)構(gòu)的低矮灌木和草種，并做到與周邊生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)友好發(fā)展。

(2)灘涂型濕地地勢較主河槽高、全部降灘工程量大，需要研究必要的表層擋水措施。坑塘型濕地自然高程較低，較易形成濕地水面，且易造成河道演變，建議工程實踐時對坑塘型濕地進行擋水建筑物蓄滿和河道演變的分析。

(3)充分考慮灘區(qū)整體系統(tǒng)的承載能力，在滿足行洪條件的要求下進行合理布局，且對灘區(qū)生態(tài)影響最小的治理綜合技術(shù)還有待研究。