黃壁莊水庫(kù)消落區(qū)現(xiàn)狀分析與治理措施研究

董文鵬

(河北省黃壁莊水庫(kù)事務(wù)中心，河北 石家莊 050224)

水庫(kù)消落區(qū)是水庫(kù)建成后蓄水運(yùn)行調(diào)度過(guò)程中周期性露出的條帶狀區(qū)域[1]。因水庫(kù)水位漲落頻繁，逆自然洪枯變化，故水庫(kù)消落區(qū)具有典型的淹水濕地特征。與國(guó)內(nèi)其他大型水庫(kù)消落區(qū)相比，受氣候和降水量以及人地矛盾突出、用水短缺、植被覆蓋周期較短等因素影響，河北省大型水庫(kù)消落區(qū)岸線環(huán)境與庫(kù)區(qū)水域和陸域環(huán)境不協(xié)調(diào)，生態(tài)脆弱，水土流失嚴(yán)重[2]，影響人居環(huán)境、庫(kù)岸穩(wěn)定性及臨水基礎(chǔ)設(shè)施安全，是水庫(kù)運(yùn)行后必須解決的主要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一。

1 黃壁莊水庫(kù)消落區(qū)概況

黃壁莊水庫(kù)是滹沱河干流上大(1)型水利樞紐工程，總庫(kù)容12.1億m3，是河北省石家莊市備用水源地。庫(kù)區(qū)位于石家莊市平山縣、靈壽縣和鹿泉區(qū)交界處，屬丘陵平原過(guò)渡區(qū)。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位125.84 m，正常蓄水位及征地高程為120 m，汛限水位115 m，建庫(kù)以來(lái)歷史最高洪水位122.97 m，移民高程125 m。以水庫(kù)征地高程120 m為消落區(qū)上限，以汛限水位115 m為下限，測(cè)算消落區(qū)面積為23.37 km2。其中，按行政區(qū)域分，平山縣庫(kù)區(qū)消落區(qū)面積約14.02 km2，靈壽縣消落區(qū)面積約5.38 km2，鹿泉區(qū)消落區(qū)面積約3.97 km2。

1.1 水文特征

黃壁莊庫(kù)區(qū)屬溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨熱同期，年平均氣溫12.7 ℃，年均降水量550 mm，年最大降水量1 097 mm，主要降水時(shí)間集中在7月下旬至8月上旬，主汛期明顯。年內(nèi)濕度變化不大，多年平均相對(duì)濕度55%～67%，夏季相對(duì)濕度較大，春秋較小[3]。

1.2 消落區(qū)陸域特點(diǎn)

黃壁莊水庫(kù)庫(kù)周地形地貌屬于山前丘陵，平均海拔120 m，西高東低，庫(kù)區(qū)兩岸不對(duì)稱，尤其是庫(kù)區(qū)左岸，主地勢(shì)溝壑密布、臺(tái)田交錯(cuò)、地貌破碎，有大面積庫(kù)灣和三角洲。消落區(qū)在蓄水前大部分是陸域，水庫(kù)左右岸主要地貌為灘地、岸坡、階地、陡岸、庫(kù)灣，庫(kù)區(qū)上下游主要為支流沖刷形成的濕地三角洲。受移民就近后靠安置影響，消落區(qū)人為活動(dòng)頻繁，沿岸分布有城鎮(zhèn)、企業(yè)、村莊與農(nóng)田、天然植被等。消落區(qū)高程115～120 m范圍內(nèi)土壤以壤土、冰磧泥礫土層、黃土狀壤土為主，高程114 m以下均為沖積的肥沃壤土，滹沱河與冶河沖積形成的濕地三角洲為肥沃壤土。消落區(qū)高程在118～120 m的邊坡為中陡坡，植被以喬灌草組合為主；高程在118 m以下的為中緩坡，植被以草叢為主。

1.3 黃壁莊水庫(kù)消落區(qū)形成及出露特點(diǎn)

黃壁莊水庫(kù)消落區(qū)的形成及出露主要受水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行影響。在保證防洪安全的前提下，以實(shí)現(xiàn)興利調(diào)度為原則，水庫(kù)承擔(dān)著生態(tài)補(bǔ)水、生活供水、灌溉、發(fā)電等任務(wù)。目前為保障庫(kù)岸耕地及交通等設(shè)施的安全，水庫(kù)運(yùn)行水位常年在120 m以下。根據(jù)1990—2020年水庫(kù)水位變化規(guī)律分析，消落區(qū)形成及出露特點(diǎn)如下：

(1)1月份前后一個(gè)月是高水位運(yùn)行期。此時(shí)無(wú)論豐、枯年份，庫(kù)水位均保持在年內(nèi)最高水位運(yùn)行，是水庫(kù)水位最高階段，庫(kù)水位可達(dá)120 m左右，消落區(qū)基本被淹沒(méi)，處于水域環(huán)境。

(2)2—5月份為水位緩慢下降期。此時(shí)入庫(kù)徑流較少，而灌溉、生態(tài)補(bǔ)水等不斷消耗水庫(kù)中蓄存的水量，致使水庫(kù)水位逐步下降，消落區(qū)逐漸出露。至5月時(shí)，水位降至年內(nèi)最低，甚至在112 m以下。

(3)5—6月份為水位持續(xù)下降期。此時(shí)為保證防洪安全，留足防洪庫(kù)容，水庫(kù)最高水位限制在115 m，消落區(qū)大部分出露。

(4)6—9月份為低水位運(yùn)行期。受前期大量用水消耗及汛期防洪影響，水位保持在112～115 m之間，消落區(qū)面積擴(kuò)展至最大。

(5)9—11月份為水位上升期。水庫(kù)在8月中旬以后開(kāi)始蓄水運(yùn)行，至11月時(shí)最高水位達(dá)119 m左右。此時(shí)消落區(qū)逐漸被淹沒(méi)。

受黃壁莊水庫(kù)上游無(wú)序攔水和徑流常年較少影響，即使在高水位運(yùn)行期，水庫(kù)水位達(dá)到119 m的天數(shù)也極少。例如，1990—2020年日庫(kù)水位數(shù)據(jù)樣本共11 320 d，通過(guò)函數(shù)計(jì)算，庫(kù)水位小于115 m的天數(shù)占比為52.08%(表1)。

表1 黃壁莊水庫(kù)不同水位時(shí)消落區(qū)出露天數(shù)

2 消落區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

2.1 水土環(huán)境狀況

黃壁莊水庫(kù)消落區(qū)隨庫(kù)水位的漲落而淹沒(méi)或出露，其土壤以壤土、冰磧泥礫土層、黃土狀壤土為主。其中，消落區(qū)灘地、岸坡受水位漲落、波浪及天然徑流沖刷土壤逐漸流失，基質(zhì)演變成裸露的基巖、卵石、砂石，土壤貧瘠，植被覆蓋度低且群落組成簡(jiǎn)單；消落區(qū)階地、三角洲及高程114 m以下灘地以沖積土為主，土壤肥沃，含水量高，濕生、半濕生植物群落多樣且覆蓋度高。消落區(qū)污染物主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)面源污染和農(nóng)村生活污水、垃圾。蓄水淹沒(méi)期間消落區(qū)的水、土環(huán)境相互影響，水土界面高濃度污染物向深水區(qū)滲透。出露期間的消落區(qū)主要受陸域地表徑流的影響，消落區(qū)土壤、植被吸收(吸附)或轉(zhuǎn)化來(lái)自陸域的污染物，未被消落區(qū)吸收或轉(zhuǎn)化的污染物在地表徑流的作用下進(jìn)入水域，緊鄰消落區(qū)的農(nóng)村集鎮(zhèn)的污染物也在地表徑流作用下直接排入水域。

根據(jù)水文、水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，黃壁莊水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)自2003年開(kāi)展，在氮、磷不參評(píng)時(shí)，2014年之前只有部分月份達(dá)到Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，2015—2016年全年大部分月份達(dá)到Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，2017—2019年全年均達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及以上，Ⅰ類水占比14%，Ⅱ類水占比86%；在氮、磷參評(píng)情況下，水質(zhì)常年較差。因此，黃壁莊水庫(kù)水質(zhì)存在的問(wèn)題主要為氮、磷超標(biāo)。

2.2 植物群落結(jié)構(gòu)特征

黃壁莊水庫(kù)水位季節(jié)性變化明顯，消落區(qū)從水面開(kāi)始依次向外擴(kuò)展為積水區(qū)、沼澤區(qū)和陸地區(qū)，地下水位和土壤含水量也依次降低，生境類型和植被同樣發(fā)生變化，由外向內(nèi)依次為陸生、濕生和水生植被類型。最外以禾本科草和蒿類植物為旱生優(yōu)勢(shì)種群，中間為苘麻和蒼耳等中生優(yōu)勢(shì)植物種群，再過(guò)渡到水稗、酸模葉蓼、蘆葦、荻等濕生植物種群，最內(nèi)則是扁稈藨草等水生植物種群，植物群落界線明顯，隨海拔表現(xiàn)出明顯的階梯式變化。經(jīng)初步調(diào)查，消落區(qū)植物群落類型見(jiàn)表2，區(qū)內(nèi)國(guó)家Ⅱ級(jí)保護(hù)植物野大豆種群分布廣，資源非常豐富。

表2 黃壁莊水庫(kù)消落區(qū)植物群落類型統(tǒng)計(jì)

3 消落區(qū)的主要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題

黃壁莊水庫(kù)消落區(qū)具有一定的特殊性，其面積大、范圍廣，涉及平山縣城區(qū)和57個(gè)后靠安置的移民村及庫(kù)區(qū)周邊三縣耕地，消落區(qū)受水庫(kù)水位漲落影響幅度大，出露時(shí)間為春末及整個(gè)夏季，庫(kù)周城鎮(zhèn)眾多、人口密集、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低，人為活動(dòng)對(duì)消落區(qū)的干擾逐年加重。消落區(qū)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題突出表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是消落區(qū)自身結(jié)構(gòu)和功能問(wèn)題，受水庫(kù)水位大幅度反季節(jié)漲落和庫(kù)區(qū)人類活動(dòng)的影響，消落區(qū)內(nèi)灘地及中緩岸坡植物種類少、群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，難以發(fā)揮固土護(hù)岸、環(huán)境凈化、提供生境等生態(tài)功能；二是消落區(qū)功能受限導(dǎo)致的水庫(kù)水環(huán)境安全及庫(kù)岸穩(wěn)定性等服務(wù)功能問(wèn)題。因此，急需采取必要的工程和保護(hù)措施恢復(fù)消落區(qū)植物群落結(jié)構(gòu)，維持消落區(qū)濕地環(huán)境類型的多樣性。

3.1 生態(tài)功能問(wèn)題

黃壁莊水庫(kù)已運(yùn)行60余年，消落區(qū)經(jīng)長(zhǎng)期自然演替形成了植被多樣且穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，這些植被具有固土護(hù)岸、凈化地表徑流、提供生境、構(gòu)成景觀等生態(tài)功能。消落區(qū)生態(tài)功能顯著削弱或喪失的主要影響因素集中表現(xiàn)在人為干擾嚴(yán)重、水位漲落頻繁和風(fēng)浪侵蝕等方面。近年來(lái)，在黃壁莊水庫(kù)消落區(qū)，當(dāng)?shù)卮迕袼絿鸀E墾的情況越發(fā)突出，以種植高粱、黏玉米、大豆及開(kāi)挖灘地種蓮藕等經(jīng)濟(jì)作物為主，開(kāi)墾面積均在千畝(1 hm2=15畝)以上，致使墾殖區(qū)域植物種類減少、群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，難以發(fā)揮原有植被固土護(hù)岸、凈化水質(zhì)、提供生境等生態(tài)功能，直接造成了消落區(qū)內(nèi)的水土流失。在田間管理經(jīng)濟(jì)作物時(shí)，施用的農(nóng)藥、化肥又會(huì)直接污染水庫(kù)水質(zhì)。

3.2 庫(kù)岸穩(wěn)定性問(wèn)題

消落區(qū)為水陸交錯(cuò)地帶，受雨洪徑流及風(fēng)浪侵蝕影響，長(zhǎng)年處于庫(kù)岸崩塌、滑坡的前緣，造成農(nóng)田損毀、水土流失、庫(kù)區(qū)淤積、水質(zhì)污染。黃壁莊水庫(kù)消落區(qū)塌岸段集中在水庫(kù)左岸，最高直立陡岸高度近10 m，坍塌的陡岸距離最近的村莊劉楊村僅25 m，沿岸移民村農(nóng)田緊靠岸邊。庫(kù)岸土層為紅土卵石和黃土狀壤土，受水力侵蝕，極易發(fā)生坍塌、滑坡。如2016年“7·19”洪水和2021年7月20—22日，受強(qiáng)降雨影響，消落區(qū)左岸王角至劉楊村庫(kù)岸線均出現(xiàn)了不同程度的坍塌，給庫(kù)岸附近人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和農(nóng)田、臨水基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)了實(shí)質(zhì)性損害。

4 治理措施研究

消落區(qū)類型劃分需要考慮諸多環(huán)境因子，如地貌、海拔、坡度、土壤、水淹時(shí)間、植被等，尤其是要優(yōu)先考慮對(duì)消落區(qū)生態(tài)環(huán)境影響較大的因子。根據(jù)黃壁莊水庫(kù)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，消落區(qū)類型應(yīng)以地貌為一級(jí)分類單元、水淹時(shí)間為二級(jí)分類單元、土壤質(zhì)地為三級(jí)分類單元進(jìn)行劃分，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)消落區(qū)不同情況實(shí)施生態(tài)修復(fù)工程，以維持水庫(kù)防洪庫(kù)容，保護(hù)庫(kù)岸農(nóng)田、基礎(chǔ)設(shè)施安全，維護(hù)岸線環(huán)境。

4.1 生態(tài)修復(fù)措施

消落區(qū)的生態(tài)恢復(fù)必須實(shí)行生態(tài)功能區(qū)人口退出機(jī)制，即有序推進(jìn)生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域、水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)、生態(tài)屏障區(qū)等重要生態(tài)功能區(qū)的人口退出機(jī)制[4]。在恢復(fù)治理中，要根據(jù)黃壁莊水庫(kù)消落區(qū)的地質(zhì)地貌、庫(kù)水淹沒(méi)規(guī)律、土壤特性及周邊環(huán)境等因素制定生態(tài)恢復(fù)措施。在消落區(qū)緩坡段，實(shí)施基于自然狀態(tài)的鄉(xiāng)土植物混播，構(gòu)建永久性自然植物群落。首先構(gòu)建先鋒植物群落，以保持水土、改良土壤，為植被恢復(fù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造有利條件。其植物配置與選擇應(yīng)遵循以下原則：一是因地制宜，參考周邊自然植物群落構(gòu)成，以恢復(fù)、擴(kuò)大周邊具有良好水土保持功能的鄉(xiāng)土植物為主，對(duì)特定區(qū)域可適當(dāng)采用非生物入侵性的觀賞植被；二是植物群落應(yīng)符合生物多樣性及生態(tài)位原理，物種間應(yīng)具有良好的共生性且能形成穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)，并能與周邊自然生態(tài)環(huán)境相融合。

4.2 工程修復(fù)措施

按照以防洪功能為主，生態(tài)環(huán)境保護(hù)優(yōu)先，保證防洪庫(kù)容和庫(kù)岸穩(wěn)定，促進(jìn)庫(kù)岸周邊城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的原則，工程修復(fù)措施應(yīng)在先行制定水庫(kù)岸線保護(hù)與利用控制規(guī)劃，建立水土流失綜合治理示范工程，研究與制定庫(kù)區(qū)生態(tài)補(bǔ)償政策和機(jī)制的基礎(chǔ)上進(jìn)行。目前可選擇的技術(shù)措施很多，如在中、陡岸坡段實(shí)施植被混凝土護(hù)坡、復(fù)合生物墊層+植物護(hù)坡等工程技術(shù)。工程措施基礎(chǔ)層主要用于岸坡穩(wěn)定處理，防止岸坡受風(fēng)浪長(zhǎng)期侵蝕產(chǎn)生塌岸造成水土流失，工程措施植被層用于穩(wěn)固庫(kù)岸、降解庫(kù)區(qū)面源污染、優(yōu)化庫(kù)區(qū)環(huán)境，其中植物種類的選擇是關(guān)鍵[5]。對(duì)毗鄰城鎮(zhèn)、人口居住密集的重要岸段和有安全防護(hù)需求的城鎮(zhèn)重要區(qū)域采取工程措施應(yīng)以改善生態(tài)環(huán)境和景觀為主。