高原地區河道型水庫多目標生態治理研究

練偉航，傅添方，宮鵬杰，陳永科

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣州 510635；2.廣東省第九批援藏工作隊，西藏 林芝 860003；3.廣東省水動力學應用研究重點實驗室，廣州 510635；4.河口水利技術國家地方聯合工程實驗室，廣州 510635；5.廣東白天鵝房地產開發有限公司，廣州 510000)

1 概述

水是生命之源、生產之要、生態之基。黨的十八大以來，以習近平總書記為核心的黨中央從實現中華民族永續發展的戰略高度，統籌推進水災害防治、水資源節約、水生態保護修復、水環境治理，提出“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路，確立起國家的“江河戰略”，為新時代治水提供了強大思想武器和科學行動指南。

河道型水庫是指在山溝或河流的狹口處建造攔河壩形成的人工湖泊，可起防洪、蓄水灌溉、供水、發電、養殖等作用。在高原地區，受先天條件、氣候變化和人類活動影響，此類湖泊水安全、水生態、水環境問題日益突出，亟待治理。扎搪魯措湖就是其中的典型水庫之一。

在治理思路方面，馬小霞基于我國典型高原湖泊生態退化現狀及主要原因，分析保護治理政策存在的問題與不足，提出創新保護治理的思考與建議[1]，谷唯實、侯長定、王麗華等基于云南高原湖泊現狀，提出生態保護為主的治理思路和對策[2-4]；在治理對策方面，劉長勇、王雪等對高原典型湖泊生態環境退化問題進行了具體分析，并提出了綜合治理措施[5-6]；在湖泊生態景觀方面，周煒華、劉曉林、劉福江等對濕地生態景觀的作用、設計、修復治理技術等開展相關研究[7-9]；在水庫泥沙淤積治理方面，唐海東、馮慧、張俊華等深入探討了小浪底水庫異重流排沙的實踐與效果[10-12]，程禹平等通過典型水庫的治理研究，提出水力排沙的具體措施和應用效果分析。前人的治理思路、研究成果和應用，為扎搪魯措湖的生態治理提供了良好的研究基礎。

2 湖泊概況

扎塘魯措湖位于青藏高原的魯朗河中下游，為魯朗國際小鎮風景區重點景觀，屬貫穿人工湖，壩址以上集水面積為382 km2，湖面正常水位面積為0.464 km2，呈不規則條狀，中部寬，兩頭尖，南北方向長度約為1.4 km，東西方向寬度約為0.5 km，湖區河岸邊坎高度約為0.3～0.8 m，左岸為已建漿砌石擋墻，右岸近溢流口處設有漿砌石導流墻，遠處為天然土質河岸邊坡；湖區正常水深約為0.8～1.2 m。入湖河道寬度約為8.4～114.7 m，平均比降約為14.9‰；出湖河道寬度約為12.4～26.8 m，平均比降約為4.33‰。

湖區上游河流兩岸山體上植被極不發育，種植土分布薄且不連續，植被稀少，巖石裸露，地下水極不發育，坡積粗粒土結構松散，由于海拔高，降雨集中，坡面沖刷強烈，水土流失較嚴重。洪水期爆發山洪及泥石流等水土流失嚴重，魯朗河及其支流水體夾帶泥砂入湖，而現狀湖區未設置防砂、排砂設施，只能任其由輕淤向重淤發展，導致湖區泥砂淤積(見圖1)、庫容減小、水質變差等現象日趨嚴重。2016—2019年入庫泥砂總量約為118.78萬m3，年均約為39.59萬m3，壩前至河道入湖口處泥砂淤積深度平均約為2.56 m。湖區豐水期水位平均抬高1.5～3.2 m，枯水期局部區域裸露淤積凸包，入湖處泥砂淤積形成沖積扇，兩岸邊坡沖刷導致垮塌等現象時?？梢姡瑥亩鴰硭踩[患，也嚴重影響了風景區的生態景觀和旅游效益。

圖1 湖區泥砂淤積現狀示意

3 治理思路

傳統的河湖治理方法，主要著眼于解決河湖防洪安全隱患，往往忽視了河湖水生態系統的自身需求。伴隨生態文明建設進程，河湖生態治理的概念應運而生，綜合了水質、水量、河道形態以及流域等的生態修復需求，相關技術及研究也有了長足進展。

扎塘魯措湖進口河段干支流交匯口處屬沖洪積層，經長年地表徑流水力侵蝕后，河谷地形屬“U”形河床，入湖后泄水主通道位于湖區左側河道，湖中及壩前區域因多年泥砂沉積形成長條形淤積帶?？紤]河道河勢、水沙條件、湖區現狀，結合河道防洪和湖區生態環境、旅游發展等需求，分區建立攔砂系統、排砂系統、生態護坡帶和生態濕地景觀區(見圖2)，形成自然恢復為主、人工干預為輔，整體性及系統性較強，滿足區域防洪、生態、水質、旅游等多目標協同治理需求的綜合治理方案。

圖2 扎塘魯措湖生態治理方案示意

4 治理方案

4.1 攔砂系統

谷坊作為一種人工與自然相耦合的工程措施，廣泛用于防治泥石流災害，具有抬高侵蝕基準、攔蓄泥沙、穩定溝道等作用。

考慮扎塘魯措湖淤積主要來源于上游河流洪水挾砂入湖，在入湖段呈階梯式布置兩座攔砂谷坊(由沉砂池、攔砂壩、海漫段及導流墻組成，見圖3)，作為湖區泥砂防治第一道措施，以初步攔蓄入庫卵石、礫塊、粗砂等，減少入湖泥砂含量，汛后可人工清淤沉砂池并轉運沉積物。

圖3 攔砂谷坊平面布置設計示意

4.2 排砂系統

水庫淤損庫容恢復，主要有機械清淤和水力排砂兩種方式。機械清淤可有效清除庫區底層固結淤積物。水力排砂則通過調水、導砂、排砂等系統設計及合理調度，充分利用水流自然之力，將新入庫和前期淤積泥砂輸移至下游河道，長期運用使庫區重建新的相對平衡，形成能將全年來砂排走的新河床，水庫便可長期保留大部分有效庫容。

針對扎塘魯措湖水力特性、淤積現狀、地形地貌等特征，設計由輸砂通道、導砂通道及沖砂閘組成的排砂系統。

4.2.1輸砂通道

分析湖區水下地形測量成果，可以看出水流動力軸線偏于湖區左側河道，從2#攔砂谷坊起，將主流方向長1 000 m、寬15 m的主河道清淤2.1 m后可塑造為湖區的輸砂通道(見圖4)。利用中、高洪水較強的挾砂能力，將經攔砂谷坊初步攔濾后的含砂洪水迅速輸往壩前，減少湖區中間地帶的泥砂沉積。輸砂通道充分發揮異重流排沙作用，可形成長期有效的水力輸砂減淤效應。

圖4 輸砂通道設計示意

4.2.2導砂通道

考慮壩前區域水流運動方向及泄洪沖砂要求，將壩前長80 m河道按清淤平均厚度3.6 m、河床坡度i=0.02設計為喇叭形導砂通道(見圖5)，在洪水期開閘泄洪沖砂時，引導來砂進入泄洪閘，隨洪水排入下游。

圖5 導砂通道設計示意

4.2.3沖砂閘

結合已建攔河壩、兩岸建筑物和天然地形地貌情況，在現有壩體兩側分別進行切割方形槽口新建兩座泄洪沖砂閘(見圖6)，閘室凈空尺寸為3.0 m×3.0 m，采用C25鋼筋砼結構。閘后設鋼筋砼結構消力池及鉛絲石籠海漫。經水力計算，30年一遇洪水條件下閘孔最大流速為3.69 m/s，大于閘前泥砂啟動流速，利于泄洪沖砂。

圖6 泄洪沖砂閘平面布置設計示意

4.3 生態護坡帶

扎搪魯措湖左岸為景區人文活動中心，湖區清淤整治后，左岸原有土質邊坡隨水位漲跌及水流沖刷，極易出現失穩滑塌帶來防洪安全隱患。

傳統河道治理中，岸坡防護更多考慮岸坡穩定性與河道防洪要求，采用漿砌塊石、干砌塊石或混凝土等剛性材料護坡，缺乏景觀性及對生態環境的保護。新興的植物與工程復合的生態護坡技術，利用植物與巖、土體的相互作用，組建工程和植物相結合的綜合護坡系統，使之既能滿足對邊坡表層穩定的要求，又能恢復被破壞的自然生態環境。

擬對湖區左岸550 m長堤岸采用網格生態護坡技術(見圖7)，在網格中栽種植物，形成網格與植物綜合護坡系統，兼顧岸坡穩定性、景觀性及生態性等多方面要求。

圖7 生態護坡帶設計示意

4.4 生態濕地景觀區

濕地是生態系統的重要組成部分，在保持生物多樣性、調節氣候、涵養水源以及凈化水質、蓄洪防旱上有重要的功能。在當下人們注重生活質量、熱愛旅游，同時追求對自然的崇尚、熱愛和回歸的情況下，濕地景觀已成為一大旅游熱點，為當地帶來良好的旅游經濟效益。

扎搪魯措湖在枯水期湖水位下降后，湖中淤積部位及湖左岸下游因泥沙淤積形成的河灘地均因地勢較高裸露湖面，可將兩片區域設計為濕地景觀(見圖8)。其中，湖中淤積帶以保持原生自然植被為主，輔以人工種植水生植物，打造自然濕地景觀；左岸下游河灘地則主要為人工種植水生植物為主的人工濕地景觀；同時沿湖中自然濕地區右側岸線清淤河床，塑造生態泄水渠，與自然濕地、人工濕地組合營造“草碧色，水綠波”的生態濕地景觀區。

圖8 生態濕地景觀區設計示意

5 結語

扎塘魯措湖因長年上游洪水挾砂入湖、缺乏排砂防淤功能而造成湖區嚴重淤積，破壞了原有良好的生態環境，亟需治理。本文因湖施策，因地制宜，以生態優先、綠色發展理念為指導，考慮河道河勢、水沙條件、湖區現狀，結合河道防洪和湖區生態環境、旅游發展等需求，提出水力排砂、生態護坡和生態景觀的綜合治理思路，形成自然恢復為主、人工干預為輔的多目標生態系統治理方案，結合后續綠色廊道、觀光棧橋建設，以實現水生態與水安全、水環境、水景觀和諧統一，協調發展的生態治理目標，描繪“河暢、水清、岸綠、景美”的美麗河湖生態畫卷。