季節性河道生態治理模式與實踐

摘 要：針對現有季節性河道存在水資源短缺、季節性斷流、生態環境脆弱、暴雨季節易出現洪水肆虐等問題，以蘭州新區水阜河生態治理過程為研究對象，探索出了河湖岸水系聯通、流域生境重構的生態治理模式。水阜河治理前后水質、植被、水生動植物監測數據顯示：治理后水質由劣V類水改善為IV類水；岸坡植被錯落有致、物種類型增多，植被覆蓋率達到90%以上；水生動物生物多樣性及數量有了明顯上升。研究成果可為濕陷性黃土地區季節性流域生態治理提供參考，進一步助力實現黃河流域“水清岸綠、河暢景美”的水生態風景。

關鍵詞：季節性河道；柔性護坡；梯次種植；梯級調蓄池；水阜河

中圖分類號：X171.4 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標志碼：A

0 引 言

河道治理工程大多以河道行洪安全為主要目標，但同時也提出了修復生態環境的要求。對于實現河道的生態環境多樣化及可持續發展，還有很多問題需要解決，亟需探索出一種兼顧生態與防洪并重的季節性河道治理模式。我國在20世紀90年代開始對河道綜合治理進行探索。陳興茹[1]就國內外河流治理技術、河流評價及修復后評估等研究及典型案例做了介紹及分析，并對流域的修復治理重點工作內容進行展望。鄭天柱等[2]提出河流流量、含氧量、生物多樣性等指標是河流綜合治理的重點指標，并且對生物修復技術進行了剖析。楊文和等[3]在傳統治理河道理念的基礎上提出了和諧的新理念。王超等[4]提出了新的生態護坡形式及結構。詹衛華等[5]提出以“水資源節約、水環境保護、水安全維護、水文化弘揚、水制度保障”為主體框架的水生態文明建設“五位一體”系統布局。趙紅向[6]認為河流生態修復應包含生態護岸、水質改良、景觀建設三方面的協調統一治理。張怡等[7]提出將硬質河岸改造與富營養水體結合治理技術，水質得到改善，水生動植物多樣性增加，水體自凈能力增強。楊楓等[8]研究分析了滇池流域整個治理技術及過程，提出當前治理應統籌水資源、水環境、水生態治理，強化水體置換能力。袁和第等[9]以黃土高原丘陵小流域為例，總結了典型的水土流水治理模式，提出了黃土高原水土流失治理模式形成機制框架。曲偉等[10]總結了遙感技術在中小流域治理中的應用，并對中小流域治理遙感監測監管的全面業務化提出了建議。齊實等[11]梳理總結了國內外小流域的治理方案及過程，提出了我國小流域治理的新思路及規劃。

基于以上研究，本文以蘭州新區水阜河生態治理工程為研究對象，對治理前后的水質狀況、河岸植被類型、水生動植物含量進行監測分析，對水阜河流域的治理模式及治理效應進行分析研究，提出濕陷性黃土季節性河道的治理模式，為季節性流域的生態可持續發展治理提供參考。

1 治理區域概況

1.1 治理段概況

水阜河是蔡家河的一級支流，黃河的二級支流，屬季節性河道。治理河段總長5.7 km，生態河道長度4.6 km，河道周邊生態修復共計1 369畝，河道藍線寬100 m，深度為3 m，岸坡采用格賓石籠進行防護設計。河道水源主要通過上游中通道調蓄池流入與部分降雨，河道生境的破壞主要由于不合理開發及周邊污染物的排放。

河道季節性斷流、防洪體系缺乏、水污染嚴重、物種多樣性單一、生境破壞等是河道生態治理需要解決的問題。河道現狀為被濕陷性黃土填高，壓實度為0.7左右，結構脆弱，遇水極有可能出現沉降、塌坑、管涌等；周邊平整區域遇水易形成沖溝等安全問題；河道比降陡，過洪斷面不足，存在嚴重的防洪安全隱患；河道內存在“亂采、亂挖、亂推、亂倒、亂建”等現象，嚴重影響著河道的防洪能力，威脅河道行洪安全；河道周邊生態環境破壞嚴重。因此，急需提出一種新的治理模式。圖1為水阜河治理前河段狀況。

1.2 治理思路及目標

隨著黃河流域生態保護與高質量發展理念的提出，生態河流修復的重心，不再是僅關注河道水質、防洪排澇體系等比較單一功能的修復，而是同時兼顧水經濟、水資源、水文化、水景觀、水生態和水質等各方面的生態可持續發展新體系。

河道生態治理的主要目標是將部分斷流的水阜河支流水系聯通起來，以此修復整個流域生態環境。在保證防洪排澇安全的基礎上，構建岸坡穩固、泥沙攔蓄顯著、岸坡植被良好、水系聯通等可持續發展體系[12]。

2 季節性河道治理模式

根據季節性河道存在的問題，本次治理采取了河湖岸水系連通、岸坡生境重構協同治理的方式。針對河道斷流、濕陷性黃土塌陷問題，提出了梯級水池調蓄、方形連鎖磚、三角籠等柔性防護工程技術；針對河岸植被稀少且主要以耐旱型植被為主、水土流失嚴重等問題，提出了梯次種植方案，按照生存需水量大小梯次播撒種植；針對水生動植物稀少、多樣性差等問題，采取梯級水池調蓄、管道鋪設灌溉的方式進行治理。最終形成兼顧河道內外、河岸生境協調統一修復的治理技術。

2.1 河湖岸水系連通

原河道主要由寬窄不一、矮小破敗的渠道及部分土壩組成，存在嚴重的防洪安全隱患，同時上游雨季來水與城市雨水下泄后全部流入水阜河流域及周邊居民區、農田區，不僅造成財產損失、人身安全等問題，還浪費了大量水資源。因此，本設計將原部分河道平整壓實后修建三級調蓄水池，總庫容為26.5萬m3，各水池間通過小型溢流壩及溢洪道連通，形成池底高程差及水位差，減少土方工程量，后接生態河道（見圖2）。調蓄水池主要作用是將城市雨水及山洪水進行匯集儲蓄，凈化沉淀處理后用于下流生態河道生產需水及河岸修復用水。調蓄池設計尺寸見表1。其中，第一級水池為沉淀池，主要攔蓄上游泥沙，二、三級起到進一步凈化及調蓄作用。

（1）防洪方面。本次調蓄池在上游雨水中通道調蓄池基礎上修建，滿足20 a一遇洪水設計，100 a一遇校核洪水設計，將常用河道加寬加深防洪設計用水池寬度較大、流速小的特性進行代替，保障行洪安全的同時促進季節性河道的生境修復；池岸緩坡設計，選取40 cm厚、尺寸為80 mm×100 mm（格賓網格六邊形，寬×長）的生態格賓石籠分段襯砌，在避免下泄洪水沖刷損害的基礎上為濕生、半濕性植被提供生存條件。

（2）調沙方面。利用水池的高低落差及自身特性，使大量泥沙在第一級水池得到充分攔蓄，并定期清淤，同時通過對水草植被進行割除、增大水生生物含量等方式來避免出現富營養化問題。

（3）生態方面。通過溢流壩與埋設的下泄水流管道、階梯化與跌水工程設計，保障常流水狀況，形成一定的動態環境。

（4）地基處理方面。選用預浸水法與強夯法結合對地基基礎處理，池壁選用柔性護坡技術，保障地基穩定。溢流壩下游消能防沖段布置臺階式跌水，形成豎向跌水，跌水最后一級與下游池底平接，消除部分下泄能量，降低對壩體與下游設置的沖刷破壞。

2.2 濕陷性黃土河道柔性防護

河道斷面設計時，盡量使用生態型護岸材料，在提升河岸防洪性能的同時營造岸坡生態多樣性條件，并將河道設計為深淺變化，提升河道流速[13-15]。整體規劃設計時，河道寬深比與河道彎曲度設計同等重要。對于彎曲河道，在修復自然河道蜿蜒性的基礎上，進一步緩沖洪峰流量，控制流速，降低對護岸的沖刷，同時為魚類生存提供必要的生存環境與避風港。

相較于常用的梯形斷面設計，本次方案設計主要有以下特性：選取緩坡設計，為動植物提供基礎生態條件；增加河道泄洪橫斷面，保障行洪安全；方形連鎖磚設計，便于清理底泥并為浮游動植物提供生存空間；形成一定的水位差，保障河道水體的流動性特點；護坡采用三角籠設計（見圖3（a）），維系邊坡穩定的同時為矮小水生植被提供生存環境。

方形連鎖磚（護底）彌補了傳統底部混凝土澆筑缺乏生態性的不定，連鎖磚設計尺寸1 m×1 m×

0.1 m（見圖3（b）），依次鉚接形成穩定的常流水槽底部（20 m×0.8 m），每個邊角設計鉚接結構，可以與相鄰磚鏈接，保障整個底部的穩定性；同時在其中間預留4個大小一致的小方形空間，可以用于攔蓄定量泥沙及為動植物提供一定的生存環境；設計時各邊預留孔，后期通過柔性繩索進行連接。柔性骨架上層鋪設的土壤層為開展綠化處理提供有利條件，可改善河道兩岸生態環境、提高河道水體的自凈能力。

2.3 岸坡生境重構

原河岸流域植被稀少且品種單一，主要以抗干旱能力較強的雜草居多，環境單調且影響行洪通道，造成渠道排水困難。為解決這一問題，選取質量分數為30%的膨潤土及護岸專用基料進行河岸的生境重構[7]。為加快岸坡植被的生長與修復速率，安裝了噴灌系統，在調蓄池、生態河道兩側表面鋪設供水管道，草坪帶選取搖臂式噴頭，花灌木較多區域選取立桿式噴頭，鋪設管道長度共11.2 km，灌溉來水為調蓄池。選取三角籠作為河湖岸坡的護坡設計，施工成本低，因地制宜地選擇大石塊，不會對周圍環境以及水源等造成影響；中間預留多處孔口，做到護岸固坡的同時，可以有效防止滑坡、塌陷、不均勻沉降等災害，有效抵抗水土流失，水下的部分可以給水生動植物提供適宜的生存環境。

考慮到當地水資源緊缺，按照植被蓄水特性[16]，將其按照水生、濕生、半濕生、半干旱、干旱的生存特性布置種植方案（見表2）。該種植體系可以充分利用水資源、抑制水土流失、攔蓄岸坡雨水及其污染物，并在視覺上給人錯落有致，風景秀美的景觀盛宴。結合可自行調控的噴灌系統，不僅可以將水池中的水源進行循環利用，也加快了岸坡與水體間的流動，促進動植物的生長及環境的改善。

3 季節性河道生態治理實踐效應分析

為研究季節性河流調蓄種植方案的治理效果，對已建的各級梯級水池及生態河道段進行了水質監測與動植物采集調查，頻度為每月一次，共進行了一年的監測，4個監測點位分別為1#、2#、3#各級調蓄池及生態河道。監測方法及標準按照《淡水生物資源調查技術規范》、水質監測方法及相關標準進行。

3.1 水質提升效果分析

水阜河生態治理工程投入運行二年后，河道內部水環境得到極大改善，河岸植被物種繁多且長勢極佳。治理前后水質指標分別見表3、表4。經梯級水池改善至生態河道處時水質由治理前的劣Ⅴ類提升為第IV類，治理后水質指標較原河道水質指標都有了一定量的遞減，表明治理效果較好。隨著梯級水池的層級沉淀進化處理，1#、2#之間改善量大于2#、3#與生態河道間的改善量，其中2#、3#水池水體指標及其動植物含量基本相一致。

水質改善的原因主要有以下3個方面：①供水條件得到改善，保障河道常流水狀況，解決了季節性斷流問題；②經調蓄池沉淀，將上游排洪攜帶泥沙及部分污染物進行攔蓄，同時投放動植物幼苗，進一步提升了水質；③采用生態修復技術，在減少大量的水土流失的同時增加了動植物多樣性，促進了河道多樣性。

3.2 河道生態效益分析

生態效益體現在水源涵養、水體保持、氣候調節、環境改善、空氣凈化等方面。水阜河治理前河道窄小、季節性斷流、水體污染嚴重、農田侵占嚴重及兩岸基本無植被覆蓋，河流景觀效果極差。治理后水體變為淺綠，河岸及水池岸坡植被覆蓋率大、種類多樣且具有梯級特性。后期監測中發現，湖水中有鴨子、飛鳥等在水池中成群低空飛翔與游動，湖中人工飼養投放的魚類、搖蚊、蜉蝣、橈足、輪蟲、湖球硯等動物數量都有了一定量的增加。同時水池中有肉眼可見的水草生長，發現了大量的綠藻、硅藻植物且其生長良好，一定程度上說明其水生系統能力恢復較好。治理后的河道現狀如圖3所示。

本次治理的主要目的是在防洪減災的基礎上進一步提升河道多樣性，推動兩岸經濟的生產與建設，是一項以社會效益為主的工程。工程正常運行期30 a，根據近年來洪水造成的損失估算，年綜合防洪效益預計可達3 600萬元。工程建設有助于增加和帶動就業，提升當地總體經濟水平，豐富精神文化生活等，社會效益明顯。所種植的苜蓿一年內可獲益66萬元，經初步估計總體經濟效益可達3 000萬元。

水阜河水生態綜合治理工程符合“山水林田湖草是一個生命共同體”的生態文明建設理念，改善了水阜河流域環境，形成了一條安全、生態、景觀美麗的河道。

3.3 運行管理維護建議

河流的長期發展，離不開合理的運行維護及居民的整體環保意識[17]。季節性流域的后期維護可以分為以下5點。第一，為保障下游用水充足及防洪安全問題，需計算好下游需水量及預留足夠的防洪體積并按照下游需求及時作出調整；第二，應檢測梯級水池水質和底泥狀況，了解水生動植物含量變化，制定相應的改善措施，開展清淤、除草等工作；第三，做好岸坡植被與灌溉系統的定期檢查與維護工作，保障其正常運行，避免出現破損及不可用等情況；第四，修復前期生境較差，特別對冬季時期需加強監測；第五，做好宣傳工作，提升居民環保意識，定期對河流狀況進行評估。

4 結束語

通過對水阜河生態治理項目的分析研究，提出了河湖岸水系聯通、流域生境重構的新型治理模式。不僅可以滿足防洪要求與下游生態河道水資源需求，還能夠促進水生動植物、岸坡植被的快速發展。主要結論如下。

（1）采用梯級水池設計、柔性護坡設計，分層級對上游來水進行沉淀、過濾及凈化，在一定程度上實現水資源可控化，攔蓄了一定量的泥沙，進一步減少了入黃河泥沙量，水質經過梯級水池凈化后各項指標得到有效改善，由原本的劣質Ⅴ類改善至Ⅳ類，水生物種生長繁殖情況較好。

（2）采取梯次岸坡種植方案，能夠在改善岸坡環境的同時節約水資源，也可形成錯落有致的風景。采用方形連鎖磚與三角籠設計，在保障其結構穩定性的同時預留部分小型空間，既能攔蓄一定量的泥沙，又為矮小動植物提供生存環境。

（3）本次項目生態修復1 369畝，減少了大量水體流失，種植苜蓿一年可獲益66萬元，梯級調蓄池設計，防洪效益預估可達3 600萬元，同時帶動了就業，促進了旅游業發展等，經濟效益預計可達3 000萬元。

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Seasonal River Ecological Management Model and Practice：A Case Study on Water Ecological Management Practice for Shuifu River

WANG Kaihong1，LIU Gang1，GONG Zhenjiang1，WANG Yanhu2，YANG Zhifa1，WANG Zhen1，FAN Xinjian2

（1. Lanzhou New District Water Management Investment Group Co.，Ltd.，Lanzhou" 730300，China；2. School of Energy and Power Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730000，China）

Abstract：The study aims to address problems faced with seasonal river channels such as water scarcity，seasonal zero flow，fragile ecosystems，and susceptibility to rampant flooding during heavy rainfall seasons. With the ecological management process of Shuifu River in Lanzhou New District as a case study，we have explored an ecological management model involving river and lake system connection and watershed habitat reconstruction. Monitoring data on water quality，vegetation，aquatic flora and fauna before and after the treatment of the Shuifu River reveals significant enhancements. To be specific，the water quality has been improved from Class V to Class IV；shoreline vegetation now displays a patchy distribution with an enriched variety of species and coverage over 90%；biodiversity and aquatic animal populations have risen significantly. The research results offer insights for the ecological management of seasonal watersheds in the humid loess area，and contribute to the vision of a water ecological landscape of the Yellow River Basin featured by clear waters，green banks，smooth rivers and captivating landscapes.

Key words：seasonal streams；flexible berms；terraced planting；terraced storage ponds；Shuifu River