小型梯級水電站減水河段生態修復技術研究

摘要：在小型梯級水電站建設和運營過程中，存在對河流截流、引水等措施，這些措施會導致下游河段的水量減少，河段的生物和生態多樣性會遭受破壞，為此研究小型梯級水電站減水河段生態修復技術。以某省小型梯級建成水電站為研究對象，統計現階段建成水電站的生態問題，多個流域梯級水電站存在減水河段，呈現河段干涸和下泄流量不足情況。針對水電站減水河段生態問題，以構建水體和陸地景觀兩個部分，提出減水河段生態修復技術。結果表明，研究技術在應用過程中，能夠對建成水電站的減水河段進行有效修復，使其平均水深有所改善。

關鍵詞：梯級水電站；減水河段；生態破壞；修復技術；河段健康

中圖分類號：X171.4 文獻標志碼：B

前言

國內的小型梯級水電站建設，大多在山區和丘陵地帶，為了獲取更多的水能資源，會對河流進行大規模的截流和引水，導致下游河段出現減水現象，不僅影響了河流本身的健康狀態，也對周邊生態系統和人類生活帶來了負面影響。因此，為了應對小型梯級水電站減水河段帶來的問題，設計并實施有效的生態修復技術，對于恢復河流生態健康、保障區域的可持續發展具有重要意義。目前，針對小型梯級水電站減水河段的生態修復技術被提出并付諸實踐，如基于補水的修復技術、利用植被的修復技術。其中，補水修復主要通過水電站運行策略的調整，以及人工補水措施的輔助，確保下游河段能夠維持一定的生態流量，但在人工輔助中主要以雨水收集、廢水再利用為措施，具有不確定性和穩定性，難以滿足長期生態需求。水生植被的修復技術，則通過種植適宜的水生植物，恢復河段植被覆蓋，以此提升水體自凈能力恢復，主要是針對河段水質的修復和治理。這種方式下容易受到外來物種入侵的威脅，且植被恢復后的維護管理成本較高。文章以此為研究目的，針對小型梯級水電站減水河段，提出生態修復技術的研究方案，為推動小型梯級水電站減水河段的可持續發展提供理論支持。

1工程案例

1.1區域概況

選擇某省小型梯級水電站為研究對象，該水電站所在縣區的地形為山地類型，山系呈東南一西北走向，且貫穿該省全境，整體地勢呈現西北高、東南低特征。區域內山巒重疊、嶺峻谷深、溝壑縱橫、谷道狹窄、坡陡流急、山多川少，山地占總面積的88.2%。

該地區為季風季候，有明顯的垂直變化，海拔較低地帶氣候溫和且濕潤，高山區域海拔高度較大，在1272～4608m之間，氣候較為嚴寒。受地區自然條件影響，為詳細分析小型梯級水電站的開發條件，對其地質地層進行描述，見表1。

根據表中內容所示，研究地區的地層地質構造情況較為復雜，以各時代地層為分類標準，地質構造穩定性具有差異性，其中，基巖穩定性差，中間發育階段相對穩定，表層受土體堆積影響，變化較大。

基于該縣區的自然概況，其地形的復雜程度以及山地的明顯特征，保證了小型梯級水電站的建設具有天然優勢。以現階段該縣區水電規劃現狀為基礎，分析其水電站建設以及河段生態環境情況。

1.2開發現狀

所選區域為該省水電發展最為密集的區域，也是該縣區人口集中居住地區，內水能資源較為豐富，隸屬長江源頭水，涵蓋流域總計43條，多年來水域平均流量為35.92億平方米。

在研究區域內已經建成的水電站，主要為引水式小型梯級水電站，且至少含有2個梯級數量。在建成的梯級水電站中，有河床裸露、河段斷流的問題，且減水河段基本在梯級級數較多的水電站。

一般情況下，引水式梯級水電站建立在山高坡陡的峽谷地區，其原生植被和生態環境較為良好，但在建成的水電站中，存在較多的生態環境問題，說明梯級水電站的建設對生態環境的影響已經突顯，出現了河段河床裸露問題，長期以往下去會影響生物多樣性和區域持續發展，需要設計一個有效的生態修復技術。

2修復技術

小型梯級水電站的建設形成了減水河段，由此對生態環境造成了非常嚴重的影響，為恢復減水河段生態系統，以該區域已經建成水電站為恢復示范工程，設計生態修復方案。為滿足河流生態調度準則，在實現區域經濟社會目標的前提下，保證梯級水電站充足的下泄水量以及河道的恢復。具體目標如下：

（1）水電站各級河段的水體健康循環；

（2）梯級河道生態系統健康；

（3）特色的河道景觀；

（4）河道具有親水性；

（5）河道生物多樣性；

（6）充足的下泄水量；

（7）最小水量保障；

（8）合理水文過程。

由于梯級水電站的建設，不僅為工業用電以及生活用電提供動力來源，更主要地是為周邊的工業和農業以及居民生活提供用水，當出現減水河段時，難以保證充沛的水量，為此，在進行生態修復時，除了滿足生態需求，還需保證水電站調度需求。

以設計的八個目標為基礎，通過生態措施恢復減少河道，最大程度地接近原始狀態，以此平衡人類對河道的需求，以及河道生態環境的持續性發展。分別從水體景觀和陸地景觀兩個方法，設計研究區域內梯級水電站減水河段的生態修復技術。

2.1水體景觀

該措施是一個綜合性的過程，涵蓋了多個方面，設計時既要考慮水體功能性、美觀性、生態性，也要確保水體景觀實用性，且不能再次對生態環境造成負擔。在設計水體景觀時，主要是在水體周圍布置合適植物，基于不同類型的水生植物，再建設與之相協調的水體景觀。以生態浮床技術為基礎，建立相應水體景觀，該技術為無土栽培技術，陸地上的植物也可以種植到水面上，不僅可以取得與陸地相仿的收獲量，也能夠與陸地景觀相匹配。考慮到研究區域內梯級水電站位于居民集中生活區，在打造水體景觀時要更加注重功能性，在設計過程中的主要考慮因素為：

（1）穩定性：主要是浮床位移動拼接形式，要避免山區內強風狀態下，拼接單元之間會產生撞擊，以此導致生態浮床的破壞；

（2）耐久性：包括植物的生存和繁殖時間，以及浮床材料的使用壽命；

（3）協調性：與周圍的景觀具有配合度，形成優美的景觀環境；

（4）經濟性：在達到設計要求的同時，保證投資最小化，以及區域內經濟的持續發展；

（5）后期維護：構建的浮床需便于后期的連接與維護。

通過上述給定的考慮因素，在達到生態浮床水面景觀時，不僅要保證觀賞性，也有保證經濟性，在選擇配置植物和浮床載體材料時，盡可能選擇所研究地區內自主生產，以及陸地上含有的植被。除此之外，為保證浮床的施工簡易程度和后期維護，此次以可移動性和拼接浮床為主，可以保證人工施工時的快速拼接。

綜合研究區域內的氣候條件，目標植物為當地的陸生植物，包括美人蕉、千屈菜、蘆葦等，由于陸生植物的根系較為發達，當形成大面積景觀時，可以吸附水體內的藻類生物，以及降解水體中的有機污染物，甚至為創造經濟效益，還可以種植有機水生蔬菜，如水芹菜和香蒲。

根據選擇的陸生植物，通過對不同植物生長周期的分析，選擇高密度聚乙烯、聚酯纖維復合材質、聚丙烯、聚苯乙烯泡沫、硬質橡膠作為浮床材料，浮床的連接采用耐腐蝕繩索。而植物的生長周期決定了浮床的種植槽深度，不同植物的種植需求，不僅會影響浮床的結構、材料類型，還會影響種植槽深度，對選擇的幾組植物進行舉例說明，如下：

（1）美人蕉：選擇聚丙烯為制作材料，構建為長、寬、高為45～65 cm、35～45 cm、20～25cm的長方形浮床基本單元結構；

（2）千屈菜：將高密度聚乙烯作為制備材料，設計為長方形結構，長、寬、高尺寸為35～55 cm、25～35cm、15～20cm，額外設置固定帶；

（3）蘆葦：以聚酯纖維復合材質制作成長方形的浮床基本結構，長度為65～85cm、寬度為50～60cm、深度為25～35cm，浮床底部設置加強筋和根系生長空間，滿足根系發育；

（4）水芹菜：浮床基本結構多為長方形，長寬深分別為45～55cm、30～40cm、10～15cm，以輕質且浮力充足的聚苯乙烯泡沫為浮床材料，設計有水位調節孔和分割區，用于控制水位和多株種植；

（5）香蒲：采用防水且透氣的硬質橡膠作為浮床材料，構成圓形的浮床單元結構，直徑設計為35～45cm、深度為15～25cm，需設定透氣孔和固定架，保證植物根系的呼吸和穩定；

考慮生態浮床植物的生長特性，以設計標準在浮床單元結構中種植陸生植物，在確保植物分布均勻且生長良好的基礎上，將組裝好的生態浮床安裝到工程區域中，并固定在適當位置，定期檢查植物的生長情況。

2.2陸地景觀

陸地景觀構造中主要以保護河岸為基礎，保證減少河段的河岸與水體之間的水分調節，以往護岸工程主要采用硬性建材，雖具有較好的經濟性和安全性，但極大損害了生態功能。以再生式生態修復方法破除硬質岸面，根據研究地區梯級水電站所在河流的護岸功能，給出典型的護岸類型，見圖1。

如圖1所示，根據減水河段的梯度等級設置護岸形式，從低至高布置挺水植物，在岸邊形成多級人工濕地系統，呈現層層階梯式綠色景觀。以梯級水電站自身特點為依據，在現有的減水斷面處設置魚類洄游通道，不僅可以滿足人們隨時親水的要求，還能減緩河段的水土流失問題。

3效果分析

此次生態修復技術主要以建成水電站的減水河段為示范點，為驗證所研究技術的應用效果，對表2中涉及到的水電站運行情況進行分析，主要是針對減水河段的具體水力參數統計。

由于生態修復技術的應用是一個長期過程，在對所研究技術的應用效果分析時，需要借助實驗室平臺進行模擬，將設計的修復技術上傳至測試平臺，分別按照1年、2年和3年的運營標準，對設計的生態修復技術應用效果進行分析，結果見表2。

根據表中內容所示，在研究區域內小型梯級水電站的減水河段，未實施修復技術前，由于河流截流、引水等措施，導致周邊陸域植被破壞，土壤侵蝕加劇，野生動物棲息地喪失或縮小。減水河段水量減少，導致水流速度變化、水溫升高或降低，影響水生生物的生存條件。水質可能因電站運行產生的廢水、泥沙等污染物而惡化，影響水生生物的繁殖和生長。水質惡化，表現為溶解氧降低、營養鹽增加、重金屬污染等。

實施生態修復技術后，植被覆蓋率增加，土壤穩定性提高，為野生動物提供了更多的棲息地和食物來源。河岸恢復了綠色，植被茂盛，野生動物活動頻繁，生態多樣性得到提升。通過生態補水、水質凈化等措施，恢復了減水河段的水量和水質。水生生物的生存環境得到改善，促進了水生生物的繁殖和生長，生態系統穩定性提高。水體透明度提高，水質指標達到或優于相關環境標準。

為直觀感受所研究方法的應用效果，直接通過實驗室平臺獲取某水電站減水河段圖片，以及技術應用后的修復模擬圖像，見圖2。

如圖2所示，對設計技術模擬修復效果，能夠保證減水河段的水體得到恢復，改善下游河段減少情況，維護生物的多樣性，具有應用價值。

4結束語

針對小型梯級水電站建設與運營中不可避免的生態影響，特別是對下游河段水量減少及生物生態多樣性受損的嚴峻挑戰，此研究聚焦于減水河段的生態修復技術，以某省典型小型梯級水電站為例，深入剖析了當前存在的生態問題。通過構建水體與陸地景觀相融合的生態修復策略，成功探索出一套行之有效的技術體系。實踐驗證，該技術在實施后，顯著改善了減水河段的生態環境，具體表現為河段平均水深的有效提升，為水生生物提供了更為適宜的棲息環境，同時也促進了河流生態系統的逐步恢復與穩定。這一成果不僅為小型梯級水電站的可持續發展提供了技術支撐，也為類似生態修復項目提供了寶貴的參考與借鑒，強調了在能源開發與生態保護之間尋求平衡的重要性。