漳河平原段生态修复模式的构建

2012-10-13侯思琰刘德文王洪翠

海河水利 2012年6期

侯思琰，刘德文，徐宁，石维，林超，王洪翠

（1.海河水利委员会水资源保护科研所，天津 300170；2.海河流域水资源保护局，天津 300170；3.海河流域水环境监测中心，天津 300170）

1 研究区域概况

漳河发源于太行山区，流域面积19 537 km2，流经山西、河南、河北三省，在河北省磁县与河南省安阳县交界处入岳城水库。岳城水库以下，漳河进入平原区，经河南省安阳县北部及河北省南部磁县、临漳、魏县、大名，于馆陶县徐万仓村入卫运河，河流全长460 km，其中岳城水库以下平原河段长117 km。20世纪五六十年代以来，漳河上游修建了大量的水库和引蓄水工程，引提水量剧增，漳河下游来水量骤减，长期的连续断流、干涸引发了非法采砂行为，更日益加重了河道沙化现象，对河道工程和河流生态环境造成了严重影响。

2 生态现状

2.1 水量及干涸情况

近年来，漳河平原河段过流多为岳城水库汛前弃水，集中于6、7月份。2006年4月，为缓解沧州地区旱情实施的引岳济沧输水使得河道全线过流。2007、2009、2010年3年漳河河道全年干涸。由表1可知，现状年岳城水库（漳河）及蔡小庄站实测年径流量和多年平均年径流量相比分别减少93.9%和80.2%。历史及现状水量年际变化对比分析，见表1。

表1 历史及现状水量年际变化对比分析

漳河平原段河流断流及干涸情况较为严重，2006—2010年平均断流358 d，平均干涸350 d，河流干涸将进一步造成流域景观与生物多样性丧失、生态环境恶化，进而对生态系统造成影响。漳河平原段河流断流情况，见表2。

表2 河流干涸断流情况调查

2.2 采砂现状及治理

由于漳河河道内长年断流，客观上便利了非法采砂活动，特别是临漳河段随处可见大大小小的砂堆和挖坑，有的靠近险工，有的挖破河槽。采砂使得河床破坏严重，影响河道来水走势，汛期中小来水易形成横流、险滩，对堤岸形成威胁；同时，非法采砂破坏河槽及河滩地的植被，使得砂石裸露，河道沙化进一步加重，风蚀周边农田土壤表层，造成土地生产力衰退。

近年来，主要采取以下措施打击漳河下游河道的非法采砂行为：在采砂活动频繁的临漳县成立了漳河全面禁采联合执法行动领导小组，制定了《漳河全面禁止采砂联合执法行动实施方案》，印发了《关于全面禁止漳河采砂保障漳河河道安全的通告》；通过开展专项整治和重点打击，与地方政府建立采砂执法协作机制；组织编制海河流域江河重要河道采砂管理规划，进行漳河采砂资源勘查与测量；2010年漳河采砂管理视频监控系统投入运行，可以实时了解漳河河道内采砂情况，进一步加强采砂监管和执法工作。这些措施很大程度上遏制了非法采砂现象，但个别砂场还存在私采、盗采行为现象。

3 生态修复目标与布局

3.1 修复目标

近期目标——绿色漳河：近期来看恢复河道生态水面可能性不大，通过以绿代水的方式，利用汛期弃水以及人工灌溉在漳河平原段多沙河道植树种草，选用适宜物种起到护堤固沙的作用，同时提高河道植被覆盖率，避免沙化河道产生次生环境问题。

中期目标——湿润漳河：通过小流量连续放水，使得漳河下游大部分断面保有一定水面，能维持较低级的水生生态，存在水生、湿生植物、两栖类动物等。

总体（最终）目标——流动漳河：考虑南水北调中线完成后置换部分生态用水下泄河道，使漳河平原河段长年保持一定生态基流，恢复其生态系统完整性和生物多样性。

3.2 布局

实现近期目标过程中，可根据河道土壤特性分段考虑其生态修复的布局及措施。漳河平原河道基本可以分成3段，第1段岳城水库至京广铁路桥段河床以砂卵石为主；第3段常马庄至徐万仓河床以沙壤土、黏土、壤土为主，植被覆盖率较好，这两段都不会因为河道干涸产生次生环境问题，故近期可以维持现状。第2段京广铁路桥至常马庄段，由于河床土壤特性主要为砂质，河流干涸造成河道进一步沙化，由此引发了一系列环境问题，应采取人工或自然方法对该河段进行生态修复。

4 生态需水量计算

4.1 满足近期目标的植被需水

根据防洪和护滩的不同需求，主河槽和滩地规划种植不同的植被。有经济价值的灌木沙棘种植在河滩至堤角间，以达到护滩和保护险工的目的；在主河槽种植土著种草本植物狗牙根，利用其生长及根系发展实现防风沙、固河床的效果，在汛期来临之前有草固滩，使河床相对稳定，减小产生横流的风险。

考虑到狗牙根、沙棘在各个月份的蒸散发量[1，2]（限量供水条件下）、漳河地区对植被生长有效的降雨量，得到不同典型年的各月需灌溉水量，乘以种植面积，计算出在不同典型年下的需水量见表3。

表3 研究河段乔灌木植被的需水量万m3

考虑到植被的覆盖度问题，当地表植被的覆盖度大于60%时，植被固沙的效果就很明显，此时植被的各月需水量以及年需水量见表4。考虑到蒸发渗漏损失需水量约0.2亿～0.5亿m3。

表4 河道植被60%覆盖度的需水量万m3

4.2 满足中期目标的生态需水量

R2C2ORSS法中的数据和田纳特（Tennant，D.L）野外试验统计数据中指出：对中型河流最小生态流量对应的平均水深约为0.3 m[3]。根据对漳河下游的考察可知，当河道水深在0.3 m的时候，植被生长旺盛，水草、藻类、水生微生物会大量地存在。

经过HEC-RAS软件模拟反复演算，可得出当岳城水库泄水量为2 m3/s时，漳河下游河道的平均水深达到0.38 m，12个断面有6个断面大于0.3m的水深。也就是说，漳河下游一半河道的断面水深大于0.3 m，这一流量能够为生物链底层生物提供栖息地，水生、湿生植物以及低等水生动物、两栖类动物可以生长和存活，进而实现生态修复的目的。下泄水量为2 m3/s时，漳河下游河道各断面的水面宽度、水深情况见表5。

表5 岳城水库一定下泄流量下的河道特性

在满足河流流量2.0 m3/s情况下，计算出的年水量为0.63亿m3。考虑到蒸发、降水和侧向渗漏水量，共损失约1.2 m3/s。由此计算出生态需水量1.0亿m3。

4.3 满足最终目标的生态需水量

有持续的基流，河流不断流是一个健康河流以及完整生态系统的基础。水是一个流域的血脉，是陆生生物和水生生物的纽带，为生物生长的各个阶段提供了获取资源和找到栖息地的通道。同时，河流的连续性也提高了生物生存的安全性。在有生态干扰时，可以帮助生物找到相似的栖息地以化解或者减少风险。对于漳河下游河段，持续的基流不仅仅提供对地下水的涵养，同时还可以通过促进河道以及河岸边植物的生长加强河床的稳定性。

根据《河流健康评估指标、方法与标准》[4]中分不同水期生态流量的评估标准，认为达到最终生态修复目标，漳河平原河段必须达到较为健康的水平，恢复其生态系统完整性和生物多样性，应有鱼类存活。漳河平原河段应长年保持一定生态基流，满足鱼类一般水期和鱼类产卵育幼期的水量要求。

考虑到漳河平原河段生态基流达到赋分80分的要求，即一般水期（10—3月）水量达到多年平均流量的20%、鱼类产卵育幼期（4—9月）达到多年平均流量的40%，由此计算出漳河平原河段（蔡小庄站代表）全年适宜径流量为1.21亿m3，蔡小庄站多年（1962—2010年）逐月平均流量见表6。考虑到蒸发、降水和侧向渗漏水量共损失0.6亿m3，岳城水库放水需要1.8亿m3。

表6 蔡小庄站多年逐月平均流量

5 生态修复措施

5.1 植物种植措施

保证漳河平原河段生态中、远期需水量需要巨大的输水量，近期很难保证稳定的水源。因此，现阶段应主要针对沙化河床、滩地进行固沙处理，即进行“以绿代水”型生态修复，构建草地生态系统。同类型沙化河道滩地进行固沙防风的研究表明，改善地表植被及土壤性质可以有效地控制风沙。通过对起沙风速、粗糙度大小等方面的研究可知，在固沙效果上，林地>荒草地>耕地>稀疏荒草地>河滩地。漳河下游河道滩地基本是植被覆盖率比较低的稀疏荒草地和河滩地，可以通过改变地表植被覆盖类型与密度达到固沙的目的[5]。

5.1.1 植物优化选种建议

治沙常用的高大乔木，适宜在水分条件好的轻沙质壤土上生长，在沙地上生长较差，同时这些树种蒸腾强度大，抗干旱抗风蚀、耐高温耐低湿的能力弱，再考虑到河道的行洪要求，是不宜使用的。可以综合利用灌木，草本植物和沙生植物在河道滩地进行播草盖沙。如，灌木可以选择沙地柏、黄刺玫、紫穗槐和珍珠梅等具有耐干旱、耐严寒、耐瘠薄、不择土壤、喜光等特点的品种；草本植物可以选择多年生、耐干旱、耐严寒、耐瘠薄和固沙能力强的马蔺、冰草、黑麦等品种混播，还可以选择花期较长且对土壤要求不严的波斯菊。另外，可以引种沙蒿一类的沙生植物[6]，这类植物主根短小、侧根非常发达，在地下交织成网，能增加土壤抗冲性并能很好地保蓄水分、固定沙丘，枝条被沙覆盖后可形成不定根，具有极强的抗旱、抗风沙性和耐贫瘠、寒、干旱、水湿、盐碱能力。

5.1.2 植被覆盖率要求与保障技术

在播草固沙的基础上，还要尽可能地提高植被覆盖率。根据研究，在漳河下游，河滩土植被覆盖率为30%时比裸露地表要减少风蚀量的18.97%～54.55%，覆盖率为60%时则要减少70.69%～80.0%。因此，应保证植被覆盖率在60%以上，对于土壤条件太差、采取各种措施都无法达到的至少要保证30%的覆盖率。

漳河下游土壤的抗风蚀能力很差，不可蚀的粗沙和砾石、黏粒中，砾石和粗沙含量几乎为零，黏粒含量不到40%，在干燥状态下最容易被风所吹蚀的纯净沙粒含量占了大部分。为此，可以使用客土，采取换土和表面覆土的形式加以改善。这种方法可以改变土壤组成，提高植被的成活率和覆盖率，实现固沙的目的。相关研究表明，客土地表植被覆盖率为30%时比裸露地表可减少风蚀量的34.55%～58.0%、覆盖率为60%时可减少70.48%～84.0%，固沙效率要高于原土[7]。这种做法成本比较高，不宜大量使用，可选择应用在土壤条件过差、植被成活率和覆盖率低的河段。另外，还可以采用农业上常用的高效激活剂、保水剂、地膜覆盖保墒等技术提高植被成活率，增加地表覆盖率。

5.1.3 管理建议

为了保证播草固沙的效果，还应加强管理，可从上游布设灌溉与排水管道或通过季节性放水，保证这一由灌木、草本植物和沙生植物形成的群落健康发展。

由于河道内长年无序开采沙石料，主河道分布着许多大小砂石坑。对于在河道河滩乱采沙石的现象，要加强管理，建立科学有序的采挖制度。对于被破坏河床要进行治理，由于砂坑边坡陡直，植被难以生长，根据植被生长及固沙要求进行平整和削缓坡处理。对于大的沙坑，可以进行蓄水，在一定程度上恢复河道内的湿地景观。

5.2 水库调节建议

在河道长期来水后，就会有细菌、藻类和植物的生长，河床的沙层上可以形成比较稳定的生物膜。该生物膜可以在一定程度上减小下渗损失，这是单次大流量放水所不能产生的效果。同时，该生物膜是处于食物链乃至生态系统最底层的物种，它的形成为水生态的自然恢复和修复提供了保障。

因此，建议水库小流量连续放水，改变水库放水年际分布和年内分布，将修复河流生态作为水库担负的供水任务之一：将每年汛前弃水分布在几个月进行，特别是在每年植物复苏发芽时应放水。发挥水量多年调节作用，丰水年在保证防洪情况下尽量少放水。低方案要求的放水量为0.2亿～0.5亿m3，可集中在汛前3个月内放水，以减少损失，增加河道过水量；中方案要求的放水量为1.0亿m3，可视河道生态需水情况分布，保证在6个月内河道过水；高方案要求的放水量为1.8亿m3，要长年过流。