大伙房水库涵养区河流生态修复综合措施示范及修复效果定量评价研究

2020-06-23孟祥军

水利规划与设计 2020年6期

孟祥军

(辽宁省锦州水文局，辽宁锦州 121000)

1 概述

大伙房水库承担辽宁省7个城市生活用水的保障任务，是约2300万人口的生活用水保障的重要水源，其水源保护对于辽宁省经济社会稳定具有重要意义，是区域内人民生活水平的提高和生态文明建设的重要保障举措[1]。对于大伙房水源涵养区综合治理措施的科学制定，对大伙房水源区生态修复治理尽早、尽快的全面实施具有十分重要的意义[2]。在2012年大伙房流域特大暴雨洪水中，水库通过蓄洪错峰措施极大缓解游抚顺地区的防洪压力，保障防洪安全的主要目标。但河道提防受洪水影响受损情况十分严重，造成的河道堤防灾害损失较为严重，洪水使得水库上游堤防水毁面积较大，护岸损坏及堤防决口数量较多[3]。河道两岸滩地生态植被较为稀疏，生态建设明显滞后，防洪堤防的林地面积较少，采砂影响造成河道沙坑及废弃的塘坝影响河道两岸的自然景观，河流内生物安全受到污水排放影响较为严重，河道内生物链发展不健康，流域生态环境变化趋势逐步恶化。为保障大伙房入库水质和上游生态环境，亟需对其上游涵养区流域进行生态修复[4]。河流生态修复是一项复杂的系统工程，目前国内的修复技术多种多样，分类方法也有多种。20世纪90年代，我国开始了河流生态修复方面的研究[5- 12]，但针对水库尤其是水源地涵养区河流生态修复措施的研究还较少，此外针对河流生态修复效果定量评价取得一定成果[13- 15]，但是大都考虑分析指标较少，需要一套综合定量评价指标体系。为此本文在国内外河流生态修复技术调研的基础上，以大伙房水库涵养区为研究实例，建立生态岸带、生态湿地、生态封育、河流水质保护四位一体的综合防护体系，对其河流进行生态修复。此外，构建生态修复效果定量评价指标体系，提出生态修复效果综合定量评估方法。研究成果对于其他水库涵养区生态修复方式和效果定量评价具有示范作用。

2 大伙房水库涵养区河流生态修复措施

针对大伙房水库水源区中存在的主要生态环境问题，首先结合水文、水动力学模型，综合确定大伙房水库上游涵养区河源区及生态修复边界。在河源区及生态修复边界内，结合不同流域的水文、生态环境特点，针对河道地形、流域洪水特性、水文水质等复杂条件，对其生态岸带实施修复；实施不同类型的湿地生态修复技术；结合河道生态封育、水质综合保护(排污口治理、水库漂浮物拦截体系)措施修复河流的生态功能。通过建立的生态修复效果综合评价指标体系，对生态修复功能进行定量综合评价，技术路线如图1所示。

图1 河流生态修复技术路线

3 评价指标体系构建

3.1 具体指标构建

生态修复效果评定指标体系涵盖水利、水质、生态环境、水生生物、生态需水，并将5个一级指标在划分为20个二级指标，各指标结构如图2所示。

图2 生态修复效果综合定量评价指标体系

3.2 指标选择及量化方法

3.2.1防洪、排涝指标

防洪和排涝为水利功能的两个二级指标，主要评价河流的防洪和排涝能力是否达到设计标准的要求，在评估时应重点考虑河道设计最大排涝能力和最大设计洪峰流量，对河道的防洪、排涝设计标准进行定量评估。指标量化方式为:对评估河段设计防洪、排涝指标进行对比分析，对其指标进行量化，见表1。

表1 河流生态评价水利功能指标

3.2.2水质评价指标

通过测定采用点水质浓度进行指标的量化，结合GB3838—2002《地表水环境质量标准》对不同水质指标进行对比分析，对河道生态修复效果定量评价指标的量化标准进行分析。针对常规测定的10项水质指标进行量化分析，各水质指标的量化标准见表2。

3.2.3河流生态环境评价指标

该指标是对河道自然特性进行评估，本文选取河道弯曲度、渠化度以及护岸方式作为定量评估指标。指标量化的具体标准见表3。

表2 生态修复效果水质评价指标量化标准单位：mg/L

表3 河流生态环境评估指标量化标准

3.2.4水生生物指标

该指标是河道生态特征的重要评估指标。二级指标分别为水生动物、水生植物以及原生微生物量，评估指标量化标准为：对水生生物的种类数目、植物数目以及生物群落分布、原生微生物的数量进行量化，具体量化指标见表4。

表4 河流生态评价水生生物指标

3.2.5生态环境用水评估指标

生态环境用水是保障河流生态环境功能不被破坏和基本功能保障所需要水量最小值。本文生态用水量的量化主要参考文献[16]提供的生态流量基本计算方法，进行生态需水的分析计算，具体量化指标见表5。

表5 河流生态环境用水保障评估指标量化标准

4 生态修复具体措施

4.1 生态修复边界确定

河道生态修复边界线确定比较复杂，需综合考虑现状防洪工程、规划防洪工程、河道管理现状、洪峰流量、现状河道开发利用程度等诸多因素。考虑本次河道生态修复边界确定主要目的是为了确定生态林带的种植边界，故提出两个方案进行比选。

方案一依据水面线计算成果，以河道大横断面为基础，在1∶10000航拍图上画出不同河流的设计洪水淹没线，现状及规划堤防河段的河道治理边界即为堤防；无堤段的河道治理边界基本为对应设计标准的淹没线，局部段根据河宽等因素适当调整。

方案二主要以河道横断面为计算依据，结合水面线演算结果，在1∶10000航拍图上结合计算的水面线对设计洪水淹没区域进行绘制，参照上下游河道宽度以及堤防现状淹没区域，确定河流生态修复治理的边界。两方案河流生态修复边界宽度确定见表6。

表6 河道生态修复边界计算结果

(续表)

方案一的优点在于此方案确定的河道治理边界与大伙房水源保护的目标一致，在河道治理边界以外进行生态林带种植，对河道治理边界之间的河道滩地进行封育，使植被自然恢复，禁耕禁牧，有效的控制了农业生产和河道周边群众生活对河道水质的影响，能确保标准内洪水顺利下泄，有利于大伙房水源区防洪安全和供水安全的保证。而缺点在于该方案主要缺点是租用土地较多，对沿河群众的生产生活影响较大，而且每年均会发生较大一笔租地费用，实施起来压力较大。

方案二的优点在于此方案确定的河道治理边界少占沿河耕地，林带建设也基本能起到保护水源的目的，节省了租地费用，一定程度上减少了同沿河群众征地的难题，实施起来阻力相对较小。同时，临近岸坎的林带还能起到一定的护岸防冲作用，对中小洪水起到一定限制作用。缺点在于无堤段未按河道防洪标准进行控制，生态林带种植在行洪区内，成林后对河道行洪可能也会产生一定的影响，但由于林带为顺河布置，成林后还可以采取间伐等措施，对河道行洪影响可控。

4.2 河岸带生态修复技术

对全河岸带进行植物措施的生态带修复建设，具体内容为：迎水灌木带、背水乔木带、背水过渡带、堤身灌木带。

灌木迎水带：为了防止河道泥沙和水泥对堤脚的冲刷和淤积影响，在其堤脚的迎水侧进行灌木的栽种，按照河流水势的行洪条件在其迎水侧布设宽度为2～5m的灌木护岸带，在堤防宽度允许的区域可对迎水灌木带的宽度进行适当增加。

乔木背水带：在堤防背水侧进行乔木的栽种，背水侧布设宽度为25m的乔木背水带，使得河流生态防线恢复目标得到保障。

背水过渡带：为避免乔木对农作物生产产生影响，在其乔木背水带预留宽度为5m的自然封育过渡带。

灌木堤身带：为了降低坡面流对提防的冲刷程度，同时考虑堤防坡面的稳定和生态效应的最优化，在坡面顶部无交通需求的前提下，栽种固体效益较好的灌木带，对其堤身进行防护。典型生态岸带设计断面如图3所示。

4.3 生态湿地修复技术

在对防洪和河槽稳定不影响的前提下，对其生态湿地进行修复，对河槽滩地进行降滩的适当调整，并结合生态挡水堰对其水面进行扩宽治理，人为形成生态湿地。结合河道水位多年均值以及不同水生植物的生长特性，对生态湿地的适宜水位进行设计。在湿地内部区域应主要种植净水植物，如水葱和香蒲。而在外部区域的河槽两侧布设灌木带和植物带，并和河道整体景观进行协调设计。其典型设计断面如图4所示。

4.4 生态封育修复措施

加强对现有荒林地封禁、滩地封闭保护的监督和管理，禁止对滩地类型进行破坏和改变，对处正常更新采伐外的林地破坏行为进行禁止，对已租用的土地进行前面封闭，采用围栏进行隔离，严禁任何人员和家禽进入封育区域。对于靠近河道区域的未利用耕地鼓励当地群众调整农作物的种植结构，耕种对水土效应影响较小的经济作物，控制污染水体的农药、化肥进行河道内。

图3 生态带布置典型设计断面示意图

图4 生态湿地布置典型设计断面示意图

5 生态修复效果定量评价

5.1 指标权重设定

在评价指标体系中，各指标对评估结果的影响程度不同，需对各指标权重进行设定，生态环境改善是河流生态修复的目标，河流生态修复要兼顾生态环境、水环境、防洪排涝、水生生物种类的修复，各指标权重量化结果见表7。

目前生态修复尚未发展成熟，主要采用专家判定方法对河流生态修复评价的一级指标进行设定，重点考虑河流生态功能，为此将河流水质和生态环境的权重分别设定为0.24和0.23，考虑水生生物群落的分布，将其权重设定为0.22，水利和生态需水量综合权重分别设定为0.17和0.14，各二级指标主要根据对生态功能影响程度以及生态系统各项指标进行指标权重的均化分配。

5.2 指标量化结果

按照前面所述的指标量化分析方法，对大伙房涵养区河流生态修复评价的一级和二级指标进行量化分析，指标量化分析结果见表8。

从一级水利功能指标分析结果可知，通过近些年来大伙房涵养区内河流综合治理，其防洪和排涝能力农村段均可达到10年一遇，县城段达到50年一遇，因此其防洪和排涝能力指标量化值均为1.0。而由于大伙房水库生态调蓄作用，通过河道基本流量方法对其生态流量进行分析，河道生态需水量可在丰水期满足50%的保证率，因此其指标量化为1.0，对于水质指标，通过对水质采样数据进行分析，在进行水质保护治理措施后区域河流水质得到明显改善，涵养区水质总体可达到III类地表水标准，综合量化值为1.0，河流生境主要表征为渠道化程度、弯曲程度以及护岸的形式，通过对大伙房涵养区河流进行实地调查分析，综合确定其河流生境量化指标为1.0，在水生生物指标量化中，考虑到水生生物种类恢复需要一个阶段，通过对其水生生物进行采样分析，水生植物种群由4种植物组成，综合分析其水生生物量化指标为0.5。

表7 河流生态修复指标权重量化结果

表8 大伙房涵养区河流生态修复评价指标量化结果

图5 大伙房涵养河流生态修复效果对比

5.3 综合评价结果

在生态修复评价指标权重设置及指标量化基础上，结合层次分析方法对大伙房水库涵养区河流生态修复效果进行综合定量评价，结果见表9。生态修复效果前后对比如图5所示。

从综合评价结果可知，大伙房水库涵养区河流生态修复综合评价值为0.86，综合评价最高值为1.0，可见大伙房水库涵养区河流生态修复取得较好的效果，尤其是生态岸带、生态湿地、生态封育以及水质综合保护措施的实施后，大伙房涵养区河流生态得到明显修复，河流水质从原来IV水提高到III类水质，河流水生生物种类得到增加，河流生态功能逐步显现。从大伙房涵养区河流生态修复前后效果对比可看出，采用生态修复措施后，河流生态功能得到明显改善。