水库坝址区生态修复关键技术研究

王鹏 刘杰 赵通阳 雷雅凯 牛贺道 赵清贺

摘 要：河南出山店水库坝址区是大坝工程建设的永久征地区，根据该区域的实际情况和特点，按照坝址区生态修复的协调、功能复合、生境多样、易于维护管养原则，采用物理手段和生物手段相结合的技术，综合改良弃渣场土壤的入渗率和肥力;采用喷播类、加固填土类、铺挂类3种生态护坡类型对工程边坡进行生态修复;在坝后规划一条生态水系，以调节水位、减轻水体泛盐化、促进水生态修复;在坝址区生态修复工程中融入水文化，重点打造映山泉、金沙湖、聚贤湖3处水文化节点，作为淮河水利工程的特色补充。生态修复有效防止了坝址区水土流失，巩固了大坝主体工程的生态安全。

关键词：坝址区;生态修复;技术体系;效果评价;出山店水库

中图分类号：X171.4;TV213.4;TV697.3文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.01.017

引用格式：王鹏，刘杰，赵通阳，等.水库坝址区生态修复关键技术研究[J].人民黄河，2021，43（1）：89-92，108.

Research on Key Technologies of Ecological Restoration in Dam Site Area

WANG Peng1， LIU Jie1， ZHAO Tongyang1， LEI Yakai2， NIU Hedao1， ZHAO Qinghe3

（1.Henan Water & Power Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000， China;

2.Henan Agricultural University， Zhengzhou 450016， China; 3.Henan University， Kaifeng 475004， China）

Abstract：The dam site area of Chushandian Reservoir in Henan Province is a permanent land acquisition area for dam project construction. The paper targeted at the ecological restoration of the dam site area of Chushandian based on some principles including coordination of ecological restoration in the area， function composite， habitat diversity and easy maintenance and management. The ecological restoration adopted physical technology and biological technology， improving soil infiltration rate and fertility in slag dump site comprehensively. Three ecological slope protection types， which consisted of spraying seed， reinforcing fill and hanging slop， were adopted in ecological restoration of slope project; meanwhile， an ecological drainage system was planned to adjust the water level behind the dam and weak water bodies was desalinated to enhance water ecology self-remediation. Water culture was also integrated into ecological restoration project in the dam site area， placing importance on three water culture nodes comprising Yingshan Spring， Jinsha Lake and Juxian Lake to add features to Huaihe water conservancy project. The ecological restoration of the dam site area has efficiently prevented the soil and water loss and consolidated the ecological safety of the main dam project.

Key words： dam site area; ecological restoration; technological system; effect evaluation; Chushandian Reservoir

1 研究背景

國外对水库坝址区生态修复的研究和实践始于20世纪70年代，技术上主要采取景观化设计思路，融入地域文化，将水库坝址区规划实施为水利工程的参观游览服务区。如日本Minamiaiki大坝和美国胡佛大坝将坝址区作为工程建设纪念公园，设计了大量情景雕塑以展示水利工程文化。随着现代生态学的发展，人们逐渐认识到水利水电工程扰动区生态修复工作的重要性，国内以水利水电工程边坡修复为切入点，进行了大量实践和研究。

河南出山店水库工程是国务院确定的172项重大水利工程之一，也是淮河干流唯一一座大（Ⅰ）型水库，总库容12.51亿m3，最大坝高35.4 m，已于2019年5月开始蓄水，蓄水水面面积66 km2，属于典型的平原型水库。出山店水库坝址区是大坝工程建设的永久征地区，也是保护和检测大坝安全性的管理区域。大坝工程的施工建设和坝后弃土改变了坝址区的地形地貌，并对生态系统造成干扰。在出山店水库坝址区开展生态修复是贯彻生态文明建设思想、践行“绿水青山就是金山银山”理念的重要举措。

2 生态修复内涵

生态修复是在生态学原理指导下，以生物修复为基础，结合植物、物理、化学以及工程技术措施，通过优化组合，使生态系统达到最佳效果的技术体系。本研究生态修复以植物修复为手段，构建适合植物生长的水分、土壤、微生物等环境，修复水库坝址区受损生境。水库坝址区作为水库工程建设的管理区域，具有水工建筑物结构复杂、功能需求多样、场地肌理受损严重、养护管理难度大等特点。基于此，坝址区生态修复应按照以下四项原则进行。

（1）协调原则。坝址区生态修复工程作为大坝主体工程的附属工程，要在保证和维护水库主体功能的前提下进行建设，具体体现在安全、空间、管理3个方面。

（2）功能复合原则。水库坝址区是各项水利工程设施和运行管理设施的集中地，根据《水库工程管理设计规范》（SL 106—2017），水库坝址区建设需要满足工程建设管理、运行维护、交通、生态绿化等多种功能需求。

（3）生境多样原则。生境多样的目的是促进生物多样性，满足生态系统的健康发展。在坝址区应突出强调恢复受损生境，结合场地土壤的特点采取适当措施恢复受损土壤活力;尽量保留场地现状植被，为各类动物、微生物创造多样的生存环境。

（4）易于维护管养原则。坝址区水利系统功能多样，占地面积大，运行期维护管养难度大。生态修复工程应在交通系统、浇灌系统、苗木选择、自动化检测等方面统筹规划。

3 生态修复关键技术

3.1 弃渣场生态修复技术

水库大坝基础开挖、主体浇筑、输水洞、电站等工程建设产生了大量工程弃渣。弃渣是由石渣和心土组成的混合物，土壤物理结构不良，有机质不足，pH值不稳定。弃渣场区植被生长困难，需采取土壤检测、评估和改良措施，促进植被健康生长。

3.2 工程边坡生态修复技术

大坝工程两侧坝头多与岩石连接，工程边坡多且陡，坡比多为1∶2～1∶0.5，坡面陡则雨水径流速度快，坡面自然风化土壤颗粒很难留存;坡面保水功能差，含有的活化养分少，缺少植被生长所必需的土壤条件及养分条件，植被生存十分困难[1]。需在保证工程边坡安全的前提下，结合生态护坡辅助植被生长。坝址区边坡生态修复技术可分为喷播类生态护坡、加固填土类生态护坡、槽穴构筑类生态护坡、铺挂类生态护坡4类。

3.3 水生态营造技术

水是生物多样性的基础，大坝蓄水后，坝前将形成宽阔的水面，但是水库大坝拦水，以及其基础灌浆、截渗墙等防渗漏措施对坝后区域地下水位和地表水连通产生影响，在坝址区适当营造良好水环境、改良土壤肌理、满足植被浇灌需求是生态修复的关键。

（1）引入水源。结合电站尾水、生态基流或灌溉水工程为坝后区域预留水源，可利用大坝前后水位差形成自流水系和喷泉，经巧妙设计后形成水库坝址区水景观特色。

（2）形成水系。在满足植被浇灌的同时，营造溪流、湿地、岛屿、喷泉等多样空间形态，结合多种生态护岸，打造水生态系统。具体宜采取“树枝状”“长藤结瓜”式水系结构[2]。

3.4 水文化融入技术

水库大坝工程具有独特的结构和风景优势，因此是水利工程建设成就的展示区、水生态文明的示范区、水文化传播的平台和水利科普教育的基地。在坝址区融入水文化，是对水利工程的特色补充，可以起到传承地域文脉、丰富景观内涵、体现独特魅力的作用。

（1）空间表达。坝顶是人们主要观赏路线，俯视坝址区水面给人直观爽朗的感受。坝后空间是坝址区生态修复的核心部分，在坝后空间的平面形态上可采取“喝形”设计手法，如河南前坪水库在坝后利用地形、水系、植被构建“凤形”空间肌理，展示“龙凤呈祥”的文化特征。

（2）建筑雕塑表达。建筑雕塑是凝固的音乐，是文化表达最直观的载体。在坝址区生态修复过程中应设置序列建筑小品和雕塑小品，如小浪底水库坝址区将施工机械用于工程纪念展示，并设置三角雕塑以纪念建管方、施工方、设计方为工程建设作出的贡献。

3.5 效果评价技术

生物多样性评估是坝址区生态修复工程效果评价的重要手段，通常采取比利时学者Hermy & Cornelis构建的生物多样性评估方法，从生境多样性和物种多样性两方面进行评估。

生境指各类生物生存的环境，其多样性评估首先在生态修复评估区筛选点、线、面3種类型的生境单元，如点状生境单元有水池、桥梁建筑物等，线状生境单元有道路、水系、围墙等，面状生境单元有自然林、草地、护坡等;然后结合地理信息系统，计算出面状要素的面积、线状要素的长度和点状要素的数量，根据这些数据计算出生境单元的总面积、长度或数量占生态修复评估区的比例，使用Shannon-Wiener多样性指数（H′）计算生境单元的多样性[3]。

选取生态修复评估区内典型物种群落进行物种多样性评估，如维管植物类、动物类多样性评估。维管植物是生态修复区的主体，并为各类生物提供多样生境，植物生长期很长，其多样性评估可采取样方检测的方法，通过多样性指数计算。动物类物种多样性评估常以蝴蝶、鸟类、两栖动物为典型物种，这些物种生命短暂，对生境变化敏感。动物物种取样包括设陷阱和布网，将观测到的物种与评估区周边的物种进行对比，从而计算其多样性指标[4]。

4 实例应用

河南省出山店水库位于河南省信阳市，控制流域面积2 900 km2。在该工程生态修复过程中，基于无人机航测、土壤与植被环境调查数据，系统梳理坝址区生态修复前的现状问题并图示化，针对不同问题，提出相应的修复措施。

生态修复工程规划总面积101 hm2，其中坝后修复区68 hm2、南坝头修复区25 hm2、北坝头修复区8 hm2。南坝头是出山店水库工程建设管理局所在地，交通最为便利，是大坝工程展示的集中区域;北坝头建设有大型鱼类增殖站，培育当地多种鱼类，具有典型的生态教育特色;坝后修复区呈带状，宽200 m，长3.5 km，是该修复工程的重点区域，见图1。