基于生態(tài)水利工程學(xué)的黃河故道徐州段生態(tài)治理

張 森，陳 菁，張營灝，陳 丹，李 帆

(1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京 210098;2.江蘇省豐縣水利局，江蘇豐縣 221700)

黃河故道徐州段是黃河奪淮過程中形成的，土質(zhì)為沙壤土，易流失，沿線地勢高亢無水源保障，生態(tài)環(huán)境脆弱。以往的治理措施重視工程效用，對(duì)于生態(tài)的保護(hù)考慮不足。因此，有必要結(jié)合故道自然條件和存在的問題，運(yùn)用生態(tài)水利工程學(xué)，探討在治理黃河故道的同時(shí)，保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境的思路和措施。

傳統(tǒng)水利工程學(xué)通過對(duì)防洪、水力發(fā)電、灌溉排水等需求，控制和改造河流，滿足了人們對(duì)防洪和水資源利用等需求，在人類社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中居功至偉，但是忽視了河流的生態(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)性需求，在水利工程建設(shè)與運(yùn)行過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定負(fù)面影響，亟須結(jié)合新的理念對(duì)其進(jìn)行更新改造。

1 生態(tài)水利工程學(xué)理論

1.1 生態(tài)水利工程學(xué)的研究對(duì)象

生態(tài)水利工程尋找生態(tài)保護(hù)和資源開發(fā)之間的平衡點(diǎn)，將研究的河流治理范圍從河道及其兩岸的物理邊界擴(kuò)大到河流生態(tài)尺度邊界［1］。對(duì)于新建工程，應(yīng)用生態(tài)水利工程學(xué)，從規(guī)劃、設(shè)計(jì)直至建設(shè)、運(yùn)行等環(huán)節(jié)，減輕水利工程對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫;對(duì)于已經(jīng)人工改造的河流，應(yīng)用生態(tài)水利工程學(xué)對(duì)其進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

1.2 生態(tài)水利工程學(xué)的基本原則

生態(tài)水利工程需遵循以下五項(xiàng)基本設(shè)計(jì)原則:①工程安全性與經(jīng)濟(jì)性原則。②提高河流形態(tài)的空間異質(zhì)性原則。河流生態(tài)系統(tǒng)生境的主要特點(diǎn)是:水氣兩項(xiàng)、水陸兩項(xiàng)的聯(lián)系緊密性;河流的橫斷面多樣性;河道的縱向蜿蜒性;河床材料的透水性。生態(tài)水利工程的重點(diǎn)是盡可能地提高河流形態(tài)的異質(zhì)性，為生物群落多樣性的恢復(fù)創(chuàng)造條件。③生態(tài)系統(tǒng)的自我設(shè)計(jì)、自我恢復(fù)原則。沒有兩條相同的河流，人力和技術(shù)控制自然界也是不可能的，只有善于利用生態(tài)系統(tǒng)的自我設(shè)計(jì)、自我恢復(fù)功能，才能尊重每一條河流的自然屬性，實(shí)現(xiàn)最佳的生態(tài)治理效果。④景觀尺度及整體性原則。河流的生態(tài)治理應(yīng)當(dāng)在長期的、大景觀尺度和保持可持續(xù)性的基礎(chǔ)上進(jìn)行。⑤反饋調(diào)整式設(shè)計(jì)原則。生態(tài)系統(tǒng)在時(shí)間和空間上具有不確定性，決定了生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)是一種反饋調(diào)整式的設(shè)計(jì)方法，是按照“設(shè)計(jì)、執(zhí)行、檢測、調(diào)整”的流程反復(fù)進(jìn)行的［2］。

2 黃河故道徐州段的基本情況和存在的問題

2.1 黃河故道徐州段的基本情況

黃河故道徐州段流經(jīng)徐州市區(qū)及豐縣、沛縣、銅山、睢寧四縣區(qū)。故道全長234 km，地勢呈西北高東南低之勢，堤距3～10 km，市區(qū)段堤距最窄處約140 m左右。故道沿線分布有濕地85 km2、14個(gè)中小型水庫，是兩岸886 km2防洪除澇、農(nóng)田灌溉、生態(tài)環(huán)境的重要河道。2010年，黃河故道徐州段地區(qū)生產(chǎn)總值212.8億元，占全市生產(chǎn)總值的6%，沿線農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平相對(duì)低下。

2.2 黃河故道徐州段存在的問題

2012年，江蘇省提出對(duì)黃河故道徐州段進(jìn)行綜合開發(fā)，目的是通過對(duì)故道的治理與開發(fā)，保護(hù)黃河故道的自然資源，并通過生態(tài)景觀的建設(shè)拉動(dòng)沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)水利、交通、農(nóng)業(yè)、生態(tài)、文化旅游、扶貧“六位一體”的規(guī)劃目標(biāo)。但現(xiàn)狀及以往的治理效果距離目標(biāo)還有差距，其問題主要包括以下方面。

2.2.1 水土流失、河道淤積嚴(yán)重

故道兩岸堤坡與灘面土質(zhì)砂性，結(jié)構(gòu)較松散，水土保持措施匱乏，水土流失面積約占全區(qū)域總面積的85%。中泓斷面狹窄，淤積嚴(yán)重，平均淤積深度達(dá)1.5m，導(dǎo)致故道過流不暢，防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，不足5年一遇。

2.2.2 水源不足，水質(zhì)較差

故道灘地地形高亢，兩岸水流不易匯入，加之堤外側(cè)高灘地土質(zhì)保水能力差，水量相對(duì)不足。農(nóng)業(yè)面源污染較嚴(yán)重，區(qū)域內(nèi)水質(zhì)較差，7個(gè)水功能區(qū)僅有兩個(gè)達(dá)標(biāo)。水源不足、水質(zhì)較差造成故道生態(tài)服務(wù)功能下降。

2.2.3 河道連通性較差

黃河故道沿線高亢無灌溉水源保障，為引調(diào)水源、蓄水補(bǔ)水、防洪保安，在沿線陸續(xù)建成7級(jí)控制，8級(jí)水面。梯級(jí)控制的水閘將連續(xù)水體分隔成眾多“河道式水庫”。同時(shí)，故道斷面變化較大，河槽彎曲，水流紊亂，造成故道連通性較差。

2.2.4 管理有待改善

黃河故道管理基本以縣管、鎮(zhèn)管、村管三類，缺乏統(tǒng)一管理。同時(shí)，對(duì)故道管理缺乏動(dòng)態(tài)監(jiān)控，管理方法有待于改善。

3 運(yùn)用生態(tài)水利工程學(xué)原理對(duì)黃河故道徐州段進(jìn)行治理的建議

針對(duì)黃河故道現(xiàn)狀存在的問題，傳統(tǒng)的水利工程措施不能有效解決，甚至?xí)?duì)原有的生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。依據(jù)生態(tài)水利工程學(xué)的含義和基本原則，在進(jìn)行黃河故道徐州段治理規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，有必要探討生態(tài)水利工程學(xué)在故道治理中的合理運(yùn)用，尋求最佳的治理方案。

3.1 確定合理斷面

生態(tài)水利工程學(xué)的研究對(duì)象不僅是具有水文、水力學(xué)特性的河流，還包括具有生命特征的生態(tài)系統(tǒng)。故道連通性較差，對(duì)于故道生態(tài)系統(tǒng)的自我運(yùn)行與恢復(fù)將造成不利影響。在故道治理中，提高河流形態(tài)空間異質(zhì)性，以減少修建不必要的梯級(jí)控制建筑物。

為提高河流形態(tài)空間異質(zhì)性，對(duì)故道的斷面應(yīng)進(jìn)行合理的斷面設(shè)計(jì)。黃河故道徐州段堤距最寬處10 km，市區(qū)最窄處僅140 m，斷面變化較大。合理的斷面，應(yīng)當(dāng)保留河灣、沼澤和淺灘的自然分布，避免全線斷面統(tǒng)一化。通過利用河灣、沼澤和淺灘的布置以及與沿線水庫的合理調(diào)度，完成故道的蓄水、補(bǔ)水和調(diào)水。對(duì)于不連通的河槽，按照確定的基本斷面形式，根據(jù)實(shí)際自然條件，合理確定橫斷面尺寸，對(duì)其進(jìn)行水系溝通。整個(gè)中泓的水系溝通工程和斷面的設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量呈現(xiàn)多樣化、自然化，避免故道的“渠道化”。黃河故道徐州段治理基本斷面形式如圖1所示［3］。

圖1 黃河故道徐州段治理基本斷面形式

3.2 生態(tài)護(hù)岸的應(yīng)用

黃河故道徐州段沿線土壤一般為粉沙土和沙壤土，生態(tài)環(huán)境脆弱，以往的治理措施多采用硬質(zhì)材料襯砌河道，工程效果雖然明顯，卻不利于水陸之間的物質(zhì)交換，影響河流的自我恢復(fù)功能。生態(tài)水利學(xué)強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的自我設(shè)計(jì)、自我恢復(fù)，采用生態(tài)護(hù)岸不僅可以保持岸坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，還具有滯洪補(bǔ)枯、調(diào)節(jié)水位、增強(qiáng)水體自凈能力等功能［4］。黃河故道徐州段流量較小，宜選用植物護(hù)岸的形式。生態(tài)護(hù)岸的選用，既可以滿足防洪需要，又美化河道生態(tài)景觀，滿足河流自我恢復(fù)功能需要，有利于保持河流生態(tài)系統(tǒng)多樣性?？稍跒┟?、堤頂及堤外坡種植適應(yīng)本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)型樹木，比如蘋果、梨等。對(duì)河道正常蓄水位河坡、迎水面堤坡采用透水磚鋪砌。

3.3 河流文化建設(shè)

黃河故道是母親河在歷史的年輪里留下的印記，是黃河變遷、流域文明演進(jìn)的歷史見證，被國外專家贊嘆為“古老的水上長城”，黃河故道徐州段的治理也應(yīng)注重其景觀尺度，有必要將河流文化生命融入河流治理中。

黃河故道徐州段沿線散布著濕地、古跡、人文景觀。為挖掘故道厚重的歷史，重塑黃河故道的河流水文化生命，通過對(duì)故道沿線人文景觀和古跡進(jìn)行保護(hù)和美學(xué)設(shè)計(jì)，使河流反映出故道區(qū)域內(nèi)特有的人文風(fēng)情。黃河故道徐州市區(qū)段規(guī)劃建設(shè)風(fēng)俗、風(fēng)情廊道，把部分河段建設(shè)成徐州市民俗風(fēng)情的集中展示區(qū);故道豐縣段規(guī)劃對(duì)黃河故道源頭決口遺址、明大堤遺址、二壩濕地等進(jìn)行故道水文化建設(shè)。其他沿線各區(qū)段應(yīng)以此為借鑒，在故道治理中融入文化歷史元素。

3.4 建立規(guī)劃實(shí)施的微調(diào)反饋制度

以GIS和RS等信息技術(shù)作為支撐，以監(jiān)控和調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)黃河故道徐州段生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施效果進(jìn)行論證、檢查和反饋［5］，并據(jù)此對(duì)規(guī)劃進(jìn)行微調(diào)。

3.5 故道沿線濕地生態(tài)治理

濕地具有調(diào)節(jié)流量、控制洪水和旅游觀光等作用，對(duì)其建設(shè)是故道生態(tài)治理的重要內(nèi)容。黃河故道徐州段分布有較多濕地，面積最大的二壩濕地達(dá)486.7 hm2。二壩濕地的生態(tài)治理，通過劃定濕地水域向岸坡方向150 m為管理界線，穩(wěn)定濕地面積，保障蓄洪分洪能力;通過合理選擇濕地植物如蘆葦、白菱等，發(fā)揮濕地凈化功能;通過嚴(yán)禁毀壞蓮藕、蘆葦?shù)人参锖蛯?duì)濕地內(nèi)捕撈魚類進(jìn)行季節(jié)和方式上予以限制等措施，加強(qiáng)濕地生物多樣性的保護(hù)。

4 結(jié)語

生態(tài)水利工程學(xué)的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處，其實(shí)質(zhì)就是盡可能減少水利工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，使水資源可持續(xù)利用，生態(tài)環(huán)境得到保護(hù)與恢復(fù)。黃河故道徐州段治理若能未雨綢繆，積極運(yùn)用生態(tài)水利工程學(xué)原理，并將其作為規(guī)劃的指導(dǎo)思想，則將對(duì)故道的科學(xué)治理產(chǎn)生積極影響與無可比擬的重要作用。

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