水庫消落區(qū)的水環(huán)境綜合治理設(shè)計思路初探

黃文虎， 陳 林， 楊昌定

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

水庫消落區(qū)的水環(huán)境綜合治理設(shè)計思路初探

黃文虎， 陳 林， 楊昌定

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

水庫消落區(qū)是因庫水位周期性漲落而形成的一類特殊環(huán)境承載體，具有明顯的生態(tài)脆弱性和易破壞污染特征。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量的不斷提高，水生態(tài)環(huán)境問題越來越受到重視，水庫消落區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯，特別是《水污染防治行動計劃》發(fā)布后，對水庫消落區(qū)的水環(huán)境綜合治理已迫在眉睫。本文在研究國內(nèi)水庫消落區(qū)治理措施的基礎(chǔ)上，選用瀑布溝水電站漢源消落區(qū)綜合治理項目為例，通過對消落區(qū)的時空分布、坡度、高程和庫岸地質(zhì)等相互關(guān)系的綜合分析，因地制宜地進行統(tǒng)籌和分部、分區(qū)生態(tài)景觀規(guī)劃，提出“水庫優(yōu)化調(diào)度+高程梯度分級+重點部位景觀壩”的綜合治理方案，對高山峽谷地區(qū)深水庫消落區(qū)的水環(huán)境綜合治理具有一定借鑒意義。

消落區(qū)； 治理措施； 綜合治理設(shè)計； 特征； 水環(huán)境

0 前 言

隨著我國經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，水環(huán)境污染已嚴重制約國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。為此，近年來國家制定了一系列政策和措施以減輕環(huán)境壓力，特別是2015年《水污染防治行動計劃》發(fā)布后，鼓勵并支持河道(湖庫)水環(huán)境綜合治理類項目建設(shè)，水環(huán)境綜合治理工程如雨后春筍般興起。而水庫消落區(qū)是一個水位冬漲夏落、不同于自然枯洪期水位規(guī)律的特殊干濕交替的特殊區(qū)域，較一般水環(huán)境系統(tǒng)具有明顯的反季節(jié)特點。受水庫特性、庫岸條件、地理位置、氣候特征和社會經(jīng)濟等因素的影響，水庫消落區(qū)的水環(huán)境綜合治理具有明顯的個體化特性，為系統(tǒng)開展水庫消落區(qū)的水環(huán)境綜合治理規(guī)劃設(shè)計工作帶來不小難度。

本文在研究國內(nèi)消落區(qū)水庫治理措施的基礎(chǔ)上，借鑒三峽水庫開縣消落區(qū)水位調(diào)節(jié)壩的成功實例，綜合分析消落區(qū)的時空分布、坡度、高程和庫岸地質(zhì)等相互關(guān)系，提出“水庫優(yōu)化調(diào)度+高程梯度分級+重點部位景觀壩”的綜合治理方案。通過因地制宜的統(tǒng)籌和分部、分區(qū)生態(tài)景觀規(guī)劃，有效改善消落帶環(huán)境，打造自然協(xié)調(diào)的濱水景觀，據(jù)此初步探討高山峽谷地區(qū)深水庫消落區(qū)的水環(huán)境綜合治理規(guī)劃設(shè)計思路。

1 水庫消落區(qū)治理的發(fā)展歷程與措施

1.1 水庫消落區(qū)治理發(fā)展歷程

(1)水庫邊坡工程治理階段。一般而言，水庫消落區(qū)因水位周期性漲落引起庫岸地下水動水壓力變化，易引發(fā)侵蝕、塌岸和滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象。對有防護需求的庫岸，選用技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的工程治理措施，同時兼顧工程安全性和耐久性，一般采用干砌石、漿砌石、混凝土、預制塊等硬質(zhì)護岸[1]，材料屬于人工剛性結(jié)構(gòu)，未考慮岸坡的生態(tài)功能，且外觀上比較單調(diào)生硬，與周圍景觀不協(xié)調(diào)。目前，西南山區(qū)水庫因庫岸地質(zhì)條件復雜和水文要素限制，大部分水庫邊坡工程仍采用硬質(zhì)護岸型式。

(2)生態(tài)功能恢復階段。隨著我國水利水電工程的大量建設(shè)，特別是三峽電站的建成，庫區(qū)形成了一個最高水位175 m、最低水位145 m、面積約350 km2的消落區(qū)[2]，將產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞。國內(nèi)外開始高度重視消落區(qū)問題，從生態(tài)學、水文學、環(huán)境水力學等方面開展深入研究，提出以生態(tài)功能恢復為導向，采用生物和工程措施相結(jié)合的原則，在三峽庫區(qū)、丹江口、珠海大鏡山等水庫消落區(qū)中開始應(yīng)用，并取得一定成效。

(3)水環(huán)境綜合整治階段。近年來，因水環(huán)境問題日益嚴重，景觀生態(tài)學理論開始廣泛應(yīng)用于河道整治工程、堤防工程、生態(tài)修復工程以及蓄滯洪區(qū)建設(shè)等水工程規(guī)劃設(shè)計中，不局限于單一水生態(tài)的保護與修復[3]，而是著眼于生態(tài)景觀尺度的整體恢復和塑造，規(guī)劃設(shè)計中融入人文、社會經(jīng)濟、區(qū)域(城市)規(guī)劃、建筑、景觀等要素。水庫消落區(qū)的水環(huán)境綜合治理目前仍屬于起步和探索階段，比較典型的是千島湖(新安江水庫)旅游綜合開發(fā)過程中，對其消落帶生態(tài)濕地的保護和恢復。

1.2 消落區(qū)治理措施

(1)植物措施。植物措施是治理消落區(qū)最常用的措施，分為自然恢復和人工植物措施[4]。自然恢復形成的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，但周期漫長、容易受自然條件限制。人工生物措施根據(jù)植物群落演替規(guī)律、氣候、淹沒深度和成陸期時間等要素，選擇具有不同耐淹能力和恢復生長能力的植物，進行人工生態(tài)重建。人工生物措施時間短、見效快，但抗災害能力和適應(yīng)性差。生物措施普遍缺點是對淹沒深度大、成陸時間短的消落帶難以處理。

(2)工程措施。常見工程措施按功能分為：庫岸整治工程、堤防工程、墊高防護、水位調(diào)節(jié)壩、旅游景觀工程和農(nóng)業(yè)開發(fā)工程等[3]。工程措施通常是綜合的，兩種或多種措施相銜接，且一般與生物措施緊密結(jié)合。

(3)動物措施。動物措施目的在于改善水質(zhì)，防止水體富營養(yǎng)化，主要采用的是水生生物措施，如放養(yǎng)鰱、鳙、魴等。

2 漢源消落區(qū)水環(huán)境綜合治理設(shè)計

2.1 漢源消落區(qū)的特征分析

2.1.1 漢源消落區(qū)時空分布

瀑布溝水庫正常蓄水位850 m，死水位790 m，水庫最大消落深度60 m，漢源消落區(qū)特指[5]“流沙河大橋下游，左岸庫岸約11.5 km，右岸庫岸約8.5 km的范圍”。消落區(qū)總面積788.57 hm2，根據(jù)瀑布溝水庫的調(diào)度規(guī)程，其時空分布詳見表1。

表1 漢源消落區(qū)時空分布

2.1.2 漢源消落區(qū)的特點

(1)瀑布溝水庫最大消落深度60 m，是三峽水庫的2倍，居國內(nèi)水庫消落治理工程之首。

(2)時空分布具備明顯的不均勻性，其中，高程835～850 m所占比例為14.18%，高程821～835 m所占比例為32.45%，高程790～821 m所占比例為53.37%。但從分布時間上看，受水庫調(diào)度制約，高程790～821 m消落時間不足60 d，高程821～835 m消落時間約80 d。[6]

(3)規(guī)劃區(qū)坡度小于15%面積約249.5 hm2，占總面積的48%；坡度在15%～20%之間面積約42.8 hm2，占總面積的8%。坡度在20%～25%之間面積約35.7 hm2，占總面積的7%；坡度大于25%的面積約184.5 hm2，占總面積的36%。

(4)蓄水后生態(tài)系統(tǒng)的演變：蓄水初期消落區(qū)生態(tài)系統(tǒng)逐漸退化，陸地生態(tài)系統(tǒng)逐漸向濕地生態(tài)系統(tǒng)演變，在歷經(jīng)幾個蓄水周期后，消落區(qū)生態(tài)系統(tǒng)開始自我修復，以“巴根草”為代表的濕地生物在河灘地部位開始生長。

(5)庫岸地形地質(zhì)條件復雜，不良地質(zhì)現(xiàn)象作用明顯，主要有風化、卸荷、巖溶、滑坡、拉裂變形體、塌岸、采空區(qū)、沖溝洪流等。

(6)在漢源新縣城搬遷和電站庫區(qū)塌岸綜合治理等工程建設(shè)中，大量開采河床天然建筑材料和丟棄建筑垃圾，且各類邊坡治理、塌岸防護、墊高造地等工程未統(tǒng)籌規(guī)劃，導致自然形成的消落帶與人工治理的工程邊坡交錯，庫岸形態(tài)雜亂，生態(tài)環(huán)境復雜。

2.2 漢源消落區(qū)的綜合治理設(shè)計重點

通過對漢源消落區(qū)的時間、空間、坡度和庫岸地質(zhì)條件等因素綜合分析，調(diào)查漢源消落區(qū)在歷經(jīng)6個水位變幅期后的現(xiàn)狀，在滿足漢源縣城城市規(guī)劃和發(fā)展要求的前提下，筆者認為漢源縣城消落區(qū)這類特殊水環(huán)境綜合治理設(shè)計的重點在于：

(1)通過前文分析，淹沒深度15 m以上(高程835 m以下)占整個漢源縣城消落區(qū)面積的86.7%，且平均成陸時間不足3個月，從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，至今未發(fā)現(xiàn)能在水下15 m正常生長的植物，一般生物措施難以奏效，解決高消落深度和短消落時間是本工程面臨最復雜的難題。

(2)流沙河大橋下游河床消落區(qū)(高程825～815 m)，因其出露時間(漢源縣旅游旺季)和地理位置(縣城門戶)的特殊性，故消除流沙河大橋下游裸露河灘地對漢源縣城景觀的影響是重中之重。

(3)漢源縣城搬遷完成后，為適應(yīng)新的城市發(fā)展形勢和目標要求，《漢源縣縣城總體規(guī)劃(2015—2030)》應(yīng)勢修編發(fā)布，提出“建設(shè)自然體驗突出的旅游城市和山地城市特色鮮明的濱湖山地城市，優(yōu)先治理和恢復環(huán)漢源湖消落帶，提升環(huán)境和生態(tài)效益”等發(fā)展目標和戰(zhàn)略。因此，契合漢源縣城發(fā)展目標與定位，是后水庫移民時代規(guī)劃設(shè)計必須考慮的重要因素。

2.3 水環(huán)境綜合治理設(shè)計

2.3.1 總體規(guī)劃設(shè)計

針對漢源消落區(qū)特點和綜合治理面臨的關(guān)鍵問題，本文借鑒三峽水庫開縣消落區(qū)成功通過“新建水位調(diào)節(jié)壩+生態(tài)防護林、濕地及多塘系統(tǒng)等多種生態(tài)措施結(jié)合”的實例，提出漢源縣城消落區(qū)水環(huán)境綜合治理設(shè)計原則和思路。

(1)確定以高程為梯度對消落區(qū)進行分級、因地制宜地進行統(tǒng)籌和分部、分區(qū)生態(tài)景觀規(guī)劃，工程與生態(tài)措施結(jié)合的總體原則；

(2)充分論證在流沙河與大渡河交匯口處修建水位調(diào)節(jié)壩(壩高63.00 m，淹沒841 m高程以下消落區(qū))可行性后，確定以“重點部位景觀壩+優(yōu)化水庫調(diào)度運行方式”減少消落部位和時間；

(3)重點部位重點治理，對嚴重影響漢源縣城景觀的流沙河大橋下游河床消落區(qū)，考慮利用水位調(diào)節(jié)壩工程攔蓄作用減少消落區(qū)范圍，減少消落區(qū)的面積，降低水位變幅，并形成湖面景觀。

2.3.2 水庫優(yōu)化調(diào)度+高程梯度分級+重點部位景觀壩

為解決漢源消落區(qū)面臨的難題，提出以下兩個解決方案。

方案一：水位調(diào)節(jié)壩選址于流沙河與大渡河交匯口處，大壩采用拋填+碾壓堆石壩，最大壩高63.00 m，水庫運行水位為841.00 m，運行水位以下水庫庫容1.82億m3。841 m高程以上采用人工生態(tài)治理措施。

方案二：

(1)通過優(yōu)化水庫調(diào)度運行方式，減少水庫消落時間，將高程821 m以下消落區(qū)出露時間控制在1個月以內(nèi)，其治理方式采用自然修復。

(2)流沙河大橋下游河床經(jīng)坡度和高程分析，高程主要分布在825～815 m，坡度一般小于1%，具備良好的低水深成湖條件。通過滲流分析，在雍水高度5 m且不做壩基防滲條件下，擋水期徑流分析能夠滿足形成人工湖要求。規(guī)劃設(shè)計2座景觀壩，在流沙河大橋下游河床高程820 m和815 m附近選擇布置1號、2號景觀壩，兩壩址相距約600 m，壩型為混凝土溢流壩，以形成高程為820 m和825 m的2級湖面，水域面積約43 hm2，并營造跌水景觀。

(3)高程835～850 m出露時間長且自然坡度多數(shù)在15%以上，為水陸交替帶，且人、社會、環(huán)境等交互最為廣泛，采用工程和生態(tài)措施相結(jié)合。

(4)與城市規(guī)劃銜接，塑造優(yōu)美自然的堤岸形態(tài)，堤內(nèi)回填墊高以滿足城市用地要求。

兩方案比較見表2。

表2 消落區(qū)綜合治理方案比較

通過治理效果、投資和施工組織等方面綜合比較兩個方案，方案二明顯優(yōu)于方案一。

2.3.3 因地制宜，分部、分區(qū)規(guī)劃

統(tǒng)籌規(guī)劃流沙河左右岸消落區(qū)，在恢復消落帶生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)上，提升水景觀品質(zhì)。流沙河左岸重點打造富泉段生態(tài)濱河堤壩體系(庫岸長約2.0 km)，以此引導周邊農(nóng)家樂等農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游項目開發(fā)，余下段以現(xiàn)狀穩(wěn)定庫岸型式為主；流沙河右岸沿湖濱水景觀(庫岸長約6.0 km)，通過公共步行休閑步道、景觀節(jié)點和庫岸形態(tài)等的塑造，形成整體感強而局部寧靜自然的水岸景觀(見圖1)。

2.3.4 豎向設(shè)計和植物選擇

工程措施結(jié)合景觀岸線規(guī)劃，在維持岸坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，對消落帶進行生態(tài)化處理，以滿足綠化植物生長需要土壤的需求。填方護坡選用預制混凝土塊、鉸接式護坡塊和生態(tài)混凝土等生態(tài)護坡型式；自然岸坡段采用“生態(tài)袋”護坡，利用其透水不透土的特性，有效解決835～850 m帶自然岸坡生態(tài)退化問題(見圖2)。

圖1 富泉段濱河景觀豎向設(shè)計

圖2 835～850 m豎向設(shè)計

消落區(qū)植物選擇：因未進行消落帶植物選擇的試驗和研究，消落帶生態(tài)邊坡植物選擇采用近年在庫區(qū)大量繁殖的“巴根草”，并在富泉段消落帶景觀[7]中應(yīng)用良好。

3 結(jié) 論

(1)瀑布溝水庫漢源消落區(qū)最大消落深度60 m，消落深度同出露時間和坡度呈明顯反比關(guān)系，解決高消落深度和短消落時間是工程面臨的最復雜難題。本文借鑒三峽水庫開縣消落區(qū)水位調(diào)節(jié)壩的成功實例，提出“水庫優(yōu)化調(diào)度+高程梯度分級+重點部位景觀壩”的綜合治理方案，對高山峽谷地區(qū)的深水庫消落區(qū)的綜合治理具有一定借鑒意義。

(2)消落區(qū)的水環(huán)境綜合治理規(guī)劃設(shè)計是一項系統(tǒng)性工程，融合城市規(guī)劃、生態(tài)景觀、水利水電工程等多專業(yè)的規(guī)劃設(shè)計理念，因地制宜進行統(tǒng)籌和分部、分區(qū)生態(tài)景觀規(guī)劃，能夠有效地改善消落帶環(huán)境，并打造自然協(xié)調(diào)的濱水景觀。

(3)對消落區(qū)的時空分布、坡度、高程和庫岸地質(zhì)等相互關(guān)系的綜合分析，以高程為梯度分級，明確人、水、自然環(huán)境等要素之間的依賴關(guān)系和預期目標，是確定各區(qū)間消落帶的治理措施關(guān)鍵因素。

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2017- 01- 06

黃文虎(1986-)，男，安徽無為縣人，碩士，工程師，從事水利水電工程設(shè)計工作。

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