高寒地區(qū)生態(tài)修復(fù)工程設(shè)計探討

喬 磊

（西藏自治區(qū)水利電力規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，西藏 拉薩 850000）

黨的十八大以來，生態(tài)文明已成為“五位一體”的國家戰(zhàn)略目標中的重要內(nèi)容，是實現(xiàn)人與自然和諧共處的核心，亦是人類文明發(fā)展的重要階段和必然趨勢。西藏自治區(qū)西部地區(qū)關(guān)于推進水生態(tài)文明建設(shè)的決定，確定了該區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)的主要目標，即大力發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟，不斷優(yōu)化生態(tài)環(huán)境，注重建設(shè)生態(tài)文化和加快推進制度創(chuàng)新。全力開展區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)，充分展示西藏自治區(qū)西部地區(qū)科學發(fā)展之美、自然生態(tài)之美、人居環(huán)境之美和人文行為之美的戰(zhàn)略目標。水作為生態(tài)系統(tǒng)最活躍的控制性因素，推動著生態(tài)演變及社會發(fā)展，孕育了從原始到現(xiàn)代的各種文明，水生態(tài)保護工程的建設(shè)是生態(tài)文明的重要組成和基礎(chǔ)保障。加快推進生態(tài)修復(fù)工程的建設(shè)是貫徹落實十八大精神的重要舉措，是實現(xiàn)“和諧草原、美麗西藏”建設(shè)目標的重要保障，是更深層次、更高水平推動民生水利發(fā)展的重要實踐。

1 流域概況

1.1 自然概況

工程區(qū)位于西藏自治區(qū)西北部地區(qū)，屬高原亞寒帶季風半干旱氣候區(qū)，氣候具有氣壓低、輻射強、寒冷干燥、降水稀少等特點。多年平均氣溫0.1-2℃，極端最高氣溫20℃，極端最低氣溫為-35℃。流域內(nèi)多年平均降水量150mm，降水集中在6-9月。徑流由地下水、冰雪融水及降水補給，多年平均年徑流量約1.56億m3，多年平均流量約4.95m3/s。年最大洪峰流量一般出現(xiàn)在7-8月，年最小流量發(fā)生在1-3月。初冰期為10月上旬，終冰期在次年的5月下旬，河流在冬季有封凍現(xiàn)象，全年除7、8月外都有霜凍。平均蒸發(fā)量在2274-2420mm，受西風環(huán)流影響，每年12月至次年10月出現(xiàn)大風，平均風速4.4m/s，最大風速30m/s。氣候引起的災(zāi)害主要有：干旱、洪水、內(nèi)澇、泥石流、風沙等。流域內(nèi)植被稀疏，土壤屬山地灌叢草原土壤區(qū)，山體裸露，土地沙化嚴重。河床由沙卵石組成，河水含沙量大，水質(zhì)較好。

1.2 水土流失現(xiàn)狀

流域內(nèi)氣候寒冷干旱，植被稀疏，高山雪線上下及裸露的山頂上冰川、冰緣等凍融侵蝕強烈。山體中部坡度大，山坡上第四紀松散堆積層廣泛分布，草皮薄，凍融侵蝕和面狀、溝狀水力侵蝕嚴重。山體下部及河谷是沖洪積物匯集區(qū)，也是水力侵蝕的重要場所。項目區(qū)內(nèi)大部分草場分布于河床一級階地上，雖然面積有限，但這是當?shù)鼐用褓囈陨娴幕緱l件。流域主流搖擺不定，洪水沖毀草場，掏刷兩岸草場造成水土流失，嚴重威脅當?shù)鼐用裾Ｉ罴吧敭a(chǎn)安全。由于區(qū)內(nèi)人口居住較集中，人為開發(fā)活動頻繁，草場過度放牧，自然災(zāi)害的發(fā)生，致使草場退化，土地沙化，植被破壞嚴重，水土流失加劇。流域內(nèi)植被覆蓋度較低，通過對小流域內(nèi)各地塊的地貌部位、坡度、土壤、基巖、作物、林草覆蓋等因子進行綜合調(diào)查分析，項目區(qū)水土流失侵蝕模數(shù)為3000t/km2·a，項目區(qū)屬于省水土流失預(yù)防保護區(qū)，屬于中度侵蝕。

2 水土流失防治對策

項目區(qū)主要分布于流域兩岸地勢較為平坦的地帶；由于該區(qū)域海拔較高，生態(tài)環(huán)境相對脆弱，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃與治理，加之人為活動的干擾，導致區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境存在不同程度的萎縮和退化，生物多樣性呈下降趨勢，局部地區(qū)趨向惡化；工程的建設(shè)不僅可以對流域部分區(qū)域進行整治，同時修復(fù)部分土地嚴重退化的區(qū)域，而且還將對部分呈退化趨勢的草場進行生態(tài)補水。

工程的建設(shè)是保護生態(tài)環(huán)境、建設(shè)美麗西藏的重要基礎(chǔ)；是完善落實區(qū)域水生態(tài)文明建設(shè)的需要；是建立西藏生態(tài)屏障的需要；是加強水生態(tài)修復(fù)的需要。

3 生態(tài)修復(fù)治理措施布設(shè)

根據(jù)對項目區(qū)水土流失現(xiàn)狀及水土流失成因分析，同時考慮到生態(tài)脆弱區(qū)盡量減少擾動范圍的情況下，本著預(yù)防為主、全面規(guī)劃、長效治理、抓水保重效益、突出重點、堅持可持續(xù)發(fā)展的原則。治理措施主要以工程、植物、封禁治理措施為主。土地嚴重退化區(qū)域進行工程措施和植物措施相結(jié)合的方式進行治理，土地有退化趨勢的區(qū)域進行工程補水措施進行修復(fù)。

3.1 工程治理措施

工程治理措施主要由1#灌溉區(qū)、2#灌溉區(qū)和護岸工程組成。1#灌溉區(qū)為項目工程區(qū)左岸部分，因跨河大橋和道路的修建使項目區(qū)左岸部分汊流和地下水被道路阻斷和改道，靠道路側(cè)下游部分草場嚴重退化和沙化，考慮在靠道路側(cè)上游1km處布置一座取水口和一條干渠對左岸進行水土保持林灌溉和部分草場生態(tài)補水；2#灌溉區(qū)為項目工程區(qū)右岸部分，因自然因素和人為因素的影響使項目區(qū)右岸部分汊流斷流，右岸部分草場呈退化趨勢，考慮在靠道路側(cè)下游3km處布置一座取水口和一條干渠對右岸草場進行生態(tài)補水；護岸工程為項目區(qū)水土保持林靠河岸部分，防止水土保持林被洪水沖刷。

工程總灌溉和生態(tài)補水面積為2983hm2，1#灌溉區(qū)干渠控灌面積439hm2（含水保林150hm2）；2#灌溉區(qū)干渠控灌面積2544hm2（生態(tài)補水區(qū)）；護岸工程1.2km。工程布置采用2座取水口、2條干渠、6條支渠的工程布局方案。

工程治理措施中灌溉區(qū)取水口均為低壩取水，共布置2座取水口，取水口由沖沙閘、進水閘、上下游翼墻等主要建筑物組成。沖沙閘結(jié)構(gòu)型式為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上游設(shè)防滲鋪蓋、擋墻，下游設(shè)護坦、海漫及擋墻；進水閘各設(shè)一孔，后接引水渠道。

干渠全長8.851km。其中1#干渠長3.283km，渠首設(shè)計引用流量0.13m3/s，采用低壩雍水取水方案，低壩長335m，高2m，設(shè)1孔沖砂閘，1孔進水閘，低壩與沖砂閘垂直布置，此位置已修建防洪工程，不再對河岸進行防護處理；2#干渠長5.568km，渠首設(shè)計引用流量0.58m3/s，采用低壩雍水取水方案，低壩長50m，高2.0m，設(shè)1孔沖砂閘，1孔進水閘，低壩與沖砂閘垂直布置，上下游護岸長130m。干渠設(shè)計斷面為混凝土矩形斷面，襯砌厚度18cm。

干渠沿線共計布設(shè)渠系建筑物33座，其中1#干渠布設(shè)16座，2#干渠布設(shè)17座。包括：節(jié)制閘9座、分水閘9座、退水閘2座、渠下涵4座、農(nóng)橋9座。

灌區(qū)總體布置方案各干渠控灌面積及流量特性詳見表1。

表1 灌區(qū)總體布置方案干渠特性表

護岸工程是為保護水土保持林河岸免沖刷破壞，在水土保持林河岸設(shè)置護岸。堤線在布置時盡可能利用有利地形，修筑在土質(zhì)比較穩(wěn)定的灘岸上，留有適當寬度的內(nèi)陸灘涂有利于防汛搶險和工程管理；盡量利用河道的天然節(jié)點，避免強行改變河道河勢。

3.2 水土保持林治理措施

工程根據(jù)項目工程區(qū)實際情況及結(jié)合工程區(qū)現(xiàn)狀，選擇道路下游左岸草場退化和沙化區(qū)域作為水土保持林修復(fù)區(qū)域，水土保持林造林面積為150hm2。

造林密度：根據(jù)《水土保持林工程設(shè)計規(guī)范》（GB/T 51097-2015）及結(jié)合當?shù)貙嶋H情況選擇3000株/hm2。

工程設(shè)計造林整地參照當?shù)亟?jīng)驗及以盡可能保護原地表不被擾動的情況下，設(shè)置為穴狀整地，樹種選用當?shù)剜l(xiāng)土樹種如班公柳，行距2米，株距1.5m。樹坑為圓形穴狀，穴徑0.4m，深0.4m；開挖樹坑時將表土（淺層土）放成一堆，將心土（深層土）另外放成一堆，不要將表土和心土混放，為以后的栽植作好填土準備。樹坑挖好后，先將基肥放在樹坑的最下層，然后將表土碾碎，平整、均勻地放在肥料上。樹苗放入后進行填埋，在培土到一半時，暫停培土，將樹苗稍微向上提一下，目的是防止樹苗窩根，影響成活和生長。提苗后，不要立即埋土，這時要將已埋的土向下踩實，目的是使樹苗的根須和土壤緊密接觸，盡快吸收水分和營養(yǎng)元素，以便扎根生長。然后將剩下的心土埋入，一直埋到與地面平齊，進行第二次踩實，目的是使樹苗樹干挺直，也使樹苗與土壤緊密結(jié)合，以防被風吹斜。［1］

按照“三分造、七分管”的理念，在工程運行期，安排人員對造林區(qū)域進行管護和撫育，管護撫育期為3年，管護人員為當?shù)卮迕窦俺擎?zhèn)居民。

造林完成的第二年至第三年，對植樹造林區(qū)進行適當?shù)难a植補造，補植補造株數(shù)按總造林株數(shù)的10%考慮。

3.3 封禁治理措施

結(jié)合高寒地區(qū)水土保持工程的成功經(jīng)驗，對植物措施實施地區(qū)和現(xiàn)有林草覆蓋區(qū)域加強灌溉、撫育和圍網(wǎng)封禁是十分必要和有效的，由此可見，對于高寒干旱的項目區(qū)植樹種草的撫育管理工作更為重要。因此，工程設(shè)計在項目區(qū)內(nèi)擬建的水土保持林實施封禁治理，以免除人為活動和牲畜的干擾，同時也方便管理。

3.3.1 圍欄設(shè)計。圍欄網(wǎng)設(shè)計以充分利用現(xiàn)有地形的陡坎等天然屏障，對封育周邊實行封閉，在道路岔口地段考慮到圍欄封禁圍欄的長期性和圍欄的堅固性，選擇以圓管+金屬網(wǎng)絲的工程圍欄。通過在地形圖上實際量算確定，共修建工程圍欄5414m。封禁圍欄高度1.8m，圍欄按每隔3m設(shè)一立柱，兩立柱間設(shè)9條Φ 4.0mm金屬絲橫線，橫線間距從上向下依次為20cm；為了加固橫線，在兩立柱間設(shè)49條豎線，豎線間距為6cm豎線也為Φ4.0mm金屬絲橫線。

3.3.2 立柱設(shè)計。立柱高2.1m，地下埋深0.3m，地上1.8m，立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計為Φ48×2.5圓管結(jié)構(gòu)，每根立柱配4個連接附件。立柱根部布設(shè)0.25×0.25×0.4m的C25混凝土墩用于固定圍欄立柱。

3.3.3 標志牌設(shè)計。標志牌的作用：標志牌的作用在建設(shè)區(qū)域沿線醒目的地方，公示項目建設(shè)區(qū)域的范圍、措施內(nèi)容、施工進度、注意要求等，具有宣傳作用。標志牌在水土保持林封禁治理區(qū)各設(shè)3處。

標志牌設(shè)計：標志牌擬采用鐵皮牌，鐵皮寬2m，高1m，兩端固定在圓管上，圓管下端澆注在混凝土內(nèi)埋入地下。

4 工程建設(shè)效益分析

生態(tài)工程經(jīng)濟效益分為直接效益和間接效益兩類；工程經(jīng)分析項目區(qū)各項水土流失治理措施實施后，項目將每年為當?shù)卦黾?54.78萬的經(jīng)濟收入（其中間接經(jīng)濟收入為283.3萬元）。因此，項目實施后總的經(jīng)濟效益累計達6386萬元，經(jīng)濟效益顯著，但間接經(jīng)濟效益遠大于直接經(jīng)濟效益，主要為當?shù)剞r(nóng)牧民間接的增加經(jīng)濟收入。

根據(jù)西藏自治區(qū)多年小流域綜合治理成果觀測分析，得出各項措施的蓄水定額和保土定額，再乘以各項措施的面積就可以計算出各項治理措施的蓄水保土效益。經(jīng)計算，各項措施實施后全部發(fā)揮效益時每年的蓄水總量為195.4萬m3，保土總量為5.97萬t，平均土壤侵蝕模數(shù)也將由治理前的3000t/km2·a，降低到治理后的1000t/km2·a。

工程實施后生態(tài)效益明顯：一是通過生態(tài)修復(fù)，使草地面積增大；二是將減輕洪水流量和減緩地表徑流，增加常水流量；三是將提高林草覆蓋率，植被形成的天然綠色屏障，將降低雨水對地面的直接沖刷，土壤涵養(yǎng)水能力增強，水土流失將減輕，生態(tài)環(huán)境得到改善；四是經(jīng)過良好的水土保持措施，將改善土壤的物理化學性質(zhì)，土壤將變得通透，有機質(zhì)將增加，土壤肥力增強，各項產(chǎn)值（農(nóng)林牧）將增產(chǎn)增收；五是通過項目實施，將改善地面小氣候，流域內(nèi)的濕度、氣溫、風力等發(fā)生的變化，縮小了氣溫日較差，降低了干旱、霜凍和風暴發(fā)生的頻率，改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，改變了小流域小氣候；六是將有效治理水土流失，各項措施的合理布設(shè)，將降低土壤侵蝕模數(shù)，減輕水土流失，治理區(qū)水土流失程度降低，生態(tài)環(huán)境進入良性循環(huán)。保護了當?shù)氐淖匀毁Y源，改善了生態(tài)環(huán)境，對水土流失區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展也將起到促進和保護作用。生態(tài)效益的不斷體現(xiàn)，將徹底改變流域內(nèi)一遇暴雨就成災(zāi)，經(jīng)濟建設(shè)不能穩(wěn)定發(fā)展的被動局面，使廣大干部群眾能夠安居樂業(yè)，為社會的穩(wěn)定和發(fā)展起到良好的促進作用。［2］

項目區(qū)地處西藏自治區(qū)西部自然條件極為惡劣的藏西北高山地區(qū)，在世界屋脊喜馬拉雅山脈東坡腳下，干旱、高寒、土壤貧瘠等嚴酷的自然條件，使區(qū)內(nèi)水土保持治理極為困難，尤其生物措施受到極大限制與挑戰(zhàn)。項目的成功實施將為我國高、寒、旱地區(qū)，海拔4200m以上青藏高原區(qū)，水土保持植物措施的應(yīng)用提供經(jīng)驗與探索，樹立樣板典型，起到示范推廣作用。對推動西藏自治區(qū)西部地區(qū)生態(tài)修復(fù)工作產(chǎn)生積極的影響。

5 結(jié)語

高寒地區(qū)生態(tài)修復(fù)工程的設(shè)計在一定程度上具有一定的困難度，畢竟高寒地區(qū)的自然條件和地質(zhì)條件對工程的建設(shè)具有一定的制約因素。因此，在工程設(shè)計初期就要考慮到高寒地區(qū)生態(tài)的脆弱性，以盡量少擾動地表為原則進行工程方案的設(shè)計與生態(tài)修復(fù)措施的布設(shè)。高寒地區(qū)生態(tài)修復(fù)工程的成功案列較少，希望文章能夠給今后類似工程設(shè)計提供借鑒和幫助。