遼河干流生態(tài)濕地工程淺析

楊春普

(遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院有限公司，沈陽(yáng) 110003)

1 工程概況

法庫(kù)縣和平生態(tài)蓄水工程位于遼寧省法庫(kù)縣和平鄉(xiāng)，在通江口大橋上游約3.2km處。壩址處河道順直，歷年河道演變不大，壩下游兩側(cè)灘地寬闊、平順，為招蘇臺(tái)河匯流口。壩址上游約600m右側(cè)灘地為周家網(wǎng)村，村屯地勢(shì)較高。針對(duì)遼河干流目前存在的缺少生態(tài)水面、土壤荒漠化、水質(zhì)污染、植物成活率偏低、生態(tài)治理效果不明顯等問(wèn)題，為改善遼河干流河道生態(tài)環(huán)境，改善遼河水質(zhì)，加快遼河干流河道生態(tài)工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)將遼河建設(shè)成生態(tài)河道的目標(biāo)。本工程通過(guò)修建攔河橡膠壩、橫堤、順堤，對(duì)現(xiàn)狀灘地進(jìn)行降灘處理，完建后將形成2445畝濕地，對(duì)改善該處遼河水質(zhì)將起到重大作用。

2 工程建設(shè)必要性

遼河法庫(kù)和平橡膠壩壩址處現(xiàn)狀主槽寬度為120m，平灘過(guò)流400m3/s，遠(yuǎn)大于非汛期河道天然流量。非汛期徑流通過(guò)主槽下泄，而主槽中水流流速較大，缺少具有吸附功能的植物，僅靠自然對(duì)水質(zhì)改善作用非常有限。壩址處現(xiàn)狀河底平均高程在70.70m，左岸灘地為73.20m，右岸灘地為72.20m。根據(jù)《遼河保護(hù)區(qū)河道與水環(huán)境綜合整治工程建設(shè)規(guī)劃報(bào)告》要在此處形成大面積的濕地，因此則必須在此地修建不影響行洪的攔河擋水橡膠壩，抬高非汛期的水位，利用主槽兩側(cè)灘地，通過(guò)工程和生態(tài)植物措施，形成具有一定庫(kù)容的人工濕地。和平橡膠壩修建后，一方面增大了非汛期過(guò)流斷面，減緩了水的流速，有利于水中污染物的沉淀，另外灘地中的水生植物將充分的起到吸附作用，也可以很大程度上的改善水質(zhì)。橡膠壩正常運(yùn)行蓄水后，兩側(cè)的灘地將形成淺水濕地，灘地上水生植物的生長(zhǎng)能提高灘地的穩(wěn)定性，主槽的位置不會(huì)出現(xiàn)頻繁的演變，同時(shí)減少了風(fēng)沙源，對(duì)改善區(qū)域的環(huán)境作用非常顯著[1]。

3 工程任務(wù)

為了達(dá)到《遼河保護(hù)區(qū)河道與水環(huán)境綜合整治工程建設(shè)規(guī)劃報(bào)告》中提出的攔河蓄水工程措施“在主河槽內(nèi)修建橡膠壩，橡膠壩兩側(cè)修建橫向生物堰，在枯水期使河道主槽的水漫過(guò)灘地形成淺水濕地，濕地中栽植蒲草等親水植物。另外為防止橡膠壩上游河槽塌岸泥沙進(jìn)入河道，減少因河道平面擺動(dòng)對(duì)橡膠壩運(yùn)行安全造成的影響，計(jì)劃對(duì)每座橡膠壩上下游河道兩側(cè)河槽進(jìn)行必要的工程防護(hù)，河道工程防護(hù)采用格賓石籠等生態(tài)工程措施，以利于水生植物的生長(zhǎng)，在發(fā)揮工程防護(hù)作用的同時(shí)改善生態(tài)環(huán)境”。本次工程的任務(wù)是在通江口大橋上游3.2km修建主槽橡膠壩，對(duì)主槽兩側(cè)的灘地進(jìn)行降灘處理，使該地區(qū)上下游范圍內(nèi)形成穩(wěn)定的水面，同時(shí)水面漫過(guò)灘地形成濕地，在濕地中種植水生植物達(dá)到為遼河干流凈化水質(zhì)的目標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上，改善生態(tài)環(huán)境[2-4]。

4 工程規(guī)模設(shè)計(jì)

4.1 橡膠壩長(zhǎng)度確定

本次工程在主槽布置橡膠壩的同時(shí)，在橡膠壩的兩側(cè)還要布置橫堤。在橡膠壩長(zhǎng)度及橫堤長(zhǎng)度的確定上應(yīng)考慮各個(gè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)狀河道的主槽寬度為120m，從壩址上下游來(lái)看，壩上游主槽寬度在140-180m，下游主槽寬度130m左右，本著優(yōu)化行洪斷面，優(yōu)化濕地景觀效果等原則，所以確定橡膠壩長(zhǎng)度在原有主槽120m寬的基礎(chǔ)上加寬30m。

4.2 橡膠壩底板高程確定

為最大限度地滿足泄洪要求，減少建壩后對(duì)河道的淤積影響，保證洪水安全下泄，根據(jù)《遼河保護(hù)區(qū)河道與水環(huán)境綜合整治工程建設(shè)規(guī)劃報(bào)告》規(guī)劃在主槽和兩側(cè)灘地形成穩(wěn)定的水面，考慮遼河多泥沙河流特性，維護(hù)河道自然比降不變，利于行洪和排沙。根據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，壩址處河底平均高程70.7m，則橡膠壩底板高程確定為70.7m。

4.3 橡膠壩壩高確定

為保證橡膠壩蓄水時(shí)水面高于現(xiàn)狀兩側(cè)灘面0.3-0.5m，根據(jù)壩址兩側(cè)地形條件，左側(cè)灘地高程為73.20m，左岸周家網(wǎng)地面高程為73.70m，為了對(duì)周家網(wǎng)地區(qū)不造成浸沒(méi)的影響，初選橡膠壩頂高程不能超過(guò)73.70m。右側(cè)灘地高程為72.2m，綜合考慮1、河道灘地降灘土方量2、土方不外運(yùn) 3、土方平衡4、橡膠壩運(yùn)行和管理，確定橡膠壩壩頂高程為73.2m，壩高2.50m。

4.4 橡膠壩規(guī)模選取

橡膠壩總壩長(zhǎng)150m，設(shè)計(jì)擋水位73.2m，3跨橡膠壩，壩高2.5m，壩底板頂高程70.7m。左岸橫堤長(zhǎng)度為127m，右岸橫堤長(zhǎng)度為86m。本次工程在主河槽內(nèi)修建橡膠壩，壩右岸距離山體很近，并且下游濕地面積很小，因此右岸橫堤不過(guò)流量，橫堤頂高程與橡膠壩右岸翼墻頂高程73.70m一致，右岸橫堤與右岸山體相接。左岸橫堤按照規(guī)劃中提出的生物堰行式，即在左岸灘地修建高于灘地的生物堰，堰頂高程和橡膠壩高程一致，堰頂和橡膠壩頂同時(shí)過(guò)流。左岸為周家網(wǎng)村，地面高程為73.80m，在橡膠壩完建蓄水后避免對(duì)村子造成浸潤(rùn)影響，在橡膠壩的左岸修建一道1.8km順堤，順堤頂高程為73.70m，順堤距周家網(wǎng)村最近處距離250m，并且采取工程防滲措施，對(duì)該村不會(huì)造成浸潤(rùn)影響。

4.5 工程規(guī)模合理性分析

工程所在河段距通江口水文站較近，因此選取該站作為代表站進(jìn)行分析。本工程橡膠壩的主要作用是在枯水年份植物生長(zhǎng)期滿足濕地用水量，沒(méi)用防洪和灌溉的要求。因此在植物生長(zhǎng)期應(yīng)該盡量減少橡膠壩塌壩運(yùn)行，以滿足濕地中水生植物生長(zhǎng)期用水量。濕地中水生植物生長(zhǎng)用水期集中在4-6月份，根據(jù)通江口實(shí)測(cè)4-6月、9-11月徑流量系列進(jìn)行保證率計(jì)算，采用經(jīng)驗(yàn)頻率排頻，選取50%、75%頻率對(duì)應(yīng)的月徑流相近的年份作為典型年，由典型年的4-6月、9-11月實(shí)測(cè)逐日流量資料繪制流量歷時(shí)保證率圖成果，見(jiàn)圖1、圖2。由流量歷時(shí)保證率得到各保證率日平均流量，見(jiàn)1表。

表1 各保證率日平均流量成果表 m3/s

圖1 4—6月逐日流量歷時(shí)保證率圖

圖2 9—11月逐日流量歷時(shí)保證率圖

通過(guò)與生產(chǎn)橡膠壩廠家溝通，確定和平橡膠壩設(shè)計(jì)過(guò)流能力為36.4m3/s，極限過(guò)流能力為56.1m3/s。即當(dāng)溢流流量長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)流能力時(shí)，橡膠壩需塌壩運(yùn)行，而橡膠壩短時(shí)間內(nèi)流量達(dá)到甚至超過(guò)設(shè)計(jì)流量，橡膠壩可以繼續(xù)運(yùn)行，但是橡膠壩的極限過(guò)流能力是56.1 m3/s，一旦過(guò)流達(dá)到極限過(guò)流能力，則橡膠壩必須塌壩運(yùn)行，防止橡膠壩壩袋因壓力過(guò)大而損壞。通過(guò)計(jì)算橡膠壩上游溢流水深為30cm時(shí)，橡膠壩和左岸生物堰設(shè)計(jì)流量為73.7m3/s，橡膠壩和左岸生物堰極限流量114.1m3/s。

通過(guò)表1比較可以看出，通江口站4-6月各保證率下日平均流量比9-11月份小。本次橡膠壩主要作用保證植物生長(zhǎng)期4-6月上下游濕地供水量，盡可能減少塌壩次數(shù)，一般在枯水期運(yùn)用，用4-6月份中P=50%典型年逐日流量成果與橡膠壩和生物堰過(guò)流量進(jìn)行比較?？梢钥闯鯬=50%典型年(1961年)4-6月份91d里共有3d超過(guò)橡膠壩和生物堰設(shè)計(jì)流量，沒(méi)有超過(guò)橡膠壩和生物堰極限過(guò)流能力。即需要塌壩運(yùn)行的天數(shù)在0-3d，占總天數(shù)的0%-3%。同時(shí)修建橡膠壩主要用于枯水年份的4-6月保證濕地用水量，即頻率為75%或大于該頻率的年份。從圖1、圖2及表1中可以看出，P=75%的年份日平均流量比P=50%的年份小，實(shí)際塌壩的天數(shù)僅為1d。

通過(guò)以上分析可以看出，在枯水年份4-6月濕地供水期，橡膠壩塌壩運(yùn)行的天數(shù)較少，在濕地植物生長(zhǎng)期，可以持續(xù)正常運(yùn)行橡膠壩，這就能滿足生態(tài)濕地的用水量，同時(shí)也方便橡膠壩運(yùn)行和管理。因此本次橡膠壩工程所選取的規(guī)模是合適的。

5 濕地工程設(shè)計(jì)

濕地主要的作用包括以下幾點(diǎn)：固灘沉淤、凈化水質(zhì)、保持生態(tài)、美化環(huán)境。橡膠壩建成后，上游水面高程為73.2m，左岸通過(guò)降灘形成300-500mm的淺水區(qū)。利用這部分淺灘，通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)卦参锶郝涞姆N植來(lái)恢復(fù)當(dāng)?shù)卦鷳B(tài)系統(tǒng)?？拷迩f一側(cè)修建2500m長(zhǎng)順堤。右岸山坳處地勢(shì)平坦且水流平緩，結(jié)合山體，分層次栽植耐水濕植被如小青楊、菖蒲等，與左岸片林形成呼應(yīng)。淺灘處利用低洼地形，形成800-1200mm池塘，養(yǎng)殖荷花。打造靜水面，形成幽靜的荷塘美景，防腐木棧道蜿蜒其中，步移景異。

下游水面高程70.7m。下游左岸生物堰匯流的水系在灘地上形成300-500mm曲折溪流，利用原有的地形，適當(dāng)進(jìn)行土方的調(diào)整，在灘地上通過(guò)堆微地形，來(lái)平衡土方，整理陸上水系，形成溪流濕地景觀帶。右岸在提水站下游右岸陸上的原有水塘經(jīng)過(guò)處理形成陸上濕地肌理。灘地植物的種植，充分利用當(dāng)?shù)卦鷺?shù)種，著力恢復(fù)當(dāng)?shù)氐脑季坝^形態(tài)。結(jié)合背景林帶，主要種植低矮的灌木與水生植物，為濕地景觀增加了豐富的層次[5-6]。

主河道兩端種植菖蒲為主的水生植物組團(tuán)，形成粗放、自然的水生濕地景觀。灘地上植物的種植，充分利用當(dāng)?shù)卦鷺?shù)種，著力恢復(fù)當(dāng)?shù)氐脑季坝^形態(tài)。結(jié)合原有的護(hù)堤林帶，隨山就勢(shì)地種植喬木、灌木與水生植物。喬木以耐水濕、速生的小青楊為主，片林形式栽植。灌木組團(tuán)以具有經(jīng)濟(jì)植物杞柳和紫穗槐為主體，大面積的組團(tuán)方式，在不影響防洪的基礎(chǔ)上來(lái)營(yíng)建粗放的大地景觀肌理。池塘、沼澤內(nèi)重點(diǎn)種植荷花、千屈菜、香蒲等靜水種植植物材料。結(jié)合以波斯菊為主的野生草花組合來(lái)打造一條具有地方特色的水上濕地與陸生濕地交相輝映的生態(tài)濕地景觀肌理。

6 結(jié) 語(yǔ)

遼河干流法庫(kù)段(和平)生態(tài)蓄水工程2013年開(kāi)始建設(shè)，2014年并投入運(yùn)行，目前該工程所在區(qū)域被命名為“遼河神龍灣”景區(qū)。本工程通過(guò)合理的布局及精細(xì)的設(shè)計(jì)，達(dá)到了前期規(guī)劃的效果，充分發(fā)揮濕地固灘沉淤、凈化水質(zhì)、保持生態(tài)、美化環(huán)境作用，為今后遼河濕地建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。