白石水庫壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)技術(shù)探析

劉連波

(北票市龍?zhí)端?wù)站，遼寧 朝陽 122126)

0 引 言

最早于1970s，國外學(xué)者就實(shí)踐研究了壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)，按地域文化特色和景觀化設(shè)計(jì)思路，采用生態(tài)修復(fù)技術(shù)將水利工程規(guī)劃實(shí)施為參觀游覽區(qū)。隨著水生態(tài)文明建設(shè)的加快以及現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的發(fā)展，生態(tài)修復(fù)水利工程擾動(dòng)區(qū)的重要性逐漸引起人們的關(guān)注，以邊坡修復(fù)為切入點(diǎn)國內(nèi)學(xué)者開展了大量的實(shí)踐研究。

白石水庫位于北票市大凌河干流上，也是該流域位移的大(1)型控制性工程，總庫容為16.45億m3。大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂長513m，最大壩高49.3m，壩頂高程▽134.3m，壩體分為32個(gè)壩段，編號為0#-31#壩段。設(shè)置引水發(fā)電壓力鋼管3條和二級城市取水管，泄洪排沙底孔12個(gè)、溢流表孔11個(gè)。壩址區(qū)屬于永久征地，施工建設(shè)、壩后棄土明顯改變了壩址區(qū)原有地貌形態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)受到極為不利的影響。因此，為了加強(qiáng)庫區(qū)生態(tài)保護(hù)以及落實(shí)水生態(tài)文明建設(shè)，對白石水庫壩址區(qū)實(shí)行生態(tài)修復(fù)具有非常重要的意義。

1 壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)的原則

生態(tài)修復(fù)是以生物修復(fù)基礎(chǔ)，綜合利用工程、植物、物理與化學(xué)措施，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)生態(tài)最佳修復(fù)效果的技術(shù)體系[1]。本研究利用植物修復(fù)技術(shù)構(gòu)建適合植物生長的土壤、水分和氣候環(huán)境，通過采取有效的技術(shù)措施修復(fù)受損的生境。水庫建設(shè)管理主要集中于壩址區(qū)，該區(qū)域通常存在場地肌理受損、建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管養(yǎng)難度較大、功能需求多樣的特征。因此，必須遵循以下原則生態(tài)修復(fù)壩址區(qū)。

1)易于維護(hù)管養(yǎng)原則。水利系統(tǒng)管護(hù)難度高、占地范圍廣且系統(tǒng)功能多樣，應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃自動(dòng)化監(jiān)測、苗木選擇、澆灌系統(tǒng)、交通系統(tǒng)等科學(xué)實(shí)施生態(tài)修復(fù)工程。

2)生境多樣性原則。生境多樣主要是維持生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，最大程度的修復(fù)生物多樣性。為了更好地恢復(fù)受損的生境以及土壤活力，必須充分考慮土壤特點(diǎn)采取有效的措施；同時(shí)，最大程度的維持現(xiàn)狀植被不變，提供多樣的生存環(huán)境滿足各類微生物、動(dòng)物生長需求。

3)功能復(fù)合原則。水庫運(yùn)行管理和各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施多集中于壩址區(qū)，結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范要求壩址區(qū)建設(shè)仍需滿足生態(tài)綠化、運(yùn)行維護(hù)、建設(shè)管理、交通運(yùn)輸?shù)裙δ苄枨蟆?/p>

4)協(xié)調(diào)原則。壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)工程應(yīng)以維護(hù)和保證水庫主體功能為基本條件，在實(shí)現(xiàn)主體工程管理、空間和安全等目標(biāo)的情況下建設(shè)實(shí)施。

2 生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 棄渣場生態(tài)修復(fù)

一般地，水電站、輸水洞、主體澆筑和大壩基礎(chǔ)開挖等建設(shè)活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量的棄渣，其有機(jī)質(zhì)含量低、pH值波動(dòng)大且土壤結(jié)構(gòu)不良。植被難以生長于棄渣場區(qū)，為了促進(jìn)植被的健康生長需要采取土壤改良、評估、檢測等措施。

2.2 水文化融入

獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與風(fēng)景是水庫大壩工程的明顯優(yōu)勢，這也是傳播水文化、展示工程建設(shè)成果、科普水利知識、示范生態(tài)文明的重要區(qū)域[2]。融入水文化能夠發(fā)揮體現(xiàn)獨(dú)特魅力、豐富景觀內(nèi)涵、傳承地域文化的功能，這也是補(bǔ)充工程特色的重要手段。

1)建筑雕塑表達(dá)。將序列雕塑或建筑小品設(shè)置于水庫壩址區(qū)，這是一種最直觀的文化表達(dá)載體，在生態(tài)修復(fù)過程中被譽(yù)為“凝固的音樂”。如，為紀(jì)念設(shè)計(jì)方、施工方、建管方對小浪底水庫建設(shè)做出的貢獻(xiàn)，在壩址區(qū)設(shè)置了用于紀(jì)念展示的三角雕塑和施工機(jī)械。

2)空間表達(dá)。水庫觀賞路線以壩頂為主，對整個(gè)壩址區(qū)俯視能夠帶來爽朗直觀的感受。所以，生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)位于壩后空間，在設(shè)計(jì)手法上可利用“喝形”的方法布設(shè)壩的后平面形態(tài)。例如，河南前坪水庫合理利用壩后的植被、水系、地形，充分展現(xiàn)了“鳳形”的空間特色。

2.3 水生態(tài)營造

水是維持生物多樣性的重要物資條件，蓄水后壩前形成的水面十分寬闊，但壩后區(qū)域地表水與地下水的連通易受水庫大壩攔水、截滲墻、基礎(chǔ)灌漿等防滲措施的影響，所以生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵是要滿足植被灌溉需求、改良土壤肌理以及營造良好的水環(huán)境，主要體現(xiàn)在：

1)形成水系。在負(fù)荷植被澆灌需求的情況下創(chuàng)造濕地、噴泉、細(xì)柳、島嶼等空間形態(tài)，利用多種生態(tài)護(hù)岸打造水生態(tài)系統(tǒng)，常見的水系結(jié)構(gòu)有“長藤結(jié)瓜”式、“樹枝狀”等。

2)引入水源。壩后區(qū)域預(yù)留水源有生態(tài)基流、電站尾水或工程灌溉水，合理利用壩體前后水位差和科學(xué)的設(shè)計(jì)手段，可以將壩址區(qū)建成噴泉、自流水系等景觀特色區(qū)。

2.4 工程邊坡修復(fù)

大壩工程邊坡陡且多，坡比處于1∶2-1∶0.5范圍，徑流速度隨坡面坡度的增加而加快，該條件下很難留存坡面風(fēng)化的土壤顆粒；坡面土壤的活化養(yǎng)分少、保水功能差，加之植被生長所需的養(yǎng)分及土壤條件的缺少，一般難以滿足植被生長需求。因此，在確保邊坡安全的基礎(chǔ)上應(yīng)采取生態(tài)護(hù)坡，為植被生長創(chuàng)造有利條件。目前，實(shí)際工程中廣泛應(yīng)用的邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)有噴播類、鋪掛類、槽穴構(gòu)筑類和加固填土類4種。

2.5 修復(fù)效果評價(jià)

科學(xué)評價(jià)壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)效果的有效手段是生物多樣性評估，可以從物種與生境多樣性的角度利用Hermy & Cornelis所構(gòu)建的方法進(jìn)行評估[3]。在生態(tài)修復(fù)區(qū)評估生境多樣性時(shí)，要從面、線、點(diǎn)3種不同類型中合理篩選生境單元，如護(hù)坡、草皮、自然林等面狀，圍墻、水系、道路等線狀，橋梁建筑物、水池等點(diǎn)狀生境單元；然后利用地理信息系統(tǒng)計(jì)算點(diǎn)狀要素的數(shù)量、線狀要素的長度和面狀要素的面積，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算生境單元的數(shù)量、長度或總面積占整個(gè)修復(fù)區(qū)的比例，生境單元的多樣性利用多樣性指數(shù)(H＇)描述。

物種多樣性評價(jià)時(shí)要選擇生態(tài)修復(fù)區(qū)內(nèi)的等典型物種群落，其中維管植物能夠提供適于各類生物生存的多樣生境，所以應(yīng)作為評估的主體；針對生長期較長的植物，可以利用樣方檢測和多樣性指數(shù)計(jì)算的方法評估其多樣性。通常以兩棲動(dòng)物、鳥類、蝴蝶等作為典型物種用以評估動(dòng)物類物種多樣性。布網(wǎng)、設(shè)陷阱為比較常見的取樣方式，通過對比研究區(qū)周圍與觀測到的物種，可以合理計(jì)算多樣性指標(biāo)[4]。

3 實(shí)例分析

白石水庫位于遼寧省北票市，是以城市供水、農(nóng)田灌溉、防洪排澇為主，兼顧水產(chǎn)養(yǎng)殖、水利發(fā)電等綜合利用功能的大型水利樞紐，控制流域范圍17649km2。文章結(jié)合壩址區(qū)土壤特性、植被環(huán)境條件和實(shí)際檢測數(shù)據(jù)，對壩址區(qū)所存在的問題進(jìn)行了全面梳理，并針對不同的問題提出行之有效的修復(fù)措施。

3.1 棄渣場修復(fù)技術(shù)

水庫壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)的重要載體是土壤，其土質(zhì)與生態(tài)群落的形成以及植被的生長直接相關(guān)。總體上，白石水庫壩址區(qū)土壤有場地原狀土、工程施工碾壓土和工程棄渣三類，棄渣來源于灌溉洞、泄洪道、壩體開挖和主副壩清基所產(chǎn)生的深層次地下廢土，棄渣場占地50.26hm2，棄渣量共132.4萬m3。棄渣改變了壩后區(qū)域的土壤性質(zhì)和地形地貌，場地原狀土被全面覆蓋。此外，因施工營地建設(shè)、施工車輛碾壓等部分原狀土出現(xiàn)板結(jié)，并且質(zhì)地黏重的原狀土根本無法滿足常規(guī)植被種植的要求。因此，必須全面調(diào)查土壤狀況合理的制定植被種植策略和土壤修復(fù)措施。

1)土壤狀況調(diào)查。考慮場區(qū)種植需求合理選擇58個(gè)樣本點(diǎn)，檢測壩址區(qū)的土壤狀況，對每個(gè)樣本點(diǎn)取50-60cm的沉積層和20-30cm的淋溶層2個(gè)中層樣土壤。然后借助Arc GIS軟件，利用反距離權(quán)重法和有機(jī)質(zhì)含量、含鹽量、pH值、土壤入滲率等數(shù)據(jù)進(jìn)行差值分析，從而獲取在空間分布上土壤理化性質(zhì)特征。

2)修復(fù)措施。通過分析pH監(jiān)測數(shù)據(jù)，確定壩址區(qū)局部偏堿性，而整體偏中性；結(jié)合含鹽量監(jiān)測值，壩址區(qū)不存在鹽漬化土壤也就無需考慮植被耐鹽性；通過分析有機(jī)質(zhì)含量值，確定壩址區(qū)土壤不利于植被生長，土層薄且肥力差。此外，壩址區(qū)多水稻土、清基土和渣土決定了土壤整體入滲率較低，為提高壩址區(qū)土壤肥力和入滲率應(yīng)綜合采取生物技術(shù)、物理手段等。在原土中利用物理手段添加透氣透水性強(qiáng)、粒徑大的河沙，從而解決土壤易板結(jié)、黏度達(dá)的問題，利用充分腐熟的12-20cm厚有機(jī)介質(zhì)增強(qiáng)土壤的透氣性和養(yǎng)分。采用微生物、菌根、蚯蚓等生物技術(shù)提供豐富的供植被生長的氮、磷等有機(jī)質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)增加肥力、疏松土壤的目的，這種改良方法的效果持久，雖然見效慢但有利于促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。

3)種植措施。遵循適地適樹的原則，并結(jié)合壩址區(qū)土壤檢測成果篩選適宜的優(yōu)勢種植品種。大范圍種植楓葉樹、杜鵑、梅類、碧桃、水杉等植物，可結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況預(yù)留5處生境島，埋設(shè)10個(gè)檢測點(diǎn)重點(diǎn)檢測土壤呼吸、水溶性碳、生態(tài)氮和土壤酶等變化，對不同植物群落土壤環(huán)境以及不同土壤生境的動(dòng)態(tài)變化趨勢進(jìn)行預(yù)測分析。

3.2 工程邊坡修復(fù)技術(shù)

原為丘陵地的南壩頭區(qū)域集中分布有陡立的邊坡，多處工程邊坡因“三通一平”變的更加陡立。因此，必須全面考慮防護(hù)要求、土壤類型和坡比等因素，科學(xué)設(shè)計(jì)相應(yīng)的護(hù)坡類型，如噴播類、鋪掛類和加固填土類護(hù)坡，具體如下：

1)鋪掛類護(hù)坡。該類護(hù)坡的坡比為1∶1.5，主要位于施工場地入口道路一側(cè)，覆蓋范圍約為2000m2。采用生態(tài)袋和椰纖毯兩種植生網(wǎng)絡(luò)直接鋪建于邊坡上，按20g/m2的播種量以實(shí)現(xiàn)快速復(fù)綠的目的，袋內(nèi)草籽為20%紫穗槐+30%高羊茅+50%狗牙根。1a后，椰纖毯護(hù)坡植被生長茂密而生態(tài)袋護(hù)坡植被覆蓋率較低。

2)加固填土類護(hù)坡。該類護(hù)坡的坡比為1∶0.5，主要位于住宅樓附近，覆蓋范圍約為6000m2。首先，利用鋼筋和混凝土在坡面上澆筑成框格，再把能夠種植植物的生態(tài)袋鋪填至框格內(nèi)，袋內(nèi)草籽為20%早熟禾+30%高羊茅+50%狗牙根，以20g/m2的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行播種。1a后，由于難以留置雨水護(hù)坡頂部植被長勢較差，而底部植被生長較好。

3)噴掛類護(hù)坡。該類護(hù)坡的坡比為1∶1，主要位于南壩頭副壩山體鄰近交通道路的一側(cè)，覆蓋范圍約為3500m2，此處屬于巖質(zhì)山體。先在防護(hù)段鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片和錨桿，再利用機(jī)械噴射的方式按20g/m2的播種量，向坡面均勻噴射種子與基質(zhì)材料混合液，噴播草籽為20%紫穗槐+30%高羊茅+50%狗牙根。1a后植被長勢良好，生長茂密取得了良好的護(hù)坡效果。

3.3 水文化融入措施

白石水庫承擔(dān)著城市洪水、保護(hù)大凌河沿岸居民安全的任務(wù)，將水文化融入壩址區(qū)生態(tài)修復(fù)工程中，這是補(bǔ)充大凌河水利工程特色的重要體現(xiàn)。對此，應(yīng)根據(jù)壩后水系特點(diǎn)和工程實(shí)際因地制宜的打造多處文化節(jié)點(diǎn)。

3.4 水生態(tài)修復(fù)技術(shù)

白石水庫具有蓄水面積大、壩頂?shù)偷拿黠@特征，水庫建設(shè)改變了區(qū)域小氣候，并在一定程度上增加了空氣濕度。水庫工程建設(shè)對壩址區(qū)的影響最為顯著，截滲墻、基礎(chǔ)灌漿等防滲漏措施和大壩攔河擋水，使得地下水補(bǔ)給方式、壩后水文條件和地下水位等發(fā)生明顯改變?，F(xiàn)狀地外種植林帶替代了原壩址區(qū)堤內(nèi)河床用地，改變了土地性質(zhì)，大流量、高流速的集中泄水使得壩址區(qū)過流極不平衡。

結(jié)合壩址區(qū)復(fù)雜的水文條件規(guī)劃生態(tài)水系，以更好的實(shí)現(xiàn)水位調(diào)控和生態(tài)修復(fù)。根據(jù)大壩北側(cè)灌溉洞和壩址區(qū)地形條件，該工程設(shè)計(jì)一條長5km、蓄水規(guī)模18萬m3、水域面積20hm2的自流水系，與場地內(nèi)零碎水系串聯(lián)并最終回流至大凌河主河道，利用景觀溢流堰攔蓄水流并作為種植工程的澆灌水源。景觀微地形沿水系兩側(cè)布設(shè)，中心水系匯流收集雨水，采用連續(xù)水流以減輕水體泛鹽化和土壤鹽堿化。

4 結(jié) 論

根據(jù)遼寧省“四水同治”的具體要求和白石水庫壩址區(qū)的特性，為貫徹落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)的理念，綜合利用園林學(xué)、土壤學(xué)、生物學(xué)、水工學(xué)等學(xué)科技術(shù)實(shí)踐研究了生態(tài)修復(fù)工程的難點(diǎn)和實(shí)施要點(diǎn)。然后將主體工程水土保持治理措施與生態(tài)修復(fù)工程中的棄渣場地形整理、綠化種植、生態(tài)護(hù)岸、中心水系相結(jié)合，為鞏固提升主體工程生態(tài)安全和有效控制壩址區(qū)水土流失提供了技術(shù)保障。隨著各項(xiàng)措施功能效應(yīng)的發(fā)揮，“生態(tài)壩址、美麗庫區(qū)”的效果逐漸顯現(xiàn)，為更好地檢驗(yàn)其修復(fù)效果未來可以引入生物多樣性法加以評價(jià)。