水库坝址区生态修复关键技术研究

　　摘 要：河南出山店水库坝址区是大坝工程建设的永久征地区，根据该区域的实际情况和特点，按照坝址区生态修复的协调、功能复合、生境多样、易于维护管养原则，采用物理手段和生物手段相结合的技术，综合改良弃渣场土壤的入渗率和肥力;采用喷播类、加固填土类、铺挂类3种生态护坡类型对工程边坡进行生态修复;在坝后规划一条生态水系，以调节水位、减轻水体泛盐化、促进水生态修复;在坝址区生态修复工程中融入水文化，重点打造映山泉、金沙湖、聚贤湖3处水文化节点，作为淮河水利工程的特色补充。生态修复有效防止了坝址区水土流失，巩固了大坝主体工程的生态安全。

　　关键词：坝址区;生态修复;技术体系;效果评价;出山店水库

　　1 研究背景

　　國外对水库坝址区生态修复的研究和实践始于20世纪70年代，技术上主要采取景观化设计思路，融入地域文化，将水库坝址区规划实施为水利工程的参观游览服务区。如日本Minamiaiki大坝和美国胡佛大坝将坝址区作为工程建设纪念公园，设计了大量情景雕塑以展示水利工程文化。随着现代生态学的发展，人们逐渐认识到水利水电工程扰动区生态修复工作的重要性，国内以水利水电工程边坡修复为切入点，进行了大量实践和研究。

　　河南出山店水库工程是国务院确定的172项重大水利工程之一，也是淮河干流唯一一座大(Ⅰ)型水库，总库容12.51亿m3，最大坝高35.4 m，已于2019年5月开始蓄水，蓄水水面面积66 km2，属于典型的平原型水库。出山店水库坝址区是大坝工程建设的永久征地区，也是保护和检测大坝安全性的管理区域。大坝工程的施工建设和坝后弃土改变了坝址区的地形地貌，并对生态系统造成干扰。在出山店水库坝址区开展生态修复是贯彻生态文明建设思想、践行“绿水青山就是金山银山”理念的重要举措。

　　2 生态修复内涵

　　生态修复是在生态学原理指导下，以生物修复为基础，结合植物、物理、化学以及工程技术措施，通过优化组合，使生态系统达到最佳效果的技术体系。本研究生态修复以植物修复为手段，构建适合植物生长的水分、土壤、微生物等环境，修复水库坝址区受损生境。水库坝址区作为水库工程建设的管理区域，具有水工建筑物结构复杂、功能需求多样、场地肌理受损严重、养护管理难度大等特点。基于此，坝址区生态修复应按照以下四项原则进行。

　　(1)协调原则。坝址区生态修复工程作为大坝主体工程的附属工程，要在保证和维护水库主体功能的前提下进行建设，具体体现在安全、空间、管理3个方面。

　　(2)功能复合原则。水库坝址区是各项水利工程设施和运行管理设施的集中地，根据《水库工程管理设计规范》(SL 106—2017)，水库坝址区建设需要满足工程建设管理、运行维护、交通、生态绿化等多种功能需求。

　　(3)生境多样原则。生境多样的目的是促进生物多样性，满足生态系统的健康发展。在坝址区应突出强调恢复受损生境，结合场地土壤的特点采取适当措施恢复受损土壤活力;尽量保留场地现状植被，为各类动物、微生物创造多样的生存环境。

　　(4)易于维护管养原则。坝址区水利系统功能多样，占地面积大，运行期维护管养难度大。生态修复工程应在交通系统、浇灌系统、苗木选择、自动化检测等方面统筹规划。

　　3 生态修复关键技术

　　3.1 弃渣场生态修复技术

　　水库大坝基础开挖、主体浇筑、输水洞、电站等工程建设产生了大量工程弃渣。弃渣是由石渣和心土组成的混合物，土壤物理结构不良，有机质不足，pH值不稳定。弃渣场区植被生长困难，需采取土壤检测、评估和改良措施，促进植被健康生长。

　　3.2 工程边坡生态修复技术

　　大坝工程两侧坝头多与岩石连接，工程边坡多且陡，坡比多为1∶2～1∶0.5，坡面陡则雨水径流速度快，坡面自然风化土壤颗粒很难留存;坡面保水功能差，含有的活化养分少，缺少植被生长所必需的土壤条件及养分条件，植被生存十分困难[1]。需在保证工程边坡安全的前提下，结合生态护坡辅助植被生长。坝址区边坡生态修复技术可分为喷播类生态护坡、加固填土类生态护坡、槽穴构筑类生态护坡、铺挂类生态护坡4类。

　　3.3 水生态营造技术

　　水是生物多样性的基础，大坝蓄水后，坝前将形成宽阔的水面，但是水库大坝拦水，以及其基础灌浆、截渗墙等防渗漏措施对坝后区域地下水位和地表水连通产生影响，在坝址区适当营造良好水环境、改良土壤肌理、满足植被浇灌需求是生态修复的关键。

　　(1)引入水源。结合电站尾水、生态基流或灌溉水工程为坝后区域预留水源，可利用大坝前后水位差形成自流水系和喷泉，经巧妙设计后形成水库坝址区水景观特色。

　　(2)形成水系。在满足植被浇灌的同时，营造溪流、湿地、岛屿、喷泉等多样空间形态，结合多种生态护岸，打造水生态系统。具体宜采取“树枝状”“长藤结瓜”式水系结构[2]。

　　3.4 水文化融入技术

　　水库大坝工程具有独特的结构和风景优势，因此是水利工程建设成就的展示区、水生态文明的示范区、水文化传播的平台和水利科普教育的基地。在坝址区融入水文化，是对水利工程的特色补充，可以起到传承地域文脉、丰富景观内涵、体现独特魅力的作用。

　　(1)空间表达。坝顶是人们主要观赏路线，俯视坝址区水面给人直观爽朗的感受。坝后空间是坝址区生态修复的核心部分，在坝后空间的平面形态上可采取“喝形”设计手法，如河南前坪水库在坝后利用地形、水系、植被构建“凤形”空间肌理，展示“龙凤呈祥”的文化特征。

　　(2)建筑雕塑表达。建筑雕塑是凝固的音乐，是文化表达最直观的载体。在坝址区生态修复过程中应设置序列建筑小品和雕塑小品，如小浪底水库坝址区将施工机械用于工程纪念展示，并设置三角雕塑以纪念建管方、施工方、设计方为工程建设作出的贡献。

　　3.5 效果评价技术

　　生物多样性评估是坝址区生态修复工程效果评价的重要手段，通常采取比利时学者Hermy & Cornelis构建的生物多样性评估方法，从生境多样性和物种多样性两方面进行评估。

　　生境指各类生物生存的环境，其多样性评估首先在生态修复评估区筛选点、线、面3種类型的生境单元，如点状生境单元有水池、桥梁建筑物等，线状生境单元有道路、水系、围墙等，面状生境单元有自然林、草地、护坡等;然后结合地理信息系统，计算出面状要素的面积、线状要素的长度和点状要素的数量，根据这些数据计算出生境单元的总面积、长度或数量占生态修复评估区的比例，使用Shannon-Wiener多样性指数(H′)计算生境单元的多样性[3]。

　　选取生态修复评估区内典型物种群落进行物种多样性评估，如维管植物类、动物类多样性评估。维管植物是生态修复区的主体，并为各类生物提供多样生境，植物生长期很长，其多样性评估可采取样方检测的方法，通过多样性指数计算。动物类物种多样性评估常以蝴蝶、鸟类、两栖动物为典型物种，这些物种生命短暂，对生境变化敏感。动物物种取样包括设陷阱和布网，将观测到的物种与评估区周边的物种进行对比，从而计算其多样性指标[4]。

　　4 实例应用

　　河南省出山店水库位于河南省信阳市，控制流域面积2 900 km2。在该工程生态修复过程中，基于无人机航测、土壤与植被环境调查数据，系统梳理坝址区生态修复前的现状问题并图示化，针对不同问题，提出相应的修复措施。

　　生态修复工程规划总面积101 hm2，其中坝后修复区68 hm2、南坝头修复区25 hm2、北坝头修复区8 hm2。南坝头是出山店水库工程建设管理局所在地，交通最为便利，是大坝工程展示的集中区域;北坝头建设有大型鱼类增殖站，培育当地多种鱼类，具有典型的生态教育特色;坝后修复区呈带状，宽200 m，长3.5 km，是该修复工程的重点区域。

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文章名称： 水库坝址区生态修复关键技术研究

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