黃文虎， 陳 林， 楊昌定

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)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(jì)思路初探

黃文虎， 陳 林， 楊昌定

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)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(guó)經(jīng)濟(jì)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(dòng)計(jì)劃》發(fā)布后，對(duì)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(guó)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(xiàng)目為例，通過對(duì)消落區(qū)的時(shí)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(jìn)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(jí)+重點(diǎn)部位景觀壩”的綜合治理方案，對(duì)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(jì)； 特征； 水環(huán)境

0 前 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，水環(huán)境污染已嚴(yán)重制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。為此，近年來國(guó)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(dòng)計(jì)劃》發(fā)布后，鼓勵(lì)并支持河道(湖庫)水環(huán)境綜合治理類項(xiàng)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(gè)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(diǎn)。受水庫特性、庫岸條件、地理位置、氣候特征和社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(gè)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(jì)工作帶來不小難度。

本文在研究國(guó)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(shí)例，綜合分析消落區(qū)的時(shí)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(jí)+重點(diǎn)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(jì)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(dòng)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(duì)有防護(hù)需求的庫岸，選用技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的工程治理措施，同時(shí)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(yù)制塊等硬質(zhì)護(hù)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(fù)雜和水文要素限制，大部分水庫邊坡工程仍采用硬質(zhì)護(hù)岸型式。

(2)生態(tài)功能恢復(fù)階段。隨著我國(guó)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(gè)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(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞。國(guó)內(nèi)外開始高度重視消落區(qū)問題，從生態(tài)學(xué)、水文學(xué)、環(huán)境水力學(xué)等方面開展深入研究，提出以生態(tài)功能恢復(fù)為導(dǎo)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(yán)重，景觀生態(tài)學(xué)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(fù)工程以及蓄滯洪區(qū)建設(shè)等水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，不局限于單一水生態(tài)的保護(hù)與修復(fù)[3]，而是著眼于生態(tài)景觀尺度的整體恢復(fù)和塑造，規(guī)劃設(shè)計(jì)中融入人文、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、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(duì)其消落帶生態(tài)濕地的保護(hù)和恢復(fù)。

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(fù)和人工植物措施[4]。自然恢復(fù)形成的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，但周期漫長(zhǎng)、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(shí)間等要素，選擇具有不同耐淹能力和恢復(fù)生長(zhǎng)能力的植物，進(jìn)行人工生態(tài)重建。人工生物措施時(shí)間短、見效快，但抗災(zāi)害能力和適應(yīng)性差。生物措施普遍缺點(diǎn)是對(duì)淹沒深度大、成陸時(shí)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(hù)、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(dòng)物措施。動(dòng)物措施目的在于改善水質(zhì)，防止水體富營(yíng)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(jì)

2.1 漢源消落區(qū)的特征分析

2.1.1 漢源消落區(qū)時(shí)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(shí)空分布詳見表1。

表1 漢源消落區(qū)時(shí)空分布

2.1.2 漢源消落區(qū)的特點(diǎn)

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

(2)時(shí)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(shí)間上看，受水庫調(diào)度制約，高程790～821 m消落時(shí)間不足60 d，高程821～835 m消落時(shí)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(gè)蓄水周期后，消落區(qū)生態(tài)系統(tǒng)開始自我修復(fù)，以“巴根草”為代表的濕地生物在河灘地部位開始生長(zhǎng)。

(5)庫岸地形地質(zhì)條件復(fù)雜，不良地質(zhì)現(xiàn)象作用明顯，主要有風(fēng)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(hù)、墊高造地等工程未統(tǒng)籌規(guī)劃，導(dǎo)致自然形成的消落帶與人工治理的工程邊坡交錯(cuò)，庫岸形態(tài)雜亂，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜。

2.2 漢源消落區(qū)的綜合治理設(shè)計(jì)重點(diǎn)

通過對(duì)漢源消落區(qū)的時(shí)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(gè)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(rèn)為漢源縣城消落區(qū)這類特殊水環(huán)境綜合治理設(shè)計(jì)的重點(diǎn)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(gè)漢源縣城消落區(qū)面積的86.7%，且平均成陸時(shí)間不足3個(gè)月，從國(guó)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(zhǎng)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(shí)間是本工程面臨最復(fù)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(shí)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(duì)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(shì)和目標(biāo)要求，《漢源縣縣城總體規(guī)劃(2015—2030)》應(yīng)勢(shì)修編發(fā)布，提出“建設(shè)自然體驗(yàn)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(fù)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(biāo)和戰(zhàn)略。因此，契合漢源縣城發(fā)展目標(biāo)與定位，是后水庫移民時(shí)代規(guī)劃設(shè)計(jì)必須考慮的重要因素。

2.3 水環(huán)境綜合治理設(shè)計(jì)

2.3.1 總體規(guī)劃設(shè)計(jì)

針對(duì)漢源消落區(qū)特點(diǎn)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(hù)林、濕地及多塘系統(tǒng)等多種生態(tài)措施結(jié)合”的實(shí)例，提出漢源縣城消落區(qū)水環(huán)境綜合治理設(shè)計(jì)原則和思路。

(1)確定以高程為梯度對(duì)消落區(qū)進(jìn)行分級(jí)、因地制宜地進(jìn)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(diǎn)部位景觀壩+優(yōu)化水庫調(diào)度運(yùn)行方式”減少消落部位和時(shí)間；

(3)重點(diǎn)部位重點(diǎn)治理，對(duì)嚴(yán)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(jí)+重點(diǎn)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(gè)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(yùn)行水位為841.00 m，運(yùn)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(yùn)行方式，減少水庫消落時(shí)間，將高程821 m以下消落區(qū)出露時(shí)間控制在1個(gè)月以內(nèi)，其治理方式采用自然修復(fù)。

(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(jì)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(hào)、2號(hào)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(jí)湖面，水域面積約43 hm2，并營(yíng)造跌水景觀。

(3)高程835～850 m出露時(shí)間長(zhǎng)且自然坡度多數(shù)在15%以上，為水陸交替帶，且人、社會(huì)、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(gè)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(fù)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(diǎn)打造富泉段生態(tài)濱河堤壩體系(庫岸長(zhǎng)約2.0 km)，以此引導(dǎo)周邊農(nóng)家樂等農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游項(xiàng)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(zhǎng)約6.0 km)，通過公共步行休閑步道、景觀節(jié)點(diǎn)和庫岸形態(tài)等的塑造，形成整體感強(qiáng)而局部寧靜自然的水岸景觀(見圖1)。

2.3.4 豎向設(shè)計(jì)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(duì)消落帶進(jìn)行生態(tài)化處理，以滿足綠化植物生長(zhǎng)需要土壤的需求。填方護(hù)坡選用預(yù)制混凝土塊、鉸接式護(hù)坡塊和生態(tài)混凝土等生態(tài)護(hù)坡型式；自然岸坡段采用“生態(tài)袋”護(hù)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(jì)

圖2 835～850 m豎向設(shè)計(jì)

消落區(qū)植物選擇：因未進(jìn)行消落帶植物選擇的試驗(yàn)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(shí)間和坡度呈明顯反比關(guān)系，解決高消落深度和短消落時(shí)間是工程面臨的最復(fù)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(shí)例，提出“水庫優(yōu)化調(diào)度+高程梯度分級(jí)+重點(diǎn)部位景觀壩”的綜合治理方案，對(duì)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(jì)是一項(xiàng)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(jì)理念，因地制宜進(jìn)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(duì)消落區(qū)的時(shí)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(jí)，明確人、水、自然環(huán)境等要素之間的依賴關(guān)系和預(yù)期目標(biāo)，是確定各區(qū)間消落帶的治理措施關(guān)鍵因素。

[1] 王越.河道不同生態(tài)護(hù)岸型式的適用性研究[D].武漢：長(zhǎng)江商學(xué)院，2012.

[2] 劉浩，江小青.三峽工程重慶庫區(qū)消落區(qū)土地整理研究[J]. 水利水電快報(bào), 2007, 28(20): 24.

[3] 朱黨生，張建永，廖文根，等.水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)關(guān)鍵生態(tài)指標(biāo)體系[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2010, 21(4): 561-565.

[4] 張競(jìng)賢.消落區(qū)景觀生態(tài)規(guī)劃研究——以瀑布溝水庫漢源縣新縣城為例[D].雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[5] 李枝，耿顯雙，明宏，等.四川省大渡河瀑布溝水電站漢源、石棉縣城消落區(qū)綜合治理規(guī)劃報(bào)告[R].中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2012.

[6] 吳付華，周靜，謝劍明，等.漢源縣城濱湖景觀湖堤工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，2014.

[7] 方草. 漢源湖富泉段濱河景觀方案設(shè)計(jì)[R]. 中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2013.

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(jì)工作。

TV697.3

B

1003-9805(2017)04-0083-04