水庫消落區的水環境綜合治理設計思路初探

黃文虎， 陳 林， 楊昌定

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

水庫消落區的水環境綜合治理設計思路初探

黃文虎， 陳 林， 楊昌定

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

水庫消落區是因庫水位周期性漲落而形成的一類特殊環境承載體，具有明顯的生態脆弱性和易破壞污染特征。隨著我國經濟發展質量的不斷提高，水生態環境問題越來越受到重視，水庫消落區的生態環境問題日益凸顯，特別是《水污染防治行動計劃》發布后，對水庫消落區的水環境綜合治理已迫在眉睫。本文在研究國內水庫消落區治理措施的基礎上，選用瀑布溝水電站漢源消落區綜合治理項目為例，通過對消落區的時空分布、坡度、高程和庫岸地質等相互關系的綜合分析，因地制宜地進行統籌和分部、分區生態景觀規劃，提出“水庫優化調度+高程梯度分級+重點部位景觀壩”的綜合治理方案，對高山峽谷地區深水庫消落區的水環境綜合治理具有一定借鑒意義。

消落區； 治理措施； 綜合治理設計； 特征； 水環境

0 前 言

隨著我國經濟和社會的快速發展，水環境污染已嚴重制約國民經濟的可持續發展。為此，近年來國家制定了一系列政策和措施以減輕環境壓力，特別是2015年《水污染防治行動計劃》發布后，鼓勵并支持河道(湖庫)水環境綜合治理類項目建設，水環境綜合治理工程如雨后春筍般興起。而水庫消落區是一個水位冬漲夏落、不同于自然枯洪期水位規律的特殊干濕交替的特殊區域，較一般水環境系統具有明顯的反季節特點。受水庫特性、庫岸條件、地理位置、氣候特征和社會經濟等因素的影響，水庫消落區的水環境綜合治理具有明顯的個體化特性，為系統開展水庫消落區的水環境綜合治理規劃設計工作帶來不小難度。

本文在研究國內消落區水庫治理措施的基礎上，借鑒三峽水庫開縣消落區水位調節壩的成功實例，綜合分析消落區的時空分布、坡度、高程和庫岸地質等相互關系，提出“水庫優化調度+高程梯度分級+重點部位景觀壩”的綜合治理方案。通過因地制宜的統籌和分部、分區生態景觀規劃，有效改善消落帶環境，打造自然協調的濱水景觀，據此初步探討高山峽谷地區深水庫消落區的水環境綜合治理規劃設計思路。

1 水庫消落區治理的發展歷程與措施

1.1 水庫消落區治理發展歷程

(1)水庫邊坡工程治理階段。一般而言，水庫消落區因水位周期性漲落引起庫岸地下水動水壓力變化，易引發侵蝕、塌岸和滑坡等不良地質現象。對有防護需求的庫岸，選用技術可行、經濟合理的工程治理措施，同時兼顧工程安全性和耐久性，一般采用干砌石、漿砌石、混凝土、預制塊等硬質護岸[1]，材料屬于人工剛性結構，未考慮岸坡的生態功能，且外觀上比較單調生硬，與周圍景觀不協調。目前，西南山區水庫因庫岸地質條件復雜和水文要素限制，大部分水庫邊坡工程仍采用硬質護岸型式。

(2)生態功能恢復階段。隨著我國水利水電工程的大量建設，特別是三峽電站的建成，庫區形成了一個最高水位175 m、最低水位145 m、面積約350 km2的消落區[2]，將產生嚴重的環境污染和生態破壞。國內外開始高度重視消落區問題，從生態學、水文學、環境水力學等方面開展深入研究，提出以生態功能恢復為導向，采用生物和工程措施相結合的原則，在三峽庫區、丹江口、珠海大鏡山等水庫消落區中開始應用，并取得一定成效。

(3)水環境綜合整治階段。近年來，因水環境問題日益嚴重，景觀生態學理論開始廣泛應用于河道整治工程、堤防工程、生態修復工程以及蓄滯洪區建設等水工程規劃設計中，不局限于單一水生態的保護與修復[3]，而是著眼于生態景觀尺度的整體恢復和塑造，規劃設計中融入人文、社會經濟、區域(城市)規劃、建筑、景觀等要素。水庫消落區的水環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)旅游綜合開發過程中，對其消落帶生態濕地的保護和恢復。

1.2 消落區治理措施

(1)植物措施。植物措施是治理消落區最常用的措施，分為自然恢復和人工植物措施[4]。自然恢復形成的生態系統穩定，但周期漫長、容易受自然條件限制。人工生物措施根據植物群落演替規律、氣候、淹沒深度和成陸期時間等要素，選擇具有不同耐淹能力和恢復生長能力的植物，進行人工生態重建。人工生物措施時間短、見效快，但抗災害能力和適應性差。生物措施普遍缺點是對淹沒深度大、成陸時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、水位調節壩、旅游景觀工程和農業開發工程等[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合。

(3)動物措施。動物措施目的在于改善水質，防止水體富營養化，主要采用的是水生生物措施，如放養鰱、鳙、魴等。

2 漢源消落區水環境綜合治理設計

2.1 漢源消落區的特征分析

2.1.1 漢源消落區時空分布

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”。消落區總面積788.57 hm2，根據瀑布溝水庫的調度規程，其時空分布詳見表1。

表1 漢源消落區時空分布

2.1.2 漢源消落區的特點

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

(2)時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%。但從分布時間上看，受水庫調度制約，高程790～821 m消落時間不足60 d，高程821～835 m消落時間約80 d。[6]

(3)規劃區坡度小于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)蓄水后生態系統的演變：蓄水初期消落區生態系統逐漸退化，陸地生態系統逐漸向濕地生態系統演變，在歷經幾個蓄水周期后，消落區生態系統開始自我修復，以“巴根草”為代表的濕地生物在河灘地部位開始生長。

(5)庫岸地形地質條件復雜，不良地質現象作用明顯，主要有風化、卸荷、巖溶、滑坡、拉裂變形體、塌岸、采空區、沖溝洪流等。

(6)在漢源新縣城搬遷和電站庫區塌岸綜合治理等工程建設中，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、墊高造地等工程未統籌規劃，導致自然形成的消落帶與人工治理的工程邊坡交錯，庫岸形態雜亂，生態環境復雜。

2.2 漢源消落區的綜合治理設計重點

通過對漢源消落區的時間、空間、坡度和庫岸地質條件等因素綜合分析，調查漢源消落區在歷經6個水位變幅期后的現狀，在滿足漢源縣城城市規劃和發展要求的前提下，筆者認為漢源縣城消落區這類特殊水環境綜合治理設計的重點在于：

(1)通過前文分析，淹沒深度15 m以上(高程835 m以下)占整個漢源縣城消落區面積的86.7%，且平均成陸時間不足3個月，從國內外研究現狀來看，至今未發現能在水下15 m正常生長的植物，一般生物措施難以奏效，解決高消落深度和短消落時間是本工程面臨最復雜的難題。

(2)流沙河大橋下游河床消落區(高程825～815 m)，因其出露時間(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，為適應新的城市發展形勢和目標要求，《漢源縣縣城總體規劃(2015—2030)》應勢修編發布，提出“建設自然體驗突出的旅游城市和山地城市特色鮮明的濱湖山地城市，優先治理和恢復環漢源湖消落帶，提升環境和生態效益”等發展目標和戰略。因此，契合漢源縣城發展目標與定位，是后水庫移民時代規劃設計必須考慮的重要因素。

2.3 水環境綜合治理設計

2.3.1 總體規劃設計

針對漢源消落區特點和綜合治理面臨的關鍵問題，本文借鑒三峽水庫開縣消落區成功通過“新建水位調節壩+生態防護林、濕地及多塘系統等多種生態措施結合”的實例，提出漢源縣城消落區水環境綜合治理設計原則和思路。

(1)確定以高程為梯度對消落區進行分級、因地制宜地進行統籌和分部、分區生態景觀規劃，工程與生態措施結合的總體原則；

(2)充分論證在流沙河與大渡河交匯口處修建水位調節壩(壩高63.00 m，淹沒841 m高程以下消落區)可行性后，確定以“重點部位景觀壩+優化水庫調度運行方式”減少消落部位和時間；

(3)重點部位重點治理，對嚴重影響漢源縣城景觀的流沙河大橋下游河床消落區，考慮利用水位調節壩工程攔蓄作用減少消落區范圍，減少消落區的面積，降低水位變幅，并形成湖面景觀。

2.3.2 水庫優化調度+高程梯度分級+重點部位景觀壩

為解決漢源消落區面臨的難題，提出以下兩個解決方案。

方案一：水位調節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，水庫運行水位為841.00 m，運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治理措施。

方案二：

(1)通過優化水庫調度運行方式，減少水庫消落時間，將高程821 m以下消落區出露時間控制在1個月以內，其治理方式采用自然修復。

(2)流沙河大橋下游河床經坡度和高程分析，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。規劃設計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、2號景觀壩，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級湖面，水域面積約43 hm2，并營造跌水景觀。

(3)高程835～850 m出露時間長且自然坡度多數在15%以上，為水陸交替帶，且人、社會、環境等交互最為廣泛，采用工程和生態措施相結合。

(4)與城市規劃銜接，塑造優美自然的堤岸形態，堤內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方案，方案二明顯優于方案一。

2.3.3 因地制宜，分部、分區規劃

統籌規劃流沙河左右岸消落區，在恢復消落帶生態環境基礎上，提升水景觀品質。流沙河左岸重點打造富泉段生態濱河堤壩體系(庫岸長約2.0 km)，以此引導周邊農家樂等農業生態旅游項目開發，余下段以現狀穩定庫岸型式為主；流沙河右岸沿湖濱水景觀(庫岸長約6.0 km)，通過公共步行休閑步道、景觀節點和庫岸形態等的塑造，形成整體感強而局部寧靜自然的水岸景觀(見圖1)。

2.3.4 豎向設計和植物選擇

工程措施結合景觀岸線規劃，在維持岸坡穩定的基礎上，對消落帶進行生態化處理，以滿足綠化植物生長需要土壤的需求。填方護坡選用預制混凝土塊、鉸接式護坡塊和生態混凝土等生態護坡型式；自然岸坡段采用“生態袋”護坡，利用其透水不透土的特性，有效解決835～850 m帶自然岸坡生態退化問題(見圖2)。

圖1 富泉段濱河景觀豎向設計

圖2 835～850 m豎向設計

消落區植物選擇：因未進行消落帶植物選擇的試驗和研究，消落帶生態邊坡植物選擇采用近年在庫區大量繁殖的“巴根草”，并在富泉段消落帶景觀[7]中應用良好。

3 結 論

(1)瀑布溝水庫漢源消落區最大消落深度60 m，消落深度同出露時間和坡度呈明顯反比關系，解決高消落深度和短消落時間是工程面臨的最復雜難題。本文借鑒三峽水庫開縣消落區水位調節壩的成功實例，提出“水庫優化調度+高程梯度分級+重點部位景觀壩”的綜合治理方案，對高山峽谷地區的深水庫消落區的綜合治理具有一定借鑒意義。

(2)消落區的水環境綜合治理規劃設計是一項系統性工程，融合城市規劃、生態景觀、水利水電工程等多專業的規劃設計理念，因地制宜進行統籌和分部、分區生態景觀規劃，能夠有效地改善消落帶環境，并打造自然協調的濱水景觀。

(3)對消落區的時空分布、坡度、高程和庫岸地質等相互關系的綜合分析，以高程為梯度分級，明確人、水、自然環境等要素之間的依賴關系和預期目標，是確定各區間消落帶的治理措施關鍵因素。

[1] 王越.河道不同生態護岸型式的適用性研究[D].武漢：長江商學院，2012.

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

[3] 朱黨生，張建永，廖文根，等.水工程規劃設計關鍵生態指標體系[J]. 水科學進展, 2010, 21(4): 561-565.

[4] 張競賢.消落區景觀生態規劃研究——以瀑布溝水庫漢源縣新縣城為例[D].雅安：四川農業大學，2007.

[5] 李枝，耿顯雙，明宏，等.四川省大渡河瀑布溝水電站漢源、石棉縣城消落區綜合治理規劃報告[R].中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，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計報告[R].中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，2014.

[7] 方草. 漢源湖富泉段濱河景觀方案設計[R]. 中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，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計工作。

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1003-9805(2017)04-0083-04