基于中小型河流生態(tài)修復(fù)的黃河支流宛川河生態(tài)修復(fù)方案探究

王多平 張興旺 劉 睿 馮 熊

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730021）

1 中小型河流生態(tài)修復(fù)

1.1 河流生態(tài)修復(fù)

將生態(tài)修復(fù)理念應(yīng)用于水利工程河流治理，不僅是基于經(jīng)濟(jì)社會飛速發(fā)展大背景下人們生態(tài)環(huán)保意識的不斷強(qiáng)化，也是基于水資源有效利用與科學(xué)治理提出的新要求。河流生態(tài)修復(fù)是指結(jié)合科學(xué)治水理念，通過聯(lián)合環(huán)境學(xué)、園林學(xué)、工程學(xué)、水生生物學(xué)等應(yīng)用性多學(xué)科，將水動態(tài)循環(huán)、水生生物平衡、水利工程學(xué)的基本原理或治理修復(fù)技術(shù)，應(yīng)用于改善或恢復(fù)已被破壞或污染的河流，從河流結(jié)構(gòu)、功能、生態(tài)系統(tǒng)等角度對受損河流進(jìn)行重建。

1.2 中小型河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)路線

隸屬于大江大河支流的大多數(shù)中小河流，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量會直接影響主干河流的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。本研究結(jié)合相關(guān)資料，針對中小型河流的供水、防洪、水環(huán)境、水生態(tài)等多重功能，以中小型河流生態(tài)修復(fù)為目的，統(tǒng)籌河道結(jié)構(gòu)修復(fù)、水資源修復(fù)、生態(tài)環(huán)境修復(fù)三個一級目標(biāo)，其中，河道結(jié)構(gòu)修復(fù)劃分為河道斷面控制與地貌特征改善，水資源修復(fù)劃分為水質(zhì)改善與水文特征修復(fù)，生態(tài)環(huán)境修復(fù)劃分為水生生物物種修復(fù)與植被修復(fù)，分析六個二級目標(biāo)需采用的修復(fù)方法，進(jìn)行方案設(shè)計與對比，通過河流動態(tài)指標(biāo)檢測與河流健康指標(biāo)評價，形成中小型河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)路線，如圖1所示，并將該技術(shù)路線應(yīng)用于黃河支流宛川河生態(tài)修復(fù)方案探究過程中。

圖1 中小型河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)路線

2 黃河支流宛川河區(qū)域概況

黃河支流宛川河發(fā)源于榆中縣南部興隆山、馬銜山區(qū)，屬黃河一級支流，也是黃河中上游生態(tài)走廊主要涵養(yǎng)區(qū)，流經(jīng)龍泉、高崖、甘草店、清水驛、夏官營、金崖、來紫堡等7 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在來紫堡鄉(xiāng)東、西坪村響水子峽匯入黃河，干流長91 km，其中榆中縣境內(nèi)河長 84.5 km，流域面積 1 801 km2［1］。流域內(nèi)建有高崖、龕谷峽兩座水庫，宛川河以高崖、夏官營為界，劃分為上、中、下游三段，上游龍泉高崖河道長26 km；中游甘草、清水驛、夏官營河道長40 km，下游金崖、來紫堡河道長25 km。甘肅省榆中縣屬于農(nóng)業(yè)缺水縣，由于歷史原因上游水庫長期截引地表水、過度開采地下水使河道斷流導(dǎo)致流域生態(tài)流量嚴(yán)重不足，失去涵養(yǎng)及自凈功能；河道沿線長期采砂取土造成河道線不清、地貌及濱河緩沖帶生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴(yán)重；沿河道傾倒垃圾、排放污水造成宛川河金崖橋省控監(jiān)測斷面長期水質(zhì)不達(dá)標(biāo)（目標(biāo)水質(zhì)Ⅳ，多年水質(zhì)監(jiān)測為劣Ⅴ類），直接影響主流黃河的水質(zhì)，亟須進(jìn)行全面治理。

3 宛川河流域主要生態(tài)環(huán)境問題及發(fā)展趨勢

3.1 采砂取土造成河道地貌特征破壞

由于宛川河流域水庫以下常年斷流，僅汛期有洪水排泄，因此中下游河道沿線多成為天然采砂場及排放污水傾倒垃圾的納污河，長期、無序的河道沿線采砂取土及污染排放，不僅造成了河道自然形態(tài)、地形地貌景觀、土地資源壓占挖損、土壤植被的嚴(yán)重破壞，而且加劇了水土流失和洪水泥石流災(zāi)害。在本次治理區(qū)沿線有32 個10～30 萬m3的采砂坑，采砂河段岸線不復(fù)存在，兩岸植被損毀殆盡。根據(jù)《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案編制規(guī)范》（DZ/T 0223—2011）［2］，采砂取土造成地形地貌景觀破壞、土地資源挖損壓占破壞、水土污染破壞的影響程度很嚴(yán)重，由于采砂時間延續(xù)幾十年，取土量巨大，目前沒有土源進(jìn)行回填。

3.2 水質(zhì)惡化致斷面水質(zhì)長期不達(dá)標(biāo)

黃河流域（榆中段）涉及2個國控斷面和1個省控斷面，分別為什川橋控制斷面（國控）、青城橋控制斷面（國控）和宛川河金崖控制斷面（省控）。近年來，在黃河流域（榆中段）生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查與評估期間，分別對黃河干流什川橋斷面、青城橋斷面、大峽橋或大峽電站、黃崖口村、宛川河榆鋼工業(yè)廢水排口下游500 m、夏官營污水處理廠排口下游500 m、金崖橋斷面、入黃河口上游（西坪）、宛川河入黃河口下游（東坪）、柳溝河入黃河處等10 個地表水監(jiān)測斷面進(jìn)行了豐水期、枯水期兩期水質(zhì)取樣監(jiān)測。

監(jiān)測周期：豐水期（2018 年9 月10 日—17 日）、枯水期兩期（2019 年 3 月 23 日—26 日）［1］。監(jiān)測指標(biāo)：依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量評價》（GB 3838—2002）和《江河生態(tài)安全調(diào)查與評估技術(shù)指南（試行）》，在綜合考慮調(diào)查與評估目標(biāo)、黃河流域榆中段主要污染來源的基礎(chǔ)上，確定本次監(jiān)測的監(jiān)測指標(biāo)。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，除大峽橋或大峽電站、黃崖口村、什川橋斷面、青城橋斷面水質(zhì)符合或優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到Ⅰ～Ⅱ類要求，斷面水質(zhì)類別達(dá)到“優(yōu)”或“良好”外，宛川河斷面水質(zhì)均為劣Ⅴ類，水質(zhì)狀況為重度污染。具體斷面水質(zhì)狀況見表1［4］。

表1 現(xiàn)場監(jiān)測斷面水質(zhì)類別狀況

3.3 資源性缺水及生態(tài)流量下泄不足

3.3.1 資源性缺水。宛川河具典型干旱區(qū)河流水文特征，徑流形成、利用、消失分區(qū)明顯。徑流補(bǔ)給主要來源于上游興隆山、馬銜山，冰雪融水及降雨是河道徑流的主要補(bǔ)給形式，其中冰雪融水約占補(bǔ)給徑流量25%，降雨補(bǔ)給約占75%。中下游沖洪積平原區(qū)及河谷階地區(qū)為農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)及人畜飲水區(qū)，是上游徑流的主要利用、消耗區(qū)。由于宛川河流域由于氣候干燥，降雨稀少，屬甘肅中部干旱缺水區(qū)域，水資源十分匱乏，屬于資源性缺水區(qū)。

3.3.2 過度利用及水庫截流造成河道斷流。榆中縣是蘭州東城鄉(xiāng)聚居地及農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)，是全國無公害蔬菜生產(chǎn)示范縣、全國高原夏菜生產(chǎn)重點縣、全省蔬菜大縣，農(nóng)業(yè)灌溉、人畜飲水用水量大。宛川河作為流域水資源主要開發(fā)利用區(qū)，沿河取水主要用于沿線的農(nóng)業(yè)灌溉及生活生產(chǎn)用水，是榆中縣取用水最主要的河流。為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及蔬菜種植，宛川河長期截引地表水、開鑿機(jī)井開采地下水，地下水超采利用嚴(yán)重，地表水截引利用嚴(yán)重，造成流域水資源的過度利用，河道長期斷流造成中下游植被衰亡，草甸植被和喬木灌木林-天然綠洲地帶的退化和萎縮，自然生態(tài)環(huán)境十分脆弱。

近年來，隨著國家對生態(tài)保護(hù)的重視，宛川河上游興隆山區(qū)進(jìn)行全面生態(tài)修復(fù)、封山育林，生態(tài)環(huán)境得到全面改善和恢復(fù)，但中下游由于農(nóng)業(yè)灌溉及生活用水需求日益增長，造成生態(tài)用水與農(nóng)業(yè)灌溉及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展用水的矛盾日趨突出。

3.3.3 水庫截引加劇生態(tài)流量不足。為了截引利用有限的水資源，保障沿線農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活用水，宛川河及其主要支流修建高崖、龕谷峽2 座截引水庫，水庫控制流域面積為187 km2，通過水庫、渠首截引調(diào)蓄水資源，用于農(nóng)業(yè)灌溉及人畜飲水。其中農(nóng)業(yè)灌溉用水占年徑流量的88.0%，生活用水占年徑流量的2.5%，余水占年徑流量的9.5%，主要為汛期下泄生態(tài)水量。由于上游水庫截引及地下水過度開采，宛川河中下游常年斷流，河道生態(tài)流量下泄嚴(yán)重不足，造成水庫以下中下游天然林草地、生態(tài)緩沖帶、濕地不斷退化，生物多樣性遭到嚴(yán)重破壞；同時由于河道長期斷流，河道成為采砂取土、排放污水、傾倒垃圾的納污河，河流凈化功能喪失，河流水質(zhì)長期不達(dá)標(biāo)。生態(tài)環(huán)境日趨惡化，成為制約流域生態(tài)環(huán)境恢復(fù)和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素。

3.4 流域生態(tài)破壞造成生物多樣性生境破壞

宛川河中下游區(qū)由于水庫截流、河道斷流、河道采砂、排放污水及傾倒垃圾，河流失去污染物稀釋及凈化功能，河道內(nèi)外采砂坑遍布，地形及岸線支離破碎，水流流態(tài)和泥沙輸移發(fā)生變化，水土流失加??；河道生物的棲息、覓食和產(chǎn)卵繁殖生境嚴(yán)重破壞，緩沖帶林草濕地不斷退化、萎縮，沿岸陸生植物破壞殆盡，魚類、水生與濕生生物基本絕跡，生物多樣性嚴(yán)重破壞，流域生態(tài)環(huán)境極度脆弱。

3.5 流域濱河緩沖帶破壞，生態(tài)涵養(yǎng)、自凈功能退化

緩沖帶是河流陸地生態(tài)系統(tǒng)與水生態(tài)系統(tǒng)之間的一個重要的生態(tài)交錯帶，容易受岸上周邊地區(qū)各種生命活動和自然過程的影響，在一定程度上是河流的一道保護(hù)屏障［3］。主要有保障徑流、水源涵養(yǎng)、生態(tài)涵養(yǎng)、增加環(huán)境容量、水質(zhì)凈化、減少水土流失，形成生態(tài)屏障，促進(jìn)流域生態(tài)改善及促進(jìn)生物多樣性、維持經(jīng)濟(jì)社會賴以生存和發(fā)展的生命保障系統(tǒng)的綜合功能，是生態(tài)系統(tǒng)在能量流、物質(zhì)流的生態(tài)過程中，對外部的重要作用。河濱緩沖帶破壞，直接影響流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能［4］。

4 生態(tài)修復(fù)方案

4.1 采砂坑治理修復(fù)河道地貌特征

對占據(jù)主河槽直接影響上游流量下泄及泄洪的采砂坑進(jìn)行回填，其他采砂坑及河道根據(jù)清淤量分段挖填整平即可，不做全部回填。即根據(jù)采砂坑所處位置、土地屬性及河道管護(hù)線內(nèi)外差別，分類采取整治措施分述如下。

4.1.1 河道管護(hù)線內(nèi)侵占主河道影響行洪及村鎮(zhèn)安全的采砂坑修復(fù)。此類采砂坑直接造成河道不暢，無法正常徑流和泄洪，利用采砂坑上下游河道疏浚的砂土對采坑進(jìn)行回填，恢復(fù)河道自然連通。根據(jù)調(diào)查、測量及土方平衡計算。

4.1.2 河道管護(hù)線內(nèi)不影響行洪非基本農(nóng)田的采砂坑修復(fù)。河道保護(hù)線內(nèi)但不影響河道徑流或泄洪，位于主河槽一側(cè)或兩側(cè)，土地屬性非基本農(nóng)田的采砂坑共10 個，因無處取土，原則上不回填，保持現(xiàn)狀，充分利用原有通村道路、預(yù)留砂土堤岸將采砂坑與行洪主河槽自然分割開，根據(jù)采坑四周環(huán)境條件（如道路、基本農(nóng)田、灘涂等），對采坑邊坡進(jìn)行因地制宜的整形保持其邊坡穩(wěn)定性即可，不做大挖大填，然后進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，具備放坡條件的可適度放坡，增加邊坡穩(wěn)定性，不具備放坡條件的，可利用清淤渣土，對坡腳進(jìn)行堆填穩(wěn)固，并對坑底進(jìn)行挖填整平，然后按照土地屬性進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。土地屬性為灘涂則恢復(fù)為林草地或濕地，土地屬性為農(nóng)田則恢復(fù)為農(nóng)田。采坑較大較深則種植小灌木及種草，采坑較小較淺則恢復(fù)為濕地。

4.1.3 河道管護(hù)線外土地屬性為農(nóng)田的采砂坑修復(fù)。河道保護(hù)線外占用基本農(nóng)田的采砂坑共6個，此類砂坑必須按《基本農(nóng)田保護(hù)條例》的規(guī)定恢復(fù)原種植條件或辦理相關(guān)手續(xù)?？衫煤拥朗杩Ｍ馏w及渣堆棄土進(jìn)行回填整平后，恢復(fù)為基本農(nóng)田。但宛川河沿線歷史遺留的許多大型采砂坑，需要大量客土，由于采砂坑大而深，周圍嚴(yán)重缺土，全部回填難度大而長期未得到整治。對此可利用疏浚清挖棄土或棄渣堆進(jìn)行部分回填或坡面整形。在有客土來源的條件下可以回填整平后恢復(fù)原種植條件復(fù)耕，以恢復(fù)原土地用途，沒有客土來源的則通過采坑坡面整形，安全放坡后，改造為梯級農(nóng)田。

4.1.4 河道管護(hù)線外非基本農(nóng)田的采砂坑修復(fù)。位于河道管護(hù)線外一側(cè)，土地屬性非基本農(nóng)田的采砂坑共4 個，因無處取土，原則上不回填，保持現(xiàn)狀，根據(jù)采坑四周環(huán)境條件（如道路、基本農(nóng)田、灘涂等），對采坑邊坡進(jìn)行因地制宜的整形保持其邊坡穩(wěn)定性即可，不做大挖大填，然后進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，具備放坡條件的可適度放坡，增加邊坡穩(wěn)定性，不具備放坡條件的，可利用清淤渣土，對坡腳進(jìn)行堆填穩(wěn)固，并對坑底進(jìn)行挖填整平，然后按照土地屬性進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。土地屬性為灘涂則恢復(fù)為林草地。采坑較大較深則種植小灌木及種草。

4.2 建立緩沖區(qū)調(diào)整河道地貌特征

在采坑、渣堆及灘涂平整后，需根據(jù)土地屬性及地形地貌條件將損毀的土地因地制宜恢復(fù)為耕地、濕地、林草地。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查、工程測繪，清水驛、夏官營河道管護(hù)線外基本大多為基本農(nóng)田，采砂坑、灘涂地較分散分布在河道兩側(cè)，可因地制宜植樹種草，營造河道生態(tài)緩沖帶，形成阻隔污染、改善河濱環(huán)境的生態(tài)緩沖帶。生態(tài)緩沖帶布設(shè)于宛川河沿線，是宛川河流域生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)，攔截面源污染，營造綠水碧岸、魚翔淺底良好生態(tài)環(huán)境及美麗鄉(xiāng)村的重要組成部分，種植樹木在考慮生態(tài)修復(fù)、水源涵養(yǎng)基本功能的前提下，兼顧環(huán)境美化和長期景觀效果，重點地段強(qiáng)化視覺觀賞性。強(qiáng)調(diào)整體布局的統(tǒng)一性，結(jié)合項目區(qū)氣象水文特點、土壤類型、植被立地條件，充分考慮生態(tài)系統(tǒng)長效性和可持續(xù)性，樹種選擇以耐鹽堿、耐干旱、抗寒、適應(yīng)性強(qiáng)、壽命長、成活率高的植物品種，采用點、線、面結(jié)合，喬、灌、草混合配置方式，營造和諧、美觀與周圍協(xié)調(diào)一致的景觀效果。

4.3 河道疏浚進(jìn)行河道斷面控制

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，宛川河生態(tài)修復(fù)一期17 km沿線工程共有采砂坑32個，采砂坑占地面積732 118 m2，采坑平均深度13 m，總體積956.85 萬m3，因回填需要大量土方，無處取土，但現(xiàn)階段必須首先對影響河流貫通的主河槽采砂坑進(jìn)行回填，才能保證河道連通［5］。通過河道疏浚取土對影響河道徑流及泄洪安全的采砂坑進(jìn)行回填，根據(jù)實測地形圖縱橫斷面及原河流縱坡、采砂坑及上下游河槽地形條件，因地制宜設(shè)計清淤地段及清淤量，對采砂坑進(jìn)行整治。對已經(jīng)實施河道整治及河堤建設(shè)工程、岸線規(guī)整、河槽通暢且已清淤地段不再實施清淤及回填。

4.4 生態(tài)流量調(diào)水配水改善資源性缺水

為解決宛川河生態(tài)流量下泄問題，首先在榆中縣縣城南側(cè)的南坡灣新建水庫型縣城飲用水水源地，利用引洮一期工程榆中水資源作為新建水源地水源，該水源地建成后，榆中縣城將實現(xiàn)飲用水水源地雙水源地，同時將會減少宛川河地表水及地下水的開采利用量。同時在上游采取退耕還草、自然封育、營造生態(tài)林、生態(tài)緩沖帶，以保證宛川河生態(tài)流量逐年恢復(fù)和增加。

4.5 設(shè)計人工濕地修復(fù)河流生態(tài)環(huán)境

宛川河人工濕地是以蓄水調(diào)洪、滯緩徑流、水土保持、污染阻隔、凈化水質(zhì)、維護(hù)生物多樣性、生態(tài)修復(fù)及環(huán)境美化等自然功能為主要目標(biāo)的生態(tài)修復(fù)型濕地。主要通過河道垃圾清理、河道疏浚、種植本土易養(yǎng)護(hù)、好維護(hù)的水生、鄰水、陸生植物，達(dá)到生態(tài)環(huán)境修復(fù)目的。人工濕地設(shè)計目的是改善和修復(fù)流域生態(tài)環(huán)境，改善水質(zhì)。通過甄選當(dāng)?shù)貪竦刂参镂锓N，恢復(fù)生態(tài)景觀，凈化水體，美化人居環(huán)境。宛川河現(xiàn)狀屬于季節(jié)性河流，一般無大的徑流，多為周期性或季節(jié)性洪水，因此適宜建設(shè)河道沿線河谷人工濕地。河流是開放系統(tǒng)，與邊緣的水生生態(tài)系統(tǒng)和其他邊緣的陸地生態(tài)系統(tǒng)之間會產(chǎn)生強(qiáng)烈的能量、養(yǎng)分和物種交換，利于形成流域生態(tài)屏障或污染阻隔帶。

5 結(jié)語

通過黃河支流宛川河生態(tài)流量下泄、河道疏浚生態(tài)溝渠、河道沿線生態(tài)破壞恢復(fù)治理（采砂坑整治）、河濱緩沖帶生態(tài)恢復(fù)（生態(tài)濕地、生態(tài)緩沖帶建設(shè)）等生態(tài)保護(hù)措施，保障河流生態(tài)基流，恢復(fù)河流自凈功能及生態(tài)涵養(yǎng)功能，防治洪水泥石流災(zāi)害、減少水土流失，促進(jìn)流域水質(zhì)達(dá)標(biāo)，實現(xiàn)宛川河水清、岸綠、景美、水質(zhì)達(dá)標(biāo)的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)，助力黃河流域生態(tài)保護(hù)與生態(tài)創(chuàng)新城高質(zhì)量發(fā)展。