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海勃湾水库环境演化及生态格宾石笼保护方案

时间:2015-07-30 16:08 作者:晟江格宾网www.gabionchang.com 点击:

摘要:海勃湾水库泥沙淤积严重,并随着水库的运行将逐渐形成高滩深槽型水库。为了应对海勃湾水库泥沙淤积对湖区生态环境的影响,在生态护岸建设方而,为使岸坡稳定和拓展城市发展空间,海勃湾水库右岸采用格宾石笼防护方案,其优点是抗冲刷力和对不良地基的适应能力较强,同时为亲水植物的生长创造条件;在植物种类选择方而,应优先考虑大型水生植被,以便于管理和提高景观效果,对于植物群落,应进行搭配种植,以发挥其在关化环境、净化水质、抑制藻类生长等方而的作用。

1、海勃湾水库调节库容变化趋势:
   海勃湾水利枢纽位于内蒙古乌海市城区西侧,是黄河干流上以防凌、发电为主的大型水利工程,河流泥沙含量很高,建坝后水库淤积问题十分严重。李友起等[1]研究表明,海勃湾水库调节库容从初始的4.87 亿m3缩减至0.57 亿 m3时才能实现冲淤平衡,但这一过程大概需要50 a。值得一提的是,调节库容变化趋势呈非线性状态,总体上分为3 个阶段: 第一阶段为水库运行前10 a,这一阶段水库淤积现象最为严重,在此期间调节库容会骤减至约 1. 87 亿 m3; 第二阶段为水库运行前10 ~20 a,在此期间调节库容减小速率会降低,降至约0.96 亿 m3; 第三阶段为水库运行前20 ~50 a,调节库容虽在减少,但总体趋于冲淤平衡,在此期间调节库容会减至约0.57 亿 m3。

2、水库环境变化过程分析:
   为了有效排沙和防洪,海勃湾水利枢纽采用蓄清排浑方案。汛期当上游来水含沙量小于 3 kg/m3时,水库在正常蓄水位 1 076 m 运行; 当上游来水含沙量大于3 kg/m3或日平均来水流量大于 1 500 m3/s 时,水位降至 1 074 m 运行; 当来水含沙量大于 10 kg/m3或日平均来水流量大于 2 700 m3/s 时,水库水位降至1 069 m 泄水排沙。非汛期来水较少或含沙量较低时,虽然水库淤积速度较慢,但却是库区淤积的主要来源。当上游来水量较大或含沙量较高时,水库会开闸泄洪,水流将在深泓( 主河槽) 运行,除上游来沙会被挟带出库外,深泓内平时沉淀的泥沙也会被冲刷出库区,这可维持深泓不抬高,但岸滩部位泥沙会逐年积累,并最终形成高滩深槽型水库。经推算,水库运行20 a 时泥沙淤积量达5.45 亿t,运行50 a 时泥沙淤积量达6.41 亿t,即随着时间的推移,滩面比降将逐渐减小,湿地生态环境将逐步形成。深泓、岸滩淤积随时间变化情况见图1、图2。
图2 海勃湾水库岸滩泥沙淤积纵剖面

图2 海勃湾水库岸滩泥沙淤积纵剖面

3、水库生态环境保护方案:
   传统河道治理侧重于满足蓄水、灌溉、排涝等水利功能。硬质护岸材料( 砌石、混凝土) 的优点是抗冲刷能力强,稳定性好; 缺点是生态性不足,割裂了土壤与水体的关系,易使河流变得浑浊或水面氧化,导致许多植物不能正常生长。经统计,当河流采用硬质衬砌材料防护时,沿河水生物种减少约 50%,而整个生物种类数量减少可达70%[2]。近年来,随着人们生态保护意识的增强,让河流正常“呼吸”已成为治理河道的共识。现代生态河流是指以恢复河流的天然形态为目的,尽量减少人为因素或硬质材料对河流的束缚,因此在对海勃湾水库护岸进行治理时,护岸材料应优先选用植被、木桩、生态混凝土、格宾石笼等原始或新型材料,以满足城镇居民观景、亲水、游玩、休闲等需要[3 -4]。
   海勃湾水库左岸为乌兰布和沙漠,人口稀少,无旧堤防和城市建筑,且距离主河槽较远,建议根据地貌情况沿湖岸种植芦苇、蒲草、香蒲、灯芯草、沙葱等适合当地生长且有一定观赏性的亲水植物。水库右岸为城市,防护方案受道路和城市发展空间的影响较大,且距离主河槽较近,因此护岸类型除应满足行洪、防凌等水利功能外,还应适应城市绿化和岸滩淤积等环境的变化。

3.1、生态护岸类型及选择:
   生态护岸分为传统型生态护岸和复合型生态护岸。传统型生态护岸又称全系列生态护岸,是指从一定水深处至坡顶近水部位依次培育沉水植物、浮水植物、挺水植物、沼生植物、湿生植物和中生植物,以实现优化环境和减轻波浪对护岸冲刷的双重目的。它的优点是成本低、养护方便、施工简单,缺点是受地理环境制约较大。工程上采用此类护岸形式需要满足两个条件: 其一,为保证堤防稳定,护岸坡度一般控制在1∶3 ~1∶ 5,否则,易产生边坡失稳; 其二,对于不同植物群落,需在空间和时间上给予优化组合,以提高景观性和净水能力。目前,此类护岸已在国内大面积推广,如黄河下游标准化堤防生态防护工程[5]。西北寒冷干旱地区,参照宁夏沙湖治理经验,岸滩部位适宜人工培育的植物以芦苇为主,在其周边沙漠地区,植物群落有芨芨草、苦豆子、沙柳、柠条、沙枣、白刺和甘草等[6],这类植被的共同特点是根深、耐旱、抗风沙能力强。若在土壤生物技术方面应用得当,将在控制水土流失、加快生态修复等方面发挥重要作用。
   复合型生态护岸是指利用新型材料和生物技术,满足防洪排涝和植被生长双重目的的护岸形式。目前,新型生态护岸材料主要有格宾石笼、营养生态袋、生态混凝土、加筋土挡墙等。复合型生态护岸相较于传统护岸类型有较大优势: 第一,在满足防洪抗冲等要求的前提下,可营造适合当地动植物繁衍的环境; 第二,对不良地基和陡坡护岸的适应性较强,并具备一定景观效果; 第三,护岸材料的透水性较好,可减少近岸水体的富营养化或二次污染。
   海勃湾水库右岸由于地势较陡,且紧邻城市,因此采用复合型生态护岸,以实现岸坡稳定和拓展城市发展空间等目的。根据海勃湾水库泥沙淤积特点,在水库运行初期,复合型生态护岸的主要功能为防凌( 洪)抗冲,辅以岸坡绿化。当水库运行一段时期后,岸滩淤积所产生的湿地环境效应开始显现,其主辅任务将发生逆转,因此选择适合这一过渡关系的护岸形式非常关键。经比选,决定采用抗锈蚀能力比较强的格宾石笼( 镀高尔凡) 防护方案,其优点是抗冲刷力和对不良地基的适应能力较强,同时由于格宾的填充材料为块石,空隙间可沉淀泥沙,因此为亲水植物的生长创造了条件。

3.2、水生植物选择:
   海勃湾水利枢纽正常蓄水位为 1 076.00 m,海勃湾水库湿地形成时间约为 20 a,由于不同植物群落对水深和气温的要求不同,因此湿地内的主要植物群落也会随着水深的变化而不断演化。为了有效净化水质,并使得湿地生态系统良性发展,当库区湿地形成后,应选择一种或几种优势种群植物进行搭配种植。目前,国际上公认的淡水湿地水生植物优势品种有宽叶香蒲、芦苇、苦草、软水草和狐尾藻等[7 -9]。经调查,距海勃湾水库较近的两个湿地分别是银川沙湖和巴彦淖尔市纳林湖,植物以芦苇和沙柳为主[10 -11],其中,沙湖处于沙漠和城市环绕中,且在生态保护和旅游开发方面已形成可持续发展的体制,这与海勃湾水库的地理环境类似。
   海勃湾水库湿地应以培育大型植物为主,以促进物种的新陈代谢,并对低等藻类生长起到抑制作用[12 -16]。考虑到水库湿地形成时间比较长,且水深会随着泥沙淤积而不断变浅,因此岸滩处的水生植物也会不断演化,不同时期、不同区域湿地水生植物种类见表1。
表1 海勃湾水库湿地水生植物种类推荐
表1 海勃湾水库湿地水生植物种类推荐

4、结语:
   湿地作为一种投资少、管理方便、环境效益高、控制污染能力强的生态系统,在保护地下水、净化空气、美化环境等方面起着不可替代的作用,尤其在干旱缺水或城市开发比较集中的地方。通过分析海勃湾水库环境演化和生态保护方案,得出以下结论: 海勃湾水库岸滩泥沙淤积在蓄水前 10 a 最为严重,之后趋缓,总体表现为“非线性”状态,在此过程中,由于岸滩水深逐渐变浅,因此水生植物主要群落也会随之发生变化,演化顺序根据水深不同依次为沉水植物、浮水植物、挺水植物、沼生植物、湿生植物及中生植物; 复合型生态护坡技术依靠其经济实用、形式多样、功能全面、效益明显等优势,已成为现代河道治理的优选方案,考虑到水库右岸护坡初期堤防功能明显,后期环境效益占优,因此选择格宾石笼作为主要护岸材料,以兼顾此双重功能; 湿地生态系统良性循环直接依赖于植物群落的稳定性和物种的多样性,在选择植物种类时,在尊重自然规律的基础上,应优先考虑大型水生植物,如芦苇、蒲草、灯芯草等,以便于管理和提高景观效果,否则,易出现“杂草”丛生的局面,对于植物群落,应进行搭配种植,以发挥其在美化环境、净化水质、抑制藻类生长等方面的作用。
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