胡慶武，胡欣琪，段亮，宋永會*，王思宇，包揚

1.遼寧省水文水資源勘測局朝陽分局，遼寧 朝陽 122000 2.中國環(huán)境科學研究院城市水環(huán)境科技創(chuàng)新基地，北京 100012 3.中國環(huán)境科學研究院區(qū)域與城市生態(tài)環(huán)境創(chuàng)新基地，北京 100012

遼河是中國七大河流之一，遼河流域承載著遼寧省經(jīng)濟社會發(fā)展的巨大壓力，高強度的區(qū)域開發(fā)對流域水環(huán)境造成持續(xù)壓力，導致河流水質惡化，河道徑流量明顯減少，生態(tài)需水保障困難，使遼河干流濕地生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能遭到嚴重干擾和破壞，制約了流域經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，急需采取修復和保護濕地的措施，恢復遼河生態(tài)系統(tǒng)健康[1-2]。在濕地恢復的眾多工程措施中，修建河道蓄水工程和增加濕地面積是一種簡單有效、應用廣泛的恢復技術[3]。遼河屬平原河流，河道寬闊，高程相差不大，流速慢，平均水位低。水庫建設和形成需要較大空間和時間；且河流本身水位低，含沙量巨大，水庫蓄水后容易形成大量沙洲，庫容量較低。干流目前僅建成2個較大的水庫，分別為石佛寺水庫和盤山閘水庫。橡膠壩是一種新型水工建筑物，分為充氣式和充水式。與常規(guī)閘壩相比，其造價低、安裝維護方便，壩體為柔性軟殼結構，抗沖擊和止水效果好，適用于低水頭、大跨度的閘壩工程。為進一步進行水利調控，恢復遼河河流型濕地狀態(tài)，保護大型濕地，橡膠壩建設迫在眉睫[4-5]。介紹了遼河干流閘壩回水段濕地概況，濕地恢復方法與技術路線，以及橡膠壩回水段濕地凈水效果。

1 閘壩回水段濕地概況

閘壩生態(tài)蓄水工程一般包括壩體，回水區(qū)域、回水段兩側濕地。蓄水工程使河道內形成較穩(wěn)定的生態(tài)水面[6-7]，為構建濕地提供充足的水資源保證并進行水文調控，通過在閘壩回水區(qū)主河槽兩側淺水區(qū)和回水末端的淺水區(qū)(水深小于0.5 m)栽種水生植物，退耕還林還草等措施，進行濕地自然恢復，為動植物提供良好生境，對于恢復生物多樣性和保護河流濕地有重要意義。橡膠壩調控水位一般在2～5 m，遼河干流橡膠壩建成后將形成12個主要小型濕地群[8-9]。各濕地恢復建設所需的工程量如表1所示。

表1 濕地恢復建設與所需工程量

石佛寺自然濕地群，主要包括自左小河人工濕地到石佛寺水庫淹沒區(qū)共計25 km2的占地面積[10]，分別包括長河河口自然濕地、左小河人工濕地、牛軛湖濕地2個、坑塘濕地若干、石佛寺水庫濕地。濕地群分布如圖1所示。

圖1 石佛寺自然濕地群分布Fig.1 The diagram of Shifosi natural wetland group distribution

2 回水段自然濕地恢復方法與技術

濕地恢復是指通過生態(tài)技術或生態(tài)工程對退化或消失的濕地進行修復或重建，再現(xiàn)干擾前的結構和功能，以及相關的物理、化學和生物學特性，使其發(fā)揮應有的作用[11]。生態(tài)系統(tǒng)面積越大，其物種多樣性及系統(tǒng)穩(wěn)定性就越有保障。因此，增加濕地面積是有效恢復濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的基礎[12]?；厮巫匀粷竦鼗謴头椒ㄖ饕ㄈ斯嬛鹉z壩，控制濕地水位，退耕還林還草，在水庫的庫容區(qū)范圍內進行濕地封育的方法。對于部分容易塌方地區(qū)進行河道整治。沙坑地區(qū)采用水利連通的方法，保持河流連續(xù)性?；厮巫匀粷竦鼗謴图夹g路線，如圖2所示。

圖2 回水段自然濕地恢復技術路線Fig.2 The technology roadmap of backwater natural wetland restoration

人工筑壩具有簡易性、低成本的優(yōu)勢，水壩占地大小、集中與分散程度均可靈活選擇，還可相應與引水、蓄水、分流等措施結合。濕地筑壩與一般水壩的主要區(qū)別在于前者以擴大水面覆蓋和重新分配水源為目標，而非蓄水量。擺萬奇等[3]對拉魯濕地筑壩前后的GPS航跡監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2007年攔水土壩建成后拉魯濕地春季蓄水面積增加28.37 hm2，水面覆蓋率增加近5%，到雨季能增加近7%。2009年新建的筑壩完工后，水面覆蓋率更可以達到近90%。新增水面覆蓋內原有的濕生、中生或旱生植物，在2年左右便被酸模葉蓼、杉葉藻、水蔥等為主的水生植物取代，濕地生態(tài)功能得到明顯恢復[13]。

由于濕地類型，退化程度及恢復目標不同，相應的濕地恢復措施也不同。石佛寺庫區(qū)內濕地類型多樣，濕地恢復措施可分為土壤基地恢復措施，主要包括濕地及上游水土流失控制、退耕封育、底泥清淤等；水文水質改善措施，包括水位調控、水系連通、水通道疏浚等[14]；生物恢復措施，包括物種選育和培植、物種引入、水生植物修復、蘆葦復壯、封灘育草等[2,15]。其修復技術路線如圖3所示。

圖3 石佛寺自然濕地群恢復技術路線Fig.3 The technology roadmap of Shifosi natural wetland group restoration

3 回水段自然濕地建設工程設計

采用“近自然型”的設計理念，根據(jù)河道的原始斷面形態(tài)及河床、河岸的相對高差，并密切聯(lián)系河道沿岸的土地利用情況，通過河道底泥生態(tài)清淤、河灘地平整、水生植物群落重建和堤岸綠化等方式對回水區(qū)進行濕地恢復和建設，有力促進河道生態(tài)系統(tǒng)的培育和自循環(huán)。

3.1 河道底泥生態(tài)清淤工程

主要在遼河橡膠壩回水區(qū)，對河段河底沉積污染物較多的表層進行清理。河道底泥生態(tài)清淤工程方案如下：

(1)河道中淤積的泥砂除了上游地表徑流的泥砂，還包括排入污水中的污物、雜質，由于主要排入的是生活污水，河道中底泥的重金屬污染未超過標準要求，因此河道中的底泥可作為農用或填土外運。

(2)河道的清淤，可視斷面大小和淤積量多少，采用機械清淤或人工清淤，對于斷面較大、淤積量較多的河段選用機械清淤，輔以人工整理；對于斷面較小、淤積量較少的河段采用人工清淤，無論是機械清淤還是人工清淤均以恢復斷面為標準。

(3)清淤宜在枯水期進行，以減少河水及地下水對施工的影響，施工中排水較多時，應當做導流墻，邊排水邊清淤，逐步達到原設計斷面的要求。

3.2 河灘地平整工程

根據(jù)現(xiàn)有河灘地情況，土地平整只能在現(xiàn)場內進行土方調配，保證余土不外運，缺土也不外拉，盡量做到平衡利用，且與修筑渠道、管理路土方相結合。河灘地平整工程方案如下：

(1)根據(jù)河灘地位置和高度，將1050線內，即遼河保護區(qū)左右岸范圍內面積較大、且地勢較高處河灘地表土用推土機或鏟運機推運至相對低洼處，擴大回水淹沒區(qū)，增加濕地面積，形成高低錯落有致的濕地系統(tǒng)。

(2)根據(jù)河灘地位置和高度，在1050線內，對于面積較大、地勢較高、且不能全部平整為回水淹沒區(qū)的河灘地，用推土機或鏟運機修建寬5～10 m的連通渠，將遼河干流水引入，深度根據(jù)現(xiàn)有河道水深設定，形成濕地島嶼之間的水系流動，建成后達到豐水期全部淹沒、平水期連通渠水流暢通、枯水期連通渠斷流的效果。

(3)河灘地平整要根據(jù)推(運)土距離選擇施工機械，距離100 m以內用推土機推土，距離100～200 m用鏟運機鏟運土。

3.3 水生植物群落重建工程

水生植物在濕地網(wǎng)中的應用主要分為水邊的植物配置，駁岸的植物配置，水面的植物配置，堤、島的植物配置等。配置時要考慮到物種搭配和生態(tài)功能，做到水體處理功能和觀賞功能統(tǒng)一協(xié)調。物種搭配應主次分明，高低錯落，符合各水生植物對生態(tài)位的要求，同時能充分發(fā)揮各水生植物的生態(tài)功能。

遼河干流水生植物群落恢復應分為原有植物的封育和植被重建2種情況。對于少數(shù)生境沒有破壞和人為活動干擾較小的區(qū)域，可以采取保護性撫育的措施，劃定相關區(qū)域進行保護，使存在輕微植被破壞的區(qū)域能自然恢復。對于人為干擾造成植被破壞的區(qū)域，應以恢復重建為主。具體植物種類應根據(jù)生境條件變化及水位梯度選擇。水位大于1 m時，以沉水植物和漂浮植物為主，如布袋蓮、浮萍、滿江紅屬等；水位深度為0.5～1 m時，主要選擇挺水植物、沉水植物和漂浮植物，如香蒲、茭白、苦草、金魚藻、狐尾藻、黑藻等；水位深度為0～0.5 m時，應以沼生植物野大豆、水蓼、紅蓼等為主。無明顯水面，土壤含水率高時，應主要選擇土著物種。各種類型濕地建成后，由于水位升高而形成的沙心洲、河心洲等，應以選擇濕生植物種類為主，如杭子梢、苦參、牻牛兒苗、野西瓜苗等。根據(jù)對遼河水生植物群落的調查，選用土著物種進行河道水生植物群落的重建。選定的挺水植物為蘆葦和茭草，沉水植物為菹草、金魚藻和苦草，浮水植物主要為水龍和浮萍。

對于水生植物配置，上面種植挺水植物，植物種類包括鑣草、菖蒲、水蔥、千屈菜等，根據(jù)河道水文、地質條件進行優(yōu)選，平均栽種密度為10株m2。水面下植物可因地制宜，種植適應當?shù)貤l件、生長繁殖迅速、有利物質輸出，并有一定利用價值的沉水植物，如伊樂藻、菹草、金魚藻等，根據(jù)河道水文、地質條件進行優(yōu)選，植株密度大約為20叢m2。采用種苗拋撒法，通過植物無性繁殖，形成群落長期的維持機制。

4 回水段濕地水質凈化效果分析

石佛寺水庫正常蓄水庫容1.15億m3，蓄水位49.7 m，相應水庫面積48 km2，死水位41.0 m。主壩最大壩高10.48 m，長13 km，泄洪閘堰頂高程41.0 m，凈寬200～300 m，平均水深7～10 m。庫區(qū)濕地生態(tài)建設總面積為1 308.02 hm2，其中水生植物蘆葦、蒲草、荷花等栽植面積約為691.33 hm2，陸生喬、灌木栽植面積為185.43 hm2，牧草播撒面積為431.26 hm2。為監(jiān)測水庫回水段濕地及庫區(qū)對水質的凈化效果，分別在水庫上、下游對朱爾山和馬虎山斷面的CODCr進行連續(xù)監(jiān)測，結果如圖4所示。

圖4 2011年各月監(jiān)測斷面CODCr變化Fig.4 The CODCr of monitoring sections changing with the months in 2011

由圖4可知，上游朱爾山斷面在4、5、7月進水CODCr為20～40 mgL，為Ⅴ、Ⅳ類地表水；下游馬虎山斷面的出水CODCr則全年總體低于20 mgL，達到地表水Ⅲ類標準，5月和7月，馬虎山斷面CODCr相比于上游斷面分別下降了55%和41%，表明石佛寺生態(tài)蓄水工程凈水效果明顯。閘壩生態(tài)蓄水工程對水質改善的作用，主要是由于閘壩回水段濕地系統(tǒng)中水生植物對水體污染物具有吸附、攔截、吸收和富集等作用[16]。植物根系寄居的大量微生物有利于有機污染物的降解。豐富的濕地水生生物對水體凈化也起著一定作用[17-18]。同時，筑壩蓄水使河道的水文特性隨之發(fā)生變化，河流水體向湖泊水體特征轉化。由于壩前水位升高、蓄水量增加、流速變緩，導致水力停留時間增加，有利于污染物降解和水體凈化。水流經(jīng)過閘壩形成的跌水曝氣，也使水體自凈能力得到提高。

5 結語

閘壩回水段濕地對改善遼河水質具有重要作用。隨著閘壩生態(tài)蓄水工程的穩(wěn)定運行，遼河干流水質會進一步改善，能夠發(fā)揮出“最后一道防線”的作用。因此，管理和運行好已建成的閘壩生態(tài)蓄水工程，對提高遼河干流的水質凈化效果，確保遼河干流水質穩(wěn)定達到Ⅴ類水至關重要。發(fā)揮好生態(tài)蓄水工程的凈水作用，必須保證閘壩正常穩(wěn)定長期運行，保證足夠水位、水量，為回水段濕地提供充足生態(tài)水量。濕地植物的生長周期是春夏萌芽、秋冬枯死,枯死的植物每年需要進行清除，使?jié)竦鼐S持良好的生態(tài)功能，發(fā)揮持續(xù)改善水質的作用。

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國家水體污染控制與治理科技重大專項項目介紹(一)