張東亞，王 浩，常 毅

(1.中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024；2.陜西省引漢濟渭工程建設有限公司，陜西 西安 710100)

0 前 言

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基，水生態(tài)文明是生態(tài)文明的重要組成和基礎(chǔ)保障。為了滿足水力發(fā)電、供水、防洪、灌溉和航運等方面的需要，通常選擇在河流的上中游地區(qū)布置和修建水利水電工程設施，開發(fā)利用水資源。水利水電工程在推動社會經(jīng)濟發(fā)展中起到了非常重要的作用。但長期以來，由于缺乏環(huán)保意識，過度開發(fā)、無序開發(fā)與利用，以及水資源的開發(fā)不當造成了諸多環(huán)境問題。水體污染、河道斷流、水生態(tài)系統(tǒng)破壞、生境破碎、河道嚴重渠化、濕地萎縮消亡、綠洲退化等現(xiàn)象也在很多地方出現(xiàn)，直接影響著河流的健康。為了有效地利用水資源，實現(xiàn)河流及流域的經(jīng)濟、社會和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，亟需從源頭扭轉(zhuǎn)水生態(tài)環(huán)境惡化趨勢。對河流生態(tài)系統(tǒng)進行修復，恢復河流健康，促進人水和諧共處，是加快推動生態(tài)文明建設的重要實踐。

河流生態(tài)修復是指利用生態(tài)系統(tǒng)原理，采取各種方法，修復受損傷的水體生態(tài)系統(tǒng)的生物群體及結(jié)構(gòu)，重建健康的水生生態(tài)系統(tǒng)，改善河流生態(tài)系統(tǒng)的主要功能和過程，并使生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)整體協(xié)調(diào)、自我維持、自我演替的良性循環(huán)[1-2]。

1 水利水電工程帶來的環(huán)境問題

1.1 水文情勢改變

引水式電站運行和水庫引水將在壩下形成一定長度的減水河段。由于壩下河段流量大幅度減少，河流水深變淺、流速降低、水面下降，下游區(qū)的河流濕地將出現(xiàn)萎縮，一些荒漠區(qū)的河流將出現(xiàn)綠洲退化；由于河流減水，很大部分河床出露形成淺灘、河灣的不連續(xù)水體，阻斷魚類的正?；顒樱凰?、營養(yǎng)來源的減少大大地縮小了魚類等水生生物的生存、繁衍空間。減水河段內(nèi)，藻類、浮游動物的種類組成將趨于簡單，底棲動物的密度和生物量將減少。對于一些具有日調(diào)節(jié)能力的電站，由于頻繁的調(diào)峰運行，導致下游水文情勢變化較大。部分時段下游河道水量較小，河床裸露，對下游生態(tài)環(huán)境影響較大。

1.2 水溫分層

對于庫容較大的水庫，庫下層溫度變化較原天然河水溫度變化滯后。由于對庫內(nèi)熱量的調(diào)節(jié)作用，水庫在沿水深方向上呈現(xiàn)出有規(guī)律的水溫分層，表現(xiàn)為冬季庫區(qū)趨于等溫分布，下泄水溫較天然情況高；春夏季庫表水溫高，庫底水溫低，下泄水溫較天然情況低。下泄低溫水對壩下河段水生生物的繁殖及幼體成長造成不利影響。水溫變冷，水體的溶氧量和水化學成分將發(fā)生變化，影響魚類和餌料生物的衍生，致使魚類區(qū)系組成發(fā)生變化。下泄低溫水將使魚類產(chǎn)卵季節(jié)推遲、影響魚卵孵化甚至造成不產(chǎn)卵。下泄低溫水還會對水稻等農(nóng)作物產(chǎn)生“冷害”影響，造成減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。

1.3 水質(zhì)影響

水利水電工程在運行期，其自身對河流水質(zhì)不產(chǎn)生污染，但會因其改變了水體形態(tài)和降低河流的自凈能力而導致水質(zhì)變化。①水庫水體富營養(yǎng)化。河流梯級開發(fā)，改變河流流態(tài)，降低水體流速，總磷、總氮等營養(yǎng)鹽在水庫中聚集，緩慢的水流流態(tài)，適宜的溫度條件，容易導致富營養(yǎng)化的發(fā)生[3]。②河段減水對水質(zhì)的影響。由于引調(diào)水工程導致下游河道流量減少，河流自凈能力降低，對下游河道水質(zhì)造成影響。③農(nóng)業(yè)灌溉退水對水質(zhì)造成影響。灌溉退水由于攜帶大量的氮、磷等有機污染物，進入受納水體后對水質(zhì)造成影響。④引調(diào)水工程在水體通過河道輸送的過程中，沿線排污容易對水質(zhì)造成影響；另外，有些水庫工程，由于庫區(qū)存在有工礦企業(yè)排放污染物，對水庫水質(zhì)容易造成影響。

1.4 河流片段化

河流筑壩形成水庫，造成水流的不連續(xù)性，有的河流進行梯級開發(fā)，形成多座水庫串連的格局。水庫形成以后，原來河流上中下游蜿蜒曲折的形態(tài)從庫區(qū)消失，干流、支流、河灣、沼澤、急流和淺灘等豐富多樣的生境代之以較為單一的水庫生境，生物群落多樣性在不同程度上受到影響。水庫的淡水生態(tài)系統(tǒng)是一個相對封閉的系統(tǒng)，與河流生態(tài)系統(tǒng)相比較為脆弱，表現(xiàn)為抗逆性較弱，自我恢復能力也弱。同時，筑壩對河流造成阻隔影響，阻礙壩上下游種群的基因交流，導致種群遺傳多樣性降低，生存延續(xù)能力下降。

1.5 河道渠化

為了確保河道防洪以及航運安全，河流整治工程往往將一些河段裁彎取直或直線化處理。蜿蜒曲折的天然河流被改造成直線或折線型的人工河流，急流、緩流、彎道及淺灘相間的格局消失，橫斷面上的幾何規(guī)則化，改變著深潭、淺灘交錯的形勢，生境的異質(zhì)性降低，水域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能隨之發(fā)生變化。特別是生物群落多樣性的隨之降低，甚至能引起淡水生態(tài)系統(tǒng)退化，導致河流廊道的植被也受到單一化影響。為了河道堤防與邊坡安全，河床邊坡的迎水面常常被硬質(zhì)化，隔斷了地表水和地下水的聯(lián)系通道，使大量水陸交錯帶的植物失去生存條件，同時影響岸坡內(nèi)的土壤大量微生物的生存[4]。

2 河流生態(tài)修復技術(shù)及應用

河流生態(tài)系統(tǒng)修復的主要任務是水質(zhì)改善，水文情勢改善(包括生態(tài)流量、流量過程的修復以及洪水脈沖作用)，河流地貌修復(沿河流縱向連續(xù)性修復、沿水流側(cè)向的河道-河漫灘連通性與河流-湖泊連通性修復及沿垂向河床和岸坡透水性和多孔性的修復；在平面上河流形態(tài)蜿蜒性修復；橫斷面上河床斷面幾何形態(tài)多樣性修復)和生物群落多樣性的維持與恢復[5]，具體技術(shù)如下。

2.1 水文過程修復

為了維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，常用水文學法、水力學法、組合法、生境模擬法、綜合法等方法計算所需水量。所需最小水量，非汛期一般不應小于河道控制斷面多年平均流量的10%，汛期一般不應小于20%。不同地區(qū)、不同規(guī)模、不同類型河流，同一河流不同河段的生態(tài)用水要求差異較大，在生態(tài)系統(tǒng)有更多、更高需要時，應加大流量。在保證下游生態(tài)流量的同時，為確保下游魚類的產(chǎn)卵繁殖，還應開展生態(tài)調(diào)度。一般每年4～7月是魚類的主要產(chǎn)卵繁殖時期，需要加大流量的下泄，模擬自然洪峰過程，刺激魚類的產(chǎn)卵繁殖[6]。如已經(jīng)批復的瑪爾擋水電站、巴拉水電站、巴塘水電站，為了裂腹魚、虎嘉魚等均設置了具體的生態(tài)調(diào)度方案，恢復魚類產(chǎn)卵期的水文過程，保證魚類的正常繁殖。目前已建的一些水利水電項目也正在開展生態(tài)放水設施的改造和生態(tài)調(diào)度試驗。三峽水庫2011年至今，通過人造洪峰調(diào)度，連續(xù)7年實施針對四大家魚自然繁殖的生態(tài)調(diào)度試驗，有效促進了四大家魚的產(chǎn)卵繁殖活動[7]。

2.2 水溫恢復

為減輕水庫下泄低溫水對下游造成的不利影響，保護下游生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，通常采取分層取水、合理利用水庫洪水調(diào)度運行方式、寬淺式過水斷面的灌溉渠道、“田間調(diào)溫”等措施，其中分層取水是目前緩減低溫水影響的最有效辦法。分層取水建筑物主要有多層平板門、疊梁門、翻板門、浮筒等豎井式、斜涵臥管式以及多個不同高程取水口布置等形式[8]。目前，對于多年調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)、不完全年調(diào)節(jié)及季調(diào)節(jié)等調(diào)節(jié)性能好的水庫均采取有分層取水措施，如光照水電站、糯扎渡水電站、錦屏一級水電站等對水溫進行恢復，減緩水溫的影響，都取得了一定的效果。2017年，溪洛渡水庫通過操作疊梁門取上中層水的方式，調(diào)節(jié)出庫水溫，以促進產(chǎn)粘沉性卵魚類(如達氏鱘、胭脂魚)正常產(chǎn)卵繁殖[9]。

2.3 水質(zhì)凈化

水質(zhì)凈化技術(shù)包括原位凈化和異位凈化兩種。水質(zhì)原位凈化技術(shù)包括人工打撈等物理方法，也包括向水體中投放化學藥劑或生物藥劑，在水面設置生物浮床和曝氣設施[10]，還包括近年來廣泛被人們研究和應用的利用生物膜法凈化水質(zhì)的生物法、水生植物控制技術(shù)、人工濕地技術(shù)、生物操縱技術(shù)、石墨烯光催化技術(shù)等[11]。其中，水質(zhì)原位凈化由于其就地凈化、不占用土地的特點，近年來備受關(guān)注。相關(guān)研究尤其是石墨烯催化技術(shù)處理水質(zhì)近年來被越來越廣泛地應用，其特點為：工藝簡單、時間短、見效快、操作方便，并且降解徹底、無二次污染。異位凈化主要采用管道截污、導流，將受污染河流經(jīng)過人工濕地或污水處理廠處理等技術(shù)。

2.4 河流連通性修復

河流連通性修復和恢復分為部分恢復和完全恢復。部分恢復主要通過技術(shù)型魚道、近自然旁通道、魚坡技術(shù)等，恢復河流上下游連通性。技術(shù)型魚道主要有槽式、豎縫式、導墻式、隔板式等；近自然旁通道通過模擬自然河流形態(tài)和結(jié)構(gòu)以及天然河流急流或緩流形態(tài)而構(gòu)造建立的魚道形式，所選建筑材料與自然條件下的河流基本一致[12]。近期建的長洲水利樞紐魚道、安谷水電站魚道和仿自然旁通道，以及藏木魚道，在河流連通和魚類洄游上均起到了相應的作用。較早建的洋塘魚道、瀏河魚道、團結(jié)河魚道曾經(jīng)在過魚上也起到了較好的作用。完全恢復主要通過拆除擋水建筑物，恢復河流天然生境，包括水流、自然生境等，一般應用小型河流中，對已建小型水利水電工程實施拆除，并完全恢復河流天然生境。如瀾滄江基獨河連通性的修復，通過拆除已建的水電工程，恢復河流的天然特征[13]。河流連通性修復工程是水利水電工程建設采取的重要環(huán)保措施，2016年，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《關(guān)于以改善環(huán)境質(zhì)量為核心加強環(huán)境影響評價管理的通知》，要求加強項目環(huán)評審批與區(qū)域環(huán)境質(zhì)量聯(lián)動機制，開發(fā)干流，保護支流，支流基本均采用連通或拆除修復。

2.5 河流形態(tài)修復

通過構(gòu)建淺灘-深潭、丁壩、溢流堰、人工濕地島嶼等工程措施對河流形態(tài)的多樣性進行修復。淺灘-深潭結(jié)構(gòu)可在河流中形成不同流速和水深的水流形態(tài)，為水生生物提供不同類型棲息環(huán)境。淺灘可增加河流溶解氧含量，深潭為魚類提供越冬、避難以及繁殖場所。構(gòu)建丁壩是保護河岸和改善水生生境的重要工程措施，在丁壩間可形成緩流區(qū)以及丁壩壩頭形成急流區(qū)，增加河流流態(tài)多樣性，從而營造多樣化的水生生境[14]。構(gòu)建溢流堰可抬高枯水期上游水位，增加上游水深，在上游形成一定水面條件，營造多樣化河流生境，為魚類提供棲息生境；豐水期營造跌水效果，增加流態(tài)，為流水性魚類產(chǎn)卵、繁殖創(chuàng)造條件，同時增加河流自然景觀效果。人工濕地島嶼構(gòu)建，利用河流漫灘進行人工濕地島構(gòu)建，從而增加河口空間異質(zhì)性，為鳥類、魚類提供棲息環(huán)境。為了保護云南裂腹魚等珍稀魚類生境，2012年通過對基獨河進行河流連通性修復、河流蜿蜒形態(tài)多樣性修復、河流橫向斷面多樣性修復、淺灘-深潭結(jié)構(gòu)營造、人工濕地修復和河道內(nèi)部棲息地強化修復等多種工程措施，恢復其自然生態(tài)和魚類棲息地環(huán)境[13]。在未來的河流修復過程中，根據(jù)河流的情況，有些小支流逐漸進入采取拆除修復的方式，大江大河主要采取工程措施進行恢復。

3 結(jié) 語

隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，人類活動的過度干擾以及對河流的不合理開發(fā)使自然水體產(chǎn)生了一系列的生態(tài)環(huán)境問題，并且日趨嚴重。隨著對河流生態(tài)研究工作的不斷深入和治理工作的不斷展開，生態(tài)修復理念正在不斷地貫穿于整個工作之中，水利水電工程生態(tài)修復技術(shù)隨著研究和實踐工程的深入也逐漸得到了發(fā)展與完善，在河流污染防治與生態(tài)修復中發(fā)揮了積極的作用。為了更好地理解和應用生態(tài)修復技術(shù)，改善河流生態(tài)環(huán)境，必須了解各項技術(shù)的基本特點，結(jié)合特定的河流環(huán)境特征，因地制宜地選用合適的修復方法，以最經(jīng)濟合理的配置，構(gòu)建穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展的河流水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。