辽河干流闸坝回水段自然湿地恢复技术研究

胡庆武，胡欣琪，段亮，宋永会*，王思宇，包扬

1.辽宁省水文水资源勘测局朝阳分局，辽宁 朝阳 122000 2.中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地，北京 100012 3.中国环境科学研究院区域与城市生态环境创新基地，北京 100012

辽河是中国七大河流之一，辽河流域承载着辽宁省经济社会发展的巨大压力，高强度的区域开发对流域水环境造成持续压力，导致河流水质恶化，河道径流量明显减少，生态需水保障困难，使辽河干流湿地生态系统的结构和功能遭到严重干扰和破坏，制约了流域经济社会的可持续发展，急需采取修复和保护湿地的措施，恢复辽河生态系统健康[1-2]。在湿地恢复的众多工程措施中，修建河道蓄水工程和增加湿地面积是一种简单有效、应用广泛的恢复技术[3]。辽河属平原河流，河道宽阔，高程相差不大，流速慢，平均水位低。水库建设和形成需要较大空间和时间；且河流本身水位低，含沙量巨大，水库蓄水后容易形成大量沙洲，库容量较低。干流目前仅建成2个较大的水库，分别为石佛寺水库和盘山闸水库。橡胶坝是一种新型水工建筑物，分为充气式和充水式。与常规闸坝相比，其造价低、安装维护方便，坝体为柔性软壳结构，抗冲击和止水效果好，适用于低水头、大跨度的闸坝工程。为进一步进行水利调控，恢复辽河河流型湿地状态，保护大型湿地，橡胶坝建设迫在眉睫[4-5]。介绍了辽河干流闸坝回水段湿地概况，湿地恢复方法与技术路线，以及橡胶坝回水段湿地净水效果。

1 闸坝回水段湿地概况

闸坝生态蓄水工程一般包括坝体，回水区域、回水段两侧湿地。蓄水工程使河道内形成较稳定的生态水面[6-7]，为构建湿地提供充足的水资源保证并进行水文调控，通过在闸坝回水区主河槽两侧浅水区和回水末端的浅水区(水深小于0.5 m)栽种水生植物，退耕还林还草等措施，进行湿地自然恢复，为动植物提供良好生境，对于恢复生物多样性和保护河流湿地有重要意义。橡胶坝调控水位一般在2～5 m，辽河干流橡胶坝建成后将形成12个主要小型湿地群[8-9]。各湿地恢复建设所需的工程量如表1所示。

表1 湿地恢复建设与所需工程量

石佛寺自然湿地群，主要包括自左小河人工湿地到石佛寺水库淹没区共计25 km2的占地面积[10]，分别包括长河河口自然湿地、左小河人工湿地、牛轭湖湿地2个、坑塘湿地若干、石佛寺水库湿地。湿地群分布如图1所示。

图1 石佛寺自然湿地群分布Fig.1 The diagram of Shifosi natural wetland group distribution

2 回水段自然湿地恢复方法与技术

湿地恢复是指通过生态技术或生态工程对退化或消失的湿地进行修复或重建，再现干扰前的结构和功能，以及相关的物理、化学和生物学特性，使其发挥应有的作用[11]。生态系统面积越大，其物种多样性及系统稳定性就越有保障。因此，增加湿地面积是有效恢复湿地生态系统功能的基础[12]。回水段自然湿地恢复方法主要包括人工构筑橡胶坝，控制湿地水位，退耕还林还草，在水库的库容区范围内进行湿地封育的方法。对于部分容易塌方地区进行河道整治。沙坑地区采用水利连通的方法，保持河流连续性。回水段自然湿地恢复技术路线，如图2所示。

图2 回水段自然湿地恢复技术路线Fig.2 The technology roadmap of backwater natural wetland restoration

人工筑坝具有简易性、低成本的优势，水坝占地大小、集中与分散程度均可灵活选择，还可相应与引水、蓄水、分流等措施结合。湿地筑坝与一般水坝的主要区别在于前者以扩大水面覆盖和重新分配水源为目标，而非蓄水量。摆万奇等[3]对拉鲁湿地筑坝前后的GPS航迹监测数据显示，2007年拦水土坝建成后拉鲁湿地春季蓄水面积增加28.37 hm2，水面覆盖率增加近5%，到雨季能增加近7%。2009年新建的筑坝完工后，水面覆盖率更可以达到近90%。新增水面覆盖内原有的湿生、中生或旱生植物，在2年左右便被酸模叶蓼、杉叶藻、水葱等为主的水生植物取代，湿地生态功能得到明显恢复[13]。

由于湿地类型，退化程度及恢复目标不同，相应的湿地恢复措施也不同。石佛寺库区内湿地类型多样，湿地恢复措施可分为土壤基地恢复措施，主要包括湿地及上游水土流失控制、退耕封育、底泥清淤等；水文水质改善措施，包括水位调控、水系连通、水通道疏浚等[14]；生物恢复措施，包括物种选育和培植、物种引入、水生植物修复、芦苇复壮、封滩育草等[2,15]。其修复技术路线如图3所示。

图3 石佛寺自然湿地群恢复技术路线Fig.3 The technology roadmap of Shifosi natural wetland group restoration

3 回水段自然湿地建设工程设计

采用“近自然型”的设计理念，根据河道的原始断面形态及河床、河岸的相对高差，并密切联系河道沿岸的土地利用情况，通过河道底泥生态清淤、河滩地平整、水生植物群落重建和堤岸绿化等方式对回水区进行湿地恢复和建设，有力促进河道生态系统的培育和自循环。

3.1 河道底泥生态清淤工程

主要在辽河橡胶坝回水区，对河段河底沉积污染物较多的表层进行清理。河道底泥生态清淤工程方案如下：

(1)河道中淤积的泥砂除了上游地表径流的泥砂，还包括排入污水中的污物、杂质，由于主要排入的是生活污水，河道中底泥的重金属污染未超过标准要求，因此河道中的底泥可作为农用或填土外运。

(2)河道的清淤，可视断面大小和淤积量多少，采用机械清淤或人工清淤，对于断面较大、淤积量较多的河段选用机械清淤，辅以人工整理；对于断面较小、淤积量较少的河段采用人工清淤，无论是机械清淤还是人工清淤均以恢复断面为标准。

(3)清淤宜在枯水期进行，以减少河水及地下水对施工的影响，施工中排水较多时，应当做导流墙，边排水边清淤，逐步达到原设计断面的要求。

3.2 河滩地平整工程

根据现有河滩地情况，土地平整只能在现场内进行土方调配，保证余土不外运，缺土也不外拉，尽量做到平衡利用，且与修筑渠道、管理路土方相结合。河滩地平整工程方案如下：

(1)根据河滩地位置和高度，将1050线内，即辽河保护区左右岸范围内面积较大、且地势较高处河滩地表土用推土机或铲运机推运至相对低洼处，扩大回水淹没区，增加湿地面积，形成高低错落有致的湿地系统。

(2)根据河滩地位置和高度，在1050线内，对于面积较大、地势较高、且不能全部平整为回水淹没区的河滩地，用推土机或铲运机修建宽5～10 m的连通渠，将辽河干流水引入，深度根据现有河道水深设定，形成湿地岛屿之间的水系流动，建成后达到丰水期全部淹没、平水期连通渠水流畅通、枯水期连通渠断流的效果。

(3)河滩地平整要根据推(运)土距离选择施工机械，距离100 m以内用推土机推土，距离100～200 m用铲运机铲运土。

3.3 水生植物群落重建工程

水生植物在湿地网中的应用主要分为水边的植物配置，驳岸的植物配置，水面的植物配置，堤、岛的植物配置等。配置时要考虑到物种搭配和生态功能，做到水体处理功能和观赏功能统一协调。物种搭配应主次分明，高低错落，符合各水生植物对生态位的要求，同时能充分发挥各水生植物的生态功能。

辽河干流水生植物群落恢复应分为原有植物的封育和植被重建2种情况。对于少数生境没有破坏和人为活动干扰较小的区域，可以采取保护性抚育的措施，划定相关区域进行保护，使存在轻微植被破坏的区域能自然恢复。对于人为干扰造成植被破坏的区域，应以恢复重建为主。具体植物种类应根据生境条件变化及水位梯度选择。水位大于1 m时，以沉水植物和漂浮植物为主，如布袋莲、浮萍、满江红属等；水位深度为0.5～1 m时，主要选择挺水植物、沉水植物和漂浮植物，如香蒲、茭白、苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻等；水位深度为0～0.5 m时，应以沼生植物野大豆、水蓼、红蓼等为主。无明显水面，土壤含水率高时，应主要选择土著物种。各种类型湿地建成后，由于水位升高而形成的沙心洲、河心洲等，应以选择湿生植物种类为主，如杭子梢、苦参、牻牛儿苗、野西瓜苗等。根据对辽河水生植物群落的调查，选用土著物种进行河道水生植物群落的重建。选定的挺水植物为芦苇和茭草，沉水植物为菹草、金鱼藻和苦草，浮水植物主要为水龙和浮萍。

对于水生植物配置，上面种植挺水植物，植物种类包括镳草、菖蒲、水葱、千屈菜等，根据河道水文、地质条件进行优选，平均栽种密度为10株m2。水面下植物可因地制宜，种植适应当地条件、生长繁殖迅速、有利物质输出，并有一定利用价值的沉水植物，如伊乐藻、菹草、金鱼藻等，根据河道水文、地质条件进行优选，植株密度大约为20丛m2。采用种苗抛撒法，通过植物无性繁殖，形成群落长期的维持机制。

4 回水段湿地水质净化效果分析

石佛寺水库正常蓄水库容1.15亿m3，蓄水位49.7 m，相应水库面积48 km2，死水位41.0 m。主坝最大坝高10.48 m，长13 km，泄洪闸堰顶高程41.0 m，净宽200～300 m，平均水深7～10 m。库区湿地生态建设总面积为1 308.02 hm2，其中水生植物芦苇、蒲草、荷花等栽植面积约为691.33 hm2，陆生乔、灌木栽植面积为185.43 hm2，牧草播撒面积为431.26 hm2。为监测水库回水段湿地及库区对水质的净化效果，分别在水库上、下游对朱尔山和马虎山断面的CODCr进行连续监测，结果如图4所示。

图4 2011年各月监测断面CODCr变化Fig.4 The CODCr of monitoring sections changing with the months in 2011

由图4可知，上游朱尔山断面在4、5、7月进水CODCr为20～40 mgL，为Ⅴ、Ⅳ类地表水；下游马虎山断面的出水CODCr则全年总体低于20 mgL，达到地表水Ⅲ类标准，5月和7月，马虎山断面CODCr相比于上游断面分别下降了55%和41%，表明石佛寺生态蓄水工程净水效果明显。闸坝生态蓄水工程对水质改善的作用，主要是由于闸坝回水段湿地系统中水生植物对水体污染物具有吸附、拦截、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机污染物的降解。丰富的湿地水生生物对水体净化也起着一定作用[17-18]。同时，筑坝蓄水使河道的水文特性随之发生变化，河流水体向湖泊水体特征转化。由于坝前水位升高、蓄水量增加、流速变缓，导致水力停留时间增加，有利于污染物降解和水体净化。水流经过闸坝形成的跌水曝气，也使水体自净能力得到提高。

5 结语

闸坝回水段湿地对改善辽河水质具有重要作用。随着闸坝生态蓄水工程的稳定运行，辽河干流水质会进一步改善，能够发挥出“最后一道防线”的作用。因此，管理和运行好已建成的闸坝生态蓄水工程，对提高辽河干流的水质净化效果，确保辽河干流水质稳定达到Ⅴ类水至关重要。发挥好生态蓄水工程的净水作用，必须保证闸坝正常稳定长期运行，保证足够水位、水量，为回水段湿地提供充足生态水量。湿地植物的生长周期是春夏萌芽、秋冬枯死,枯死的植物每年需要进行清除，使湿地维持良好的生态功能，发挥持续改善水质的作用。

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