高寒地区生态修复工程设计探讨

乔 磊

（西藏自治区水利电力规划勘测设计研究院，西藏 拉萨 850000）

党的十八大以来，生态文明已成为“五位一体”的国家战略目标中的重要内容，是实现人与自然和谐共处的核心，亦是人类文明发展的重要阶段和必然趋势。西藏自治区西部地区关于推进水生态文明建设的决定，确定了该区域生态文明建设的主要目标，即大力发展生态经济，不断优化生态环境，注重建设生态文化和加快推进制度创新。全力开展区域生态文明建设，充分展示西藏自治区西部地区科学发展之美、自然生态之美、人居环境之美和人文行为之美的战略目标。水作为生态系统最活跃的控制性因素，推动着生态演变及社会发展，孕育了从原始到现代的各种文明，水生态保护工程的建设是生态文明的重要组成和基础保障。加快推进生态修复工程的建设是贯彻落实十八大精神的重要举措，是实现“和谐草原、美丽西藏”建设目标的重要保障，是更深层次、更高水平推动民生水利发展的重要实践。

1 流域概况

1.1 自然概况

工程区位于西藏自治区西北部地区，属高原亚寒带季风半干旱气候区，气候具有气压低、辐射强、寒冷干燥、降水稀少等特点。多年平均气温0.1-2℃，极端最高气温20℃，极端最低气温为-35℃。流域内多年平均降水量150mm，降水集中在6-9月。径流由地下水、冰雪融水及降水补给，多年平均年径流量约1.56亿m3，多年平均流量约4.95m3/s。年最大洪峰流量一般出现在7-8月，年最小流量发生在1-3月。初冰期为10月上旬，终冰期在次年的5月下旬，河流在冬季有封冻现象，全年除7、8月外都有霜冻。平均蒸发量在2274-2420mm，受西风环流影响，每年12月至次年10月出现大风，平均风速4.4m/s，最大风速30m/s。气候引起的灾害主要有：干旱、洪水、内涝、泥石流、风沙等。流域内植被稀疏，土壤属山地灌丛草原土壤区，山体裸露，土地沙化严重。河床由沙卵石组成，河水含沙量大，水质较好。

1.2 水土流失现状

流域内气候寒冷干旱，植被稀疏，高山雪线上下及裸露的山顶上冰川、冰缘等冻融侵蚀强烈。山体中部坡度大，山坡上第四纪松散堆积层广泛分布，草皮薄，冻融侵蚀和面状、沟状水力侵蚀严重。山体下部及河谷是冲洪积物汇集区，也是水力侵蚀的重要场所。项目区内大部分草场分布于河床一级阶地上，虽然面积有限，但这是当地居民赖以生存的基本条件。流域主流摇摆不定，洪水冲毁草场，掏刷两岸草场造成水土流失，严重威胁当地居民正常生活及生命财产安全。由于区内人口居住较集中，人为开发活动频繁，草场过度放牧，自然灾害的发生，致使草场退化，土地沙化，植被破坏严重，水土流失加剧。流域内植被覆盖度较低，通过对小流域内各地块的地貌部位、坡度、土壤、基岩、作物、林草覆盖等因子进行综合调查分析，项目区水土流失侵蚀模数为3000t/km2·a，项目区属于省水土流失预防保护区，属于中度侵蚀。

2 水土流失防治对策

项目区主要分布于流域两岸地势较为平坦的地带；由于该区域海拔较高，生态环境相对脆弱，缺乏统一规划与治理，加之人为活动的干扰，导致区域内生态环境存在不同程度的萎缩和退化，生物多样性呈下降趋势，局部地区趋向恶化；工程的建设不仅可以对流域部分区域进行整治，同时修复部分土地严重退化的区域，而且还将对部分呈退化趋势的草场进行生态补水。

工程的建设是保护生态环境、建设美丽西藏的重要基础；是完善落实区域水生态文明建设的需要；是建立西藏生态屏障的需要；是加强水生态修复的需要。

3 生态修复治理措施布设

根据对项目区水土流失现状及水土流失成因分析，同时考虑到生态脆弱区尽量减少扰动范围的情况下，本着预防为主、全面规划、长效治理、抓水保重效益、突出重点、坚持可持续发展的原则。治理措施主要以工程、植物、封禁治理措施为主。土地严重退化区域进行工程措施和植物措施相结合的方式进行治理，土地有退化趋势的区域进行工程补水措施进行修复。

3.1 工程治理措施

工程治理措施主要由1#灌溉区、2#灌溉区和护岸工程组成。1#灌溉区为项目工程区左岸部分，因跨河大桥和道路的修建使项目区左岸部分汊流和地下水被道路阻断和改道，靠道路侧下游部分草场严重退化和沙化，考虑在靠道路侧上游1km处布置一座取水口和一条干渠对左岸进行水土保持林灌溉和部分草场生态补水；2#灌溉区为项目工程区右岸部分，因自然因素和人为因素的影响使项目区右岸部分汊流断流，右岸部分草场呈退化趋势，考虑在靠道路侧下游3km处布置一座取水口和一条干渠对右岸草场进行生态补水；护岸工程为项目区水土保持林靠河岸部分，防止水土保持林被洪水冲刷。

工程总灌溉和生态补水面积为2983hm2，1#灌溉区干渠控灌面积439hm2（含水保林150hm2）；2#灌溉区干渠控灌面积2544hm2（生态补水区）；护岸工程1.2km。工程布置采用2座取水口、2条干渠、6条支渠的工程布局方案。

工程治理措施中灌溉区取水口均为低坝取水，共布置2座取水口，取水口由冲沙闸、进水闸、上下游翼墙等主要建筑物组成。冲沙闸结构型式为钢筋混凝土结构，上游设防渗铺盖、挡墙，下游设护坦、海漫及挡墙；进水闸各设一孔，后接引水渠道。

干渠全长8.851km。其中1#干渠长3.283km，渠首设计引用流量0.13m3/s，采用低坝雍水取水方案，低坝长335m，高2m，设1孔冲砂闸，1孔进水闸，低坝与冲砂闸垂直布置，此位置已修建防洪工程，不再对河岸进行防护处理；2#干渠长5.568km，渠首设计引用流量0.58m3/s，采用低坝雍水取水方案，低坝长50m，高2.0m，设1孔冲砂闸，1孔进水闸，低坝与冲砂闸垂直布置，上下游护岸长130m。干渠设计断面为混凝土矩形断面，衬砌厚度18cm。

干渠沿线共计布设渠系建筑物33座，其中1#干渠布设16座，2#干渠布设17座。包括：节制闸9座、分水闸9座、退水闸2座、渠下涵4座、农桥9座。

灌区总体布置方案各干渠控灌面积及流量特性详见表1。

表1 灌区总体布置方案干渠特性表

护岸工程是为保护水土保持林河岸免冲刷破坏，在水土保持林河岸设置护岸。堤线在布置时尽可能利用有利地形，修筑在土质比较稳定的滩岸上，留有适当宽度的内陆滩涂有利于防汛抢险和工程管理；尽量利用河道的天然节点，避免强行改变河道河势。

3.2 水土保持林治理措施

工程根据项目工程区实际情况及结合工程区现状，选择道路下游左岸草场退化和沙化区域作为水土保持林修复区域，水土保持林造林面积为150hm2。

造林密度：根据《水土保持林工程设计规范》（GB/T 51097-2015）及结合当地实际情况选择3000株/hm2。

工程设计造林整地参照当地经验及以尽可能保护原地表不被扰动的情况下，设置为穴状整地，树种选用当地乡土树种如班公柳，行距2米，株距1.5m。树坑为圆形穴状，穴径0.4m，深0.4m；开挖树坑时将表土（浅层土）放成一堆，将心土（深层土）另外放成一堆，不要将表土和心土混放，为以后的栽植作好填土准备。树坑挖好后，先将基肥放在树坑的最下层，然后将表土碾碎，平整、均匀地放在肥料上。树苗放入后进行填埋，在培土到一半时，暂停培土，将树苗稍微向上提一下，目的是防止树苗窝根，影响成活和生长。提苗后，不要立即埋土，这时要将已埋的土向下踩实，目的是使树苗的根须和土壤紧密接触，尽快吸收水分和营养元素，以便扎根生长。然后将剩下的心土埋入，一直埋到与地面平齐，进行第二次踩实，目的是使树苗树干挺直，也使树苗与土壤紧密结合，以防被风吹斜。［1］

按照“三分造、七分管”的理念，在工程运行期，安排人员对造林区域进行管护和抚育，管护抚育期为3年，管护人员为当地村民及城镇居民。

造林完成的第二年至第三年，对植树造林区进行适当的补植补造，补植补造株数按总造林株数的10%考虑。

3.3 封禁治理措施

结合高寒地区水土保持工程的成功经验，对植物措施实施地区和现有林草覆盖区域加强灌溉、抚育和围网封禁是十分必要和有效的，由此可见，对于高寒干旱的项目区植树种草的抚育管理工作更为重要。因此，工程设计在项目区内拟建的水土保持林实施封禁治理，以免除人为活动和牲畜的干扰，同时也方便管理。

3.3.1 围栏设计。围栏网设计以充分利用现有地形的陡坎等天然屏障，对封育周边实行封闭，在道路岔口地段考虑到围栏封禁围栏的长期性和围栏的坚固性，选择以圆管+金属网丝的工程围栏。通过在地形图上实际量算确定，共修建工程围栏5414m。封禁围栏高度1.8m，围栏按每隔3m设一立柱，两立柱间设9条Φ 4.0mm金属丝横线，横线间距从上向下依次为20cm；为了加固横线，在两立柱间设49条竖线，竖线间距为6cm竖线也为Φ4.0mm金属丝横线。

3.3.2 立柱设计。立柱高2.1m，地下埋深0.3m，地上1.8m，立柱结构设计为Φ48×2.5圆管结构，每根立柱配4个连接附件。立柱根部布设0.25×0.25×0.4m的C25混凝土墩用于固定围栏立柱。

3.3.3 标志牌设计。标志牌的作用：标志牌的作用在建设区域沿线醒目的地方，公示项目建设区域的范围、措施内容、施工进度、注意要求等，具有宣传作用。标志牌在水土保持林封禁治理区各设3处。

标志牌设计：标志牌拟采用铁皮牌，铁皮宽2m，高1m，两端固定在圆管上，圆管下端浇注在混凝土内埋入地下。

4 工程建设效益分析

生态工程经济效益分为直接效益和间接效益两类；工程经分析项目区各项水土流失治理措施实施后，项目将每年为当地增加354.78万的经济收入（其中间接经济收入为283.3万元）。因此，项目实施后总的经济效益累计达6386万元，经济效益显著，但间接经济效益远大于直接经济效益，主要为当地农牧民间接的增加经济收入。

根据西藏自治区多年小流域综合治理成果观测分析，得出各项措施的蓄水定额和保土定额，再乘以各项措施的面积就可以计算出各项治理措施的蓄水保土效益。经计算，各项措施实施后全部发挥效益时每年的蓄水总量为195.4万m3，保土总量为5.97万t，平均土壤侵蚀模数也将由治理前的3000t/km2·a，降低到治理后的1000t/km2·a。

工程实施后生态效益明显：一是通过生态修复，使草地面积增大；二是将减轻洪水流量和减缓地表径流，增加常水流量；三是将提高林草覆盖率，植被形成的天然绿色屏障，将降低雨水对地面的直接冲刷，土壤涵养水能力增强，水土流失将减轻，生态环境得到改善；四是经过良好的水土保持措施，将改善土壤的物理化学性质，土壤将变得通透，有机质将增加，土壤肥力增强，各项产值（农林牧）将增产增收；五是通过项目实施，将改善地面小气候，流域内的湿度、气温、风力等发生的变化，缩小了气温日较差，降低了干旱、霜冻和风暴发生的频率，改善了农业生产条件，改变了小流域小气候；六是将有效治理水土流失，各项措施的合理布设，将降低土壤侵蚀模数，减轻水土流失，治理区水土流失程度降低，生态环境进入良性循环。保护了当地的自然资源，改善了生态环境，对水土流失区的经济发展也将起到促进和保护作用。生态效益的不断体现，将彻底改变流域内一遇暴雨就成灾，经济建设不能稳定发展的被动局面，使广大干部群众能够安居乐业，为社会的稳定和发展起到良好的促进作用。［2］

项目区地处西藏自治区西部自然条件极为恶劣的藏西北高山地区，在世界屋脊喜马拉雅山脉东坡脚下，干旱、高寒、土壤贫瘠等严酷的自然条件，使区内水土保持治理极为困难，尤其生物措施受到极大限制与挑战。项目的成功实施将为我国高、寒、旱地区，海拔4200m以上青藏高原区，水土保持植物措施的应用提供经验与探索，树立样板典型，起到示范推广作用。对推动西藏自治区西部地区生态修复工作产生积极的影响。

5 结语

高寒地区生态修复工程的设计在一定程度上具有一定的困难度，毕竟高寒地区的自然条件和地质条件对工程的建设具有一定的制约因素。因此，在工程设计初期就要考虑到高寒地区生态的脆弱性，以尽量少扰动地表为原则进行工程方案的设计与生态修复措施的布设。高寒地区生态修复工程的成功案列较少，希望文章能够给今后类似工程设计提供借鉴和帮助。