雅砻江锦屏一级水电站库区消落带生态修复试验探讨

施云春，吴文佑，王红梅，喻安晴，卢自恒，刘 杰

（1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072；2.雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051）

0 前 言

雅砻江锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县与木里县交界处的雅砻江大河湾干流河段上，是雅砻江干流下游河段开发的第一级电站［1］。电站为堤坝式开发，主要开发任务为发电，总装机容量为3 600 MW，多年平均发电量为166.2亿kW·h，年利用小时数为4 616 h。水库调节性能为年调节，调节库容为49.1亿m3。水库死水位为1 800.0 m，正常蓄水位为1 880.0 m，消落深度达80 m。

正常蓄水位1 880 m时，坝前水位壅高约305 m，水库由三部分构成，即：雅砻江干流部分、一级支流小金河部分和二级支流卧落河部分。雅砻江干流正常蓄水位1 880 m时，回水至卡拉乡下游约3.4 km处，回水长度59.2 km，死水位1 800 m时，回水至候家坪沟附近，回水长度48.2 km。一级支流小金河正常蓄水位1 880 m时，回水长度（从汇口起算）89.6 km，死水位1 800 m时，回水至卧落河汇口上游约6.4 km处，回水长度70.6 km。二级支流卧落河正常蓄水位1 880 m时，回水长度（从汇口起算）20.8 km，死水位1 800 m时，回水长度6.90 km。

对雅砻江锦屏一级水电站水库2015年、2016年两年的调度资料进行分析可知：每年9月底前水库水位蓄至1 880 m，当年12月至次年5月底为供水期，每年5月底水库水位降至死水位，水库最大消落水深为80 m。具体水库调度情况见图1。

图1 雅砻江锦屏一级水电站水库调度情况

截至2019年6月，雅砻江锦屏一级水电站6台发电机组全部投产运行，水库蓄水至正常蓄水位1 880 m，库区消落带已逐渐形成。应生态环境部（原环境保护部）环办函〔2013〕1072号文《关于四川省雅砻江干流中下游河段水电开发环境影响回顾性评价研究报告有关意见的函》的要求：“重视已建电站库区消落带生态修复研究和建设工作，为其他未建梯级电站提供借鉴”。同时考虑到，雅砻江锦屏一级水电站运行后，库区消落水深达80 m，消落带垂直方向上的影响范围较三峡水库更大，其对水环境、植物群落、景观、库岸稳定等方面的影响将十分显著。因此，开展雅砻江锦屏一级水电站库区消落带的治理研究十分必要。但鉴于目前消落带治理研究是一个世界性难题，本研究采取“先试点后推广”的思路，选取消落带试点区域进行治理试验研究，为后续库区消落带全面治理提供重要基础和依据。

1 试验选址

1.1 试验场地比选

课题组人员分别于2015年12月（高水位期）、2016年10月（高水位期）和2017年5月（低水位期）到雅砻江锦屏一级水电站库区进行了三次全面踏勘，发现库区大面积为裸露的岩质陡坡，坡度约为70°～90°，且多数交通不便，难于施工，不具备治理条件。根据库内交通便利、离水电站坝址较近、场地需涵盖多种坡度等原则，初步拟选了洼里新乡和矮子沟两处场地作为生态修复试验场地。场地情况见图2。

图2 两拟选场地

拟选场地1：位于库区左岸、距雅砻江锦屏一级水电站大坝约10 km处的洼里新乡库岸带，该场地水路、陆路均可通达。其缺点主要有靠近洼里新乡，人为干扰较大。

拟选场地2：距坝址约9 km位于库区右岸的矮子沟；该场地仅通水路，场地上方仅有一户人家，人为干扰小。其缺点主要有场地较为破碎，清渣工程量较大；位于阳坡，日照较长。

经综合考虑，最终选择距坝址约9 km位于库区右岸的矮子沟作为试验场地。

1.2 试验场地分析

选定矮子沟作为试验场地后，对其各高程范围的地形地貌进行分析。根据陡坡型（坡度＞25°）、中缓坡型（坡度在15°～25°间）和缓坡型（坡度＜15°）三种类型坡度划分，矮子沟试验场地内，除1 840 m高程的平台和1 870～1 880 m高程的缓坡，其余高程的场地坡度较陡，甚至高达到60°。一般来说，陡峭的试验场地对于开展生态修复工作不利，但雅砻江锦屏一级水电站库区存在大面积岩质陡坡，若矮子沟场地的试点工程取得成功，则对雅砻江锦屏一级水电站库区消落带的生态修复更具有推广价值。

根据2015年和2016年的水位监测结果，9月底前水库水位蓄至1 880 m，12月至次年5月底为供水期，5月底水库水位降至死水位1 800 m，水库最大消落水深为80 m。如图3所示，根据统计结果即可推测各试验高程淹没时间。

图3 2015～2016年雅砻江锦屏一级水电站库区水位分析

各高程试验场地淹没时间与地形情况如下：

（1）1 830～1 840 m段全年淹没时间240天，4—7月完全出露于水面。场地较为陡坡，坡度约为30°左右。

（2）1 840～1850 m段全年淹没时间212天，3—7月完全出露于水面。地形为中缓坡并包含平台。

（3）1 850～1 860 m段全年淹没时间约196天，3—8月完全出露于水面。场地较为破碎，为陡坡，坡度约为50°左右。

（4）1 860～1 870 m段全年淹没时间约164天，2—8月完全出露于水面。场地较破碎，地形为陡坡，坡度约为60°左右。

（5）1 870～1 880 m段全年淹没时间约142天，2—9月完全出露于水面。场地平缓，有1个面积较大的平台，其上有1户人家。

2 适生植物的选择

由于消落带生境的特殊性，消落带植被恢复选择的物种应具备耐水淹、耐干旱、耐冲刷、耐土壤贫瘠、固土效果好等特点。

2.1 资料收集与调研

对国内主要水电站库区的消落带治理实例中的植物物种进行了梳理［2］，具体植物种类见表1。

表1 国内主要水电站库区植被恢复选择的植物物种总结

2.2 实地调查

2017年，课题组人员对雅砻江锦屏一级水电站库区消落带开展了植物生境情况的调查［3］，主要结论如下：

（1）雅砻江锦屏一级水电站库区消落带的植物分布于1 820～1 880 m高程范围之间，1 820 m以下几乎无植物生长；

（2）雅砻江锦屏一级水电站库区消落带的优势植物为狗牙根，主要分布于1 830 m高程以上；

（3）雅砻江锦屏一级水电站库区消落带的次优势植物为：曼陀罗、灰菜、小藜、土荆芥；

（4）雅砻江锦屏一级水电站库区消落带的菊科植物主要有千里光、牛膝菊、假还阳参；

（5）雅砻江锦屏一级水电站库区消落带的锦葵科植物主要有野西瓜苗。

2.3 植物的筛选

根据雅砻江锦屏一级水电站库区地理、气候、水文条件，并结合2017年开展的雅砻江锦屏一级水电站库区消落带植物生境情况调查，参考已有文献资料和其他电站实地调研资料，遵循抗旱、耐瘠薄、耐淹能力强、易繁殖、易成活、具有发达的根系、能遮挡漂浮物、能抗浪冲刷、能持水固土的原则，筛选出2种乔木、2种灌木和10种草本进行进一步的试验，适生植物物种推荐情况详见表2。

表2 适生植物物种推荐名录

3 植物种植与管护

3.1 植被配置与生境构建模式

试验高程范围选择为1 830～1 880 m，共50 m。其中，每10 m为1个梯度，布设不同的消落带生态修复试验方案，每块试验场地面积约10 m×10 m，具体如下：

（1）1 830～1 840 m高程范围

全年淹没时间约240 d，分两组进行对比试验，每组面积约为5 m×10 m。主要进行抗冲生态毯与直接撒播植草的对比，生态毯植物配置选用狗牙根和黑麦草混播，与撒播牛鞭草、栽植香根草进行对比试验。坡脚砌1 m高格宾石笼挡墙，内部填土形成种植槽，分别种植甜根子草、曼陀罗。

表1中各项指标能定性、半定量地评估冰碛湖溃决风险。近年，定量估算冰碛湖溃决风险研究也取得较大进展。有学者将母冰川危险冰体的体积与湖水体积比值(R)的倒数定义为冰湖溃决危险性指数(Idi)，即Idi=1/R，R值越大其发生溃决的概率越小，并计算出西藏若干个冰湖的溃决危险性指数变化于0.054～0.73之间。

（2）1 840～1 850 m高程范围

全年淹没时间212 d，分两组进行对比试验，每组面积约为5 m×10 m。除格宾石笼挡墙种植植物为块茎苔草、水芹外，其他试验措施同1 830～1 840 m高程的试验。

（3）1 850～1 860 m高程范围

全年淹没时间196 d，分两组进行对比试验，每组面积约为5 m×10 m。其中一组采用生态袋堆叠措施，堆叠高度约为7 m，在原地形上阶梯码放，生态袋内植物选择狗牙根和牛鞭草混播；另一组采用抗冲生态毯+改良土基质表面喷播，喷播草籽选择百喜草和狗牙根混播。

（4）1 860～1 870 m高程范围

全年淹没时间约164 d，分两组进行对比试验，每组面积约为5 m×10 m。其中一组采用生态木柱+混凝土桩槽，生态木柱选择旱柳为材料，槽内植物措施为：撒播狗牙根并栽植香根草；另一组采用格宾石笼生态种植槽，槽内植物措施为：撒播狗牙根并栽植香根草。

（5）1 870～1 880 m高程范围

全年淹没时间约142 d。采用乔灌草结合的植物配置方式，草本选择狗牙根、甜根子草、黄菖蒲，灌木选择秋华柳、水麻，乔木选择池杉、旱柳，栽植面积一共约10 m×10 m。

各高程植被配置与生境构建模式示意如图4所示。

图4 各个高程植被配置与生境构建模式示意

3.2 消落带植物种植

完成消落带生态修复方案的设计后，课题组于2018年3月确定了施工单位，2018年5月，正式开展现场试验工作，施工单位跟据课题组的设计方案完成了生态修复试验场地的施工和植物的种植等；2018年6月，课题组对施工现场进行了验收，记录了植物发芽和生长情况等。

3.3 消落带植物管护与观测

本试验消落带植物管护主要包括以下措施：（1）加强栽后管护，及时进行苗木扶正。（2）2018年首次栽植成活率未达到80%的场地，在2019年栽植季节及时进行了补植补种。（3）对栽植之后的消落带植被，采取近自然化经营管理理念，充分利用自然力修复和发展植被，避免消落带植被的人工化。

消落带的观测：（1）2019年4—5月，试验场地重新露出水面后，课题组人员到现场观测植被存活情况和现场设施保持状况，根据观测结果，组织施工单位进行了补植补种工作。（2）2019年7月，课题组人员再次到现场观测补植补种的结果。（3）因2020年1—4月受疫情影响未能进入库区，课题组于2020年5月进入库区对试验场地进行了观测。

4 试验结果与讨论

4.1 试验场地选择

4.1.1 坡度的影响

坡度过大的场地往往缺少植被生长所必需的土壤及养分条件，开展生态修复工作的难度很大。课题组试验前对本地土进行了筛分，并添加保水剂、腐殖土、肥料进行改良。2020年5月，课题组采集了各个高程试验场地的土样进行了检测，结果表明，试验场地内的土壤多个与营养元素相关的指标（如：有机质、氮、磷、钾含量）不达标，初步判定试验场地内土壤肥力普遍较差。分析其原因可能为：虽然采取了土壤基质改良措施，但在场地淹没期，受库区水长期浸泡和冲刷，坡面土壤及养分流失严重。同时，在场地出露期，由于场地坡度较陡，岩质陡坡土壤难以滞留雨水，保水功能差。在肥力较差的土壤和匮乏的水分条件下，除草本植物外，灌木和乔木等植物难以正常生长等。

4.1.2 高程（即淹没时间）的影响

在试验布设方案中，选择了1 830～1 880 m的高程作为试验范围（即淹没时间240～142 d），以10 m为梯度布设了不同的生态修复措施。该高程范围的选择主要参考三峡库区消落带治理的成功经验：在淹没时间约240 d的条件下，空心莲子草、狗牙根等草本植物可以复苏存活。然而，同样淹没240 d的条件下，本试验场地内草本植物复苏结果并不理想，即使在植被恢复较好的对岸场地，也要在1 865 m以上高程（淹没时间约155 d）才具有较好的植被（草本植物）生长情况。分析其原因可能为：即使同样长的淹没时间，相比于三峡库区，本试验场地的出露期（夏季）较短，冬季较长。而夏季光照充足，是植物生长最重要的时期，因此，在后期消落带生态恢复工作中，不宜将高程设置得过低（即淹没时间不宜过长）。结合课题组的相关经验和本试验的结果，推荐在坡度小于等于30°且高程在正常蓄水位以下20 m内的范围进行消落带的生态修复工作。

综上所述，在雅砻江锦屏一级水电站库区后期消落带生态恢复工作中，推荐在坡度小于等于30°和高程在正常蓄水位以下20 m内的范围进行，且选择原生土壤条件较好的场地，这样才能保证消落带生态修复取得比较好的效果。

4.2 试验植物选择

草本：多次现场观测发现，试验场地内一年生草本植物（除狗牙根为多年生）发芽和生长状况良好；此外，在试验场地对岸发现，狗牙根、曼陀罗和灰菜3种植物生长状况良好。

灌木：多次现场观测发现，试验场地内灌木基本未存活。

乔木：试验场地内大多数乔木未存活，但这主要是由于乔木根系未固定好，在水流冲刷下整株倒伏造成。在采取了特殊的抗冲刷和植物固定措施后，位于1 870～1 880 m高程范围内的场地内有1棵柳树存活。

因此，在雅砻江锦屏一级水电站库区后续消落带生态修复工作中：（1）优先推荐的草本植物为狗牙根、曼陀罗和灰菜3种草本植物。（2）灌木在本次试验中基本未成活，因此，雅砻江流域消落带生态修复的植物物种不建议选择灌木。（3）乔木选择方面，优先推荐柳树、辅以耐旱耐淹的枫杨，乔木的胸径一般不大于5 cm。根据淹没深度，在正常蓄水位以下5 m范围内，可选择胸径5 cm的乔木。在正常蓄水位以下2 m范围内，可选择胸径2～3 cm的乔木。（4）植物群落配置方面，建议乔木采用大苗（胸径5 cm的乔木）、小苗（胸径2～3 cm的乔木）相结合的形式，这样大小苗相结合的形式，一方面具有较好的生态景观效果，另一方面也经济可行，节约投资。

4.3 场地工程措施讨论

本次消落带生态恢复的工程措施主要采用了生态袋护坡、抗冲生态毯、混凝土桩槽结合生态木桩等。试验结果表明，这些措施针对消落带边坡有良好的水土保持固坡效果，但采取工程措施后植物生长效果仍然较差。根据本试验的结果，不推荐在雅砻江锦屏一级水电站库区消落带生态修复中使用生态袋堆叠措施及抗冲生态毯措施。经分析总结，可对消落带生态修复的工程措施进行以下改进：

（1）对于生态袋堆叠措施，由于生态袋的袋壁过厚，消落带种植的植物难于萌发出袋，导致此措施在试验中植物很难正常生长。对于抗冲生态毯措施，因抗冲生态毯在库水的淘刷下，难于保持土壤，从而亦不利于植物的生长。

（2）设计枫杨苗植物钉与格栅狗牙根草垫相结合的一体化乔草毯。该措施一方面可解决植物快速生长期与库区淹没期重合，导致生长不良，来年萌发困难，生态修复效果差的问题；一方面也可固土固坡，有利于消落带边坡的水土保持。推荐在消落带正常蓄水位以下0～3m插植物钉和铆钉联合固定格栅狗牙根草垫，3～20 m铆钉固定格栅狗牙根草垫。本技术已申请专利，可在其他消落带生态修复工程中使用。

5 结 论

（1）在雅砻江锦屏一级水电站库区后期消落带生态恢复工作中，推荐在坡度小于等于30°和高程在正常蓄水位以下20 m内的范围进行，且选择原生土壤条件较好的场地，这样能保证消落带生态修复能取得相对较好的效果。

（2）在雅砻江锦屏一级水电站库区后续消落带生态修复工作中：优先推荐的草本植物为狗牙根、曼陀罗和灰菜。雅砻江流域消落带生态修复的植物物种不建议选择灌木。乔木选择方面，优先推荐柳树、辅以耐旱耐淹的枫杨，乔木的胸径一般不大于5 cm。植物群落配置方面，建议乔木采用大苗（胸径5 cm的乔木）、小苗（胸径2～3 cm的乔木）相结合的形式。

（3）生态袋护坡、抗冲生态毯、混凝土桩槽结合生态木桩等工程措施对消落带边坡有良好的水土保持固坡效果，但这些工程措施还有进一步改进完善的空间。