高原地区河道型水库多目标生态治理研究

练伟航，傅添方，宫鹏杰，陈永科

(1.广东省水利水电科学研究院，广州 510635；2.广东省第九批援藏工作队，西藏 林芝 860003；3.广东省水动力学应用研究重点实验室，广州 510635；4.河口水利技术国家地方联合工程实验室，广州 510635；5.广东白天鹅房地产开发有限公司，广州 510000)

1 概述

水是生命之源、生产之要、生态之基。党的十八大以来，以习近平总书记为核心的党中央从实现中华民族永续发展的战略高度，统筹推进水灾害防治、水资源节约、水生态保护修复、水环境治理，提出“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，确立起国家的“江河战略”，为新时代治水提供了强大思想武器和科学行动指南。

河道型水库是指在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形成的人工湖泊，可起防洪、蓄水灌溉、供水、发电、养殖等作用。在高原地区，受先天条件、气候变化和人类活动影响，此类湖泊水安全、水生态、水环境问题日益突出，亟待治理。扎搪鲁措湖就是其中的典型水库之一。

在治理思路方面，马小霞基于我国典型高原湖泊生态退化现状及主要原因，分析保护治理政策存在的问题与不足，提出创新保护治理的思考与建议[1]，谷唯实、侯长定、王丽华等基于云南高原湖泊现状，提出生态保护为主的治理思路和对策[2-4]；在治理对策方面，刘长勇、王雪等对高原典型湖泊生态环境退化问题进行了具体分析，并提出了综合治理措施[5-6]；在湖泊生态景观方面，周炜华、刘晓林、刘福江等对湿地生态景观的作用、设计、修复治理技术等开展相关研究[7-9]；在水库泥沙淤积治理方面，唐海东、冯慧、张俊华等深入探讨了小浪底水库异重流排沙的实践与效果[10-12]，程禹平等通过典型水库的治理研究，提出水力排沙的具体措施和应用效果分析。前人的治理思路、研究成果和应用，为扎搪鲁措湖的生态治理提供了良好的研究基础。

2 湖泊概况

扎塘鲁措湖位于青藏高原的鲁朗河中下游，为鲁朗国际小镇风景区重点景观，属贯穿人工湖，坝址以上集水面积为382 km2，湖面正常水位面积为0.464 km2，呈不规则条状，中部宽，两头尖，南北方向长度约为1.4 km，东西方向宽度约为0.5 km，湖区河岸边坎高度约为0.3～0.8 m，左岸为已建浆砌石挡墙，右岸近溢流口处设有浆砌石导流墙，远处为天然土质河岸边坡；湖区正常水深约为0.8～1.2 m。入湖河道宽度约为8.4～114.7 m，平均比降约为14.9‰；出湖河道宽度约为12.4～26.8 m，平均比降约为4.33‰。

湖区上游河流两岸山体上植被极不发育，种植土分布薄且不连续，植被稀少，岩石裸露，地下水极不发育，坡积粗粒土结构松散，由于海拔高，降雨集中，坡面冲刷强烈，水土流失较严重。洪水期爆发山洪及泥石流等水土流失严重，鲁朗河及其支流水体夹带泥砂入湖，而现状湖区未设置防砂、排砂设施，只能任其由轻淤向重淤发展，导致湖区泥砂淤积(见图1)、库容减小、水质变差等现象日趋严重。2016—2019年入库泥砂总量约为118.78万m3，年均约为39.59万m3，坝前至河道入湖口处泥砂淤积深度平均约为2.56 m。湖区丰水期水位平均抬高1.5～3.2 m，枯水期局部区域裸露淤积凸包，入湖处泥砂淤积形成冲积扇，两岸边坡冲刷导致垮塌等现象时常可见，从而带来水安全隐患，也严重影响了风景区的生态景观和旅游效益。

图1 湖区泥砂淤积现状示意

3 治理思路

传统的河湖治理方法，主要着眼于解决河湖防洪安全隐患，往往忽视了河湖水生态系统的自身需求。伴随生态文明建设进程，河湖生态治理的概念应运而生，综合了水质、水量、河道形态以及流域等的生态修复需求，相关技术及研究也有了长足进展。

扎塘鲁措湖进口河段干支流交汇口处属冲洪积层，经长年地表径流水力侵蚀后，河谷地形属“U”形河床，入湖后泄水主通道位于湖区左侧河道，湖中及坝前区域因多年泥砂沉积形成长条形淤积带。考虑河道河势、水沙条件、湖区现状，结合河道防洪和湖区生态环境、旅游发展等需求，分区建立拦砂系统、排砂系统、生态护坡带和生态湿地景观区(见图2)，形成自然恢复为主、人工干预为辅，整体性及系统性较强，满足区域防洪、生态、水质、旅游等多目标协同治理需求的综合治理方案。

图2 扎塘鲁措湖生态治理方案示意

4 治理方案

4.1 拦砂系统

谷坊作为一种人工与自然相耦合的工程措施，广泛用于防治泥石流灾害，具有抬高侵蚀基准、拦蓄泥沙、稳定沟道等作用。

考虑扎塘鲁措湖淤积主要来源于上游河流洪水挟砂入湖，在入湖段呈阶梯式布置两座拦砂谷坊(由沉砂池、拦砂坝、海漫段及导流墙组成，见图3)，作为湖区泥砂防治第一道措施，以初步拦蓄入库卵石、砾块、粗砂等，减少入湖泥砂含量，汛后可人工清淤沉砂池并转运沉积物。

图3 拦砂谷坊平面布置设计示意

4.2 排砂系统

水库淤损库容恢复，主要有机械清淤和水力排砂两种方式。机械清淤可有效清除库区底层固结淤积物。水力排砂则通过调水、导砂、排砂等系统设计及合理调度，充分利用水流自然之力，将新入库和前期淤积泥砂输移至下游河道，长期运用使库区重建新的相对平衡，形成能将全年来砂排走的新河床，水库便可长期保留大部分有效库容。

针对扎塘鲁措湖水力特性、淤积现状、地形地貌等特征，设计由输砂通道、导砂通道及冲砂闸组成的排砂系统。

4.2.1输砂通道

分析湖区水下地形测量成果，可以看出水流动力轴线偏于湖区左侧河道，从2#拦砂谷坊起，将主流方向长1 000 m、宽15 m的主河道清淤2.1 m后可塑造为湖区的输砂通道(见图4)。利用中、高洪水较强的挟砂能力，将经拦砂谷坊初步拦滤后的含砂洪水迅速输往坝前，减少湖区中间地带的泥砂沉积。输砂通道充分发挥异重流排沙作用，可形成长期有效的水力输砂减淤效应。

图4 输砂通道设计示意

4.2.2导砂通道

考虑坝前区域水流运动方向及泄洪冲砂要求，将坝前长80 m河道按清淤平均厚度3.6 m、河床坡度i=0.02设计为喇叭形导砂通道(见图5)，在洪水期开闸泄洪冲砂时，引导来砂进入泄洪闸，随洪水排入下游。

图5 导砂通道设计示意

4.2.3冲砂闸

结合已建拦河坝、两岸建筑物和天然地形地貌情况，在现有坝体两侧分别进行切割方形槽口新建两座泄洪冲砂闸(见图6)，闸室净空尺寸为3.0 m×3.0 m，采用C25钢筋砼结构。闸后设钢筋砼结构消力池及铅丝石笼海漫。经水力计算，30年一遇洪水条件下闸孔最大流速为3.69 m/s，大于闸前泥砂启动流速，利于泄洪冲砂。

图6 泄洪冲砂闸平面布置设计示意

4.3 生态护坡带

扎搪鲁措湖左岸为景区人文活动中心，湖区清淤整治后，左岸原有土质边坡随水位涨跌及水流冲刷，极易出现失稳滑塌带来防洪安全隐患。

传统河道治理中，岸坡防护更多考虑岸坡稳定性与河道防洪要求，采用浆砌块石、干砌块石或混凝土等刚性材料护坡，缺乏景观性及对生态环境的保护。新兴的植物与工程复合的生态护坡技术，利用植物与岩、土体的相互作用，组建工程和植物相结合的综合护坡系统，使之既能满足对边坡表层稳定的要求，又能恢复被破坏的自然生态环境。

拟对湖区左岸550 m长堤岸采用网格生态护坡技术(见图7)，在网格中栽种植物，形成网格与植物综合护坡系统，兼顾岸坡稳定性、景观性及生态性等多方面要求。

图7 生态护坡带设计示意

4.4 生态湿地景观区

湿地是生态系统的重要组成部分，在保持生物多样性、调节气候、涵养水源以及净化水质、蓄洪防旱上有重要的功能。在当下人们注重生活质量、热爱旅游，同时追求对自然的崇尚、热爱和回归的情况下，湿地景观已成为一大旅游热点，为当地带来良好的旅游经济效益。

扎搪鲁措湖在枯水期湖水位下降后，湖中淤积部位及湖左岸下游因泥沙淤积形成的河滩地均因地势较高裸露湖面，可将两片区域设计为湿地景观(见图8)。其中，湖中淤积带以保持原生自然植被为主，辅以人工种植水生植物，打造自然湿地景观；左岸下游河滩地则主要为人工种植水生植物为主的人工湿地景观；同时沿湖中自然湿地区右侧岸线清淤河床，塑造生态泄水渠，与自然湿地、人工湿地组合营造“草碧色，水绿波”的生态湿地景观区。

图8 生态湿地景观区设计示意

5 结语

扎塘鲁措湖因长年上游洪水挟砂入湖、缺乏排砂防淤功能而造成湖区严重淤积，破坏了原有良好的生态环境，亟需治理。本文因湖施策，因地制宜，以生态优先、绿色发展理念为指导，考虑河道河势、水沙条件、湖区现状，结合河道防洪和湖区生态环境、旅游发展等需求，提出水力排砂、生态护坡和生态景观的综合治理思路，形成自然恢复为主、人工干预为辅的多目标生态系统治理方案，结合后续绿色廊道、观光栈桥建设，以实现水生态与水安全、水环境、水景观和谐统一，协调发展的生态治理目标，描绘“河畅、水清、岸绿、景美”的美丽河湖生态画卷。