基于中小型河流生态修复的黄河支流宛川河生态修复方案探究

王多平 张兴旺 刘 睿 冯 熊

（兰州资源环境职业技术大学，甘肃 兰州 730021）

1 中小型河流生态修复

1.1 河流生态修复

将生态修复理念应用于水利工程河流治理，不仅是基于经济社会飞速发展大背景下人们生态环保意识的不断强化，也是基于水资源有效利用与科学治理提出的新要求。河流生态修复是指结合科学治水理念，通过联合环境学、园林学、工程学、水生生物学等应用性多学科，将水动态循环、水生生物平衡、水利工程学的基本原理或治理修复技术，应用于改善或恢复已被破坏或污染的河流，从河流结构、功能、生态系统等角度对受损河流进行重建。

1.2 中小型河流生态修复技术路线

隶属于大江大河支流的大多数中小河流，其生态环境质量会直接影响主干河流的生态环境质量。本研究结合相关资料，针对中小型河流的供水、防洪、水环境、水生态等多重功能，以中小型河流生态修复为目的，统筹河道结构修复、水资源修复、生态环境修复三个一级目标，其中，河道结构修复划分为河道断面控制与地貌特征改善，水资源修复划分为水质改善与水文特征修复，生态环境修复划分为水生生物物种修复与植被修复，分析六个二级目标需采用的修复方法，进行方案设计与对比，通过河流动态指标检测与河流健康指标评价，形成中小型河流生态修复技术路线，如图1所示，并将该技术路线应用于黄河支流宛川河生态修复方案探究过程中。

图1 中小型河流生态修复技术路线

2 黄河支流宛川河区域概况

黄河支流宛川河发源于榆中县南部兴隆山、马衔山区，属黄河一级支流，也是黄河中上游生态走廊主要涵养区，流经龙泉、高崖、甘草店、清水驿、夏官营、金崖、来紫堡等7 个乡镇，在来紫堡乡东、西坪村响水子峡汇入黄河，干流长91 km，其中榆中县境内河长 84.5 km，流域面积 1 801 km2［1］。流域内建有高崖、龛谷峡两座水库，宛川河以高崖、夏官营为界，划分为上、中、下游三段，上游龙泉高崖河道长26 km；中游甘草、清水驿、夏官营河道长40 km，下游金崖、来紫堡河道长25 km。甘肃省榆中县属于农业缺水县，由于历史原因上游水库长期截引地表水、过度开采地下水使河道断流导致流域生态流量严重不足，失去涵养及自净功能；河道沿线长期采砂取土造成河道线不清、地貌及滨河缓冲带生态系统破坏严重；沿河道倾倒垃圾、排放污水造成宛川河金崖桥省控监测断面长期水质不达标（目标水质Ⅳ，多年水质监测为劣Ⅴ类），直接影响主流黄河的水质，亟须进行全面治理。

3 宛川河流域主要生态环境问题及发展趋势

3.1 采砂取土造成河道地貌特征破坏

由于宛川河流域水库以下常年断流，仅汛期有洪水排泄，因此中下游河道沿线多成为天然采砂场及排放污水倾倒垃圾的纳污河，长期、无序的河道沿线采砂取土及污染排放，不仅造成了河道自然形态、地形地貌景观、土地资源压占挖损、土壤植被的严重破坏，而且加剧了水土流失和洪水泥石流灾害。在本次治理区沿线有32 个10～30 万m3的采砂坑，采砂河段岸线不复存在，两岸植被损毁殆尽。根据《矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范》（DZ/T 0223—2011）［2］，采砂取土造成地形地貌景观破坏、土地资源挖损压占破坏、水土污染破坏的影响程度很严重，由于采砂时间延续几十年，取土量巨大，目前没有土源进行回填。

3.2 水质恶化致断面水质长期不达标

黄河流域（榆中段）涉及2个国控断面和1个省控断面，分别为什川桥控制断面（国控）、青城桥控制断面（国控）和宛川河金崖控制断面（省控）。近年来，在黄河流域（榆中段）生态环境现状调查与评估期间，分别对黄河干流什川桥断面、青城桥断面、大峡桥或大峡电站、黄崖口村、宛川河榆钢工业废水排口下游500 m、夏官营污水处理厂排口下游500 m、金崖桥断面、入黄河口上游（西坪）、宛川河入黄河口下游（东坪）、柳沟河入黄河处等10 个地表水监测断面进行了丰水期、枯水期两期水质取样监测。

监测周期：丰水期（2018 年9 月10 日—17 日）、枯水期两期（2019 年 3 月 23 日—26 日）［1］。监测指标：依据《地表水环境质量评价》（GB 3838—2002）和《江河生态安全调查与评估技术指南（试行）》，在综合考虑调查与评估目标、黄河流域榆中段主要污染来源的基础上，确定本次监测的监测指标。根据现场监测结果，除大峡桥或大峡电站、黄崖口村、什川桥断面、青城桥断面水质符合或优于《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中Ⅲ类水质标准，达到Ⅰ～Ⅱ类要求，断面水质类别达到“优”或“良好”外，宛川河断面水质均为劣Ⅴ类，水质状况为重度污染。具体断面水质状况见表1［4］。

表1 现场监测断面水质类别状况

3.3 资源性缺水及生态流量下泄不足

3.3.1 资源性缺水。宛川河具典型干旱区河流水文特征，径流形成、利用、消失分区明显。径流补给主要来源于上游兴隆山、马衔山，冰雪融水及降雨是河道径流的主要补给形式，其中冰雪融水约占补给径流量25%，降雨补给约占75%。中下游冲洪积平原区及河谷阶地区为农业灌溉区及人畜饮水区，是上游径流的主要利用、消耗区。由于宛川河流域由于气候干燥，降雨稀少，属甘肃中部干旱缺水区域，水资源十分匮乏，属于资源性缺水区。

3.3.2 过度利用及水库截流造成河道断流。榆中县是兰州东城乡聚居地及农业主产区，是全国无公害蔬菜生产示范县、全国高原夏菜生产重点县、全省蔬菜大县，农业灌溉、人畜饮水用水量大。宛川河作为流域水资源主要开发利用区，沿河取水主要用于沿线的农业灌溉及生活生产用水，是榆中县取用水最主要的河流。为保障农业生产及蔬菜种植，宛川河长期截引地表水、开凿机井开采地下水，地下水超采利用严重，地表水截引利用严重，造成流域水资源的过度利用，河道长期断流造成中下游植被衰亡，草甸植被和乔木灌木林-天然绿洲地带的退化和萎缩，自然生态环境十分脆弱。

近年来，随着国家对生态保护的重视，宛川河上游兴隆山区进行全面生态修复、封山育林，生态环境得到全面改善和恢复，但中下游由于农业灌溉及生活用水需求日益增长，造成生态用水与农业灌溉及社会经济发展用水的矛盾日趋突出。

3.3.3 水库截引加剧生态流量不足。为了截引利用有限的水资源，保障沿线农业生产及生活用水，宛川河及其主要支流修建高崖、龛谷峡2 座截引水库，水库控制流域面积为187 km2，通过水库、渠首截引调蓄水资源，用于农业灌溉及人畜饮水。其中农业灌溉用水占年径流量的88.0%，生活用水占年径流量的2.5%，余水占年径流量的9.5%，主要为汛期下泄生态水量。由于上游水库截引及地下水过度开采，宛川河中下游常年断流，河道生态流量下泄严重不足，造成水库以下中下游天然林草地、生态缓冲带、湿地不断退化，生物多样性遭到严重破坏；同时由于河道长期断流，河道成为采砂取土、排放污水、倾倒垃圾的纳污河，河流净化功能丧失，河流水质长期不达标。生态环境日趋恶化，成为制约流域生态环境恢复和经济社会可持续发展的重要因素。

3.4 流域生态破坏造成生物多样性生境破坏

宛川河中下游区由于水库截流、河道断流、河道采砂、排放污水及倾倒垃圾，河流失去污染物稀释及净化功能，河道内外采砂坑遍布，地形及岸线支离破碎，水流流态和泥沙输移发生变化，水土流失加剧；河道生物的栖息、觅食和产卵繁殖生境严重破坏，缓冲带林草湿地不断退化、萎缩，沿岸陆生植物破坏殆尽，鱼类、水生与湿生生物基本绝迹，生物多样性严重破坏，流域生态环境极度脆弱。

3.5 流域滨河缓冲带破坏，生态涵养、自净功能退化

缓冲带是河流陆地生态系统与水生态系统之间的一个重要的生态交错带，容易受岸上周边地区各种生命活动和自然过程的影响，在一定程度上是河流的一道保护屏障［3］。主要有保障径流、水源涵养、生态涵养、增加环境容量、水质净化、减少水土流失，形成生态屏障，促进流域生态改善及促进生物多样性、维持经济社会赖以生存和发展的生命保障系统的综合功能，是生态系统在能量流、物质流的生态过程中，对外部的重要作用。河滨缓冲带破坏，直接影响流域生态系统服务功能［4］。

4 生态修复方案

4.1 采砂坑治理修复河道地貌特征

对占据主河槽直接影响上游流量下泄及泄洪的采砂坑进行回填，其他采砂坑及河道根据清淤量分段挖填整平即可，不做全部回填。即根据采砂坑所处位置、土地属性及河道管护线内外差别，分类采取整治措施分述如下。

4.1.1 河道管护线内侵占主河道影响行洪及村镇安全的采砂坑修复。此类采砂坑直接造成河道不畅，无法正常径流和泄洪，利用采砂坑上下游河道疏浚的砂土对采坑进行回填，恢复河道自然连通。根据调查、测量及土方平衡计算。

4.1.2 河道管护线内不影响行洪非基本农田的采砂坑修复。河道保护线内但不影响河道径流或泄洪，位于主河槽一侧或两侧，土地属性非基本农田的采砂坑共10 个，因无处取土，原则上不回填，保持现状，充分利用原有通村道路、预留砂土堤岸将采砂坑与行洪主河槽自然分割开，根据采坑四周环境条件（如道路、基本农田、滩涂等），对采坑边坡进行因地制宜的整形保持其边坡稳定性即可，不做大挖大填，然后进行生态恢复，具备放坡条件的可适度放坡，增加边坡稳定性，不具备放坡条件的，可利用清淤渣土，对坡脚进行堆填稳固，并对坑底进行挖填整平，然后按照土地属性进行生态恢复。土地属性为滩涂则恢复为林草地或湿地，土地属性为农田则恢复为农田。采坑较大较深则种植小灌木及种草，采坑较小较浅则恢复为湿地。

4.1.3 河道管护线外土地属性为农田的采砂坑修复。河道保护线外占用基本农田的采砂坑共6个，此类砂坑必须按《基本农田保护条例》的规定恢复原种植条件或办理相关手续。可利用河道疏浚土体及渣堆弃土进行回填整平后，恢复为基本农田。但宛川河沿线历史遗留的许多大型采砂坑，需要大量客土，由于采砂坑大而深，周围严重缺土，全部回填难度大而长期未得到整治。对此可利用疏浚清挖弃土或弃渣堆进行部分回填或坡面整形。在有客土来源的条件下可以回填整平后恢复原种植条件复耕，以恢复原土地用途，没有客土来源的则通过采坑坡面整形，安全放坡后，改造为梯级农田。

4.1.4 河道管护线外非基本农田的采砂坑修复。位于河道管护线外一侧，土地属性非基本农田的采砂坑共4 个，因无处取土，原则上不回填，保持现状，根据采坑四周环境条件（如道路、基本农田、滩涂等），对采坑边坡进行因地制宜的整形保持其边坡稳定性即可，不做大挖大填，然后进行生态恢复，具备放坡条件的可适度放坡，增加边坡稳定性，不具备放坡条件的，可利用清淤渣土，对坡脚进行堆填稳固，并对坑底进行挖填整平，然后按照土地属性进行生态恢复。土地属性为滩涂则恢复为林草地。采坑较大较深则种植小灌木及种草。

4.2 建立缓冲区调整河道地貌特征

在采坑、渣堆及滩涂平整后，需根据土地属性及地形地貌条件将损毁的土地因地制宜恢复为耕地、湿地、林草地。

根据现场调查、工程测绘，清水驿、夏官营河道管护线外基本大多为基本农田，采砂坑、滩涂地较分散分布在河道两侧，可因地制宜植树种草，营造河道生态缓冲带，形成阻隔污染、改善河滨环境的生态缓冲带。生态缓冲带布设于宛川河沿线，是宛川河流域生态系统修复，拦截面源污染，营造绿水碧岸、鱼翔浅底良好生态环境及美丽乡村的重要组成部分，种植树木在考虑生态修复、水源涵养基本功能的前提下，兼顾环境美化和长期景观效果，重点地段强化视觉观赏性。强调整体布局的统一性，结合项目区气象水文特点、土壤类型、植被立地条件，充分考虑生态系统长效性和可持续性，树种选择以耐盐碱、耐干旱、抗寒、适应性强、寿命长、成活率高的植物品种，采用点、线、面结合，乔、灌、草混合配置方式，营造和谐、美观与周围协调一致的景观效果。

4.3 河道疏浚进行河道断面控制

根据调查统计，宛川河生态修复一期17 km沿线工程共有采砂坑32个，采砂坑占地面积732 118 m2，采坑平均深度13 m，总体积956.85 万m3，因回填需要大量土方，无处取土，但现阶段必须首先对影响河流贯通的主河槽采砂坑进行回填，才能保证河道连通［5］。通过河道疏浚取土对影响河道径流及泄洪安全的采砂坑进行回填，根据实测地形图纵横断面及原河流纵坡、采砂坑及上下游河槽地形条件，因地制宜设计清淤地段及清淤量，对采砂坑进行整治。对已经实施河道整治及河堤建设工程、岸线规整、河槽通畅且已清淤地段不再实施清淤及回填。

4.4 生态流量调水配水改善资源性缺水

为解决宛川河生态流量下泄问题，首先在榆中县县城南侧的南坡湾新建水库型县城饮用水水源地，利用引洮一期工程榆中水资源作为新建水源地水源，该水源地建成后，榆中县城将实现饮用水水源地双水源地，同时将会减少宛川河地表水及地下水的开采利用量。同时在上游采取退耕还草、自然封育、营造生态林、生态缓冲带，以保证宛川河生态流量逐年恢复和增加。

4.5 设计人工湿地修复河流生态环境

宛川河人工湿地是以蓄水调洪、滞缓径流、水土保持、污染阻隔、净化水质、维护生物多样性、生态修复及环境美化等自然功能为主要目标的生态修复型湿地。主要通过河道垃圾清理、河道疏浚、种植本土易养护、好维护的水生、邻水、陆生植物，达到生态环境修复目的。人工湿地设计目的是改善和修复流域生态环境，改善水质。通过甄选当地湿地植物物种，恢复生态景观，净化水体，美化人居环境。宛川河现状属于季节性河流，一般无大的径流，多为周期性或季节性洪水，因此适宜建设河道沿线河谷人工湿地。河流是开放系统，与边缘的水生生态系统和其他边缘的陆地生态系统之间会产生强烈的能量、养分和物种交换，利于形成流域生态屏障或污染阻隔带。

5 结语

通过黄河支流宛川河生态流量下泄、河道疏浚生态沟渠、河道沿线生态破坏恢复治理（采砂坑整治）、河滨缓冲带生态恢复（生态湿地、生态缓冲带建设）等生态保护措施，保障河流生态基流，恢复河流自净功能及生态涵养功能，防治洪水泥石流灾害、减少水土流失，促进流域水质达标，实现宛川河水清、岸绿、景美、水质达标的生态保护目标，助力黄河流域生态保护与生态创新城高质量发展。