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【理论与实践】水土保持生态修复

  1国内外生态修复研究进展概况

  国外生态修复的研究和实践可追溯到20世纪30年代,涉及的相关概念有生态恢复、生态修复和生态重建等。其中,生态修复的叫法主要应用在日本和我国。虽然在涵义上有所区别,但都具有恢复和发展的内涵,即使原来受到干扰或者损害的系统恢复后使其可持续发展,并为人类持续利用。以国外河流生态修复工作历程为例,主要经历了从水质恢复(20世纪50年代开始)到小型河流以单个物种恢复为标志的生态恢复(20世纪80年代初期开始),再到大型河流生态恢复工程(20世纪80年代后期开始)、流域尺度的整体生态恢复的过程(20世纪90年代兴起至今)。

  在我国,20世纪末期至本世纪初期关于生态修复的观点一般认为,生态修复是指停止人为干扰,解除生态系统所承受的超负荷压力,依靠生态系统自身规律演替,通过其修养生息的漫长过程,使生态系统向自然状态演化;为了加速被破坏生态系统的恢复,还可以辅助人工措施,为生态系统健康运转服务,从而加快恢复的工作。近20年来,国内已在林田山水湖等多个生态领域开展了大量的生态修复实践工作,并取得了显著效果。

  2水土保持生态修复概念

  水电工程建设涉及道路修建、场地平整、取土采料、大坝基础和岸坡开挖、弃土弃渣堆放、移民安置等项目,具有土石方量大、占地范围广、施工周期长、弃渣量多、点线布置等特点,建设过程会占压植被,增加植被后期恢复难度,且对土地资源形成一定损失,最终造成对生态环境的综合影响。传统上,我国水电工程水土保持措施布设一般优先满足主体工程的要求,对不稳定边坡、堆体、场地等扰动区多采用工程治理措施,这导致土壤资源未能得到有效保护,生态修复的目标不能有效落实。为满足我国新时期生态环境建设的要求,需要在传统以工程措施为主的水土保持工作的基础上,对水电工程施工扰动区域和周边生态脆弱区域从生态优先的角度进行系统考虑。因此,水土保持与生态修复的交汇融合被提上议程进行研究,并逐步应用于工程实践。

  根据已有的研究成果和工程实践,水电工程水土保持生态修复的概念可定义为,在水电工程建设扰动区域和周边影响的水土流失区,通过一定的人工辅助措施,促使自然界本身固有的再生能力得以最大限度地发挥,促进植被的持续生长和演替,保护和改善受损生态系统的功能,从而加快水土流失防治的步伐,建立和维系与自然条件相适应,与经济社会可持续发展相协调并良性发展的生态系统。

  水电工程水土保持生态修复应立足于保护中开发、开发中保护。根据生态学原则和水电工程建设特点,控制和减少对原地貌、地表植被、水系的扰动和损毁,依靠生态自我修复能力,对施工扰动区和周边生态脆弱区辅以人工辅助措施,通过保护、改良、改造、重建、再生等措施,使受损的生态系统恢复到相对健康的状态,达到水电工程同自然环境相协调、相统一的目的。

  3水土保持生态修复总体规划

  开展水电工程水土保持生态修复工作时,应首先进行总体规划,规划工作中,应注重保护,转变观念,重视改良,合理配置并重建结构。总体规划的工作内容与技术要求主要包括查明工程设计条件、诊断区域生态状况问题、拟定生态修复总体目标以及划分生态修复分区等方面内容。

  (1)查明工程设计条件。工程设计条件调查包括工程规划、设计、建设及运行期间相关工程资料,包括地形地貌、气候气象、水文、土壤、植被、生物多样性、工程特性和工程运行等。

  (2)诊断区域生态状况问题。对区域生态环境状况进行调查,调查内容包括生物因子和非生物因子。利用调查结果,并对比历史资料或类似区域原生的生态环境状况,诊断区域存在的主要生态环境问题。

  (3)拟定生态修复总体目标。根据生态功能确定水土保持生态修复总体目标,可通过各项指标量化确定,如生物多样性、水土流失总治理度、林草覆盖率、河道畅通性等。

  (4)划分生态修复分区。在水电工程已有分区(枢纽工程区、弃渣场区、交通设施区、料场区、施工生产生活区等)划定的基础上,根据不同类型区域内的生态环境特征、水土流失特点及修复迹地情况,进一步划定生态修复分区。

  4水土保持生态修复在水电工程建设中的实践应用

  按照国家生态环境建设与生态修复的总体要求,我国水电工程近年来开展了大量的水土保持生态修复的实践工作,并且取得了较好的生态恢复效果。现以国内水电水土保持工程建设中的生态修复工作为案例,介绍分析表层种植土保护、高陡边坡治理、消落带治理、植被修复等水土保持生态修复的具体实践工作。

  4.1表层种植土保护

  表层种植土是生态修复措施必不可少的重要资源,表土资源的数量、质量同生态修复的效果密切相关。水电工程三通一平等工程施工时,表层种植土往往当成开挖弃渣堆至渣场或被回填掩埋,因开挖、回填施工具有不可逆转性,在后期施工迹地植被重建时,短缺的表层种植土成为生态修复重要的制约因素,直接影响到植物措施实施的质量,甚至制约实施工作的开展。因此,开展表层种植土收集存储工作是水电工程实施水土保持生态修复的重要组成部分。

  金沙江向家坝水电站工程三通一平等工程施工时,对施工区肥沃的表层种植土进行收集保护,收集储存表土资源约35万m3,并单独堆存在专门的表土堆存场。这项工作不仅使表层土壤资源免于占压浪费,而且为施工区生态修复施工解决了宝贵的表层种植土资源。在表层种植土资源充足保证下,施工区才能在8个月内完成种植乔木63万株、灌木24万株,植草40万m3的任务[3],较好地重建了施工区植被系统。

  4.2高陡边坡治理

  水电工程开挖边坡大部分为岩质高陡边坡,岩质边坡由于没有土壤覆盖,植物难以生长,且开挖边坡一般坡度比较大,在降雨量较大的地方极易形成冲刷侵蚀,而风化形成的土壤颗粒难以留在坡面,不适宜植被生长。在水电工程建设中,裸露高陡边坡遍布工程施工现场,根据所处位置和其重要性多采用喷锚等工程防(支)护,此类工程措施虽然保证了边坡的永久稳定,但改变了土地利用类型,降水难以入渗,隔离了原边坡的水汽微循环系统,生态系统难以自我恢复。随着科学技术的发展,客土喷播技术、喷混植生技术、PEB生态护坡技术、植被混凝土生态防护技术、厚层基材喷射技术、有机基材喷播绿化法等新型技术,己成为开发建设项目水土保持生态修复的主要技术方法,并取得良好的效果。

  金沙江溪洛渡水电站在进场道路开挖高陡坡边坡采用了植被混凝土护坡,实施后1个月植被即覆盖边坡,2年后逐渐被当地乡土物种代替,灌草密布,物种丰富。该技术既保证边坡的稳定性,又提供了植物生长,演替必要的环境要素,生态效果极佳。与此同时,在边坡马道、挡墙顶部和底部均设置了植生槽,种植攀援植物,上爬下垂,对工程支护边坡进行复绿,既修复了边坡,又形成特色的景观资源。

  4.3消落带治理

  水库消落带是指因水库调度等原因引起水库水位变动而在库区周围形成的一段特殊区域,是水位反复周期性变化的干湿交替区,是水陆之间的连接带,也是两者间进行物质、能量、信息交换的生态过渡带。水库消落带具有自然保护功能,能减缓水库水流对岸坡冲刷,减少侵蚀,保护岸坡稳定,减少库区水陆连接带的水土流失量。因此,维持水库消落带的良好性能对水库水土保持具有重要意义。如何减缓和阻止消落带自然植被的退化和萎缩,恢复和重建受损的消落带生态系统,是对水库消落带进行生态修复的主要方面。

  三峡工程库区消落带种植香根草的工作经过多年的试验研究和现场实践,水土保持生态修复效应明显,栽植有香根草的试验小区土壤物理性质好于裸地,而2年生香根草试验小区的土壤涵养水源功能明显好于1年生香根草。2年生香根草不但能防止水土流失的发生,而且还能过滤、沉积由于坡上部农耕地水土流失带来的大量泥沙,大大减少入库泥沙量。

  4.4植被修复

  水电工程建设过程中,因场内外道路建设,施工生活营地建设、大坝开挖等施工活动影响,原地貌植被将遭到不同程度的扰动、占压、破坏。为了控制植被破坏加剧水土流失导致石化景观的异化趋势[3],最根本的途径是确保绿色。因此,除采取工程防护措施外,龙滩、瀑布沟等水电站主动采取了水土保持生态修复措施,将工程措施与生态措施相结合,选择符合区域生态及景观特点的当地适生种类进行植被恢复和修复工作,并取得了良好的水土保持生态修复效果。

  近年来,建设的水电工程多位于高寒、高海拔、干旱河谷、干热河谷等区域,传统的水土保持工作十分困难,主要存在水分不足、温度过高(或过低)、土壤贫瘠、植被发育差等几大难点。针对这些问题,藏木、观音岩等水电站首先对工程所在区域的气候、水文、现场土样和原生植被开展了大量的调查分析和取样测试,总结出工程自身的植被恢复制约因素,针对性地提出对应的解决办法,初步形成了水、土、生的植被恢复关键技术。

  5结语

  水电工程水土保持生态修复工作在水电工程建设全生命周期中发挥了保护生态环境的关键作用。新时期水电工程施工建设过程中,应进一步总结已有的生态修复经验,提高水土保持工作中生态修复措施的应用比例。同时,向国内外各行业推广成功的水土保持生态修复经验。

  今后规划待建的水电工程所在地多为高寒和干热河谷区域,水土保持生态修复工作可以考虑在已有的表层种植土保护、消落带治理、高陡边坡治理、植被修复等实践的基础上,积极主动探索高寒区域生态修复、干热河谷区域生态修复研究和试验工作,并加强前期的调查、勘测和规划工作,为今后水电开发更加有针对性地做好生态环境保护工作奠定技术基础。

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