河北省海河流域河道生态恢复探讨

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河北省海河流域河道生态恢复探讨

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-19 1551


一、河道生态恢复的必要性

  河流是流水作用形成的主要地貌类型,它通过汇集地表、地下径流,沟通了内陆与海洋,是自然界物质循环和能量流动的一个重要通道。河流生态系统由河岸、河底、主槽、滩地、湖泊、沼泽、洪泛平原等组成,形成一个结构完备、功能复杂、类型多样、物种繁多的生态系统。它以水为主体,通过水位涨落变化,补充地下水,滋润两岸的土地形成森林、草原、城市及农村生态系统并为它们提供生态服务。

  河北省海河流域自建国以来,经过多年的建设,在流域山区建成大中小型水库上千余座,总库容百余亿立方米,控制流域山区面积近90%.这些水利工程设施在防洪减灾、除涝治碱和保证农田灌溉等方面发挥了重要作用,使农业生产力得到显著提高。但是,由于人类对自然规律认识的局限性,在改造自然时,也对环境带来了众多的负面影响,其中最突出的就是对河流生态环境的影响,主要表现在:①水库蓄水使降雨形成的地表径流被人为地调控,原有水文过程已发生时空变化;②通过引水灌溉,使河流径流性水资源发生地域性再分配,导致下游地区径流明显减少;③河道建闸蓄水,切断了河流水文的纵向联系,也使许多洄游性水生生物消失。

  由于人类对河流水文状态的过度干扰,使原有的自然水生态系统逐步退化,生态环境的协调性变差,水生态系统对区域水热平衡的调节能力减弱,原有湿生环境改变导致生物物种退化和消亡,水体的循环演替功能消失,由此导致了区域干旱化、可利用水资源锐减、土地沙化、生物资源消失、环境污染加剧等许多生态环境问题,而这些是人类在征服自然、获得经济收益的同时,所付出的巨大的生态代价。

  主体位于海滦河流域的河北省,水资源开发程度高,其中地表水资源开发程度达89%,所以产生的生态环境问题很具有典型性,主要有:

  (1)河道断流:据不完全统计,我省京津以南17条主要河流,在20世纪80年代以前,间断有断流;80年代以后,断流天数明显增多,到1997年各河平均河干天数达335天。

  (2)改变了泥沙的冲淤规律。拦河建坝、蓄水建库,均可引起河流水文情势变化,从而改变河流泥沙运淤规律。滹沱河是一条典型的游荡性河流,河床摆动频繁,自上游建水库后,改变了下游河道淤积规律。建库前以淤积为主的河道,建库后发生冲刷,造成冲刷段下游河床发生更为严重的淤积。

  (3)循环过程发生变化。地表水径流量的减少,使河流普遍出现干涸断流,入海水量减少,也影响到河流补给地下水量。同样地下水的超采引起地下水位下降,包气带的厚度增加,贮蓄水能力增大,降水入渗量增加,又使地表径流减少。

  (4)河流生态系统受损。河流生态系统受到河湖围垦、修筑水坝及其它河网改造、岸边工程等影响后,使季节性淹没区减少,天然湿地大量丧失,洄游通道不畅,各类适生生物的生境、栖息地被大量压缩,有的食物链中断,许多河流已由生物多样性及其丰富的生态系统逐渐退化为不适于生物生存之地。

  (5)河床干化导致河道沙化,成为风沙源。以石家庄市滹沱河为例,滹沱河位于石家庄市区的北部,最近处距市中心仅8km左右。由于河床干化,昔日的河流自然景观严重破坏,河流生态用水的缺少,影响了自然水循环对地下水的补给,破坏了河道底床的地质结构。干枯的滹沱河河道对石家庄市区环境质量的影响日益突出,河道中裸露的沙滩地已成为石家庄市沙尘的重要来源。另外,受河道干枯、地下水位下降、土地干化、蒸发潜热减少多方面影响,城市热岛效应更为显著。

  综上所述,河道生态环境的恢复与保护,对于整个海河流域的生态环境恢复具有重要意义,对于促进全流域社会、经济和生态环境协调发展将起到不可替代的作用。

  二、河北省海河流域河道生态环境恢复的目标

  水生态环境恢复的根本目的,就是重建受损或退化的生态系统,维持流域水资源的可再生循环能力,促进水生态系统的稳定和良性循环。而要实现这一目标,需要进行三个层次的工作:一是对河北西北部山区的径流形成区实施有效的保护,确保进入平原区的径流型水资源大体保持稳定;二是对流域水资源实行合理配置和高效利用,保持在开发利用过程中的水土平衡、水量平衡和水盐平衡,使人工用水循环和天然用水循环保持和谐关系;三是认真检讨和反思人类自身对水资源开发利用方式的利弊,采取积极的生态恢复策略,保证全省区域生态最低限度的水资源支撑条件,防止水生态系统功能的萎缩和环境问题的蔓延。

  生态恢复的基本内涵就是在遵循自然规律的前提下,根据群落演替理论,通过物理的、化学的和生物的技术手段,控制待恢复生态系统的演替方向和演替过程,把退化的生态系统恢复或重建到既可以最大限度地为人类所利用,又保持了系统的必要功能,并使系统达到自维持的状态。

  根据河北省经济发展现状和生态环境恢复的要求,提出河道生态环境恢复目标如下:近期(2010年)目标要达到城市景观河(湖)和主要生态河流的流量和水面得到恢复;保障河流最低入海量;保护和恢复水生生态系统的生物多样性;入河污染源得到进一步治理,地表水环境达到环境功能区划要求,全省水生态恶化状况得到缓解。远期(2030年)目标是主要河流的流量和河流动力过程得到恢复,以保持河流和河道最基本的生态功能;进一步恢复入海河口地区生态环境;地表水环境达到当年的环境功能区划要求,全省河流生态系统得到恢复,水环境得到全面改善。

  (三)河流生态环境恢复指标值

  (1)恢复河道长度及最小生态用水:近期,首先保证卫河、南运河、漳卫新河、清凉江等骨干输水河道生态用水,恢复1356km河道的最小生态用水,恢复河流水面面积325km2;远期,在近期基础上增加滹沱河、滏阳河、唐河、子牙河、大清河干流河道水面,再恢复1443km河道的最小生态用水,恢复河流水面378km2.

  (2)最低入海水量:近期为满足河口基本生态用水要求,最低入海水量不少于地表径流量的10%,约14.5亿立方米;远期在维持近海生态环境的同时还要考虑河口段冲淤平衡要求,最低入海水量不低于25亿立方米。

  (3)为维持一个良好的水生态环境,不但要有生态用水,同时还必须保证水的清洁。随着生态恢复用水增加和污水治理率的提高,2010年实现地表水环境功能区达标;2030年要全部达到当年的地表水环境功能区划要求。

  三、河道生态环境恢复用水量的估算

  要恢复河流生态环境,保证河道生态用水是必不可少的前提条件。河道生态恢复用水量主要考虑两方面:一为考虑河流水体维持原有自然景观,使河流不萎缩,并能基本维持生态平衡所需的最小水量;二是考虑现状条件各主要河段的污染情况,按水污染防治规划的要求,所需增加的稀释水量,但从河北省水资源状况而言,不宜考虑用清洁水稀释的办法来改善水质。改善水质必须靠推广清洁生产技术、控制污染源及提高污水处理率来实现。因此,稀释水量未予考虑。

  河道环境用水量包括维持河流不干涸与入海水量,自20世纪60年代以后,河北省的主要河流(除滦河外)由于上游大型水利工程控制,基本处于断流状态,河道的渗漏与蒸发状况有了极大的改变,一方面是由于长期干涸,包气带土壤水分状况变化,包气带厚度加大,渗漏量加大,例如1989年汛期黄壁庄水库经滹沱河干流泄水9亿多立方米,在其下游80km河道内补给地下水(实质上是渗漏量)达1.66亿立方米,如按理想的枯季流量来作为维持河道不干涸的环境用水势必偏小,因此我们认为在推算最小环境用水量时,应以近期过水年份河道的实际损失量作为基础推算较为合理。

  (一)河道最小环境用水量计算

  河道最小环境用水通常采用非现场类型的Tennant法和7Q10法计算;也可根据实测的受人类活动较小、基本代表河流原有自然景观偏枯年份非汛期各河平均最小流量,作为维持河流不干涸所需最小流量的依据。

  1.Tennant法计算

  河北省多年平均地表水资源量为126亿立方米(1956~1997年系列),按Tennant法从维持河道原有的自然景观、兼顾水生生物保护考虑,以多年平均径流量的10%作为最小环境用水量,由此计算得河北省河道应维持的最小水量为12.6亿立方米。

  2.7Q10法计算

  根据《制订地方水污染物排放标准的技术原则和方法》(GB3838~83)中规定:一般河流采用近十年最枯月平均流量或90%保证率最枯月平均流量。按该方法计算,全年河道最小环境水量为14.3亿立方米。

  3.按实测枯水季月平均流量推算

  此法依据是认为河北平原河流在50、60年代出现偏枯水年份河流中仍能发生最小流量的状况为原有自然景观状况,据此选取1958年、1961年、1962年三个偏枯年份非汛期河道流量,计算出各河流的平均最小流量,再统计河北平原1991~1997年20条主要河流的多年平均河干天数。以各河河干天数与平均最小流量相乘,计算得维持河流不干涸需增加的环境用水量为34.8亿立方米。此外,还要考虑到河北省南系诸河的季节性特点,据对1958年子牙河、大清河下游河道的统计,每年干旱年份断流天数相当于现状干涸天数的40%,因而以恢复原有河道景观为基础的环境生态用水应为34.8亿立方米×0.6=20.9亿立方米,再扣除枯水期的入海径流量4.9亿立方米,这样得到的维持河道原有景观状况的最小环境用水为16亿立方米。

  以上三种方法计算得河道最小环境用水量在12.6~16亿立方米之间,综合考虑三种方法计算结果,我们认为河北省全年河道最小环境用水量应维持在14.5亿立方米。

  (二)入海水量

  为维持河口基本生态要求,到2010年与2030年平水年最小入海水量必须达到14亿立方米。由于这14亿立方米的水必须经河道入海,所以河道最小环境用水有重复。因而入海水量宜与河道最小环境用水量综合考虑,以入海水量为基准,加上各河段输水的最小损失,作为平原河道维护生态平衡的

防渗膜标准名称为聚乙烯土工膜,主要是乳白色半透明至不透明的热塑性树脂材料-聚乙烯树脂制作而成。聚乙烯是高分子聚合物,是无毒、无味、无臭的白色颗粒,熔点约为110℃-130℃,相对密度0.918—0.965;防渗膜具有良好的耐热性和耐寒性。化学稳定性好,具有较高的刚性和韧性,机械强度好,耐环境应力开裂与耐撕裂强度性能好,随着密度的上升,机械性能和阻隔性能会相应提高,耐热,和抗拉强度也更高;可耐酸、碱、有机溶剂等腐蚀。

最低用水量。

  四、河道生态环境恢复对策

  (一)实施跨流域调水

  缓解水资源紧缺状况,需从“开源”和“节流”两个方面采取措施。从河北省水资源利用现状来看,由于开发利用程度已达到很高程度,所以进一步挖潜潜力不大。因此从外流域调水,才能从根本上缓解水资源不足的矛盾。

  引水工程用水安排是优先解决城镇及重要工业用水,并适当补充输水沿线的农业用水。南水北调工程是一项旨在解决受水区工业、农业和城市生活用水的工程,其根本出发点都是围绕着解决国计民生发展中的制约因素——水资源不足的问题。要解决河道生态恢复用水问题,一是要在调水规划中增加为维护生态平衡、防止生态环境继续恶化、恢复水生生态系统的用水量指标;另一方面则是要对调水后流域内的水资源进行优化配置,建立合理的调配机制,有条件的地区可考虑将调水工程与河道生态恢复用水相结合,实现一水多用。

  河道环境用水主要包括维持河道一定水量、补充河道水面及浸润带蒸发和河道渗漏损失所需的水量。2010年前河北省结合南水北调工程,恢复1356km河道最小生态用水,恢复水面面积325km2.扣除南水北调东线输水骨干河道的输水损失,河北省在2010年的实际生态补水为1.48亿立方米,到2030年再增加河长1443km,水面面积378km2.这样至2030年恢复水面的河道长度达到2799km,面积达到703km2,河道环境用水量为22.54亿立方米。

  (二)加强河道生态环境的综合整治

  要改变河道现有的生态景观,除水利工程措施外,还必须采取生物工程措施。生态恢复并不是简单地塑造一个原有水文景观,因为经过人为超强度干扰后,许多方面是难以恢复的,如水库的建造导致下游河道干涸。河道生态环境的恢复,不能简单地理解为在河道中有常流水,在山前地区几公里宽的干涸沙石河床中要维持几十米宽的长流水道是极为困难的,所以河道的生态恢复应从生物工程建设着手。

  自然的河流,从河槽、漫滩到两岸的台地,存在着水分、土壤类型、营养、地形等多种差异,存在着植被的不同演替阶段。而经过人为调节后的河流,水生环境发生巨大变化,使原有的植被群落受到损害,生物多样性降低。通过在河流滨岸建立绿色廊道,对现有河道除了尽可能保持原有的宽度和自然的状态外,主要采取建立植被缓冲带的形式替代人工砌岸,使之成为具有栖息地、生物廊道、滨岸过滤带、生物堤等多种生态功能的生态河道。河流滨岸建设线状、带状植被廊道,与山体植被、平原防护林网、城市园林等绿化带纵横交错,构成多级绿色廊道网络,除了防止水土流失外,还具有生物迁徙通道的作用。因此在山前区的干涸河滩上,应以两岸建设生物防护工程为主来逐步缩小由于断流给生态环境所带来不良的影响,因地制宜地合理利用河道,在保证行洪需要的情况下,在裸露的河滩上植树造林,种植灌草。滹沱河正定段采用堤防生物防护工程,建造了0.48万ha的生物防护林工程,将河道沙滩由原宽3~5km,变为沿制导线约宽2km,裸露沙滩由0.94万ha缩减为0.27万ha,有力地治理了风沙灾害,并且成为石家庄市和正定县人民郊游的好去处。

  (三)充分利用污水资源

  充分利用处理达标后的污水,是解决河道环境用水的另一个重要途径。河北省中东部平原由于缺水,在河道已修建了不少闸坝,节节拦蓄,不少河段实际上是长年有水,但大部分水质较差,污染较重,无法形成生态河流。若能将污水治理达标后排入河道,再采取配套的工程措施保持水体的自净能力,在此基础上再通过山前水库的合理调度及河道中雨洪资源的利用,补充西部山前平原河道的生态用水,这些河段就能逐步达到生态河流的要求。


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