施云春，吳文佑，王紅梅，喻安晴，盧自恒，劉 杰

（1.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072；2.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

0 前 言

雅礱江錦屏一級(jí)水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣與木里縣交界處的雅礱江大河灣干流河段上，是雅礱江干流下游河段開發(fā)的第一級(jí)電站［1］。電站為堤壩式開發(fā)，主要開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，總裝機(jī)容量為3 600 MW，多年平均發(fā)電量為166.2億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)為4 616 h。水庫調(diào)節(jié)性能為年調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)庫容為49.1億m3。水庫死水位為1 800.0 m，正常蓄水位為1 880.0 m，消落深度達(dá)80 m。

正常蓄水位1 880 m時(shí)，壩前水位壅高約305 m，水庫由三部分構(gòu)成，即：雅礱江干流部分、一級(jí)支流小金河部分和二級(jí)支流臥落河部分。雅礱江干流正常蓄水位1 880 m時(shí)，回水至卡拉鄉(xiāng)下游約3.4 km處，回水長度59.2 km，死水位1 800 m時(shí)，回水至候家坪溝附近，回水長度48.2 km。一級(jí)支流小金河正常蓄水位1 880 m時(shí)，回水長度（從匯口起算）89.6 km，死水位1 800 m時(shí)，回水至臥落河匯口上游約6.4 km處，回水長度70.6 km。二級(jí)支流臥落河正常蓄水位1 880 m時(shí)，回水長度（從匯口起算）20.8 km，死水位1 800 m時(shí)，回水長度6.90 km。

對(duì)雅礱江錦屏一級(jí)水電站水庫2015年、2016年兩年的調(diào)度資料進(jìn)行分析可知：每年9月底前水庫水位蓄至1 880 m，當(dāng)年12月至次年5月底為供水期，每年5月底水庫水位降至死水位，水庫最大消落水深為80 m。具體水庫調(diào)度情況見圖1。

圖1 雅礱江錦屏一級(jí)水電站水庫調(diào)度情況

截至2019年6月，雅礱江錦屏一級(jí)水電站6臺(tái)發(fā)電機(jī)組全部投產(chǎn)運(yùn)行，水庫蓄水至正常蓄水位1 880 m，庫區(qū)消落帶已逐漸形成。應(yīng)生態(tài)環(huán)境部（原環(huán)境保護(hù)部）環(huán)辦函〔2013〕1072號(hào)文《關(guān)于四川省雅礱江干流中下游河段水電開發(fā)環(huán)境影響回顧性評(píng)價(jià)研究報(bào)告有關(guān)意見的函》的要求：“重視已建電站庫區(qū)消落帶生態(tài)修復(fù)研究和建設(shè)工作，為其他未建梯級(jí)電站提供借鑒”。同時(shí)考慮到，雅礱江錦屏一級(jí)水電站運(yùn)行后，庫區(qū)消落水深達(dá)80 m，消落帶垂直方向上的影響范圍較三峽水庫更大，其對(duì)水環(huán)境、植物群落、景觀、庫岸穩(wěn)定等方面的影響將十分顯著。因此，開展雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)消落帶的治理研究十分必要。但鑒于目前消落帶治理研究是一個(gè)世界性難題，本研究采取“先試點(diǎn)后推廣”的思路，選取消落帶試點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行治理試驗(yàn)研究，為后續(xù)庫區(qū)消落帶全面治理提供重要基礎(chǔ)和依據(jù)。

1 試驗(yàn)選址

1.1 試驗(yàn)場地比選

課題組人員分別于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）到雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)進(jìn)行了三次全面踏勘，發(fā)現(xiàn)庫區(qū)大面積為裸露的巖質(zhì)陡坡，坡度約為70°～90°，且多數(shù)交通不便，難于施工，不具備治理?xiàng)l件。根據(jù)庫內(nèi)交通便利、離水電站壩址較近、場地需涵蓋多種坡度等原則，初步擬選了洼里新鄉(xiāng)和矮子溝兩處場地作為生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)場地。場地情況見圖2。

圖2 兩擬選場地

擬選場地1：位于庫區(qū)左岸、距雅礱江錦屏一級(jí)水電站大壩約10 km處的洼里新鄉(xiāng)庫岸帶，該場地水路、陸路均可通達(dá)。其缺點(diǎn)主要有靠近洼里新鄉(xiāng)，人為干擾較大。

擬選場地2：距壩址約9 km位于庫區(qū)右岸的矮子溝；該場地僅通水路，場地上方僅有一戶人家，人為干擾小。其缺點(diǎn)主要有場地較為破碎，清渣工程量較大；位于陽坡，日照較長。

經(jīng)綜合考慮，最終選擇距壩址約9 km位于庫區(qū)右岸的矮子溝作為試驗(yàn)場地。

1.2 試驗(yàn)場地分析

選定矮子溝作為試驗(yàn)場地后，對(duì)其各高程范圍的地形地貌進(jìn)行分析。根據(jù)陡坡型（坡度＞25°）、中緩坡型（坡度在15°～25°間）和緩坡型（坡度＜15°）三種類型坡度劃分，矮子溝試驗(yàn)場地內(nèi)，除1 840 m高程的平臺(tái)和1 870～1 880 m高程的緩坡，其余高程的場地坡度較陡，甚至高達(dá)到60°。一般來說，陡峭的試驗(yàn)場地對(duì)于開展生態(tài)修復(fù)工作不利，但雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)存在大面積巖質(zhì)陡坡，若矮子溝場地的試點(diǎn)工程取得成功，則對(duì)雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)消落帶的生態(tài)修復(fù)更具有推廣價(jià)值。

根據(jù)2015年和2016年的水位監(jiān)測結(jié)果，9月底前水庫水位蓄至1 880 m，12月至次年5月底為供水期，5月底水庫水位降至死水位1 800 m，水庫最大消落水深為80 m。如圖3所示，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果即可推測各試驗(yàn)高程淹沒時(shí)間。

圖3 2015～2016年雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)水位分析

各高程試驗(yàn)場地淹沒時(shí)間與地形情況如下：

（1）1 830～1 840 m段全年淹沒時(shí)間240天，4—7月完全出露于水面。場地較為陡坡，坡度約為30°左右。

（2）1 840～1850 m段全年淹沒時(shí)間212天，3—7月完全出露于水面。地形為中緩坡并包含平臺(tái)。

（3）1 850～1 860 m段全年淹沒時(shí)間約196天，3—8月完全出露于水面。場地較為破碎，為陡坡，坡度約為50°左右。

（4）1 860～1 870 m段全年淹沒時(shí)間約164天，2—8月完全出露于水面。場地較破碎，地形為陡坡，坡度約為60°左右。

（5）1 870～1 880 m段全年淹沒時(shí)間約142天，2—9月完全出露于水面。場地平緩，有1個(gè)面積較大的平臺(tái)，其上有1戶人家。

2 適生植物的選擇

由于消落帶生境的特殊性，消落帶植被恢復(fù)選擇的物種應(yīng)具備耐水淹、耐干旱、耐沖刷、耐土壤貧瘠、固土效果好等特點(diǎn)。

2.1 資料收集與調(diào)研

對(duì)國內(nèi)主要水電站庫區(qū)的消落帶治理實(shí)例中的植物物種進(jìn)行了梳理［2］，具體植物種類見表1。

表1 國內(nèi)主要水電站庫區(qū)植被恢復(fù)選擇的植物物種總結(jié)

2.2 實(shí)地調(diào)查

2017年，課題組人員對(duì)雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)消落帶開展了植物生境情況的調(diào)查［3］，主要結(jié)論如下：

（1）雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)消落帶的植物分布于1 820～1 880 m高程范圍之間，1 820 m以下幾乎無植物生長；

（2）雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)消落帶的優(yōu)勢植物為狗牙根，主要分布于1 830 m高程以上；

（3）雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)消落帶的次優(yōu)勢植物為：曼陀羅、灰菜、小藜、土荊芥；

（4）雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)消落帶的菊科植物主要有千里光、牛膝菊、假還陽參；

（5）雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)消落帶的錦葵科植物主要有野西瓜苗。

2.3 植物的篩選

根據(jù)雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)地理、氣候、水文條件，并結(jié)合2017年開展的雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)消落帶植物生境情況調(diào)查，參考已有文獻(xiàn)資料和其他電站實(shí)地調(diào)研資料，遵循抗旱、耐瘠薄、耐淹能力強(qiáng)、易繁殖、易成活、具有發(fā)達(dá)的根系、能遮擋漂浮物、能抗浪沖刷、能持水固土的原則，篩選出2種喬木、2種灌木和10種草本進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)，適生植物物種推薦情況詳見表2。

表2 適生植物物種推薦名錄

3 植物種植與管護(hù)

3.1 植被配置與生境構(gòu)建模式

試驗(yàn)高程范圍選擇為1 830～1 880 m，共50 m。其中，每10 m為1個(gè)梯度，布設(shè)不同的消落帶生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)方案，每塊試驗(yàn)場地面積約10 m×10 m，具體如下：

（1）1 830～1 840 m高程范圍

全年淹沒時(shí)間約240 d，分兩組進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，每組面積約為5 m×10 m。主要進(jìn)行抗沖生態(tài)毯與直接撒播植草的對(duì)比，生態(tài)毯植物配置選用狗牙根和黑麥草混播，與撒播牛鞭草、栽植香根草進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。坡腳砌1 m高格賓石籠擋墻，內(nèi)部填土形成種植槽，分別種植甜根子草、曼陀羅。

表1中各項(xiàng)指標(biāo)能定性、半定量地評(píng)估冰磧湖潰決風(fēng)險(xiǎn)。近年，定量估算冰磧湖潰決風(fēng)險(xiǎn)研究也取得較大進(jìn)展。有學(xué)者將母冰川危險(xiǎn)冰體的體積與湖水體積比值(R)的倒數(shù)定義為冰湖潰決危險(xiǎn)性指數(shù)(Idi)，即Idi=1/R，R值越大其發(fā)生潰決的概率越小，并計(jì)算出西藏若干個(gè)冰湖的潰決危險(xiǎn)性指數(shù)變化于0.054～0.73之間。

（2）1 840～1 850 m高程范圍

全年淹沒時(shí)間212 d，分兩組進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，每組面積約為5 m×10 m。除格賓石籠擋墻種植植物為塊莖苔草、水芹外，其他試驗(yàn)措施同1 830～1 840 m高程的試驗(yàn)。

（3）1 850～1 860 m高程范圍

全年淹沒時(shí)間196 d，分兩組進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，每組面積約為5 m×10 m。其中一組采用生態(tài)袋堆疊措施，堆疊高度約為7 m，在原地形上階梯碼放，生態(tài)袋內(nèi)植物選擇狗牙根和牛鞭草混播；另一組采用抗沖生態(tài)毯+改良土基質(zhì)表面噴播，噴播草籽選擇百喜草和狗牙根混播。

（4）1 860～1 870 m高程范圍

全年淹沒時(shí)間約164 d，分兩組進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，每組面積約為5 m×10 m。其中一組采用生態(tài)木柱+混凝土樁槽，生態(tài)木柱選擇旱柳為材料，槽內(nèi)植物措施為：撒播狗牙根并栽植香根草；另一組采用格賓石籠生態(tài)種植槽，槽內(nèi)植物措施為：撒播狗牙根并栽植香根草。

（5）1 870～1 880 m高程范圍

全年淹沒時(shí)間約142 d。采用喬灌草結(jié)合的植物配置方式，草本選擇狗牙根、甜根子草、黃菖蒲，灌木選擇秋華柳、水麻，喬木選擇池杉、旱柳，栽植面積一共約10 m×10 m。

各高程植被配置與生境構(gòu)建模式示意如圖4所示。

圖4 各個(gè)高程植被配置與生境構(gòu)建模式示意

3.2 消落帶植物種植

完成消落帶生態(tài)修復(fù)方案的設(shè)計(jì)后，課題組于2018年3月確定了施工單位，2018年5月，正式開展現(xiàn)場試驗(yàn)工作，施工單位跟據(jù)課題組的設(shè)計(jì)方案完成了生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)場地的施工和植物的種植等；2018年6月，課題組對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行了驗(yàn)收，記錄了植物發(fā)芽和生長情況等。

3.3 消落帶植物管護(hù)與觀測

本試驗(yàn)消落帶植物管護(hù)主要包括以下措施：（1）加強(qiáng)栽后管護(hù)，及時(shí)進(jìn)行苗木扶正。（2）2018年首次栽植成活率未達(dá)到80%的場地，在2019年栽植季節(jié)及時(shí)進(jìn)行了補(bǔ)植補(bǔ)種。（3）對(duì)栽植之后的消落帶植被，采取近自然化經(jīng)營管理理念，充分利用自然力修復(fù)和發(fā)展植被，避免消落帶植被的人工化。

消落帶的觀測：（1）2019年4—5月，試驗(yàn)場地重新露出水面后，課題組人員到現(xiàn)場觀測植被存活情況和現(xiàn)場設(shè)施保持狀況，根據(jù)觀測結(jié)果，組織施工單位進(jìn)行了補(bǔ)植補(bǔ)種工作。（2）2019年7月，課題組人員再次到現(xiàn)場觀測補(bǔ)植補(bǔ)種的結(jié)果。（3）因2020年1—4月受疫情影響未能進(jìn)入庫區(qū)，課題組于2020年5月進(jìn)入庫區(qū)對(duì)試驗(yàn)場地進(jìn)行了觀測。

4 試驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 試驗(yàn)場地選擇

4.1.1 坡度的影響

坡度過大的場地往往缺少植被生長所必需的土壤及養(yǎng)分條件，開展生態(tài)修復(fù)工作的難度很大。課題組試驗(yàn)前對(duì)本地土進(jìn)行了篩分，并添加保水劑、腐殖土、肥料進(jìn)行改良。2020年5月，課題組采集了各個(gè)高程試驗(yàn)場地的土樣進(jìn)行了檢測，結(jié)果表明，試驗(yàn)場地內(nèi)的土壤多個(gè)與營養(yǎng)元素相關(guān)的指標(biāo)（如：有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀含量）不達(dá)標(biāo)，初步判定試驗(yàn)場地內(nèi)土壤肥力普遍較差。分析其原因可能為：雖然采取了土壤基質(zhì)改良措施，但在場地淹沒期，受庫區(qū)水長期浸泡和沖刷，坡面土壤及養(yǎng)分流失嚴(yán)重。同時(shí)，在場地出露期，由于場地坡度較陡，巖質(zhì)陡坡土壤難以滯留雨水，保水功能差。在肥力較差的土壤和匱乏的水分條件下，除草本植物外，灌木和喬木等植物難以正常生長等。

4.1.2 高程（即淹沒時(shí)間）的影響

在試驗(yàn)布設(shè)方案中，選擇了1 830～1 880 m的高程作為試驗(yàn)范圍（即淹沒時(shí)間240～142 d），以10 m為梯度布設(shè)了不同的生態(tài)修復(fù)措施。該高程范圍的選擇主要參考三峽庫區(qū)消落帶治理的成功經(jīng)驗(yàn)：在淹沒時(shí)間約240 d的條件下，空心蓮子草、狗牙根等草本植物可以復(fù)蘇存活。然而，同樣淹沒240 d的條件下，本試驗(yàn)場地內(nèi)草本植物復(fù)蘇結(jié)果并不理想，即使在植被恢復(fù)較好的對(duì)岸場地，也要在1 865 m以上高程（淹沒時(shí)間約155 d）才具有較好的植被（草本植物）生長情況。分析其原因可能為：即使同樣長的淹沒時(shí)間，相比于三峽庫區(qū)，本試驗(yàn)場地的出露期（夏季）較短，冬季較長。而夏季光照充足，是植物生長最重要的時(shí)期，因此，在后期消落帶生態(tài)恢復(fù)工作中，不宜將高程設(shè)置得過低（即淹沒時(shí)間不宜過長）。結(jié)合課題組的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和本試驗(yàn)的結(jié)果，推薦在坡度小于等于30°且高程在正常蓄水位以下20 m內(nèi)的范圍進(jìn)行消落帶的生態(tài)修復(fù)工作。

綜上所述，在雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)后期消落帶生態(tài)恢復(fù)工作中，推薦在坡度小于等于30°和高程在正常蓄水位以下20 m內(nèi)的范圍進(jìn)行，且選擇原生土壤條件較好的場地，這樣才能保證消落帶生態(tài)修復(fù)取得比較好的效果。

4.2 試驗(yàn)植物選擇

草本：多次現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)場地內(nèi)一年生草本植物（除狗牙根為多年生）發(fā)芽和生長狀況良好；此外，在試驗(yàn)場地對(duì)岸發(fā)現(xiàn)，狗牙根、曼陀羅和灰菜3種植物生長狀況良好。

灌木：多次現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)場地內(nèi)灌木基本未存活。

喬木：試驗(yàn)場地內(nèi)大多數(shù)喬木未存活，但這主要是由于喬木根系未固定好，在水流沖刷下整株倒伏造成。在采取了特殊的抗沖刷和植物固定措施后，位于1 870～1 880 m高程范圍內(nèi)的場地內(nèi)有1棵柳樹存活。

因此，在雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)后續(xù)消落帶生態(tài)修復(fù)工作中：（1）優(yōu)先推薦的草本植物為狗牙根、曼陀羅和灰菜3種草本植物。（2）灌木在本次試驗(yàn)中基本未成活，因此，雅礱江流域消落帶生態(tài)修復(fù)的植物物種不建議選擇灌木。（3）喬木選擇方面，優(yōu)先推薦柳樹、輔以耐旱耐淹的楓楊，喬木的胸徑一般不大于5 cm。根據(jù)淹沒深度，在正常蓄水位以下5 m范圍內(nèi)，可選擇胸徑5 cm的喬木。在正常蓄水位以下2 m范圍內(nèi)，可選擇胸徑2～3 cm的喬木。（4）植物群落配置方面，建議喬木采用大苗（胸徑5 cm的喬木）、小苗（胸徑2～3 cm的喬木）相結(jié)合的形式，這樣大小苗相結(jié)合的形式，一方面具有較好的生態(tài)景觀效果，另一方面也經(jīng)濟(jì)可行，節(jié)約投資。

4.3 場地工程措施討論

本次消落帶生態(tài)恢復(fù)的工程措施主要采用了生態(tài)袋護(hù)坡、抗沖生態(tài)毯、混凝土樁槽結(jié)合生態(tài)木樁等。試驗(yàn)結(jié)果表明，這些措施針對(duì)消落帶邊坡有良好的水土保持固坡效果，但采取工程措施后植物生長效果仍然較差。根據(jù)本試驗(yàn)的結(jié)果，不推薦在雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)消落帶生態(tài)修復(fù)中使用生態(tài)袋堆疊措施及抗沖生態(tài)毯措施。經(jīng)分析總結(jié)，可對(duì)消落帶生態(tài)修復(fù)的工程措施進(jìn)行以下改進(jìn)：

（1）對(duì)于生態(tài)袋堆疊措施，由于生態(tài)袋的袋壁過厚，消落帶種植的植物難于萌發(fā)出袋，導(dǎo)致此措施在試驗(yàn)中植物很難正常生長。對(duì)于抗沖生態(tài)毯措施，因抗沖生態(tài)毯在庫水的淘刷下，難于保持土壤，從而亦不利于植物的生長。

（2）設(shè)計(jì)楓楊苗植物釘與格柵狗牙根草墊相結(jié)合的一體化喬草毯。該措施一方面可解決植物快速生長期與庫區(qū)淹沒期重合，導(dǎo)致生長不良，來年萌發(fā)困難，生態(tài)修復(fù)效果差的問題；一方面也可固土固坡，有利于消落帶邊坡的水土保持。推薦在消落帶正常蓄水位以下0～3m插植物釘和鉚釘聯(lián)合固定格柵狗牙根草墊，3～20 m鉚釘固定格柵狗牙根草墊。本技術(shù)已申請(qǐng)專利，可在其他消落帶生態(tài)修復(fù)工程中使用。

5 結(jié) 論

（1）在雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)后期消落帶生態(tài)恢復(fù)工作中，推薦在坡度小于等于30°和高程在正常蓄水位以下20 m內(nèi)的范圍進(jìn)行，且選擇原生土壤條件較好的場地，這樣能保證消落帶生態(tài)修復(fù)能取得相對(duì)較好的效果。

（2）在雅礱江錦屏一級(jí)水電站庫區(qū)后續(xù)消落帶生態(tài)修復(fù)工作中：優(yōu)先推薦的草本植物為狗牙根、曼陀羅和灰菜。雅礱江流域消落帶生態(tài)修復(fù)的植物物種不建議選擇灌木。喬木選擇方面，優(yōu)先推薦柳樹、輔以耐旱耐淹的楓楊，喬木的胸徑一般不大于5 cm。植物群落配置方面，建議喬木采用大苗（胸徑5 cm的喬木）、小苗（胸徑2～3 cm的喬木）相結(jié)合的形式。

（3）生態(tài)袋護(hù)坡、抗沖生態(tài)毯、混凝土樁槽結(jié)合生態(tài)木樁等工程措施對(duì)消落帶邊坡有良好的水土保持固坡效果，但這些工程措施還有進(jìn)一步改進(jìn)完善的空間。