流域和湿地生态修复的关键技术

本篇内容为流域和湿地生态修复的关键技术的内容。

一、流域和湿地生态修复技术的特点

对于流域和湿地生态修复而言，水文起着决定性的影响。在时间尺度上，受到大气环流和季风的影响，水文循环具有明显的季节性变化规律，雨季和旱季径流的交错变化，洪水期与枯水期的有序轮替，是生态修复必须着重考虑的因素。在空间尺度上，对于大流域会存在着上中下游水文条件明显差异，在流域内形成不同的生物区。河流的年度丰枯变化和洪水脉冲，直接影响流域和湿地的群落组成、结构功能以及生态过程。流域自然过程的低流量、高流量和脉冲流量，都是维持生物多样性的基础条件。低流量是大部分水生生物和常年淹没的河滨植物生存所必不可少的基本条件，高流量有利于维持水生生物适宜的水文、溶解氧和水化学成分，增加水生生物适宜栖息地的数量和多样性；洪水脉冲可为漂流性鱼卵漂流、仔鱼生长以及植物种子扩散提供合适的水流条件，洪水脉冲还抑制河口咸潮入侵，为河口和近海岸带输送营养物质、维持河口湿地和近海生物生存（董哲仁，2015）。

因此，流域和湿地生态修复技术具有以下特点：①需要根据流域和湿地水文情势，对水生态系统进行综合规划和系统整治，统筹协调保护与发展的相互关系，促进流域和湿地水生态系统的整体改善。②需要推进人水和谐，通过建立生态护岸工程等建设，减少采砂等人类活动对水生态环境的破坏，通过沿岸营造植被缓冲带或其他阻隔工程截留或隔断农业面源污染，建构人水共荣共生环境。③需要按照综合规划的水生境功能分区，对重点水域的水生境进行生态修复，开展栖息地的恢复、修复和再生工程，维持生物多样性。④需要对全流域重点水源涵养区进行生态保护修复，加强流域水土保持、退耕还林还湖还草，加强小流域综合治理，有效遏制江河湖泊退化和湿地干涸萎缩退化的趋势。

二、流域和湿地生态修复的工程技术

（一）水土流失防治工程技术

水土流失防治工程技术主要包括：坡面防治工程技术和沟道防治工程技术。坡面工程技术，是通过在坡面上沿等高线开沟、挖坑、筑埂，修成不同程度的台阶，用改变微地形的办法，起到蓄水保土的效果。沟道工程措施，就其本质来说，就是在沟道内横筑不同形式的坝，通过拦沙蓄水，稳定侵蚀基面，达到保持水土的目的。综合李怀甫（1989）、段巧甫（1998）、范志书（1993）、许燮谟等（1987）、吴次芳等（2002）等成果，对水土流失防治工程技术做如下的进一步阐述。

1.治坡工程技术

（1）鱼鳞坑及水簸箕工程技术

在较陡的梁脊坡面和支离破碎的荒坡上，挖水平沟比较困难，可采用挖鱼鳞坑的方法。鱼鳞坑要沿等高线自上而下地挖成月牙形，上下错综排列成“品”字形。挖坑时，先将表土刮向两侧，然后把心土刨向下方，围成弧形土埂，埂高0.3~0.4米，埂宽0.3米，埂要踏实。再将表土放入坑内，坑底呈倒坡形，坑距上下、左右各1.0~1.5米。鱼鳞坑要围绕着山坡与山坡流水方向垂直布置，坑的多少和大小，要按当地径流量多少和林木需水量的要求来确定。为避免被水冲毁坑埂，坑的两边留有排水口。在没有取得试验资料的地方，暂可借助各地区的“实用水文手册”进行估算。在较缓的坡地、集水凹地布置水簸箕，水簸箕的大小和间距根据集水面积、地面坡度等确定。

（2）坡地蓄水工程技术

坡地蓄水工程技术，主要包括截水沟、蓄水池、水窖等工程技术。

1）截水沟工程技术。

为避免坡面径流的冲刷而引起沟头前进，在沟头坡面上修建截水沟。在较完整的沟头坡面上适宜于修建连续式沟埂，不完整的破碎沟头坡面修建断续式沟埂。截水沟工程技术须考虑以下几个关键要点：

第一，第一道沟埂距沟头的距离，应根据土质好坏，坡度大小而定，一般要离开沟头10~20米。

第二，沟埂的长、宽、深尺寸，要根据集水面积内设计日暴雨径流量来确定，使工程蓄水量与设计径流量相等。

第三，沟埂内外边坡一般为1∶1，顶宽0.3米。在两埂中间的沟内，每隔5米加一土档，土档高度应比蓄水面低5~10厘米，以便分段拦蓄并排走多余的径流。沟埂两头应设有溢水口，以排除过多之水，溢水口要用草皮、砌石保护。在沟埂边坡及埂间，植树种草，以增加收益保护沟埂的安全。

第四，截水沟断面。每道截水沟的容量（Ｖ）按下式计算：

式中：Ｖ为截水沟容量（米3）；ＶＷ为1次暴雨径流量（米3）；Ｖｓ为1~3年土壤侵蚀量（米3）。

Ｖｓ的计量单位，根据各地土壤的容重，由吨折算为米3（下同）。

式（4－3）中ＶW和Ｖs值按下式计算：

式中：Ｆ为截水沟的集水面积（公顷）；ＭＷ为1次暴雨径流模数（米3/公顷）；Ｍｓ为1年土壤侵蚀模数（米3/公顷）。

由式（4－3）、式（4－4）、式（4－5）计算出Ｖ值并根据Ｖ值计算截水沟断面面积（Ａ1）：

式中：Ａ1为截水沟断面面积（米2）；Ｌ为截水沟长度（米）。

截水沟由半挖半填做成梯形断面，其断面要素、符号、常用数值，如表4－1所示。

表4－1 截水沟断面要素常用数值表

2）蓄水池工程技术。

蓄水池用以拦蓄径流，防止冲刷，保水抗旱和供人畜饮水。一般修建在沟头、梁顶、路旁、村边等处。土质要求坚硬，不易漏水，如果必须修建在沙壤土上，应采取防渗措施。蓄水池周围要栽树种草，搞好绿化。

蓄水池设计包括蓄水池容量设计和蓄水池主要建筑物设计。

第一，蓄水池容量设计。

蓄水池总容量按下式计算：

式中：Ｖ为蓄水池容量（米3）；ＶＷ为设计频率暴雨径流量（米3）；Ｖｓ为设计清淤年（ｎ年）累计泥沙淤积量（米3）；Ｋ为安全系数，取1.2~1.3。

ＶＷ与Ｖｓ值的计算分两种情况：

蓄水池在坡面小型蓄排工程系统之中，与坡面排水沟终端相连，并以沟中排水为其主要水源时，其ＶＷ值与Ｖｓ值根据排水沟的设计排水量和淤积量计算。

蓄水池不在坡面小型蓄排工程系统之中，需独立计算暴雨径流量时，采用下式计算ＶＷ与Ｖｓ值：

式中：ＭＷ为设计频率1次暴雨径流模数（米3/公顷）；Ｍｓ为1年的侵蚀模数（米3/公顷）；Ｆ为蓄水池的集水面积（公顷）。

第二，蓄水池主要建筑物设计。

池体设计。根据当地地形和总容量Ｖ，因地制宜地分别确定池的形状、面积、深度和周边角度。

进水口和溢洪口设计。石料衬砌的蓄水池，衬砌中应专设进水口与溢洪口；土质蓄水池的进水口和溢洪口，应进行石料衬砌。一般口宽40~60厘米，深30~40厘米，并用下面的矩形宽顶堰流量公式校核过水断面：

式中：Ｑ为进水（或溢洪）最大流量（米3/秒）；Ｍ为流量系数，采用0.35；ｇ为重力加速度，9.81（米/秒2）；ｂ为堰顶宽（口宽）（米）；ｈ为堰顶水深（米）。

引水渠设计。当蓄水池进口不是直接与坡面排水渠终端相连时，应布设引水渠，其断面与比降设计可参照坡面排水沟的要求执行。