（水利工程专业论文）玉符河生态修复技术研究.pdf

山东大学工程硕士学位论文 玉符河生态修复技术研究 摘要 河流生态修复，是指为了维护河流的生物多样性，保护河流的自然生态环境，采用 生态与水利工程相结合的技术，提高河流生态功能的一种治理方案。虽然，国内对河流 生态修复已有较多的研究和论述，也有一些成功的工程实例，但针对我国北方地区季节 性河流的生态修复技术研究成果尚不多见。所以，选择具有我国北方特色的河流进行生 态修复技术的研究，具有重要的理论和现实意义。 本次以济南市玉符河为研究对象。玉符河干流长8 5 4 0 ，流域面积8 2 7 3 k m 2 。由 于受自然降水条件及上游水资源开发利用等多方面的影响作用，年均断流天数达2 4 0 天， 严重损坏了河道生态系统，生物多样性日益降低。随着济南市区“东拓、西进”战略的实 施，玉符河的生态环境状况已难以满足城市整体发展需要：而城市居民环境意识的不断 提高，也客观上需要通过玉符河生态修复来提供一处具备休闲娱乐功能的场所。 本课题在进行玉符河流域及河道调查的基础上，确定了其生态修复的目标及步骤， 提出了保障中、下游干流河道基本生态用水的规模及运行策略，探索了适于我国北方地 区季节性河流生态修复的模式及关键工程技术。主要完成了以下工作： ( 1 ) 采用资料分析、现场调查、遥感调查等方法对玉符河流域进行了河流现状调 查，并分析了该流域存在的主要生态环境问题。在此基础上确定了该河道生态修复的目 标与步骤。 ( 2 ) 采用拐点法计算了玉符河干流段的生态基流量，利用m i k e l l 软件进行了修复 方案的模拟分析，探索出适宜我国北方地区季节性河流生态用水的计算新方法和补水新 模式。 ( 3 ) 建立了利用卧虎山水库向下游河道实施生态补水的水库优化调度模型，经过 多方案比较分析，提出了保障玉符河干流常年流水的水库调度运行方案，为玉符河河流 生态修复提供了水量保证。 ( 4 ) 根据河流生态修复理念以及河流修复的具体目标，提出了玉符河生态修复的 技术方案，进行了典型工程河流生态修复工程建设实践，总结了河流生态修复的成功经 验。 ( 5 ) 提出了玉符河生态修复的管理措施，为今后的河流规划和修复提供了技术依 据。 关键词：河流生态修复水库优化调度玉符河 a s t u d yo nt h er e a t o r a t i o no f 、砸f u h er i v e r a b s t l a c t 硒v e rr e s t 0 眦i o ne m b r a c e sag r e a t 嘣e t yo f e c o l o g i c a la n de n g i n e e m gm e a s u r e st oi m p r o v e 基v e 瑙e c o l o g i c 采觚c l 主o n ，擞a 主n 妇r i v e fb i o d i v e f s i 锣a n dp r o t e c tc c o l o g i c a le n v i r o l l r n e n t 确鲫出壤馓k v eb 湖湖稚e 潞唧h 雒堪s s s 翩e n 瘿霆e e 蠢箨p 嫩垃s 遗c h i 溉 r c l a n v er e s e a r c ho nn o r t h e ms e a s o n a l 西v e r sa r el e s s s o ，i ti so f g f e a tt h e o r e t i c 甜赫df e 娟鲥c s i 嘶丘c a n c et oc a n 拶o u tr e s e a r c ho nn o n h e ms e a s o n a lr i v e r s 弧允kf i v e r 近j i 抛h a sb e e nl a k e na sa c a s e 删yi n 蹦sp a p e 1 1 1 em a i ns 仃e a mo f y u 鼬e 蠢v 嚣i s8 5 4 0 鲑l o 搬e t e 嚣l o 精g 鑫珏d 攮e 纛v e f 弧i 致v e 嚣张鼗e ao f8 2 7 1 3k 礅2 。弧l e 越n 豫1 e q 硼p e “o do fr i v e ri n t 明哪i o nh a sa m o u l l 溆l 毒o2 4 0d a y s ，w 赫c bh a s 幽髓鑫g e d 斑e 癌v 嚣 e c o s y g t e m ， r e d u c e db i o d i v e r s i 妙掣a v e i yb e c a l l s eo fw a t c r d e v e l o p m e n ta n dn a t i l r a l p r e c 埘t a l i o nc o n d i 虹，w i mj 妇n sc i t i l i 捌i o ns t 斌e 鼢y u 鼬er i v e re c o i o g i c a ls i t 哪i o nc a n n o t 酣a 群稔t h ee i 移d e v 茂o p 搬e 继n e 穗；越堪u f b a n 愆s i d e n te 料i 羚嬲e 嫩c o n s c 滔n s s s i m p f o v e m e n tr c q u i r e st 重i a ty u f i u h e 矗v e rp f o v i d e sm o f e 陀s o 舔s 时矗v e rr e s l o l - a t i o 魏。 i n 蝣p a p e r ，r e s t o r a t i o nt a r g e t s 鲫ds t 印sh a v eb e e na s c e n a i n e do nb a s i so fi n v e s t i g a t i o no f f i v e rb a s i n ，a n dw a t e rd e m a n d sa l l dp a n e m se n s u r i n gf h 出u n e n t a lw a t e r r e s o u r c er c q u i r e m e n t o fe c o l o g y 黏f 攥i d d l e 题dl o w e f 溅比h e sa 聪p r o v i d e d a 随f i w rr e s t o r a l i o np 娥e m sa 1 1 dk c y e n 沓n e e r i n gt e c h 戚q u e sf o rs e a s o n 破蠢v e r si n 瀚f 魄c 拯矗鑫ha | 铃b e 强跚b e d m 菇建 o b s a c c o n l p l i s h e da s 如l l o w ： ( 1 ) b yd 蜀瞳a 粕m y s i s ，f i e l ds u r v e y 黝dr e m o t es e n s e ，m ec u r r e n ts i t u a t i o no fy u f 曲er i v e rb a s i n 撼v eb e e 娃i 纛v e 始g a 壹e d ，越以m 越ne c o l o 西c 烈e n v i r o n m e n tp r o b l e m sh a v eb e e na n a i y z e d o n m eb a s i s ，t a 毽e 专sa n d s t e p so f 矗v e fr e s 谂麟i o 矬k v ek e na s c e 凇i n 趔。 ( 2 ) b yi n f i e c t i o np o i n tm e t h o dr i v e r b a l s i ce c o l o g i c a l 请o w so fy u & h e 蠢v 贫m 番n s t f e a m 主s c a j c u l a t e d ，粕dr i v e rr e s t o r a t i o ns c b 锄e | sa r es i m l l l a t e db ym a k i n gu s eo ft h em i k ell s o 鲰 强噬c n e wc a l c u la = 娃o n 趣e t l l o do fw a t e rr e s o u r c er e q 试r e m e n to fe c o e n v i r 0 姗e n ta n d n e wp a 嚣e mo fw 懿e fs 坤p l e 臻e 默至醅粥磊h e 臻s e 鑫s o 羟a lr 主v e r sa h w e 蛳鼬l e d ( 3 ) m o d e l s 硒rr e s e n ，o i ro p e r a t i o no p t i m i z a t i o nh a v eb n 孤i l tm 酞i n 窑璐eo fw 曲毽姓雒 r e s e r v o i rt 0s a t i s 矽e c o l o 西c a jw a t e rr c q u r e m e n to fi o w e rr e a c h e s b ya l t e m a t i v e sc o m p a 矗s o n 妇r e 蝴i ro p e r a t i o nm o d ee n s 谢n gy u m b er i v e rt 0b ea p e r e l l l l 瑚“v e r h a v cb e e np r o p o s e d w 撼e 纛h 8 sp 硒v 主d 甜w 皱e fy i e l d 签滋a 鼓耋e ef o f l 兔h e 娃v 烈f e s t o 斌i o n ( 4 ) a c c o r d i n gt 0n e w r i v e rr e s t o r a t i o ni d e a s 鞠dt h ec o n c 糟艳锯耀e 专s ，也et e c h 珏i c 越s e h e 热e 1 1 a v eb e e nb r o u g h tf o r w a r df o r l m h er i v e rr c s t o r a t i o l l ，a n de n g i n e e r i n gp r a u c t i e eo f t ) ，p i c a l 联曲h a v cb nc a 嘣e do u t 。 s u c c e s s 如le x p e r i e n c ef o rr i v e rr e s t o r a t i o nh a sb e e n s 毽糙l 嚣e f i z e d 。 ( 5 ) y - u 如h e 西v e rr e s t o r a t i o nm a n a g e m e n tm e a s 雠sh a v eb e e nb 妁毽g 瓤f o 瀚翻心w h i 妇p v i d e t i l et e c h i l i c a ib 黜i s 硒rr i v e rp l a n sa 1 1 dr e s t o r a t i o ni nt h e 向t u r e k 蟛w o r d s ： 一v e rr e s t o r a t i o nr e s e r v o i ro p t i m a jo p e r a t i o n y | u f l u h er i v e r b 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日期一卫哆岁 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人 授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：导师签名： 山东大学工程硕士学位论文 1 流域生态环境现状 1 1 流域生态环境现状 玉符河位于济南市西南部，发源于泰山北麓的长城岭北坡，上游锦绣、锦阳、锦云 三川汇入卧虎山水库，流经济南市的历城区、市中区、长清区和槐荫区，在槐荫区北店 子村西南注入黄河，成为黄河流域的最后一条较大支流。该河道干流长8 5 4 k m ，流域面 积8 2 8 8 5 k m 2 ，地理位置详见图1 1 。 调查采取遥感、水文测绘和采样分析等手段进行，主要侧重于以水文特性为主的生 态环境调查【5 “3 1 。其中，遥感调查采用了2 0 0 6 年5 月5 日法国s p o t 5 卫星影像、l ：5 万地形图、济南市水系图、地貌图、土地利用图、植被类型图等图件。 卧虎山水库集水区为河道上游，1 0 4 国道作为中、下游的分界线，即中游为卧虎山 水库集水区下界所在断面至1 0 4 国道，下游为1 0 4 国道至入黄口，如图3 2 所示。解译 结果显示：流域总面积为8 2 8 8 5i ( r n 2 ，三区的汇水面积分别为1 2 8 1 7k m 2 、1 4 3 9 9l 2 和5 5 6 6 8 2 ，其中上游三川流域面积分别为：锦绣川2 2 6 5 3l ( i i l 2 ，锦阳川1 8 0 6 7l ( i n 2 ， 锦云川5 7 3 lk m 2 。 图l 一1 玉符河流域地理位置图 l 由东大学工程硕士学位论文 1 重。l 地形地貌与地质 流域内大部分为由区，上游地势较高，最南部的长城岭，是济南市与泰安市、莱芜 紊的分界线，同时也构成了大汶河与小清河、玉符河的分水岭，最高点( 摩天岭) 为 9 8 8 。8 m ，下游入黄日海拔只有2 9 5 m 。地貌方面，以京沪铁路桥为界，以上为山丘区， 以下为丘陵区。铁路桥以上，坡降较陡，河宽1 0 0 2 0 0 0 m ：铁路桥以下坡度变缓，河 宽变窄，1 0 4 国道桥附近仅1 6 0 m ；丰齐北店子段坡降更为平缓。受黄河回水顶托，泥 沙淤积，入黄口以上3 o m 形成倒坡。牛角峪处由于兴建了玉清湖水库的沉沙池，河道 的堤距由7 m 缩短至1 5 咖，降低了河道的行洪麓力。 玉符河上游锦绣川水库坝身坐落于泰由花岗片麻岩上。卧虎出水库库区内出露地层 比较篱单，主要有寒武系下中上统及第四系。自卧虎山水库以下，玉符河流域出露地层 主要为寒武系下中上统、奥陶系下统及第四系，断裂构造主要有炒米店断裂，炒米店断 裂为一组m 惦向展布的断裂，并构成地堑，断裂南起五峰山石窝村，向北过炒米店后 隐伏于地下，并在炒米店一带与玉符河斜交，断裂总体走向近s n ，断裂的透水性及导 水性均较好。 玉符河流域主要存在以下含水岩组：玉符潺冲洪积扇潜水承涯水含水屡，首部分 布在罗丽庄、段家林一带，向北偏西方向伸展。玉符河 申洪积扇孔隙含水层埋藏深度 2 肚7 0 m ，水位埋深如7 m ，浅部为潜水，深部为承压水，含水层厚度为l 肛3 0 m ，富水 性强，单井出水量1 0 0 肌1 5 0 0 m 3 d 。该区域的主要补给方式为大气降水入渗补给，河流 补给，主要的排泄方式为：人工开采和径流排泄。由于受区域地形、地貌、岩性和地质 构造等因素控制，区域地下水的运动方向与地形及地层倾向大体一致，总体流向是由南 向= 艺。玉符河中游( 醪虎出以下l 妣5 跏处 ，河床内以砂卵石、砾石为主，并虽与下 伏灰岩盏接接触，下伏灰岩在催马庄上游为张夏组灰岩，以下的风山组至奥陶系灰岩， 其岩溶均很发育，砂、砾石中的孔隙水可补给灰岩地下水。 1 1 2 植被与物种 森林覆盖率和植被覆盖度是流域整体生态环境的重要标志。遥感调查表明，林地主 要集中在上游，且以有林地为主；中游除其他林地较少外，有林地、灌木林地和疏林地 面积基本相当；下游其他林地占较大比例，主要为果园和绿化用地。林地类型的分布情 况可以用森林覆盖率和林地覆盖率较好的反映，如表1 1 所示： 2 山东大学工程硕士学位论文 表1 1 不同河段森林、林地覆盖率 覆盖率 上游中游下游 森林覆盖率 2 5 7 5 8 2 3 1 4 4 林地覆盖率 4 9 8 6 3 4 3 5 8 9 7 根据玉符河流域内植被的基本特征，充分考虑遥感图像的可解译程度，将植被覆盖 度等级划分为4 级，即肚3 0 、3 6 0 、6 0 8 5 、8 5 1 0 0 ，如图1 2 所示： 图l - 2 玉符河流域植被覆盖度四级分类图 对流域植被覆盖度进行分区面积统计，如表1 2 所示： 表l - 2 玉符河流域植被覆盖度分区面积统计表 覆盖度( )下游面积( h m 2 )中游面积( h m 2 )上游面积( h m 2 ) o 3 02 4 7 4 6 6 63 4 8 7 3 5 54 9 2 6 4 9 6 3 0 - 6 04 8 8 1 0 1 16 9 8 0 6 4 315 9 2 9 2 l 6 0 8 53 8 8 8 4 7 83 7 2 5 6 152 6 0 4 8 6 4 8 5 1 0 0l5 7 3 0 8 52 0 6 1 7 7 58 7 6 3 6 5 7 从中可以发现：整个流域内植被覆盖度的变化与地形条件有紧密的联系。地势较低 的沟谷和平地，受人为活动干扰剧烈，植被覆盖度偏低；而山丘的地形条件限制了对土 地利用的大规模利用，则植被覆盖度相对较高。但是，由于下游平原区多为水浇地，种 植大量农作物，平均覆盖度在3 0 以上；而中游丘陵区为强渗漏带，沿河谷多为坡耕地， 故植被覆盖度偏低。 玉符河流域植被类型主要有灌木类和草类两种，动物种类主要有水生类、爬行两栖 类、鸟类、陆生及昆虫类。本次研究调查到的常见生物种类如表1 3 所示。 山东大学工程硕+ 学位论文 表l o 玉符河流域生物现状调查表 灌木类 侧柏、苹果、桃、杏、杨村、黄炉、柳极、梧桐、j “香、 植被类型 连翘、榆树、紫叶李、香椿、臭椿、刺槐、花椒、酸枣 野古革、黄背革、结缕草、羊胡子革、莠草、龙芽革、 草类 地榆、猪耳朵菜、人参菜、马生菜、面条菜、狗尾草。 鲫鱼、鲤鱼、鲶鱼、鲢鱼、草鱼、河虾、泥鳅、黑鱼、 水生类 螺狮 爬行两栖类 蜗牛、青蛙、蟾蜍、蜥蜴 动物类型 自鹭、野鸭、鸳鸯、斑鸠、苍鹰、喜鹊、山璃、乌鸦、 鸟类 麻雀、猫头鹰、燕子 野兔、蚱蜢、蝼蛄、蟋蟀、蝗虫、水牛、金风蝶、蜻蜒、 陆生及昆虫类 双齿蝼步甲、七星瓢虫、娱蚣。 1 1 3 水文水资源 流域地处泰山北麓山区，属大陆性季风气候。据无影出气象站观测，历年平均气温 1 2 6 。七月份气温最高，极端气温4 0 ( 1 9 5 5 年7 月2 8 日) ；1 月份气温最低，极端 气温2 2 5 ( 1 9 7 5 年2 月9 日) 。全年相对平均湿度6 0 ，多年平均陆地东面蒸发量 1 4 3 蛐彻。常年静风率占2 3 6 ，主导风为东南风，年平均风速为2 6 5 毗，最大风速为 1 4 m 砖。 根据卧铺、南高而、卧虎山三个三个雨量站历年观测资料，采用算术平均法计算可 知流域多年平均降水量为7 4 1 3 砌阻。降水量年内、年际分配极不均匀，汛期占年降水量 7 7 ，最大年降水量1 4 1 6 9 m m ( 1 9 6 4 年) ，最小年降水量2 6 2 。3 咖( 1 9 8 9 年) ，最大年 降水量为最小年降水量的3 9 倍。 表1 4玉符河流域1 9 5 0 0 6 年降水量分析成果表 不同频率降水量( m m ) 多年平均降水 c vc s 圮v 董( m m ) 2 0 5 0 7 5 9 5 7 4 3 。lo 3 22 。59 2 6 37 1 0 。55 6 8 。l4 1 3 9 流域内径流由大气降水补给，径流在时间上的变化特点与降水相似，但年内、年际 变化更大。由于流域上游处于石灰岩地区，风化岩层较厚，中小强度的降雨易形成蓄满 产流，其入渗较大，地表径流产流量较小，径流过程平缓，退水时阆较长，两另一方面 由于流域上游山高坡陡，遭遇强度较大降雨时，易产生超渗产流，易形成暴涨暴落的洪 水过程。 根据相关计算成果，玉符河流域多年平均天然径流量1 2 6 6 6 万m 3 ，多年平均地下 水资源量1 3 9 5 3 万m 3 ( 不含重复计算量) ，多年平均水资源总量2 6 6 1 8 万m 3 。 4 由东大学工程硕士学位论文 1 1 4 水利工程 玉符河流域现状己建成大型水库l 座，中型水库l 座，小( 一) 型水库3 座，小 二) 型水库2 0 座，总库容l 。6 8 亿m 3 。大型水库为卧虎山水库，控制流域面积5 7 7 k m 2 ，总 库容1 1 6 4 0 万m 3 ，兴利库容“8 3 万m 3 ，死库容3 5 0 万m 3 ；中型水库为锦绣川水库， 控制流域委积1 6 6 k 撒2 ，总库容3 7 7 8 万m 3 ，兴利库容2 8 9 2 万m 3 ，死库容1 0 8 万m 3 ， 设计洪水标准为百年一遇( 设计洪水流量1 5 1 4m 弧) ，校核洪水标准同设计洪水标准； 小型水库控制流域葱积9 4 。8 k m 3 ，总库容1 4 4 l 万m 3 。 卧虎山水库为大型水库，其首要任务是确保济南、滓浦铁路、黄河安全，尤其是济 南市安全。设计洪水标准为百年一遇( 设计洪峰流量2 9 2 5 燃3 s ) ，校核洪水标准为万年 一遇( 校核洪峰流量8 6 3 5 m 誓s ) 。卧虎山水库防洪任务较重，特别是玉符河下游，黄河 河床逐年淤积抬高，已成为倒比降，河道行洪不畅。当水库泄洪时如遇黄河水顶托，则 洪水无法进入黄河，积存在下游羊角峪一带，将直接威胁入民群众的生命和财产安全。 因此，卧虎山水库下泄流量的确定尤为重要。卧虎山水库各种下泄流量如下：第一安全 泄量为1 0 0 m 3 s ，目的是保护玉符河上游的河滩地不受损失，并减少对玉符河末端沿黄 河滩区耕地淹没：第二安全泄量为8 0 0 璎3 怨，因的是减轻下游i 霹道的洪峰流量，保护跨 河公路桥安全；第三安全泄量为1 3 0 0m 3 ，s ，目的是保护铁路桥、主要公路桥的安全行洪； 第四安全泄量为2 8 0 0 辩3 砖，强的是避免玉符河洪水出槽危及济南市防洪安全；特殊安全 流量为3 9 0 0n 1 3 s ，网的是保护津浦铁路桥安全。根据各种泄量情况，结合卧虎山水库主 要防洪任务，确定的二十年一遇控制下泄流量为8 0 0m 3 拇，百年一遇控制下泄流量为1 3 0 0 m 3 s ，千年一遇控制下泄流量为2 8 0 0m 3 s 。 1 1 s 河道及其治理 玉符河全长8 5 。4 0l ( m ，河道分为三段，卧虎山水库大坝以上为上游；卧虎山水库大 坝至1 0 4 国道为中游；1 0 4 国道至入黄因为下游。玉符河上、中、下游河段河道长分别为 4 4 。6 0 妇、1 4 4 2 虹、2 6 3 8 虹。卧虎山水库以上水网密集，支流中锦绣川河长3 5 8 7k m 、 锦阳川河长3 3 2 8k m 、锦云川河长1 6 3 5 ，泉泸河河长2 1 0 3k m 。 玉符河河流蜿蜒度为1 5 8 7 ，上游、中游和下游的蜿蜒度分别为l 。1 8 6 、1 5 9 8 和1 2 6 3 。 箍符河干流卧虎山水库( o + o o o ) 以下至京沪铁路( 1 3 + 8 5 0 ) 河段为由区性河道， 河道较开阔，溽宽7 淞2 0 0 0 趣，比降l 趁7 队l 躬8 0 ；京沪铁路桥下河道开始变窄，至2 2 0 由寒大学工程颈士学谴论文 围道( 2 5 + 3 1 0 ) 段河道为窄深型，宽度2 0 0 砣5 0m ，在2 2 0 国道附近，河宽仅1 6 0 m ， 比降1 4 0 肛l 7 0 0 ，地面高程5 0 “om 。河道两岸为丘陵区和山前平原；2 2 0 国道以下至 入黄口，进入沿黄滩区，河道比降l 5 0 0 l 5 2 0 0 ，右堤为黄河大堤，左侧为黄河冲积 平原，河道宽在7 2 0m 以上，地面高程3 0m 左右。地势低洼，易涝易灾，是济南 市的防汛难点之一。牛角屿一段溺道由于兴建了玉渍潮水库沉砂漶，河道宽l 鑫7 0 缩 短到1 5 0 1 6 雠，大大降低了河流的行洪能力。玉符河入黄处，由于受黄河回水影响， 河口泥沙淤积，河型不明显，形成约3 m 的倒坡。 以卧虎山水库为基准点，依次选择了四个高程点，即卧虎山水库坝下( o + 0 0 0 ，9 7m ) 、 1 0 4 国道( 1 4 + 7 0 0 ，5 4m ) 、周王庄桥( 2 5 + o o o ，3 2 8m ) 和入黄口( 4 叶7 0 0 ，2 9 5m ) 。 由此，可以计算出这4 个断面闻三段河道水面坡降( k l 、k 2 、k 3 ) 依次为2 9 3 、2 0 6 程0 2 l ，参见鬻1 3 所示。 圈l - 3 玉符河河道坡降示意图 入黄口处，黄河与玉符河的高度差约为l m ，黄河水在丰水期很容易倒灌入玉符河， 其泥沙淤积在玉符河河道便形成河滩地，由于泥沙不适合植物生长，故在影像上入黄口 显示不明显。在河道周围区域还有诸多人工湿地，包括玉清湖水库、沉沙池、沟渠和部 分人工坑塘等。 玉符河上游为出谷、丘陵地区，两岸无堤防，下游有堤防。玉符河右岸北店子至宋 庄段，长1 0 。2 k m ，筑有黄河大堤，设计标准按防御黄河洪水流量ll o o o m 玩，顶宽l o m ， 临水坡l ：2 5 ，背水坡l ：3 。黄河大堤与小清河交汇处，建有睦里闸，为小清河的源 头。玉符河的左岸为长清许寺洼黄河滩区，为防止玉符河洪水和黄河中小洪水从玉符河 倒灌，自娘娘店至筐李长6 8 6 k m 筑有堤防。其中，四里庄以下，堤顶高程3 3 o m ，顶 宽4 m ；四里庄至八里庄以上为1 日村台，堤顶高低不齐、堤身宽窄不等；八星庄以上至 由里庄以上2 0 6 ，与新建的玉清潮水库公用堤防，按水库大坝标准壤筑：水库大坝向 上至筐李庄，堤项高程3 4 ，5 撒，玉符河入黄口处已无堤形，底与左岸地面相平，群众为挡 中小洪水倒灌入玉符河，河翻左岸潍地筑有生产堤，目前玉符河安全泄量较小，出口段 6 瘗东大学工程硕士学位论文 现状过汞琵力仅为7 0 0 l n 3 s ，仅相当于5 0 年一遇设计流量的3 2 6 ，防洪能力较低。 重。2 生态环境问题及其原因 1 2 薹生态环境阆题 ( 1 ) 上游 近年来，肉于上游永体流失阔题及部分旅游、餐饮行业的发震以及一些突发事件， 卧虎出永库的承震目盏恶纯，水库富营养纯严重，藻类窭现，水体孛溶瓣氧含量降低， 造成一定时期内东疼毽现死鱼现象。阑对突发懿油泄露等翔题也对水麾承璜造成一定程 度的威胁。 玉符河上游局部地区水土流失现象较为严重，望天田、疏林地及未利用地规模达 4 4 3 以上，主要集中在上游三川汇集地。该区域山峰连绵起伏，属山地丘陵地形，山 顶岩石裸露地表有石灰岩及砂石岩丘陵地带，遍布石渣、砂岭、出麓坡地分布黄土及 红土，荒坡凸现，沟川缝旁经济林速布，毽树种老化、果覆较差。壤母质裸露、肥力 低下，壤霞粒结构破坏，缳土、保水、傺惩能力差，地生产宠低，隶土流失较为严 重，现有水土流失面积占憨覆积豹5 9 4 。在水土流失面积中，轻度侵蚀占3 4 0 8 、中 度侵蚀占3 5 。3 2 、重度侵蚀占1 9 2 8 、极重度侵蚀占1 1 3 2 。水土流失造成地表土大 量流失，还使沟系不断扩张，沟道下切，沟头不断前进，从而蚕食耕地，破坏宝贵的土 地资源，造成生态环境的恶化。 ( 2 ) 中游 玉符河孛游海段的突毽离题表现为河道鼗流鞠河床侵害。 玉符河中游以下经流受卧虎出承痒调度影响十分键显，在非汛期，水库弃水较少， 瀑道来水不足就会出现断漉现象；另方磁，卧虎山水库大坝以下近十几公里河道为强 渗漏带，巍流量较小时难以通过，从而加燕了中、下游河段的断流程度。 另一方面，玉符河中游河道的河床遭受侵害，主要表现在两方面：是河床被破坏， 二是缓冲带被占用。献婉蜒度调查结果来看，垂符河中游河段遮1 5 9 8 ，是全流域最好 的。但是，当地居民在河道内建设房屋、鱼塘，并进行采砂采磊偿业，甚至堆弃垃圾， 严重损嚣了河霖自然形态和行洪能力。另一方面，该河段河岸缓冲带被农业开发掰占用， 缓冲鬻宽度嚣益缩小，植被分布较少，林草地面积不剿4 对河流生物多样性产生了 不剥影响。 7 由东大掌工程硕士学位论义 ( 3 ) 下游 由于黄河河床较高，玉符河在入黄口以上3 蛔里范围内形成倒坡，从而对上流来水 有滞留作用，并逐步形成了河口湿地。玉符河下游地区最突出的生态问题是，河口湿地 需水量得不到保障、湿地结构不完整，部分区域被农田占用。 l 。2 。2 原因分析 干扰玉符河河流生态系统的主要因素，包括： ( 1 ) 玉符河流域水库、大坝数量较多，改变河j | | 径流离然特征 玉符河流域水库、大坝的建设，改变了支流及子流的自然状态，受其影响最为显著 的是径流量的年内及年际分配情况。特别是在三川汇集处修建了一座大型水库卧虎 山水库，对玉符河于流段径流产生了较大干扰，径流量年内分配产生了巨大变化。把卧 虎山水库入库水量和出库水量分别近似作为建库前、后两种情况下的干流径流量，对比 分析发现：建库前玉符河干流多年平均汛期( 月) 径流量占多年平均径流量的7 5 7 、 非汛期占2 3 3 ；建库后玉符河干流多年平均汛期径流量占多年平均径流量的5 6 5 、菲 汛期占霹3 5 。玉符河河j | | 径流的自然水文模式受到严重的影响。 ( 2 ) 大坝下游强渗漏带的存在 玉符河中游，河床内以砂、卵砾石为主，并且与下伏灰岩直接接触，下伏灰岩在催 马庄，上游为张夏组灰岩，以下的凤山组至奥陶系灰岩，其岩溶均很发育，中小强度的 降雨易形成蓄满产流，其入渗量大，地表径流产量很小，洪水过程缓慢，退水时间较长。 强渗漏带的存在一方面为济南是回灌补源保泉提供了条件，另一方面，玉符河下游 河道由于缺少足够的永源补给导致河道断流、河道萎缩，河岸缓冲带植被消失，河流生 态系统遭到严重破坏。 ( 3 ) 农业、生活、工业污染源对水质的影响 根据资料调查及评价结果，玉符河流域水质呈恶化趋势，对于卧虎山大坝上游水源 补给区，污染的主要途径在于上游农业非点源以及上游旅游、餐饮排放的部分污水进入 水库，目前卧虎山水库水体富营养化严重，与农业化肥、农药大量施用关系密切。卧虎 山下游水质恶化的原因在于，放水水质本身较差，另一方面，河道内居民生活污水以及 沿海工业企业排放的污永、生活垃圾、建筑垃圾等进入玉符河水体，长期沉积很容易造 成河道淤积，水质恶化。 ( 4 ) 河滩围垦开发、大量建筑的存在 8 山东大学工程硕士学位论文 当地群众开展河滩围垦开发，修建大量建筑物占用河道，彻底改变了河岸缓冲带建 设的条件，导致河岸缓冲带植被宽度减少，破坏生物生存环境，同时在一定程度上降低 了河道行洪能力。玉符河流域铁路桥以上段坡降较陡，河口较宽l o 2 0 0 0 m ，铁路桥以 下坡度变缓，河宽变窄，济齐公路桥附近仪1 6 0 m ，河道占用的主要形式为：河道两岸山 体遭到破坏，采石场屡禁不止，开山凿石现象严重；河道被附近村民无序占用，开垦耕 种；采砂、采石等现象时有发生；河道内垃圾较多，堵塞河道。 2 研究路线及修复目标 2 1 国内外研究进展 河流生态修复，是生态工程学与水利工程结合后形成的一个分支，是指为了维护河 流的生物多样性，保护河流的自然生态环境，进一步保护活水源头、促进水资源的可持 续利用、提升人民生活品质，采用生态与水利工程结合的技术，在完成传统河流治理任 务的基础上，利用河流生态系统自我净化、自我修复、自我组织的原则，达到接近自然、 保持景观美的一种治理方案。其目的是促使河流系统恢复到较为自然的状态，在这种状 态下，河流系统具有珂持续特征，并可提高生态系统价值和生物多样性。对受损河流进 行生态修复，在发达国家已有近百年的历史，而在我国虽然起步较晚但发展很快，目前 也取得了不少的成效。 河流生态修复的任务，一是水文条件的改善，二是河流地貌学特征的改善。目的是 改善河流的结构和功能，标志是生物群落多样性的提高，与水质改善为单一冒标相比更 具有整体性特点，其生态效益更高。水文条件的改善包括，通过水资源的合理配置维持 最小生态需水量；通过污水处理、控制污水排放以及提倡清洁生产改善河流水质；水库 的调度除了满足社会需求钋，尽可能接近自然河流的脉冲式的水文周期等。河流地貌学 特征的改善包括：尽可能恢复河流的纵向连续性和横向连通性；尽可能保持河流纵向和 横肉形态的多样性；防止河床材料的硬质化。 2 1 1 国外生态修复研究进展 2 0 世纪初期，由于环境、生态意识的增强，一些发达国家对河流的管理开始强调“化 9 山东大学工程颈士学位论文 学、物理、生物过程的协调管理”。自从德国学者s e i f e n 在1 9 3 8 年首先提也“近自然河溪 治理”的概念后，国外对修复受损河流生态系统的研究发展很快【h j 。 2 0 世纪5 0 年代，德国正式创立了“近自然河道治理工程学”，提出河道的整治要符 合植物化和生命化的原理。现代生态学发展始于2 0 世纪6 0 年代，逐渐形成了自己独特 的理论体系和方法论。一系列国际研究计划大大促进了现代生态学的发展，其中著名的 如6 0 年代的“国际生物学计划”、7 年代的“人与生物圈计划”、8 0 年代的“国际地圈 生物圈计划”等。 1 9 6 2 年由h t o d u m 等提出“自我设计( s e l f o 唱a n i z i n ga c t i v i t i e s ) ”的生态学概念用 于工程中，首次提出“生态工程( e c o i o g i c a le n g i i l c e 血g ) ”的概念，并将生态工程定义为 “运用少量辅助能而对那种以自然能为主的系统进行的环境控制，f 5 嘲。 1 9 7 1 年s c m 聪t e f 认为近自然治理的目标，首先要满足人类对河流利用的要求，同 时要维护或创造河流的生态多样性。1 9 8 3 年8 i 翻嚣提出河道整治首先要考虑河道的水 力学特征、地貌学特点与河流的自然状况，以权衡河道整治对河流生态系统胁迫之间的 尺度。1 9 8 5 年h o l 撇删把河岸植被视为具有多种小生态环境的多层结构，强调生态系 统多样性的生态治理的重要性，注重工程治理与自然景观的和谐性。同年，l b s s o l l 指出， 近自然治理的思想应该以维护河流中尽可能高的生物生产力为基础。1 9 8 9 年，p a b s t 则 强调溪流的自然特性要依靠胬然力去恢复。1 9 8 9 年美国的m i t s c l l 和硒辫n 避正式将 e l o 鸢e a l 孚n e 积n g 定义势“为了人类设备和其叁然环境嚣方面利益瑟对人类社会和 自然环境的设计”，奠定了河流生态修复的理论基础【9 】。 一 2 0 世纪8 0 年代开始的莱茵河治理为河流生态工程技术提供了新的经验。莱茵河保 护国际委员会于1 9 8 7 年提出莱茵河行动计划，以生态系统修复作为莱茵河重建的主要 指标，到2 0 0 0 年鲑鱼重返莱茵河，该河流治理的长远规划命名为“鲑鱼2 0 0 0 计划”。 沿岸各豳投入了数百亿元用于治污和生态系统建设。到2 0 0 0 年莱茵河全面实现了预定 冒标，沿河森林茂密，湿地发育。 在美量，有关滗流生态修复的研究鞠实践也取得很好的经验。1 9 9 2 年出版了“水域 生态系统的修复”。1 9 9 8 年出版了河流廊道修复，指导河流修复工作。美国陆军工 程师团水道试验站在1 9 9 9 年6 月完成的河流管理一河流保护和修复的概念和方法 研究报告。近年来，美园地质勘探局( u s c s ) 和美国农业部( u s d a ) 制定了详细的河 流修复计划( b e a rc r e e k 、 b o u l d e r 硒v e r 、c o l o r a d or i v e r 、m i s s o 州黜v e r 、m i s s i s s i p p i 硒v e r ) ，使河流的生态系统得到一定程度的恢复阍。 2 0 年，欧共体颁布了“水资源框架指南”，其遐标是在2 0 1 5 年之蓠，使欧洲所有的 1 0 睡东大学王稷顼学位论文 水体具有良好的生态状况或具有这方面的潜力。每个成员国必须针对本国情况制定具体 目标，并采取各类措施确保目标的实现。早在2 0 世纪9 0 年代，英国就在一些河段进行生 态修复工程建设，并成立了英国河流修复中心，制定了“河流修复指南”，在流域尺度下 开展河流的生态修复。 嚣本、澳大利亚等国也进行了大量的研究。1 9 跖年，尽本开始学习欧洲的河流治理 经验，并在理论、施王及高新技术的各个领域丰富发展了“受损河岸生态系统修复技术”， 由此诞生了生态学与水利学有机结合的“应用生态水工学”及其理论。网本建设省发布的 河川砂防技术标准及解说，提出河道岸坡的防护结构有生态和自然景观等环境功能， 护岸应采用与周围自然景观协调的结构形式，即“近自然工事”，或“多自然型建设工法” 阎。澳大利亚水和河流委员会于2 1 年4 月出版了河流修复一书，为河流修复工 作提供技术指导。 题蘸，国钋河流生态修复的技术有很多种，主要包括：在河流整治中结合洪水管理， 贯彻“给河流以空间”的理念，通过建设分洪道和降低河滩高程等措施予以实施；河流连 续性的恢复，包括纵向的连通以及河道与河漫滩的横向连通，包括建设低坝并设置鱼道、 堤防拆除或后退等；河流蜿蜒性的恢复；河道岸坡生态防护；河流深槽和浅滩序列的重 建；洪泛区湿地特征的创建；河流栖息地加强结构；亲水设施建设：河道疏浚；多孔和 透水护岸材料和结构的开发和应用及工程施工技术等，此外，结合河流生态修复烧划和 设计，一些规划设计模型和方法也被提出。在筑坝河流上，针对改善下游河流的生态系 统状况，有关水库优化调度方式的研究和示范在些囡家也进行了一些研究，并初步取 得一些成果，如河流生态需水量评价技术，洪水过程对鱼类繁殖的影响，自然水文过程 模拟等【1 化l 。 2 。l 。2 国内生态修复研究进展 自2 0 世纪8 0 年代以来，随着我国城市化、工业化的迅速发展，由于长期忽视生态 保护和环境整治，使河流生态系统受到严重胁迫，主要表现为：自然河流渠道化导致河 流形态呈直线型、横断面呈规则几何型及河床材料硬质化、筑坝等水利工程导致的菲连 续化等等强矧。 囊前，我星对于河流生态系统保护的多种理论观点并存，如王程至上的观点、极端 生态保护理论、生态水利工程理念等。在河流生态修复方面，针对我国河流生态系统日 益退化的严峻形势，许多学者开展了大量卓有成效的工作。 山东大学工程硕士学位论文 理论层薅上，董哲仁等详细分析了河流_ 形态多样性的重要性，深入探讨了水利工程 对河流生态系统的胁迫，并首次提出“生态水工学”的理论框架，认为应该革新传统水利 工程的设计思想，在水利工程学的基础上吸收、融合生态学理论，并探讨了河流生态修 复的技术手段和基础研究问题。2 0 0 7 年，董哲仁、孙东疆等人编写生态水利工程原理 与技术为我国游流生态恢复工作的开展提供了重要理论基础1 2 5 。铹。 另外，有关学者针对我嚣重点治理的湖泊及漫地，如滇池、太湖等进行7 深入研究， 对水体生态系统的治理进行了有益的探索1 3 1 。5 1 。另有学者从河岸生态系统危度出发，重 点研究了受损河岸的生态治理措施，并从植物移植栽培等角度进行了实验研究，为水体 生态修复做出理论探索【3 6 4 。也有学者从河岸边坡的角度对河流治理进行了探索f 4 2 删。 另外有学者针对河流水体污染严重的事实，提出了适于大范围水体治理的生物一生态修 复技术，为河流水质修复提供了一条新思路玎。 在河流生态修复技术研究领域，选择水库、城市潺溯、行洪河道等典型水体，开展 建设人工湿地、稳定塘、生物浮床、生物廊道、橡胶坝、生物格栅等，种植水生植物、 采用生物膜处理、生物操纵等技术措施修复受污染水体【4 8 5 2 】。在河道整治生态水工技术 的开发和推广方面，研发了一些生态型护岸技术和产品，如生态混凝土、鱼巢砖、净水 石笼、植物纤维垫、土工植草固土网垫、土王网复合技术、士工栅格等f 5 3 巧熨。 一 同时，在国家重大科技计划中，专门设置了“永污染控制技术与治理工程”重大专项， 爵标是开发瘵适合我国国情的河湖污染治理技术、城市生活污水处理成套技术与设备、 安全饮用承保障技术，并在难降解有机废水处理高技术研究方面取褥了重大突破，形成 我国水污染控制核心技术的研究开发基地和自主创新体系。 实践层面上，我国在河流污染生态修复方面做的工作较多，进展较快。上世纪9 0 年代末，我国水利部门开始探索通过应急调水的方法恢复急剧退化的河流生态系统并取 得了初步成功，试点包括塔里木河、黑河和扎龙湿地等，这是修复河流生态的一次有益 的尝试。 墨前国内河流生态恢复技术的推广应用情况主要是结合城市环境综合整治进行的。 如北京北环水系的转潺，嚣起北京展览馆后湖，东到新街口北护城河，全长3 7 蛔，其 河道设计是在保护水质的前提下，按照“宣宽则宽、宜弯则弯、人水相亲、和谐自然”的 思路进行，最大限度扩大河道水面，同时，在3 7 长的河段设计了六个景区，修复两 岸生物群落多样性，同时展示转河深厚的历史文化内涵，营建“长河遗梦”都市景观。 总体来说，在河流生态修复方面，目前圜内仍处于起步和技术探索阶段，河流整治 工作基本处于水质改善和景观建设阶段，缺轰传统水利、生态系统栖息地和豢观的有机 1 2 溺东大学工稷硕士学位论文 结合。多数地方的河道整治，尤其对中小型河流，其理念仍停留在渠道化、衬砌等已被 许多发达国家舍弃的做法。近年来，一些经济发达的城市结合河道整治开展城市园林景 观建设，注重河流的美化绿化，但当前的倾向，是注重园林景观效果较多，重点放在 河流岸边的绿化，而对河流生态整体恢复考虑较少；二是发掘历史入文景观较多，建设 了大量的仿吉建筑物，恧对于发掘河流自然美学价值较少涉足。