拦河闸对河道生态影响的对策研究

作者:吕衡 梅传书 杨…    文章来源:海河水利    点击数:    更新时间:2008-3-27

  摘要:拦河闸在运行过程中对生态环境的影响问题随着水文、地理变革及周边地区经济的发展,越来越引起人们的重视。通过对具有一定代表性的防潮闸、蓄水闸、节制闸、进洪闸等进行相关内容调研,分析了拦河闸运行管理对生态的双面影响,并针对拦河闸运行过程中可能对生态环境造成的不利影响,提出了具有建设性的对策和措施,对拦河闸优化调度、人与自然和谐相处具有重要的实际意义。

  关键词:拦河闸;运行管理;河道;生态;对策研究

  中图分类号:TV213、5 文献标识码:A 文章编号:1004-7328(2007)04-0028-04

  1 前言

  拦河闸作为河道中调节上游水位、控制下泄流量的挡水建筑物,在防洪、灌溉、挡潮等方面发挥着重要作用。随着水文、地理变革及周边地区经济的发展,拦河闸在运行过程中对生态环境的影响问题已经引起社会各界的广泛关注。为全面了解、掌握拦河闸与生态环境的关系,做到对拦河闸进行优化调度,达到人与自然和谐相处的目的,对海委所属部分水闸进行了相关内容调研,重点选择了在海河流域中具有一定代表性的防潮闸、蓄水闸、节制闸、进洪闸,通过对这些拦河闸运用的分析研究,提出了拦河闸运用的一些建设性建议。

  2 基本情况

  2.1 工程基本情况

  漳卫南运河是海河流域南系一条排洪人海河道,发源于太行山区,流经晋、冀、豫、鲁、津四省一市,流人渤海。流域面积37 700 km2,流域内有耕地293万km2,人口约3 000万。

  目前,在全长157 km 的卫运河和257 km 的漳卫新河上,分布着包括祝官屯枢纽、四女寺枢纽和袁桥闸、吴桥闸、王营盘闸、罗寨闸、庆云闸、辛集闸8座拦河闸(枢纽)。其中袁桥闸、吴桥闸、王营盘闸、罗寨闸、庆云闸、辛集闸6座拦河闸均是20世纪70年代修建的。在1971年漳卫新河扩大治理时,沿河两岸人民迫切要求把用于临时拦水灌溉用的土坝改建为拦河闸,利用河槽存蓄部分水量,以利沿河两岸灌溉。于是,根据过去拦河筑坝的位置,结合地形考虑上下游左右岸的要求,统筹兼顾,并使工程能够发挥较大效益,兴建了袁桥闸、吴桥闸、王营盘闸、罗寨闸、庆云闸、辛集闸这6座拦河闸。祝官屯枢纽主要是因水运的要求而兴建的。

  海河下游拦河闸(枢纽)包括屈家店枢纽、西河闸、独流减河进洪闸、海河防潮闸、独流减河防潮闸。屈家店枢纽位于天津市北辰区,永定河尾闾与北运河汇合处;西河闸位于天津市杨柳青镇北,大清河与子牙河汇合口下游12 km;独流减河进洪闸位于大清河水系东淀下游,子牙河、大清河、独流减河交汇处。他们的主要功能是防洪,同时兼有排涝、蓄水等综合效益。海河防潮闸位于天津市塘沽区东南新港右侧的海河口;独流减河防潮闸位于天津市南部大港区独流减河人渤海口处,是大清河与子牙河洪水在东淀汇流后通过独流减河人海的重要工程之一。他们的主要功能是平时挡潮、蓄淡,汛期宣泄洪水,确保防洪安全。海河流域重点水利枢纽及拦河闸概况见表1。

  2.2 水文资料、径流情况及水资源开发利用现状

  海河流域属于温带东亚季风气候区。冬季受西伯利亚大陆性气团控制,寒冷少雪;春季受蒙古大陆性气团影响,气温回升快,风速大,气候干燥,蒸发量大,往往形成干旱天气;夏季受海洋性气团影响,比较湿润,气温高,降雨量多,且多暴雨,但因历年夏季太平洋副热带高压的进退时间、强度、影响范围等很不一致,致使降雨量的变差很大,旱涝时有发生;秋季为夏冬的过渡季节,一般年份秋高气爽,降雨量较少。流域年平均气温在1.5~14℃,年平均相对湿度5O%~7O%;年平均降水量539 mm,属半湿润半干旱地带。

  一般8、9、10月份为丰水期,3、4、5月份为枯水期,其他月份为过渡期。河道来水的丰枯与上游降雨和下游用水有密切的联系。8、9、10月份全流域降水较多,上游来水径流较大,而下游降雨也能满足自用,取水较少,造成河道水丰;3、4、5月份上游来水较少,而春季正是农业用水的旺季,需水量较大,河道面临来水减少而需水渐多的矛盾。

  目前,由于漳卫南运河污染严重,虽然在水闸上游形成一定的水面,但由于水质极差,致使水资源的开发利用受到严重阻碍,目前主要是农业灌溉用水。此外,在丰水期水量大、水质得以改善时,曾给衡水湖、海兴湿地补水;利用岳城水库弃水,曾给沧州调水,均取得较好效益。

  海河下游5座拦河闸(枢纽)主要职责除防洪以外,在水资源利用方面有阻挡海潮、利用汛期降雨和尽量拦蓄沥水等功能,为所在地区经济发展和生态恢复服务。

  3 拦河闸运行生态影响分析

  拦河闸运行管理使建设地的生态环境发生了变化,打破了原有的生态平衡,而逐渐产生了新的生态平衡。这种影响有双重性,既有正面影响,又有负面影响。

  3.1 正面影响

  (1)增强防洪排涝能力。漳卫新河上袁桥闸等蓄水闸的建成改变了过去沿河众多的拦河堵坝蓄水局面,通过调节水闸,提高了地方局部排涝能力,使涝水和洪水下泄通畅,行洪能力提高,减少了利益纠纷和每年拆坝、堵坝所耗用的人力、物力、财力。

  (2)灌溉供水。灌溉改变了灌区的生态条件,供水直接为人的生存服务。据1984-2005年的统计资料,漳卫新河上游总来水量90.39亿m3,漳卫南运河水闸管理局所管辖的7座水闸(枢纽)共拦蓄上游来水60.85亿m3用于农业灌溉, 约占总来水量的67%,多年平均引水灌溉水量为2.76亿m3/a,为两岸的农业稳产、高产创造了条件。

  (3)应急调水效益明显。屈家店枢纽所在的新引河与北运河为引滦入津工程明渠一部分,主要为天津市工业和海河景观用水提供水源;海河防潮闸2003-2005年配合引黄济津输水工程,累计泄水1.2O亿m3;独流减河防潮闸为配合引黄济津输水工程,2003-2004年排放天津市北大港水库底水,共计泄水1.83亿m3;西河闸枢纽也为引黄济津承担了输水控制任务;四女寺枢纽上世纪七八十年代是多次引黄济津的关键枢纽,近几年来在引岳济津、引岳济沧中都发挥了很大功能。

  (4)改善当地交通条件。拦河闸修建之后,对连接两岸交通、促进地方经济发展做出了很大贡献。海河防潮闸交通桥每天往返车辆2 000~3 000辆以上,另外屈家店枢纽、四女寺枢纽、辛集挡潮闸交通运输非常繁忙,发挥了很大的经济效益。

  (5)改善居住环境。大多数拦河闸(枢纽)所在地已形成了新的生态与环境,成为区域性的景观工程。西河闸、海河防潮闸、独流减河进洪闸等已经成为当地的景观;四女寺枢纽通过拦蓄污水,保证了下游减河公园的生态环境。

  (6)调节所在地的气候。拦河蓄水水面、引水渠及灌溉区的空气温度、湿度等得到了调节,造就了优良的小气候条件。

  (7)保护生态的替代效应。拦河闸建设出现新的深水区和浅流区,替代了原河道的深潭和浅滩;过坝水流的掺氧净水作用有利于鱼类等水生物的生长。

  3.2 负面影响

  (1)引起河湖形态变化、河道淤积,导致潮汐变形、河口淤塞,这些都使河流的行蓄洪能力降低。

  (2)河道水量水质变化。随着蓄水位的增高,水流流速降低,水体自净能力下降,纳污能力变弱,拦河闸前水体能容纳的COD(化学需氧量)会逐渐小于现状排污量。这充分说明,尽管拦河闸本身并不产生污染物,但拦河闸会降低水体自净能力,从而使污染问题凸显;在枯水季节由于拦河闸蓄水、引水,下游河道正常生态用水减少,水质也易产生富营养化,河道纳污能力降低。

  (3)拦河闸的存在破坏了水系的连通性,污染物积聚。为了保证灌溉等经济用水,所调研的卫河、漳卫新河上大多数拦河闸在整个枯水期基本关闭,排人河道的工业废水和生活污水在拦河闸前大量集聚,当汛期首次开闸泄洪时,这些被称作“死亡之水”的高浓度污水集中下泄,极易影响沿河村庄用水安全及所在水域鱼虾大量死亡等污染事故;另外由于拦河闸的挡蓄作用,也容易造成沿河地下水污染,使浅井水受到不同程度污染,无法正常使用。海河防潮闸由于污染物积聚,水质常年劣于V类,近岸海域5种主要水产贝类中,有机物检出率高达50%~100%;鱼类群落日趋小型化,质量下降,原有的中华绒鳌蟹几乎绝迹,扇贝资源急剧下降。

  (4)阻塞河道鱼类洄游。部分拦河坝未设过鱼通道,鱼类、两栖类水生生物繁殖受阻,部分鱼类等水生生物通过引水闸游到各级渠道或田间,造成鱼类等水生生物死亡。

  (5)淹没损失。小型拦河闸一般设计防洪标准较低,遇大洪水时,易造成上游一定范围内的滩地淹没。

  (6)对多泥沙河流拦河闸上游易产生泥沙淤积,下游易产生河道下切,影响河流生态环境的恢复。

  (7)造成土地淹没、移民搬迁、土地次生盐碱化、崩岸塌岸等问题。海河防潮闸建闸以来闸下淤积量累计已达2 200多万m3,河床淤积高达4.7 m,河宽由250 m缩窄至100 m,过水断面缩小了85%,河口泄流能力从1 200m3/s降到800m3/s。这800m3/s的泄流能力还是在不断疏浚的情况下才能达到的。

  拦河闸工程对生态的正面效应是主要的,由于过去设计者对拦河闸的负面影响不够注意、不够重视,没有认真地解决,造成了不少遗留问题。现在,我们应针对具体的拦河闸进行具体分析,找出主要问题,在拦河闸改建中认真予以解决。

  4 拦河闸运行对策分析

  拦河闸在发挥功能的同时,确实会对生态环境造成一些不利影响。但是,通过采取一些对策和措施,这些不利影响是可以减小甚至基本消除的。

  4.1 调整拦河闸运行方式.兼顾生态目标

  调整拦河闸运行方式,逐步恢复河流的连通性,通过加快水体流动,提高水体自净能力,从而增加各类生物的生存空间。为了避免前文所述的污水集中下泄,一是实行水污染联防。不要仅从防汛、供水角度进行调度,而是兼顾防污目的实施调度,如经常保持污水小流量下泄,通过清水稀释及充分发挥干流水体的自净能力,降解污染物。另外,为防止污水叠加,在一定程度上进行高浓度污水的“错峰”调度,以减缓对下游河湖的污染影响。同时,实施水情、水质动态监测与信息传递,尽量减免水污染“灾情”。二是制定拦河闸应急调度方案。每年汛前开闸时适时进行应急调度,逐步将单一防洪调度转变为水资源优化配置,并通过全年的水资源优化调度,实施对生态与环境影响最小的污水下泄方案,防止污水集中下泄造成水污染事故。

  4.2 建立拦河闸运行管理状况评估制度

  重点是对部分河道上拦河闸的现有功能及其对生态的不利影响进行评估,根据评估结果确定是否对某些拦河闸进行运行方式调整或工程改建,当拦河闸功能基本丧失或对生态有严重不利影响、总体上弊大于利时,应适时予以拆除。

  4.3 集中调度水源.减轻河口淤积

  河口建闸后,潮波由原来的推进波变为立波,涨潮平均流速大于落潮平均流速,涨潮平均挟沙能力大于落潮平均挟沙能力,造成河口淤积。鉴于河口的严重淤积对河道行洪、生态恢复等不利影响,在定期疏浚同时,也可采用以下方式,减轻河口淤积:①维持人海河口的环境最小径流,减轻河口淤积程度,同时保障洄游性生物生长;②有效利用闸上有限水量,定期集中下泄,在带走闸上部分淤积泥沙同时,对河口淤积进行冲刷;③ 充分利用潮汐动力,促使闸下淤积泥沙启动和输移,即纳潮冲淤;在涨潮水流扰动较小情况下,水中泥沙受双电层范德华力、布朗运动等物理化学作用的影响,会很快发生絮凝沉降,在涨潮1 h后,闸前上层潮水为厚1.0m左右的清水层,含沙量很小,一般仅为0.04~0.1 kg/m3,此时开闸纳潮,待落潮至低水位时开闸放水,充分利用水位差对闸下河口淤积实施冲刷,同时也可利用间歇式开闸,以使闸下河段流量有间歇式峰值,尽可能提高对闸下河道的冲刷能力。

  4.4 适当改建拦河闸,扩展其生态功能

  过去在拦河闸设计中侧重考虑的是保证引水安全,而忽略了河流的生态用水和生态平衡,多不设泄洪、冲砂闸口。在此类拦河坝改建中,可从以下两个方面考虑河流生态修复。

  (1)增设过鱼孔口。对于无冲砂、泄洪闸的单一型拦河坝,应在坝体底流部位增设过鱼孔口,孔口的大小可根据下游河道生态用水和鱼类等水生物过坝要求设置。增设专用过鱼孔口,在枯水季节可以保证鱼类等水生物安全过坝和洄游,又可以保证下游河道最基本的生态用水要求,防止下游河道发生断流。同时,在汛期可以起到输送泥沙、减少泥沙在坝上游侧淤积的作用。

  (2)引水口前设拦鱼网。大部分灌溉用的拦河闸是通过进水闸自流引水,在输水季节大量的鱼类和水生物,通过进水闸进入渠道游至田间,致使大量水生生物死亡。为防止鱼类等水生物进入渠、田,应在引水口前设置拦鱼网,促使鱼类等水生物通过过鱼孔口或溢流坝面进入下游河道。

  4.5 调整拦河闸布局,恢复自然生态

  科学分析全流域径流资料,根据径流情况结合城乡发展规划,对失去拦蓄作用的闸、坝进行合并。而对于防潮水闸进行科学论证,采用其他方式解决挡潮防碱问题,恢复自然生态,用最少的管理费用取得最大的经济效益。

  4.6 充分考虑生态影响,建设生态友好型的新型拦河闸

  通过前期工作,在拦河闸的规划设计阶段充分考虑其生态影响,可使拦河闸在发挥功能的同时。极大可能地缩小对生态与环境造成的不利影响。国外已有一些成功经验。如伦敦泰晤士河挡潮闸,其规划设计充分考虑了外形美观、不阻断河道、不碍航等功能要求,工程建设颇具特色,该挡潮闸的主体部分为4孔61m宽和2孔31.5m宽的通航孔,配旋转升降扇形闸门,闸门常年开启,卧于水底。据统计,从1984年该闸建成到2004年,共计只因挡潮关闭过55次(近几年因伦敦地面下沉、潮位升高,关闸次数增多),建闸对河道的影响被尽可能压到最小范围。荷兰鹿特丹挡潮闸由两扇可水平旋转的巨型弧形闸门组成,建得更加新颖美观、独出心裁,闸门常年开启,只在必要时,旋转至河道内发挥挡潮功能,该闸的建设对整个河道以及通航的影响极小。

  目前,国内类似设计也已陆续见到。如上海市苏州河水闸,单跨闸门净宽103 m(与苏州河口同宽),平时闸门倒卧水底。不影响景观,潮汛时闸门翻立水中,挡潮并控制苏州河水位。再如作为太湖流域防洪控制工程之一的京杭运河的常州新闸,也是一座可浮动旋转启闭的闸门,.闸门实际上是一个可沉浮钢质浮箱门,浮箱尺寸为64 m×10 m×3 m,上置10孔单宽4.5 m的下卧平板门,平时闸门开启,停靠在岸边的门库内,需要时旋转至关闭位置,入水挡洪。建闸后,整条运河仍几乎不受阻隔。

  4.7 通过梯级拦河闸,实施河系联合调度,实现洪水资源化

  由于资源性缺水等原因,20世纪70年代以前曾经常年有水甚至通航的海河流域诸河,已经全部变为季节性河道,平原河道更是变成了排污河道。资源性缺水使得海河流域的河流恢复只能通过开源来实现。南水北调巨大的成本使得我们对其在这方面的作为不敢抱太高的期望,相比之下,洪水资源化更加现实,也具有更好的可操作性。具体实现途径有两方面:一是沿河建梯级拦河闸(或橡胶坝),层层拦截,形成多道人工湖面,既可直接美化环境,也可补充地下水。二是在中下游地区,利用洪水特别是小洪水的不同步特性,实施河系联合调度。利用流域中下游网状河渠系统,实施河渠联合调度,最大限度地把洪水蓄留在河道中,延长水流的河道滞留时间,是解决河道生态问题的一项有效措施。如,可通过小清河和白洋淀,把永定河与大清河联系起来,实施中小洪水情况下两条河流的联合调度,用永定河的多余洪水改善大清河河流以及沿河文安洼、贾口洼甚至天津市等的生态状况。

  5 结语

  拦河闸在发挥功能的同时可能对生态产生不利影响,对此必须高度重视。通过采取工程或非工程措施,从规划设计、工程改建、调度运行等方面人手。可以消除或减小拦河闸对生态的不利影响;同时有必要对已建拦河闸进行重新评估,并在评估基础上调整运行方式、改建甚至拆除。(吕衡 梅传书 杨志刚)

  作者简介:吕衡(1959-),男,高级工程师,主要从事水利工程管理工作。




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