水利工程水土保持中生态修复技术的应用
刘艳

安徽省铜陵市枞阳县水利局，安徽铜陵  246728  

摘要：水利工程在推动区域经济社会发展的时候，给项目所在地的自然生态系统带来了明显的干扰，引起水土流失等一系列的生态问题，从而危及到区域生态系统的稳定性以及可持续发展。在这种情况下，生态修复技术成了水土保持的主要方式，渐渐成了减缓工程建设环境影响，达成生态环境治理的重要手段。本文以水利工程领域实际需要为基础，对生态修复技术的理论进行阐述，对目前工程实践中遇到的主要问题，即生态恢复同工程实施的潜在矛盾、技术应用范围受限和缺少评价指标体系等展开剖析。重点研究植被重建、土壤改良、生态廊道创建、生态沟渠修建、生态护岸施工、生物滞留设施应用等技术细节，推进水利基础设施修建同生态保护的协同改善。

关键词：水利工程;水土保持;生态修复技术;应用

引言

作为支撑经济社会发展重要基础性工程的水利工程，在农业灌溉保证、防洪减灾体系创建和电力资源调配等方面起着无法替代的作用。此类工程的开展同粮食生产的效率和稳定息息相关，并且会对区域经济的可持续发展以及人民的生活质量产生直接影响。随着工程建设规模的不断扩大，施工过程中对于生态环境造成的扰动问题也越来越突出，水土流失风险已经成为需要立即解决的主要难题之一。传统的水利工程设计思想重视功能的需求而轻视生态保护的规划，造成植被破坏、土地退化等状况时有发生，并且还会引起严重的水土流失。这些问题不但会减弱自然资源的再生速度，还会大大增加自然灾害发生的可能性，进而给工程系统的长久稳定运行造成不良影响。在这样的背景下，探寻并推行适合水利工程的生态修复技术就显得特别重要。采用先进的生态保护理念和技术手段可以减小项目建设给自然环境造成的负担，并且促进生态系统的恢复和协调发展，为创建生态文明建设新体系、推进人地协调提供理论基础和技术支持。

1水利工程水土保持中生态修复技术的原理

水利工程中水土保持生态修复技术是依靠生态学理论进行指导的，主要目的是对被破坏的生态系统功能进行恢复和重建。其主要目的是控制水土流失，提高土壤肥力，用物理、化学和生物学的方法来达到土地退化综合治理的目的。植被恢复时选择适应性强、利于提高水分保持能力的植物，不仅可以改善土壤结构稳定性，而且可以有效地增强水分保持能力。研究表明，在某水土保持工程中加入松树、杂交杨等具有固土作用的树种之后，该区域土壤侵蚀速率明显减小，表层土壤有机质含量比原来的提高大约10克/平方米。针对土壤质量退化问题，进行土壤改良也有其意义；一般用添加有机物或者专用调理剂的方法来提高土壤的保水保肥性能。经过特殊配方处理的土地渗透系数比没有干预的区域高出了50%以上。创建健全的生态屏障系统对于防治风蚀、沙化有着非常大的影响，在其防护林网分布区域能使年均泥沙流失量减少到15吨/公顷以下。水文调节技术就是对水资源的分布格局以及附属设施的布置做系统性规划设计，进而减少由于径流的波动造成的土壤侵蚀危害，促进区域生态环境向可持续发展道路前进。

2 水利工程水土保持工作中面临的问题

2.1生态修复与工程建设的矛盾突出

水利工程建设过程中普遍存在着大量的土石方开挖和回填工作，这会对原有的地表植被和土壤微生物生态系统造成很大的影响，并且会形成大量的裸露区域，从而加大水土流失的风险。为了改善上述问题并且达成环境修复的短期目的，必须要统筹安排工期要求和生态保护的要求，科学分配修复所需的资源来保证工程的实施质量。实践中因为建设进度压力造成生态保护投入不足，施工过程中产生的渣土等废弃物如果处理不当就会产生新的环境污染问题，影响生态系统的恢复。目前一些项目的规划设计没有系统的生态环境考虑，在实际施工中也没有把绿色发展理念充分融入到修复方案之中，造成修复措施缺少科学的支撑和保障，无法很好地衔接主体工程建设阶段，从而影响整个项目可持续发展的能力。

2.2生态修复技术应用存在局限性

目前一些生态修复技术在水利工程特殊环境中所取得的效果不能满足要求。对于高陡边坡、水位变化大等复杂地形，传统植被恢复方式存在明显不足，一方面由于高陡边坡土壤结构不稳定，易受水流冲刷和风化的影响，养分流失很快，所以植物成活率很低；另一方面在水位经常升降的区域，周期性水淹、旱害交替会加重植被的生存困难。这体现出目前的技术体系对于目标地区地质地貌特征认识存在不足。当引进外来物种的时候，因为非原生种具有更强的生态适应性，在资源竞争中占优，不但降低了本地物种的竞争优势，而且会导致生态系统的失衡，出现新的入侵事件，对整个地区的生物多样性以及生态稳定性产生不良影响。从实验室理论研究到工程实践转化的速度比较慢，对于不同的水利设施（水库、堤坝、河道整治等）没有根据地理背景来制定整体设计规划，造成实际施工时无法达到预期的目的，不能很好地满足工程项目在生态保护、可持续发展方面长期的要求。

2.3生态修复成效评估体系尚不完善

目前水利工程水土保持生态修复效果评价研究大多集中于植被覆盖率、土壤侵蚀量等表面性和可以量化的指标上。尽管这些参数可以直接反映出局部治理的效果，在短期内可以表现出明显的改善趋势，但是没有考虑到生态系统的功能恢复是复杂的、长期的。生物多样性演变轨迹、系统稳定性变化、可持续机制构建这些深层次的变量还没有被主流评价体系所包含。由于没有考虑深层生态价值，目前的评价体系在评估工程全生命周期综合效益的时候会存在一些不足，容易造成某些重要的生态服务功能的真实变化被低估或者忽略。为了使研究更具有科学性、实用性，应该继续加强生态修复工作透明度以及实际应用效果。

3生态修复技术在水土保持中的应用路径

3.1植被恢复技术及其作用机制

植被恢复技术在水利工程和水土保持方面起着主要的作用，它的好处主要是改善土壤的理化性质，增强地表抗侵蚀能力，优化生态环境质量。人工种植、自然演替相结合，在水利工程建设区建立多层次植物群落系统，可以大大提高地面抵御风蚀、水蚀的能力，又能有效地抑制土壤的流失。植物根系网络不但可以稳固土壤颗粒分布，而且可以减缓地表径流的速度，减小对土地资源造成的破坏性作用，同时还可以提高雨水入渗和暂存的效果，大幅度提升区域水资源循环利用水平。在实际运用中要对具体的地理情况以及气候特点、地质状况和工程需求等各方面加以综合考虑，慎重选取适应的树种，并制订出合理化的空间安排规划，从而保证植被所产生的生态服务效益可以持续且稳定地发挥出来。该项技术的应用可减缓水土流失问题的出现，也能对生物多样性加以保护以及生态系统完整性进行修复。依靠植被覆盖层所形成的蒸腾作用、颗粒物过滤功能等来快速降低大气中的悬浮颗粒污染，同时给野生动植物创造良好的生活条件，促进生态系统的可持续发展。由于技术的引进，该领域研究趋向于越来越精确、高效，给流域综合治理、防洪减灾策略的落实赋予了强有力的理论支撑和执行保证。

3.2土壤改良技术及其实施要点

水利工程建设造成的土壤问题主要表现在压实变形、人为干扰和污染积累上，这些都会破坏土壤原有的结构体系，导致肥力下降，从而影响植被的恢复，削弱生态修复的效果。在此情况下，土壤改良技术属于推动生态环境重建的关键手段，它依靠物理、化学及生物等众多办法，以改善土壤品质，给植物生长营造优良环境。其主要目的就是改善土壤的理化性质，包括孔隙比例、透气透水性能和保水保肥水平，以及生态功能区生物活性表现（微生物种类和酶促反应速率）等，进而提高整个生态系统的服务能力。实施时首先要对施工区域进行全面细致的土壤样品采集和检测分析工作，准确找到存在的主要问题类型，即结构性缺陷、盐渍化趋势或者重金属超标情况等；然后根据调查结果来制定出合理的治理措施。针对结构性不良问题，可以采取精细耕作、混入有机废弃物（绿肥枯枝落叶、堆沤肥料）等方式来加强团粒结构、改善气体流动和水分调节能力；对于酸碱度异常的状况，则需要加入石灰石粉等调节材料使pH值处于合适的范围之内；如果存在重金属超标的隐患，则要根据具体的情景选择异地置换、溶解冲刷或者根系吸附净化等多种专项技术手段来降低其危害的程度。在整个项目运行过程中，加强对施工进度的及时监督、过程把控十分重要，只有严格依照规范程序开展工作才能达到预期的目的。

3.3生态廊道构建技术及其生态功能

生态廊道对于水利工程的水土保持和生态修复来说是十分重要的，它的主要作用就是把破碎化的生境片段联系起来。为了达到上述目的，生态廊道的设计要根据工程区域的地形地貌、水文特征和周围生态系统的特征来综合考虑，并用准确的空间布置来确定廊道的位置、宽度和走向。在实际操作中应该首先选用当地适应性强的植物种类，例如乔木、灌木以及地被植物，并且创建出多层植被结构，以此来提高地表径流过滤效能，减慢水流速度，减轻土壤侵蚀压力，并且给野生动植物赋予良好的生活场所，促使种群之间开展交流以及交流遗传物质，从而大幅改良区域内生物多样性水准。还可以调节局部的气候状况，改善生态状况，加强生态系统抵抗外界干扰的能力。特别是对于河流两岸的沿岸生态缓冲带，在依靠水生植物的净化功能来清除水中的污染后，不但可以改善水质，也可以给各种水生生物提供栖息地，从而达到生态保护和可持续发展两个目的。

3.4生态沟渠构建技术及其净化效能

生态沟渠是集成了自然湿地系统原理的一种线性水体净化工程设施，一般设在水利工程的重要汇流地段，沿等高线或者水流路线有条理地排布着。其建造过程主要是依靠透水性材料（卵石、碎石、多孔混凝土块等）做主要的支撑结构，在底部和侧壁上栽种出适应水生环境且具有很好的污染物吸附能力的植物种类（菖蒲、芦苇、香蒲等）。合理布局可以形成基质、植被、动物和微生物之间的相互联系的生态系统。该技术的主要机理就是当地表径流携带动植物残渣、悬浮颗粒和重金属等污染物进入生态沟渠之后，填充在沟渠里的基质介质可以拦截大颗粒悬浮物并实现初步过滤，植物根系通过其特有的生理功能将溶解态氮、磷等营养物质转变成自身的生长需要，内部微生物群落完成分解有机物的工作，底栖生物及其表面形成的丰富食物网又促进了能量流动和物质循环的总体协调。

3.5生态护岸技术及其防护效果

生态护岸技术是传统硬质护岸技术的一种新的发展方向，它试图达到人工设施和自然生态系统之间和谐共存的目的。该技术使用环保型建筑材料（生态袋、植生混凝土、土工格栅），结合植被种植等修复手段来创建出一个包含稳定河岸、净化水质以及提供生物栖息地的综合防护系统。其运行机制可以从以下几个方面来分析，在物理上靠一定的材质支撑、植物根系的固定使防洪抗冲能力得到明显提高，边坡失稳的风险大大降低，提高了整个河道岸线稳定性，从生态角度看部分材料内部或者表面有小孔隙为微生物附着提供便利，促进植物吸附分解水中的氮、磷以及各种污染物，改善水质，从生物层面来说通过人为干预营造出适合鱼类繁殖、鸟类栖息以及其它生物生长的空间环境，使沿岸生态系统服务功能更加丰富。工程建设时要全面考虑工程所在地区地质情况、水资源分布情况以及环境保育要求等各方面的因素，合理挑选合适的工程方案，譬如植被覆盖型、土工织物复合构造或者生态混凝土之类的混合方案，从而实现水利工程的安全性能和生态环境可持续发展的双重要求。

3.6生物滞留设施技术及其径流调控作用

生物滞留设施是模拟自然水文过程的人工湿地，用植被、土壤和填充材料构成渗透性的生态空间，用来处理周边地表径流。它的核心技术有径流调节、污染治理和雨水资源回收这三大部分。依靠土壤下渗、蒸发、植物蒸腾等物理化学过程来削减地表径流的数量，减少洪峰流量带来的灾害风险，依靠土壤过滤、微生物降解、植物吸收等多种共同作用方式，除去径流带来的悬浮颗粒、营养元素（氮磷）、有机物、其他有害物质，缓解面源径流造成的水质恶化状况，利用补充地下水或者园林浇灌用水的方式实现水资源的循环利用。这项技术已经被广泛地运用到城市水环境管理当中，在海绵城市建设策略上也不例外。为了提高系统的性能、改善工程设计的场地条件选择合适的地理位置，对基质配方、植被种类进行合理的配制，来改善系统运行的效果，提高系统生态修复能力及稳定性。该种想法一方面可以解决传统雨洪管理方法所造成的生态环境破坏问题，另一方面又利于绿色基础设施创建目标的达成以及创建进度的推进。

结语

生态修复技术在水利工程水土保持领域的应用取得了很好的效果，主要表现在水土流失得到有效控制、区域生态环境质量得到明显改善两个方面。该技术利用植被恢复、土壤重塑、生态廊道创建、沟渠改进、生物亲和性护岸、自然滞蓄设施等手段把工程修建同生态保护合二为一。针对现有技术匹配度不高、效果评价标准缺失等状况，今后的研究要集中于技术创新及协同效应方面的研究，提出合理的综合防治办法并创建起完备的评价指标体系。还要根据具体项目的特点来实行差异化的管理方式，总结出成功的经验并加以推广，从而达到提高整个工作水平的目的。

参考文献

[1]姜欢陶立成.水利工程水土保持生态修复技术分析[J].中文科技期刊数据库（全文版）自然科学,2023,(07):0012-0015.

[2]谢作华.水利工程水土保持中生态修复技术的应用[J].中文科技期刊数据库（引文版）工程技术,2022,(05).

[3]孙晓展.水利工程水土保持生态修复技术探讨[J].科教导刊-电子版（上旬）,2022,(07):283-284.

[4]樊杭.水利工程水土保持中生态修复技术的应用分析[J].中文科技期刊数据库（引文版）工程技术,2023,(06):0018-0021.

[5]韩晓燕.水利工程水土保持中生态修复技术的运用[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2022,(02).

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