黃壁莊水庫消落區現狀分析與治理措施研究

董文鵬

(河北省黃壁莊水庫事務中心，河北 石家莊 050224)

水庫消落區是水庫建成后蓄水運行調度過程中周期性露出的條帶狀區域[1]。因水庫水位漲落頻繁，逆自然洪枯變化，故水庫消落區具有典型的淹水濕地特征。與國內其他大型水庫消落區相比，受氣候和降水量以及人地矛盾突出、用水短缺、植被覆蓋周期較短等因素影響，河北省大型水庫消落區岸線環境與庫區水域和陸域環境不協調，生態脆弱，水土流失嚴重[2]，影響人居環境、庫岸穩定性及臨水基礎設施安全，是水庫運行后必須解決的主要生態環境問題之一。

1 黃壁莊水庫消落區概況

黃壁莊水庫是滹沱河干流上大(1)型水利樞紐工程，總庫容12.1億m3，是河北省石家莊市備用水源地。庫區位于石家莊市平山縣、靈壽縣和鹿泉區交界處，屬丘陵平原過渡區。水庫設計洪水位125.84 m，正常蓄水位及征地高程為120 m，汛限水位115 m，建庫以來歷史最高洪水位122.97 m，移民高程125 m。以水庫征地高程120 m為消落區上限，以汛限水位115 m為下限，測算消落區面積為23.37 km2。其中，按行政區域分，平山縣庫區消落區面積約14.02 km2，靈壽縣消落區面積約5.38 km2，鹿泉區消落區面積約3.97 km2。

1.1 水文特征

黃壁莊庫區屬溫帶季風氣候區，四季分明，雨熱同期，年平均氣溫12.7 ℃，年均降水量550 mm，年最大降水量1 097 mm，主要降水時間集中在7月下旬至8月上旬，主汛期明顯。年內濕度變化不大，多年平均相對濕度55%～67%，夏季相對濕度較大，春秋較小[3]。

1.2 消落區陸域特點

黃壁莊水庫庫周地形地貌屬于山前丘陵，平均海拔120 m，西高東低，庫區兩岸不對稱，尤其是庫區左岸，主地勢溝壑密布、臺田交錯、地貌破碎，有大面積庫灣和三角洲。消落區在蓄水前大部分是陸域，水庫左右岸主要地貌為灘地、岸坡、階地、陡岸、庫灣，庫區上下游主要為支流沖刷形成的濕地三角洲。受移民就近后靠安置影響，消落區人為活動頻繁，沿岸分布有城鎮、企業、村莊與農田、天然植被等。消落區高程115～120 m范圍內土壤以壤土、冰磧泥礫土層、黃土狀壤土為主，高程114 m以下均為沖積的肥沃壤土，滹沱河與冶河沖積形成的濕地三角洲為肥沃壤土。消落區高程在118～120 m的邊坡為中陡坡，植被以喬灌草組合為主；高程在118 m以下的為中緩坡，植被以草叢為主。

1.3 黃壁莊水庫消落區形成及出露特點

黃壁莊水庫消落區的形成及出露主要受水庫的調度運行影響。在保證防洪安全的前提下，以實現興利調度為原則，水庫承擔著生態補水、生活供水、灌溉、發電等任務。目前為保障庫岸耕地及交通等設施的安全，水庫運行水位常年在120 m以下。根據1990—2020年水庫水位變化規律分析，消落區形成及出露特點如下：

(1)1月份前后一個月是高水位運行期。此時無論豐、枯年份，庫水位均保持在年內最高水位運行，是水庫水位最高階段，庫水位可達120 m左右，消落區基本被淹沒，處于水域環境。

(2)2—5月份為水位緩慢下降期。此時入庫徑流較少，而灌溉、生態補水等不斷消耗水庫中蓄存的水量，致使水庫水位逐步下降，消落區逐漸出露。至5月時，水位降至年內最低，甚至在112 m以下。

(3)5—6月份為水位持續下降期。此時為保證防洪安全，留足防洪庫容，水庫最高水位限制在115 m，消落區大部分出露。

(4)6—9月份為低水位運行期。受前期大量用水消耗及汛期防洪影響，水位保持在112～115 m之間，消落區面積擴展至最大。

(5)9—11月份為水位上升期。水庫在8月中旬以后開始蓄水運行，至11月時最高水位達119 m左右。此時消落區逐漸被淹沒。

受黃壁莊水庫上游無序攔水和徑流常年較少影響，即使在高水位運行期，水庫水位達到119 m的天數也極少。例如，1990—2020年日庫水位數據樣本共11 320 d，通過函數計算，庫水位小于115 m的天數占比為52.08%(表1)。

表1 黃壁莊水庫不同水位時消落區出露天數

2 消落區生態環境現狀

2.1 水土環境狀況

黃壁莊水庫消落區隨庫水位的漲落而淹沒或出露，其土壤以壤土、冰磧泥礫土層、黃土狀壤土為主。其中，消落區灘地、岸坡受水位漲落、波浪及天然徑流沖刷土壤逐漸流失，基質演變成裸露的基巖、卵石、砂石，土壤貧瘠，植被覆蓋度低且群落組成簡單；消落區階地、三角洲及高程114 m以下灘地以沖積土為主，土壤肥沃，含水量高，濕生、半濕生植物群落多樣且覆蓋度高。消落區污染物主要來源于農業面源污染和農村生活污水、垃圾。蓄水淹沒期間消落區的水、土環境相互影響，水土界面高濃度污染物向深水區滲透。出露期間的消落區主要受陸域地表徑流的影響，消落區土壤、植被吸收(吸附)或轉化來自陸域的污染物，未被消落區吸收或轉化的污染物在地表徑流的作用下進入水域，緊鄰消落區的農村集鎮的污染物也在地表徑流作用下直接排入水域。

根據水文、水質監測資料，黃壁莊水庫水質監測自2003年開展，在氮、磷不參評時，2014年之前只有部分月份達到Ⅱ類水標準，2015—2016年全年大部分月份達到Ⅱ類水標準，2017—2019年全年均達到Ⅱ類水質標準及以上，Ⅰ類水占比14%，Ⅱ類水占比86%；在氮、磷參評情況下，水質常年較差。因此，黃壁莊水庫水質存在的問題主要為氮、磷超標。

2.2 植物群落結構特征

黃壁莊水庫水位季節性變化明顯，消落區從水面開始依次向外擴展為積水區、沼澤區和陸地區，地下水位和土壤含水量也依次降低，生境類型和植被同樣發生變化，由外向內依次為陸生、濕生和水生植被類型。最外以禾本科草和蒿類植物為旱生優勢種群，中間為苘麻和蒼耳等中生優勢植物種群，再過渡到水稗、酸模葉蓼、蘆葦、荻等濕生植物種群，最內則是扁稈藨草等水生植物種群，植物群落界線明顯，隨海拔表現出明顯的階梯式變化。經初步調查，消落區植物群落類型見表2，區內國家Ⅱ級保護植物野大豆種群分布廣，資源非常豐富。

表2 黃壁莊水庫消落區植物群落類型統計

3 消落區的主要生態環境問題

黃壁莊水庫消落區具有一定的特殊性，其面積大、范圍廣，涉及平山縣城區和57個后靠安置的移民村及庫區周邊三縣耕地，消落區受水庫水位漲落影響幅度大，出露時間為春末及整個夏季，庫周城鎮眾多、人口密集、社會經濟發展水平低，人為活動對消落區的干擾逐年加重。消落區的生態環境問題突出表現在兩個方面：一是消落區自身結構和功能問題，受水庫水位大幅度反季節漲落和庫區人類活動的影響，消落區內灘地及中緩岸坡植物種類少、群落結構簡單，難以發揮固土護岸、環境凈化、提供生境等生態功能；二是消落區功能受限導致的水庫水環境安全及庫岸穩定性等服務功能問題。因此，急需采取必要的工程和保護措施恢復消落區植物群落結構，維持消落區濕地環境類型的多樣性。

3.1 生態功能問題

黃壁莊水庫已運行60余年，消落區經長期自然演替形成了植被多樣且穩定的生態系統，這些植被具有固土護岸、凈化地表徑流、提供生境、構成景觀等生態功能。消落區生態功能顯著削弱或喪失的主要影響因素集中表現在人為干擾嚴重、水位漲落頻繁和風浪侵蝕等方面。近年來，在黃壁莊水庫消落區，當地村民私圍濫墾的情況越發突出，以種植高粱、黏玉米、大豆及開挖灘地種蓮藕等經濟作物為主，開墾面積均在千畝(1 hm2=15畝)以上，致使墾殖區域植物種類減少、群落結構簡單，難以發揮原有植被固土護岸、凈化水質、提供生境等生態功能，直接造成了消落區內的水土流失。在田間管理經濟作物時，施用的農藥、化肥又會直接污染水庫水質。

3.2 庫岸穩定性問題

消落區為水陸交錯地帶，受雨洪徑流及風浪侵蝕影響，長年處于庫岸崩塌、滑坡的前緣，造成農田損毀、水土流失、庫區淤積、水質污染。黃壁莊水庫消落區塌岸段集中在水庫左岸，最高直立陡岸高度近10 m，坍塌的陡岸距離最近的村莊劉楊村僅25 m，沿岸移民村農田緊靠岸邊。庫岸土層為紅土卵石和黃土狀壤土，受水力侵蝕，極易發生坍塌、滑坡。如2016年“7·19”洪水和2021年7月20—22日，受強降雨影響，消落區左岸王角至劉楊村庫岸線均出現了不同程度的坍塌，給庫岸附近人民的生命財產安全和農田、臨水基礎設施帶來了實質性損害。

4 治理措施研究

消落區類型劃分需要考慮諸多環境因子，如地貌、海拔、坡度、土壤、水淹時間、植被等，尤其是要優先考慮對消落區生態環境影響較大的因子。根據黃壁莊水庫生態環境現狀，消落區類型應以地貌為一級分類單元、水淹時間為二級分類單元、土壤質地為三級分類單元進行劃分，并在此基礎上根據消落區不同情況實施生態修復工程，以維持水庫防洪庫容，保護庫岸農田、基礎設施安全，維護岸線環境。

4.1 生態修復措施

消落區的生態恢復必須實行生態功能區人口退出機制，即有序推進生態保護紅線區域、水土流失重點預防區、生態屏障區等重要生態功能區的人口退出機制[4]。在恢復治理中，要根據黃壁莊水庫消落區的地質地貌、庫水淹沒規律、土壤特性及周邊環境等因素制定生態恢復措施。在消落區緩坡段，實施基于自然狀態的鄉土植物混播，構建永久性自然植物群落。首先構建先鋒植物群落，以保持水土、改良土壤，為植被恢復目標的實現創造有利條件。其植物配置與選擇應遵循以下原則：一是因地制宜，參考周邊自然植物群落構成，以恢復、擴大周邊具有良好水土保持功能的鄉土植物為主，對特定區域可適當采用非生物入侵性的觀賞植被；二是植物群落應符合生物多樣性及生態位原理，物種間應具有良好的共生性且能形成穩定的群落結構，并能與周邊自然生態環境相融合。

4.2 工程修復措施

按照以防洪功能為主，生態環境保護優先，保證防洪庫容和庫岸穩定，促進庫岸周邊城鎮經濟社會發展的原則，工程修復措施應在先行制定水庫岸線保護與利用控制規劃，建立水土流失綜合治理示范工程，研究與制定庫區生態補償政策和機制的基礎上進行。目前可選擇的技術措施很多，如在中、陡岸坡段實施植被混凝土護坡、復合生物墊層+植物護坡等工程技術。工程措施基礎層主要用于岸坡穩定處理，防止岸坡受風浪長期侵蝕產生塌岸造成水土流失，工程措施植被層用于穩固庫岸、降解庫區面源污染、優化庫區環境，其中植物種類的選擇是關鍵[5]。對毗鄰城鎮、人口居住密集的重要岸段和有安全防護需求的城鎮重要區域采取工程措施應以改善生態環境和景觀為主。