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1、流域和湿地生态修复的关键技术一、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
2、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：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。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。需要按照综合规划的水
3、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。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（1
4、989）、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0.30.4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1.01.5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
5、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1020米。第二，沟埂的长、宽、深尺寸，要根据集水面积内设计日暴
6、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11，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510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（）按下式计算：式中：为截水沟容量（米3）；为1次暴雨径流量（米3）；为13年土壤侵蚀量（米3）。的计量单位，根据各地土壤的容重，由吨折算为米3（下同）。式（43）中W和s值按下式计算：式中：为截水沟的集水面积（公顷）；为1次暴雨径流模数（米3/公顷）；为1年
7、土壤侵蚀模数（米3/公顷）。由式（43）、式（44）、式（45）计算出值并根据值计算截水沟断面面积（1）：式中：1为截水沟断面面积（米2）；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41所示。表41 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：为蓄水池容量（米3）；为设
8、计频率暴雨径流量（米3）；为设计清淤年（年）累计泥沙淤积量（米3）；为安全系数，取1.21.3。与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，其值与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，采用下式计算与值：式中：为设计频率1次暴雨径流模数（米3/公顷）；为1年的侵蚀模数（米3/公顷）；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，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
9、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4060厘米，深3040厘米，并用下面的矩形宽顶堰流量公式校核过水断面：式中：为进水（或溢洪）最大流量（米3/秒）；为流量系数，采用0.35；为重力加速度，9.81（米/秒2）；为堰顶宽（口宽）（米）；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。3）水窖工程技术。水窖分井式水窖和窑式水窖两类。第一，井式水窖。窖体由窖筒、旱窖、水窖3部分组成（图41），各部尺寸如下：图41 井式水窖断面示意图.窖筒（上接地面窖口，供取水用）。直径0.60.7米，深1
10、.52.0米。.旱窖（不蓄水部分）。上部与窖筒相连，深23米。直径向下逐步放大，到散盘处直径34米。.水窖（蓄水部分）。深35米，从散盘处向下，直径逐步缩小，到底部直径23米。地面部分由窖口、沉沙池、进水管3部分组成，各部尺寸如下：窖口。直径0.60.7米，用砖或石砌成，高出地面0.30.5米。沉沙池。位于来水方向路旁，距窖口46米。池体成矩形，长23米，宽12米，深1.01.5米。四周坡比11。进水管。圆形，直径0.20.3米，在沉沙池从地表向下深约2/3处，以11坡度向下与旱窖相连。第二，窑式水窖。窖体由水窖、窖顶、窖门3部分组成，其断面结构见图42，各部尺寸如下：图42 窑式水窖断面示意
11、图.水窖（蓄水部分）。深34米，长810米，断面为上宽下窄的梯形，上部宽34米，两侧坡比为81。.窖顶（不蓄水部分）。长度与水窖一致，半圆拱形断面，直径34米，与水窖上部宽度一致（有的窑式水窖在窖顶中部留圆形取水井筒，直径0.60.7米，深度随崖坎高度而异，从窖顶上通地面取水口）。.窖门。下部梯形断面，尺寸与水窖部分一致，由浆砌料石制成，厚0.60.8米，密封不漏水。在离地面约0.5米处埋一水管，外装龙头，可自由放水。上部半圆形断面，尺寸与窖顶部分一致，由木板（或其他材料）做成。木板中都有可以开关的1.0米1.5米的小门。地面部分由取水口、沉沙池、进水管3部分组成，可参照井式水窖的设计，沉沙池
12、的尺寸应根据来水量适当放大。2.治沟工程技术（1）沟头防护工程技术沟头防护工程，主要包括：修筑土埝、树桩埝、截水沟埂及造林护沟等。（2）谷坊坝工程技术谷坊坝一般布置在比降较大、沟谷狭窄、切割较深、难以耕作的山区。在支、毛沟和较大沟道中、上游，横向修筑的小坝叫谷坊坝。谷坊坝是防止沟蚀的有效措施，它能固定沟床侵蚀基点，防止沟底下切，抬高沟床，制止沟岸扩张；又能拦截泥沙，减少流入河川的固体径流量，减轻石洪危害，为利用沟底创造条件；同时拦蓄部分径流量，降低沟道中水流速度，削减下游洪峰流量。谷坊坝的种类很多，有土谷坊、石谷坊、生物谷坊等，应本着因地制宜的原则选定。修建时要自上而下，小多成群，分散水势，节
13、节拦蓄。谷坊坝的间距和高度是互相制约的两个指标。一般来说，在相同的坡度条件下，间距越大，谷坊坝越高，反之则越小。可以先确定高度再求谷坊坝间距，也可以先确定谷坊坝位置，再由谷坊坝间距求谷坊高度。谷坊坝的高度一般小于5米。1）谷坊坝高度的确定。谷坊坝的高度一般根据所用材料而定，以能承受水和泥沙的压力，而不至造成破坏为原则。式中：为谷坊坝的有效高度（米）；1为沟口处高程（米）；2为沟掌高程（米）；为谷坊坝座数。表42为各种谷坊的经验断面尺寸，供设计时参考。表42 谷坊断面尺寸表2）谷坊坝间距的确定。谷坊坝一般是为了把沟底变成一级一级的水平台阶，这时谷坊溢水口底与上游相邻谷坊外坡基部相平（图43），其
14、两个谷坊坝的间距可由下式计算：式中：为谷坊坝的间距（米）；为谷坊坝的有效高度（米）；为原沟比降。3）谷坊坝座数的确定。谷坊坝的座数，根据沟道沟头和沟口高程而定。计算公式如下：式中：为谷坊坝座数；1为沟口处高程（米）；2为沟掌高程（米）；为谷坊坝有效高度（米）。（3）淤地坝工程技术在干支沟里横向筑坝，以缓洪拦沙，变荒沟为良田，这种坝叫淤地坝。淤地坝是控制沟床下切和沟岸扩张，合理利用水土资源的有效措施。它与谷坊坝只有大小和高低之分。没有本质的区别，只是目的作用不同，其高度一般在5米以上。图43 谷坊坝布置图修建淤地坝，要坚持“小型为主、小多成群、大中小结合”的原则，因地制宜，自上而下，全面部署；根
15、据流域内的自然特点和经济条件，进行全面分析，确定投资小、淤积快、成地早、受益大的坝系布设方案，形成生产、拦沙、防洪、灌溉的完整体系。1）坝址选择。坝址要符合下列条件：第一，地形要求选在口小、肚大、沟道缓、淤地多的岔口，弯道的下方或跌水的上方，坝址两端坡面不能有沟道或集流槽。第二，溢洪道要布置在有岩石层、沙浆层或红土层处，不要选在泉眼或地下水丰富的地方，更不能选在塌方处。第三，坝址附近要有足够的土、石料，并且取料方便，以节省投资。第四，为使坝地不断扩大，应考虑加高条件，如上下坝间距、村庄道路、淹没损失等情况。2）库容计算。淤地坝库容一般采用实测断面法或简易公式法求得。第一种方法是实测断面法。在库容范围内，自下而上，测量与水深相适应的若干有代表性的沟道断面，按相邻的两断面分别计算各段库容，而后把各段的库容加起来，即总库容，其计算公式如下：式中：1，2为各段的库容（米3）；1，2，3为上下断面积（米2）；1，2为断面间垂直距离（米）。最后一个断面，即最上面的断面与回水末端间的库容按下式计算：
