CN116145610B - 一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法 - Google Patents
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Abstract
一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，包括以下步骤：步骤S1：拆坝前观测评估；步骤S2：泄沙聚流；步骤S3：机械清沙；步骤S4：拆除坝段；步骤S5：出露段生态修复；步骤S6：原坝址段修复。本发明创建了安全有序、协同生态的小水电拆坝方法。以可控性泄沙聚流、分段分区拆坝的思路，通过拆坝前观测评估、泄沙聚流、机械清沙、拆除坝段、出露段查勘、坝段修复等步骤，安全有序地实现小型河流上小水电拆坝的安全实施。另外，巧妙利用河道原生地形，在拆坝的同时还实现了深潭‑浅滩序列生境的修复提升，避免了出露荒秃土地或湿地的资源浪费。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电生态保护技术领域，尤其涉及一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法。
背景技术
目前，为减缓大坝阻隔对洄游鱼类的影响、促进坝址上下游鱼类种群的基因交流，国内外主要通过大坝拆除、鱼道、仿自然通道、升鱼机、集运鱼设施和鱼闸等方式实现鱼类过坝。其中最有效但也是颇具争议的方案是拆除河道内的堰坝等建筑物。对于已建堰坝形成河道阻隔多年的建筑物，若进行大坝拆除存在着几项较为显著的生态环境不利影响，一是泥沙淤积的处理问题：拆坝过程伴随着库区泥沙的冲刷，使下游河流推移质增加，坝后形成的河流形态将会改变，淤沙的无控泄放可能引起淤积波向下游大量快速移动，堵塞下游各类取水口，改变支流汇流状况及河势，扩大洪水淹没区等不稳定因素的出现；二是拆坝过程中水质恶化的风险对策问题：上游泥沙的无控泄放可能进一步导致河水浑浊度增大，悬浮物等水质指标突然恶化的风险大增，对库区和下游河段的水环境构成一定威胁；三是鱼类生境突变的应对难题：堰坝拆除打破了原有库区缓流-坝下流水相间的生境格局，不同生态习性的鱼类对突变的生境难以适应，如库区水位降低导致大量土地出露，形成的荒秃土地或湿地反而对鱼类栖息生境形成消极影响。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，为应对拆坝过程中可能产生的不利次生生态环境影响，为库区淤积多年的小型水电站设计一种成本节约、施工安全、环境可行的拆坝方法。
为实现上述目的，本发明提出一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，包括以下步骤：
步骤S1：拆坝前观测评估，对丰枯期水量变化分明的小型河流上已实施的小水电进行淤沙评估，观测其坝前库区泥沙淤积形态、淤积深度、淤积长度，并通过库区取样判定不同淤积深度、不同淤积库段淤沙量及粒径大小；
步骤S2：泄沙聚流，利用大坝冲沙闸，逐渐下放水库表层沉积物及淤积泥沙，使库区主流进一步向冲沙闸段、发电厂房段靠拢；
步骤S3：机械清沙，当冲沙闸、厂房坝段一侧的库区泥沙下降至冲沙闸的冲砂通道高程并趋于稳定状态时，通过机械清除，将库区主流右侧的沉积物开挖并运至距离坝址附近的堆场；
步骤S4：拆除坝段，当水流主要从冲砂通道下泄时，拆除溢流坝段、非溢流坝段以上部分；然后采取从上往下，先厂房坝段、后冲沙闸、溢流坝段基底的施工流程，依次将坝体拆除；
步骤S5：出露段生态修复；
步骤S6：原坝址段修复。
优选的，在步骤S5中，在对出露段生态修复时，选择具备修复条件的凹岸、凸岸进行生态修复，构建鱼类产卵适宜生境。
优选的，在步骤S5中，在对凹岸、凸岸进行生态修复时，在凹岸的深潭、以及凸岸的浅滩处分别设置深潭段施工围堰和浅滩段施工围堰，随后将围堰内的水体抽干，清理深潭和浅滩内的部分泥沙，同时留存部分淤积泥沙，并按照中型卵、砾石、小型卵砾石和砂砾石混合的成分构建卵、砂砾石的底质条件，该底质条件与留存的淤积泥沙相间布置；修复完毕后，拆除深潭段施工围堰和浅滩段施工围堰，让水流进入深潭、浅滩。
优选的，在步骤S6中，在进行原坝址段修复时，在原坝址断面所形成的深潭的一侧岸坡通过保留部分厚度的泥沙，并种植植物。
优选的，所种植的植物为：在河道枯水位以下可设置耐湿植物，在河道枯水位以上可设置耐旱植物，植物种类选择当地土著植物。
优选的，在步骤S2中进行泄沙聚流时，通过调控冲沙闸的闸门开度逐步泄放表层沉积物及淤积泥沙，通过冲沙闸控制泄沙量及泄沙速度。
优选的，在步骤S2至步骤S6中，均要密切结合水质监测，动态掌握水坝拆除段及其上下游水质变化情况，根据其变化情况动态调整泄沙流量。
优选的，在步骤S2至步骤S6中，若水质恶化，则应停止施工，并调查清楚水质恶化原因并消除恶化状况后再重启施工过程。
优选的，在步骤S1中，进行拆坝前观测评估时，库区淤沙量已超过冲沙闸、溢流坝段基底的高程，且可通过冲沙闸5控制淤沙泄放时，可开始实施小水电的拆坝工程。
优选的，小水电的拆坝工程选在水量较小的枯期。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：
(1)本发明创建了安全有序、协同生态的小水电拆坝方法。以可控性泄沙聚流、分段分区拆坝的思路，通过拆坝前观测评估、泄沙聚流、机械清沙、拆除坝段、出露段查勘、坝段修复等步骤，安全有序地实现小型河流上小水电拆坝的安全实施。另外，巧妙利用河道原生地形，在拆坝的同时还实现了深潭-浅滩序列生境的修复提升，避免了出露荒秃土地或湿地的资源浪费。
(2)本发明所供的方法，统筹了多种鱼类的产卵繁殖需求。在库区及坝下河段适宜河段构建深潭-浅滩序列多种鱼类修复生境，为喜在卵砾石缝间在激流冲击下孵化发育的鱼类、喜在泥质底部掘泥筑巢的鱼类提供适宜产卵生境；在拆坝坝址段以适宜厚度淤沙为依托，构建适宜产粘草性卵的鱼类产卵的生境。本发明借助河道原生地形设计了适宜多生态习性鱼类同时产卵繁殖的生态型岸坡，为小水电拆坝工程注入了生态提升的设计理念。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1小水电枢纽所处河段示意图；
图2小水电枢纽建筑物上游下视图；
图3小水电枢纽断面初始泥沙淤积示意图；
图4小水电枢纽断面初始泥沙淤积侧视图；
图5拆除溢流坝段、非溢流坝段示意图；
图6拆除溢流坝段、非溢流坝段泥沙淤积示意图；
图7拆除溢流坝段、非溢流坝段侧视图；
图8拆除发电厂房段、冲沙闸段、溢流坝段基底示意图；
图9拆除发电厂房段、冲沙闸段、溢流坝段基底泥沙淤积示意图；
图10发电厂房段、冲沙闸段、溢流坝段基底侧视图；
图11坝体拆除完成断面示意图；
图12坝体拆除完成侧视图；
图13坝址处生态修复示意图；
图14深潭浅滩围堰施工示意图；
图15深潭浅滩围堰拆除示意图；
图16本发明所提供的一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法的步骤流程图。
附图标号说明：1、坝体；2、深潭；3、边滩；4、厂房坝段；5、冲沙闸；6、溢流坝段；7、非溢流坝段；8、溢流坝基底；9、泥沙淤积段；10、河床底质；11、坝体上游水体；12、坝体下游水体；13、冲沙闸拆除高程；14、耐旱植物；15、耐湿植物；16、深潭段施工围堰；17、深潭泥沙底质；18、深潭段卵砾石底质；19、浅滩段施工围堰；20、浅滩段泥沙底质；21、浅滩段卵砾石底质。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合附图所示，已建成的小水电枢纽中，包括坝体1和设置在坝体1上的建筑物，建筑物包括厂房坝段4，冲沙闸5，溢流坝段6，非溢流坝段7，溢流坝基底8等。在河道的上游的河岸中，河流弯曲段的凸岸处，泥沙淤积形成浅滩3；凹岸则会受到冲刷形成深潭2，在顺直段会形成边滩，最终形成交替次序的浅滩3－深潭2序列。在实施拆坝实施前，库区泥沙淤积段9已高于冲沙闸5、溢流坝段基底8的高程；库区泥沙淤积段9以下为河床底质10。深潭2和浅滩3在拆坝前被淹没于水下、未出露。
一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，包括以下主要步骤：
步骤S1：拆坝前观测评估。
对丰枯期水量变化分明的小型河流上已实施的小水电进行淤沙评估，观测其坝前库区泥沙淤积形态、淤积深度、淤积长度等，并通过库区取样判定不同淤积深度、不同淤积库段淤沙量及粒径大小，为拆坝过程中的淤沙泄控做好技术支撑。通过观测、计算和评估，库区淤沙量已超过冲沙闸5、溢流坝段基底8等的高程，且可通过冲沙闸5控制淤沙泄放的基础上，可开始实施小水电的拆坝工程。应注意的是，小水电拆坝应选在水量较小的枯期。
步骤S2：泄沙聚流。
利用大坝冲沙闸5，逐渐下放水库表层沉积物及淤积泥沙，使库区主流进一步向冲沙闸段、发电厂房段靠拢，相应的，在泄沙过程中溢流坝段6和非溢流坝段7的淤积区将逐渐显露出来。为减缓淤沙泄放过程对下游河道的取水口、河道水质不利影响，通过调控冲沙闸5的闸门开度逐步泄放表层沉积物及淤积泥沙，控制冲沙闸控制泄沙量及泄沙速度。
步骤S3：机械清沙。
泄沙聚流的过程中，库区泥沙量逐渐减少，当冲沙闸5、厂房坝段4一侧的库区泥沙下降至冲沙闸5的冲砂通道高程(即冲沙闸拆除高程13)并趋于稳定状态时，通过机械清除，将库区主流右侧的沉积物开挖并运至距离坝址附近的堆场，用于场地平整或用作建筑材料。当水流主要从冲砂通道下泄时，拆除溢流坝段6、非溢流坝段7以上部分。此时库区泥沙淤积段9的淤积高程已有所下降，主要为库区右侧泥沙已降至冲沙闸拆除高程13、溢流坝段6，非溢流坝段7以下，如图5、图6、图7所示。
步骤S4：拆除坝段。
通过机械，采取从上往下，先厂房坝段4、后冲沙闸5、溢流坝段基底8的施工流程，依次将坝体拆除。此时泥沙继续向下游泄放，库区泥沙淤积高程继续下降。如图8、图9、图10所示。
步骤S5：出露段生态修复
根据相关文献引证，河流弯曲段的凸岸处，泥沙淤积形成浅滩3；凹岸则会受到冲刷形成深潭2，在顺直段会形成边滩，最终形成交替次序的浅滩3－深潭2序列。进一步的，《河流水生生物栖息地保护技术规范(NBT/10485-2021)》将河流深潭和浅滩中，鱼类栖息生境的构建作为鱼类生境修复的重要要求之一。
在泄沙聚流、机械清沙、拆除坝段的拆坝过程中，应同步实施库区河段的水生生境调查，对由于泥沙泄放和水位下降造成的土地出露进行调查，尤其是出露的河流凹岸段及河流凸岸段应作为调查重点，选择具备修复条件的凹岸、凸岸进行生态修复，构建鱼类产卵适宜生境。如在库区确定一处深潭2和一处浅滩3后，围绕其分别设置深潭段施工围堰16和浅滩段施工围堰19(如图14所示)，随后将围堰内的水体抽干，为岸坡生态修复制造合适的干地条件；清理深潭2和浅滩3内的部分泥沙，同时留存部分淤积泥沙，并按照中型卵、砾石、小型卵砾石和砂砾石混合的成分构建卵、砂砾石的底质条件，该底质条件与留存的淤积泥沙相间布置：该深潭2、浅滩3序列中构建的多样化产卵生境，为喜在卵砾石缝间在激流冲击下孵化发育的鱼类(如裂腹鱼、白甲鱼、鲈鲤、麦穗鱼、爬鮡类等)、喜在泥质底部掘泥筑巢的鱼类(如黄颡鱼、斑点叉尾鮰、棒花鱼等)提供相应的适宜产卵生境，形成适宜多种鱼类产卵的生境条件。待深潭2、浅滩3多样性鱼类产卵生境施工完成，即可拆除深潭段施工围堰16和浅滩段施工围堰19，水流进入深潭2、浅滩3，鱼类随之可寻找到该深潭2、浅滩3段生境进行繁殖活动。以上出露段查勘及生境修复的手段还可推广至该河段上下游的其他类似河段。
步骤S5：原坝址段修复
小水电坝段的拆除在原坝址断面形成了一定深度的深潭，沿一侧岸坡可通过保留部分厚度的泥沙，并辅以耐旱植物14、耐湿植物15相间的维管束植物，可为产粘草性卵的鱼类(如鲤、鲫等种类)提供适宜产卵生境，其中，在河道枯水位以下可设置耐湿植物15，在河道枯水位以上可设置耐旱植物14，种类可选择当地土著植物。
在本实施例中，在拆坝前观测评估、泄沙聚流、机械清沙、拆除坝段、出露段修复、坝段修复等各工期，均要密切结合水质监测，动态掌握水坝拆除段及其上下游水质变化情况，根据其变化情况动态调整泄沙流量，必要时(如水质恶化)应停止施工，先调查清楚水质恶化原因并消除恶化状况后再重启施工过程。
在本发明中，拆坝实施中，随着生态调查的深入，明确库区拟实施生境修复的凹岸深潭2和凸岸浅滩3，通过深潭段施工围堰16和浅滩段施工围堰19构造两区域的干地施工条件，在深潭2和浅滩3分别构建深潭泥沙底质17、深潭段卵砾石底质18、浅滩段泥沙底质20及浅滩段卵砾石底质21等多样化鱼类产卵生境。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：拆坝前观测评估，对丰枯期水量变化分明的小型河流上已实施的小水电进行淤沙评估，观测其坝前库区泥沙淤积形态、淤积深度、淤积长度，并通过库区取样判定不同淤积深度、不同淤积库段淤沙量及粒径大小；
步骤S2：泄沙聚流，利用大坝冲沙闸(5)，逐渐下放水库表层沉积物及淤积泥沙，使库区主流进一步向冲沙闸段、发电厂房段靠拢；
步骤S3：机械清沙，当冲沙闸(5)、厂房坝段(4)一侧的库区泥沙下降至冲沙闸(5)的冲砂通道高程并趋于稳定状态时，通过机械清除，将库区主流右侧的沉积物开挖并运至距离坝址附近的堆场；
步骤S4：拆除坝段，当水流主要从冲砂通道下泄时，拆除溢流坝段(6)、非溢流坝段(7)以上部分；然后采取从上往下，先厂房坝段(4)、后冲沙闸(5)、溢流坝段基底(8)的施工流程，依次将坝体拆除；
步骤S5：出露段生态修复；
步骤S6：原坝址段修复。
2.如权利要求1所述的一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，其特征在于：在步骤S5中，在对出露段生态修复时，选择具备修复条件的凹岸、凸岸进行生态修复，构建鱼类产卵适宜生境。
3.如权利要求1所述的一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，其特征在于：在步骤S5中，在对凹岸、凸岸进行生态修复时，在凹岸的深潭(2)、以及凸岸的浅滩(3)处分别设置深潭段施工围堰(16)和浅滩段施工围堰(19)，随后将围堰内的水体抽干，清理深潭(2)和浅滩(3)内的部分泥沙，同时留存部分淤积泥沙，并按照中型卵、砾石、小型卵砾石和砂砾石混合的成分构建卵、砂砾石的底质条件，该底质条件与留存的淤积泥沙相间布置；修复完毕后，拆除深潭段施工围堰(16)和浅滩段施工围堰(19)，让水流进入深潭(2)、浅滩(3)。
4.如权利要求1所述的一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，其特征在于：在步骤S6中，在进行原坝址段修复时，在原坝址断面所形成的深潭的一侧岸坡通过保留部分厚度的泥沙，并种植植物。
5.如权利要求4所述的一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，其特征在于：所种植的植物为：在河道枯水位以下可设置耐湿植物(15)，在河道枯水位以上可设置耐旱植物(14)，植物种类选择当地土著植物。
6.如权利要求1所述的一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，其特征在于：在步骤S2中进行泄沙聚流时，通过调控冲沙闸(5)的闸门开度逐步泄放表层沉积物及淤积泥沙，通过冲沙闸(5)控制泄沙量及泄沙速度。
7.如权利要求1所述的一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，其特征在于：在步骤S2至步骤S6中，均要密切结合水质监测，动态掌握水坝拆除段及其上下游水质变化情况，根据其变化情况动态调整泄沙流量。
8.如权利要求7所述的一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，其特征在于：在步骤S2至步骤S6中，若水质恶化，则应停止施工，并调查清楚水质恶化原因并消除恶化状况后再重启施工过程。
9.如权利要求1所述的一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，其特征在于：在步骤S1中，进行拆坝前观测评估时，库区淤沙量已超过冲沙闸(5)、溢流坝段基底(8)的高程，且可通过冲沙闸(5)控制淤沙泄放时，可开始实施小水电的拆坝工程。
10.如权利要求9所述的一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，其特征在于：小水电的拆坝工程选在水量较小的枯期。
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