北京市中小河流治理技術(shù)探討

廖平安

(北京市水務(wù)局，北京 100038)

傳統(tǒng)的河流治理方式多以防洪、排澇為主要目的，往往忽視河流生態(tài)系統(tǒng)的健康，常導(dǎo)致自然河流處于人工渠道化和非連續(xù)性的河內(nèi)湖狀態(tài)。隨著社會、經(jīng)濟、觀念和意識的不斷發(fā)展，生態(tài)、自然河流建設(shè)進(jìn)入了人們的視線。1938年德國的Seifert首先提出了親自然河溪治理的概念，20世紀(jì)50年代，德國正式創(chuàng)立了“近自然河道治理工程理論”，之后世界上許多國家對破壞河流生態(tài)環(huán)境的河道整治工程進(jìn)行反思，并逐漸對河流進(jìn)行回歸自然的改造和建設(shè)[1]。

北京市從1998年開始以建設(shè)“水清、流暢、岸綠、通航”的現(xiàn)代化水系為目標(biāo)，對城市水系進(jìn)行了大規(guī)模的綜合整治，還以“綠色奧運”為契機，開始了生態(tài)型河道的建設(shè)[2]。通過對長河、清河、北土城溝、涼水河、北護(hù)城河、馬草河、轉(zhuǎn)河、懷九河等河流的生態(tài)治理，使河流水環(huán)境得到了明顯改善。北京市境內(nèi)流域面積大于10 km2的河流總數(shù)為425條，目前全市尚有5 063 km中小河流有待治理，部分中小河流存在防洪標(biāo)準(zhǔn)低、堤防設(shè)計形式單一、污染嚴(yán)重等突出問題，因此有必要探討中小河流治理技術(shù)，促進(jìn)北京市中小河流生態(tài)建設(shè)。

1 中小河流治理存在的問題

(1)防洪標(biāo)準(zhǔn)低，受災(zāi)損失大。北京市中小河流治理比較滯后，防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低。隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，城市硬質(zhì)地面增多以及配套雨洪利用設(shè)施的缺少，導(dǎo)致城市地表徑流量有較大幅度增長，河道行洪能力相對降低。另外河道占地、砂石盜采、私搭亂建等使部分河道內(nèi)淤積嚴(yán)重，河道斷面不能滿足行洪標(biāo)準(zhǔn)，局部河段易發(fā)生河水漫溢形成災(zāi)害。

(2)堤防設(shè)計形式單一，河道硬化、渠道化[3]。河流治理過程中的裁彎取直、修建規(guī)則化斷面，使水流速度加快，加劇了水流對河床的沖刷。石砌的護(hù)岸使河道景觀遭到破壞，親水性降低。另外，渠化、硬化后的河道，切斷了河流水體與陸地的生態(tài)交流，阻礙了魚類的洄游，破壞了河道的自然生態(tài)，使生物多樣性大大降低。

(3)河流污染嚴(yán)重，水質(zhì)嚴(yán)重惡化。目前，北京市區(qū)污水處理率為95%，而郊區(qū)污水處理率僅為53%，部分未經(jīng)處理的污水直接排入河中，導(dǎo)致河水污染，水質(zhì)惡化。另外，隨著北京郊區(qū)工業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的工業(yè)廢水直接排入河道，污染更加嚴(yán)重，水質(zhì)難以自然凈化，河流自我調(diào)節(jié)和演替功能退化。

2 中小河流治理技術(shù)

北京的中小河流遍布于城市和郊區(qū)，依據(jù)社會功能，可將中小河流劃分為城市型和鄉(xiāng)村型兩種類型，依據(jù)治理原則，結(jié)合現(xiàn)有的治理技術(shù)，不同類型中小河流治理模式各不相同。

2.1 治理原則

(1)河流平面的多形態(tài)化。在滿足防洪排澇的要求下，應(yīng)盡量保持原有河道平面的多形態(tài)化，隨彎就勢，順其自然。

(2)河道斷面的多樣化、自然化。合理利用河道空間，在治理中根據(jù)各河段的具體情況分別改造成單一斷面、復(fù)式斷面或不規(guī)則、不對稱斷面，以滿足城市居民對水體的共享性愿望，滿足人們的休閑、親水、親近自然的需求。

(3)河道護(hù)岸的生態(tài)化、景觀化。應(yīng)盡量避免使用單純硬質(zhì)護(hù)岸，因地制宜選擇生態(tài)型護(hù)岸，兼顧安全、生態(tài)、景觀的需求。

(4)河道水岸的特色性。河流各河段的自然風(fēng)貌、兩岸的用地性質(zhì)、歷史文化等均不相同。考慮生態(tài)環(huán)境要求，重點河岸要創(chuàng)造出有特色的秀美宜人的河流環(huán)境。

2.2 治理技術(shù)

2.2.1 平面形態(tài)修復(fù)

河流平面形態(tài)修復(fù)一般在確定了河道寬度之后，利用經(jīng)驗公式確定河道蜿蜒模式及相關(guān)參數(shù)。與直線化河道相比，河道的蜿蜒化降低了河道坡降，從而減小了水流流速以及泥沙輸移能力。在河流平面形態(tài)修復(fù)中，通過河道蜿蜒化的恢復(fù)可以增加棲息地的質(zhì)量和數(shù)量，使河流形成主流、支流、河灣、沼澤、急流和淺灘等豐富多樣的生境。

河道蜿蜒性修復(fù)可通過兩種技術(shù)將直線河流蛇行化。其一是以小空間尺度為對象進(jìn)行的修復(fù)，主要通過人工堆石、設(shè)置構(gòu)造物、在河流橫斷面上設(shè)置倒流木等措施，恢復(fù)水流的蜿蜒特性；其二是在河流的某段區(qū)間或更大尺度上的修復(fù)，即將已被直線化的河道，改變其河道的平面形狀而再蛇行化。如果蜿蜒河道滿足不了防洪要求，可以采取開挖分洪道等輔助工程措施。

2.2.2 斷面形態(tài)修復(fù)

河槽在斷面形態(tài)上主要表現(xiàn)為橫斷面和縱斷面。橫斷面修復(fù)依據(jù)平面形態(tài)確定的河寬等參數(shù)，考慮各河段功能、河漫灘狀況、適宜枯水面寬度等因素，確定河道橫斷面類型，通過橫向連通性修復(fù)、兩側(cè)河岸修復(fù)等技術(shù)，保持自然河流中不對稱性的橫斷面；縱斷面修復(fù)包含深潭-淺灘構(gòu)建、急流陡坡構(gòu)建、縱向連通性修復(fù)等技術(shù)[4]。

(1)連通性修復(fù)。具有地理地貌上的連通性是實現(xiàn)河流流動性的保障。對于橫向連通性修復(fù)，一方面是結(jié)合防洪工程建設(shè)擴寬河流兩岸堤防間距，為恢復(fù)河流與灘地、水塘、死水區(qū)或兩岸濕地的連通性創(chuàng)造條件；另一方面可通過改造硬質(zhì)護(hù)岸、河堤恢復(fù)橫向連通性。河流縱向連通性修復(fù)一方面通過拆除或降低阻礙水網(wǎng)的橫向攔水建筑物，如閘門、截流壩、漿砌谷坊壩、跌水等，改善河流的縱向連通性；另一方面對阻礙水系連通的河段開展生態(tài)疏浚，保持河床縱向連通。

(2)深潭-淺灘構(gòu)建。深潭-淺灘序列是中等坡度混合砂礫石河床典型的自然地貌特征。在河流整治工程中，深潭多位于彎曲段的頂點，占到河流棲息地的50%以上，在水深大于0.3 m的所有流量條件下，比相關(guān)聯(lián)的淺灘斷面窄25%，在枯水流量條件下，與出露的砂礫石沙洲或邊灘相關(guān)聯(lián)；淺灘與深潭相一致，一般位于河流蜿蜒段，占到河流棲息地的30%～40%，在各種流量條件下，比相關(guān)聯(lián)的深潭斷面寬25%，位于兩個彎曲段之間的過渡段，間距為3～10倍的河寬，淺灘高出河床的高度不應(yīng)大于0.3～0.5 m，頂高程的連線坡度應(yīng)與河道坡降一致。

(3)急流陡坡構(gòu)建。急流陡坡構(gòu)建技術(shù)的主要作用是降低河水流速、防止河床淘刷和穩(wěn)定河床等。具體可分為混凝土鋪石固床技術(shù)、階梯式固床技術(shù)和石梁式固床技術(shù)。

混凝土鋪石固床。該技術(shù)適合堆積層河床且河床質(zhì)Φ<20 cm的河段，不適合泥石流易發(fā)區(qū)。使用該技術(shù)時，應(yīng)采用混凝土鋪墊以抵抗高流速形成的沖刷，護(hù)岸結(jié)構(gòu)的混凝土基座可考慮和階梯潭的混凝土墊層相連接。完工后鋪石表面景觀效果良好。河寬較大時，應(yīng)保留供常流水流動的深槽。

階梯式固床。該技術(shù)適用于河床淘刷、流心不穩(wěn)定的河槽。采用嵌石階梯設(shè)計，對水流有消能效果，可保護(hù)下游河床結(jié)構(gòu)，并調(diào)整河床坡降，自然景觀效果好并可與兩岸親水設(shè)施相配合。設(shè)計時，每一塊石需嵌入其高度的2/3，踏步臺可連接兩岸作為親水設(shè)施，階梯式的下游面平均坡度以緩于13%(約1 ∶8)為原則，階梯間的高差以不超過30 cm為宜，階梯的外緣可鑲嵌較大塊石，并應(yīng)高于內(nèi)側(cè)，使每階間有足夠的水深，以利于魚類起跳。

石梁式固床。該技術(shù)適用于常流水、河床坡度較緩并且較穩(wěn)定的河段，以大型天然石塊構(gòu)筑于河中形成橫向構(gòu)筑物，設(shè)計時應(yīng)注意：①避免全斷面阻水，應(yīng)留有高度較低的水路，以利于水生動物在上下游的遷移；②石梁與護(hù)岸連接處應(yīng)嵌入護(hù)岸，以抵抗水流沖擊力；③在坡度較陡處可連續(xù)設(shè)置，形成階梯式落差，使上游流速降低，增加泥沙沉降，具備攔沙及穩(wěn)定河床的功能；④河床寬以小于12 m為原則。

2.2.3 岸坡防護(hù)技術(shù)

岸坡防護(hù)包含堤岸防護(hù)、護(hù)腳工程和護(hù)坡工程三類，常用的現(xiàn)代護(hù)岸形式有漿砌、干砌護(hù)坡、丁壩護(hù)岸、拋石護(hù)岸、土工編織布沙袋護(hù)岸、混凝土預(yù)制塊護(hù)坡等。新型護(hù)岸技術(shù)涉及預(yù)制混凝土透水框架群、土工織物、生態(tài)型護(hù)岸等。目前，生態(tài)型護(hù)岸能較好地滿足護(hù)岸工程的結(jié)構(gòu)和環(huán)境要求，在國內(nèi)外已有廣泛應(yīng)用，國內(nèi)應(yīng)用的生態(tài)護(hù)岸有石籠結(jié)構(gòu)生態(tài)型護(hù)岸、土工網(wǎng)復(fù)合植被技術(shù)、網(wǎng)格反濾生物工程、植被型生態(tài)混凝土、水泥生態(tài)種植基、多孔質(zhì)護(hù)岸及多自然型護(hù)岸等[5]。

(1)石籠結(jié)構(gòu)生態(tài)型護(hù)岸。石籠是由塊石、鐵絲做成的長方形籠狀結(jié)構(gòu)，鋪設(shè)在岸坡上抵抗水流沖刷，其厚度通常為20～40 cm，石籠墊底面設(shè)置碎石或土工布反濾層，上面插種活的植物枝條，并可敷土后撒播草種。

(2)土工網(wǎng)復(fù)合植被技術(shù)。該類技術(shù)也可簡稱為草皮加筋技術(shù)，其中用于種植復(fù)合植被的土工材料包含土工網(wǎng)墊固土種植基、土工格柵固土種植基和土工單元固土種植基等類型，土工網(wǎng)墊固土種植基主要由聚乙烯、聚丙烯等高分子材料制成的網(wǎng)墊和種植土、草籽等組成。固土網(wǎng)墊是由多層非拉伸網(wǎng)和雙向拉伸平面網(wǎng)組成，在多層網(wǎng)的交接點經(jīng)熱熔后連接，形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)墊。植物的根系可以穿過網(wǎng)孔均衡生長，長成后的草皮可使網(wǎng)墊、草皮、泥土表層牢固地結(jié)合在一起。固土網(wǎng)墊一般可由人工鋪設(shè)，植物種植一般采用草籽加水力噴草技術(shù)完成。

(3)植被型生態(tài)混凝土。植被型生態(tài)混凝土是日本近年在河道護(hù)坡方面做出的研究成果，主要由多孔混凝土、保水材料、難溶性肥料和表層土組成。多孔混凝土由粗骨料、混有高爐爐渣和硅灰的水泥、適量的細(xì)料組成，是植被型生態(tài)混凝土的骨架。保水材料常用無機人工土壤、吸水性高分子材料、苔泥炭及其混合物。表層鋪設(shè)的多孔混凝土提供植被發(fā)芽空間，同時提供植被發(fā)芽初期的養(yǎng)分。在城市河道護(hù)坡或護(hù)岸結(jié)構(gòu)中可以利用生態(tài)混凝土預(yù)制塊做成砌體結(jié)構(gòu)擋土墻，或直接作為護(hù)坡結(jié)構(gòu)。

(4)多自然型護(hù)岸。目前，在國內(nèi)外治理實踐中，對于流路短、沖刷不太嚴(yán)重的河流，護(hù)岸趨向于以自然的植被、原石、木材等材料來替代混凝土，盡量創(chuàng)造多自然型的河道。該類型護(hù)岸工程分為以下三種：①只采用植被保護(hù)河岸，保持自然河岸特性，這種護(hù)岸抵抗洪水的能力較差；②不但種植植被，還采用石材、木材等天然材料，增強護(hù)岸抗洪能力；③在以上護(hù)岸的基礎(chǔ)上再巧妙地使用混凝土、鋼筋混凝土等材料，既維持自然特征，又確保了護(hù)岸的抗洪能力。

3 中小河流治理實例分析

3.1 城市型河流實例分析

城市型河流位于城市的中心地段，受人為干擾較明顯。該類型河道承擔(dān)了防洪與生態(tài)修復(fù)的雙重任務(wù)，既要科學(xué)合理地打造出沿河防洪保安生命線，也要采取工程和生態(tài)措施抑制岸線水土流失并積極開展生態(tài)環(huán)境修復(fù)，營造出集防洪、生態(tài)、親水、景觀、休閑等功能于一體的城市河道工程體系。下面以北護(hù)城河生態(tài)治理為例，闡明北京城市河流的生態(tài)治理效果。

北護(hù)城河全長5.96 km，起自海淀區(qū)新街口豁口暗溝出口，終點為東城區(qū)東直門閘。治理前由于修建環(huán)線地鐵，縮窄了河道寬度，多為直立的混凝土岸墻，兩側(cè)岸墻時有局部坍塌、裂縫等現(xiàn)象。設(shè)計從生物多樣性恢復(fù)、自然景觀、水文化和防洪等多目標(biāo)出發(fā)，提出了雙層河道的設(shè)計方法，下層走排水，上層作為景觀水面，即該段河道下層埋有排水管道，用來排泄上游的雨水，并埋設(shè)循環(huán)管道，可將下游河水抽至上游，形成“凸泉”景點。同時在規(guī)劃建設(shè)范圍內(nèi)，把原來單一的斷面形式改變?yōu)閺?fù)式斷面或緩坡，岸坡綠化或設(shè)置親水平臺和臺階[6]。

3.2 鄉(xiāng)村型河流案例分析

鄉(xiāng)村型河流多位于郊區(qū)，河岸兩側(cè)空間相對開闊。該類型河流近年來頻受人為干擾，防洪空間不斷束窄，如何維護(hù)鄉(xiāng)村河流自然形態(tài)，保障防洪安全也成為該類型河流治理的首要目標(biāo)。近年來，遵循近自然理念，北京市開展了大量鄉(xiāng)村型河流生態(tài)恢復(fù)，也取得了顯著成果。下面以懷柔區(qū)懷九河生態(tài)修復(fù)工程為例闡述鄉(xiāng)村河流的生態(tài)治理效果。

懷九河屬潮白河水系，發(fā)源于延慶大莊科鄉(xiāng)，經(jīng)西水峪，進(jìn)入懷柔境內(nèi)，穿越北宅小流域匯入懷柔水庫后入懷河，全長68.9 km，其中在懷柔境內(nèi)長52.0 km，流經(jīng)北宅小流域長4.8 km，開展生態(tài)治理河段1.3 km。生態(tài)修復(fù)設(shè)計統(tǒng)籌考慮防洪、改善水質(zhì)、提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、提供休閑娛樂功能多方面目標(biāo)，通過拓展防洪空間、進(jìn)行截污和垃圾清理、提高河道水文形態(tài)等級、恢復(fù)河流縱橫斷面的連續(xù)性、構(gòu)建親水平臺等措施，實現(xiàn)了河流生態(tài)恢復(fù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張振興.北方中小河流生態(tài)修復(fù)方法及案例研究[D].長春：東北師范大學(xué)，2012.

[2] 田碩.對北京城市河流生態(tài)治理的理論與方法初探[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2008.

[3] 魏恒文.北京市中小河流治理模式探討[J].中國水利，2010(4)：34-36.

[4] 王越,丁艷榮，徐建華.中小河流治理技術(shù)研究及生態(tài)修復(fù)探討[J].中國水利，2012(6)：42-44.

[5] 許士國,高永敏，劉盈斐.現(xiàn)代河道規(guī)劃設(shè)計與治理:建設(shè)人與自然相和諧的水邊環(huán)境[M]. 北京：中國水利水電出版社,2006.

[6] 鄧卓治,馮雁.北護(hù)城河的生態(tài)修復(fù)[J]. 水文水資源，2007(6):14-16.