北方淺山丘陵區(qū)采砂河道生態(tài)修復(fù)機理研究

楊 平，謝夏玲，靳科辰，張樂軒，李媛媛，原 欣

(1.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司，河南 鄭州 450003)

河南省地跨淮河、長江、黃河、海河四大流域，境內(nèi)河流眾多，流域面積100km2以上的河流有493條，河道內(nèi)砂石較為豐富，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全省126條河道有砂石儲量，已規(guī)劃(含正在編制規(guī)劃)總儲量為16.5億m3，可開采量3.68億m3，實際批復(fù)開采量2.9億m3。從河流分布情況來看，全省河砂資源主要分布在淮河干流、唐河、白河、洪汝河、沙河、北汝河、伊洛河、史灌河、湍河等9條河流、14個河段，砂石儲量為12.5億m3，其余砂石分布在117條河、301個河段，砂石儲量約為17.17億m3，規(guī)劃可開采量6.12億m3。

豫北山丘區(qū)河道大多屬于季節(jié)性河道，河道常年無水，地層巖性主要為沖洪積層，砂石資源豐富，也是河南省最大的砂石資源市場之一，河道內(nèi)砂石是河床的重要組成部分，開采砂石對河勢改變和防洪安全影響較大，近年來，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化進程加快，砂石需求不斷加大，砂石價格不斷上漲，河南省將河道采砂管理作為一項重要政治任務(wù)，逐步探索出了“懲防并舉、疏堵結(jié)合、標本兼治”的河砂管理新模式，有力緩解了市場砂石供需矛盾，規(guī)模性濫采盜采河砂問題基本杜絕，全省河道采砂管理秩序平穩(wěn)可控。采砂后河道的生態(tài)修復(fù)做為采砂河道后評估的主要內(nèi)容，也是踐行“兩山”理論和新發(fā)展理念重要組成部分，全面落實河道綜合整治“依法開采、河道疏浚、生態(tài)修復(fù)、險工處理”4項工作。

1 工程概況及河道存在的主要問題

1.1 工程概況

輝縣市位于河南省西北部，地處豫晉兩省之交。

輝縣市河道大部分發(fā)源于太行山區(qū)，上游河道水流湍急，挾帶大量泥沙，河道出山進入平原后坡度變緩，水流突然分散，所攜物質(zhì)大量堆積形成洪積扇，受水流搬運能力影響，洪積物粒徑從洪積扇尖頂?shù)酵饩壷饾u由大變小，形成礫石、砂、砂質(zhì)黏土等。得天獨厚的地理條件，造就了輝縣市儲量豐富的砂石資源，是河南省最大的砂石產(chǎn)銷基地之一，優(yōu)質(zhì)砂石和石灰石資源儲量最為豐富，其中以黃水河、石門河、茅草莊河、峪河、淇河儲量最為豐富，鴨口河、馬頭口河、馬尾巴河、焦泉營河等河道內(nèi)也略有分布。

1.2 存在的主要問題

(1)河道采砂影響行洪及河勢，嚴重降低河道泄洪能力。黃水河、石門河上游屬于山丘區(qū)河道，源短流急，每遇暴雨集流迅速，呈現(xiàn)陡漲陡落、洪量集中、洪峰高、歷時短的特征。黃水河、石門河治理段均處于山丘區(qū)與平原區(qū)過渡段。歷史上黃水河、石門河治理段下游河道均進行過治理，治理標準分別為20一遇防洪、10年一遇標準，多年來，河道采砂遺留問題未得到解決，河床內(nèi)遺留深坑及砂堆密布，主河槽不連續(xù)，嚴重影響河道走勢及洪水安全下泄，對河道兩岸村莊、農(nóng)田及基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施構(gòu)成了嚴重威脅。

(2)河道采砂對沿岸的涉河建筑物及水利基礎(chǔ)設(shè)施造成了破壞。通過采砂將河床上的砂石料按照一定的深度挖走，河床整體下降，局部形成洼地，采砂后的棄料未按要求進行處理在河道內(nèi)堆積而形成阻水障礙物，改變河道的流向，加劇了水流對河床、岸坡和堤防的沖刷，導(dǎo)致河道岸坡及堤防坍塌，河道主流發(fā)生變化，從而影響河勢穩(wěn)定，造成河床下降。汛期發(fā)生洪水極易沖毀衣田，淹沒村莊，同時，還會對橋梁、攔河壩、沿岸渠道等基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成被洪水沖垮的危險。

(3)河道采砂嚴重影響生態(tài)環(huán)境。對河道砂石資源的無序性開采，極易破壞原有河道的自然生態(tài)環(huán)境，使河道自身涵養(yǎng)水源、自我修復(fù)的能力大幅削弱。過渡的開采砂石，主要會造成兩方面的影響，一是會造成主河槽下切，河水出現(xiàn)斷流；二是致使地下水位下降，從而破壞河道的生態(tài)平衡，逐步造成生態(tài)環(huán)境的惡化。

(4)河道采砂影響區(qū)域生態(tài)旅游業(yè)的健康發(fā)展。無序的濫采亂挖，會嚴重破壞區(qū)域自然地貌、生態(tài)環(huán)境以及水利等基礎(chǔ)設(shè)施，影響旅游業(yè)的健康發(fā)展，與輝縣市發(fā)展全域旅游城市的總體思路相違背，在一定程度上不利于社會的穩(wěn)定發(fā)展。

2 生態(tài)修復(fù)機理

為解決采砂給河流帶來的安全、生態(tài)、社會經(jīng)濟問題，生態(tài)修復(fù)逐漸成為保護和恢復(fù)河流的生態(tài)系統(tǒng)價值及生物多樣性的有效措施。即遵循自然生態(tài)系統(tǒng)演替規(guī)律和內(nèi)在機理，對受損、退化、服務(wù)功能下降的生態(tài)系統(tǒng)進行整體保護、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理。

(1)生態(tài)優(yōu)先，綠色發(fā)展

牢固樹立“兩山”理論，按照生態(tài)良好的要求，統(tǒng)籌考慮人與自然關(guān)系。依法保護相關(guān)權(quán)利人的合法權(quán)益，推動生態(tài)產(chǎn)品價值實現(xiàn)和生態(tài)修復(fù)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，不斷滿足人民群眾日益增長優(yōu)美生態(tài)環(huán)境的需要和對優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品的需求。

(2)統(tǒng)籌規(guī)劃，綜合治理

堅持長遠結(jié)合、久久為功，協(xié)同推進山上山下、地上地下、岸上岸下、流域上下游“山水林田湖草沙”一體化保護和修復(fù)，增強保護修復(fù)效果。

(3)問題導(dǎo)向，科學(xué)修復(fù)

堅持問題導(dǎo)向，全面系統(tǒng)梳理采砂河道對生態(tài)環(huán)境造成的潛在隱患和風(fēng)險點，精準分析和識別存在的問題，因地制宜制定修復(fù)措施。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)退化、受損程度和恢復(fù)力，合理選擇保育保護、自然恢復(fù)、輔助再生和生態(tài)重建等措施，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，增強生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)產(chǎn)品供給能力。

(4)經(jīng)濟合理，效益綜合

按照“誰開采、誰修復(fù)，邊開采、邊修復(fù)”的原則，對生態(tài)修復(fù)的措施要進行適應(yīng)性評價和多方案比選，優(yōu)化布局、綜合施策、經(jīng)濟合理、效益顯著，實現(xiàn)低成本修復(fù)、低成本管護，促進生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)和健康、綠色發(fā)展。

3 生態(tài)修復(fù)措施

河道生態(tài)修復(fù)的功能主要是恢復(fù)河道的原有基本防洪除澇功能，主要通過河湖庫生態(tài)連通、河流平面形態(tài)蜿蜒性修復(fù)、河濱帶和湖濱帶保護、斷面形式多樣性修復(fù)、生態(tài)護岸及地貌單元生態(tài)重塑等修復(fù)措施，對于采砂河道，要實現(xiàn)邊開采、邊修復(fù)，應(yīng)將人工修復(fù)和自然修復(fù)相結(jié)合，采砂后更重要的是對河道平面形態(tài)、斷面形狀、河勢穩(wěn)定、生態(tài)護岸重建等人工修復(fù)為主，后期根據(jù)河道水文、泥沙等地貌特性逐步進行自然恢復(fù)，實現(xiàn)河道生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展。

(1)統(tǒng)籌規(guī)劃，提高河道行洪能力，使其滿足防洪排澇功能，確保下游重大基礎(chǔ)設(shè)施安全。

采砂河道由于多年來采砂，使得河床尤其是近年來建筑材料的供不應(yīng)求，砂石資源的無序開采，加之輝縣大多河道屬山丘區(qū)與平原區(qū)過渡段，山丘區(qū)河道比降大、流速快，在出山口處，河面突然放寬，流速急劇減小，泥沙大量落淤，形成游蕩型河道，游蕩型河道常處于淤積堆高狀態(tài)，對防洪極為不利，洪水上漲時，常使堤防潰決，洪水降落時，主流坐彎，頂沖岸坡及堤防，形成險情。采砂河道治理，首先應(yīng)統(tǒng)籌進行規(guī)劃，河道生態(tài)修復(fù)是一個漫長的過程，需要兼顧水安全、水資源、水生態(tài)、水環(huán)境等多方面的因素，統(tǒng)籌考慮區(qū)域各項規(guī)劃及河湖確權(quán)劃界成果，尤其是流域綜合治理規(guī)劃、國土空間規(guī)劃、河湖岸線利用和保護規(guī)劃、城市總體發(fā)展規(guī)劃等要求，合理確定生態(tài)修復(fù)治理原則、標準和措施。通過分析流域內(nèi)的產(chǎn)流匯流條件、攔調(diào)蓄水利設(shè)施、面源點源污染控制、水質(zhì)處理凈化等工程、非工程措施，實現(xiàn)對河湖水系的生態(tài)修復(fù)。根據(jù)河道特點，治理以河床平整為主，疏通主河槽，以滿足防洪要求。河床平整修復(fù)主要做法是“高切低留”，抹平高處，填平低處，使整個河床更加平整。設(shè)計河道中心走向基本沿原河道中心線不變，隨彎就勢，宜寬則寬，宜窄則窄，保持原有河道自然蜿蜒的形態(tài)，以現(xiàn)狀岸坡為基礎(chǔ)，順河勢流向布置，疏通主河槽，局部采砂造成岸線突變處進行規(guī)整，約束水流方向，穩(wěn)固河勢。河道比降基本以現(xiàn)狀河道比降進行控制，河道橫斷面維持現(xiàn)狀斷面形式，河床就低不就高，避免大規(guī)模土方開挖，對遺留及砂礫石堆進行攤平或推入深坑；對河床內(nèi)凸起部位(采砂遺留孤島或臺地)頂部進行削平，削坡放緩，開挖土料推入采砂深坑內(nèi)，深坑四周邊坡進行削坡放緩，坑底進行平整，深坑回填根據(jù)土方開挖量情況，原則上保持土石方開挖回填平衡，避免開挖料外棄。

(2)岸坡防沖固土生態(tài)護岸，穩(wěn)定河勢，提高河道自然修復(fù)能力。

采砂河道生態(tài)修復(fù)要堅持恢復(fù)河道的自然屬性，以自然修復(fù)為主，人工修復(fù)為輔，因地制宜、充分結(jié)合河道的自然形態(tài)、地形地貌特征、水文氣象等條件；河道岸坡生態(tài)護岸的規(guī)劃設(shè)計是在保證滿足沖刷要求、岸坡穩(wěn)定的前提下，營造岸坡的生物多樣性，區(qū)域內(nèi)河道處于山區(qū)及山前沖擊平原區(qū)，砂卵石覆蓋層較厚，粘性土壤缺乏，為了更好適應(yīng)河道堤防填筑后的變形能力，護砌材料的選擇盡量利用柔性網(wǎng)格及植被根系和枝莖易于生長的材料，構(gòu)建自適應(yīng)岸坡變形的綜合性防護體系。

對疏通河床后的河段，對于兩岸開采形成的直立邊坡及存在穩(wěn)定隱患的河道邊坡，采用削坡處理，削坡后采用生態(tài)護岸進行護砌，護砌采用格賓或生態(tài)袋護砌，滿足抗沖要求；區(qū)域內(nèi)大部分河道河床下切，長時間未系統(tǒng)治理，河道岸坡陡峭，局部自身難以穩(wěn)定，抗沖性能較差，規(guī)劃設(shè)計對河道邊坡進行削坡處理，對河道頂沖段進行護砌，護砌采用厚30cm的賓格石籠，賓格下設(shè)土工布，坡腳設(shè)深1.5m，寬0.8m漿砌石齒墻，為進一步加強岸坡穩(wěn)定和生態(tài)岸坡要求，在賓格上采用種植土和草籽混合后填縫。

對于河床較寬，主河槽來回擺移的河段采取新筑堤防約束河道主流措施，對于新填筑堤防，鑒于區(qū)域內(nèi)填筑土料較為稀缺，按照堤防工程設(shè)計規(guī)范要求，采用混合料進行填筑，填筑前對混合料進行初步的篩分，采用砂卵石回填，砂卵石級配要求，堤身填筑砂礫石料最大粒徑為500mm。d<0.1mm者含量應(yīng)≤5%，d<5mm者含量應(yīng)控制在20%～30%之間，填筑時應(yīng)加水碾壓，加水后含水量應(yīng)控制在最優(yōu)含水量的±2%，填筑標準按不同堤防標準確定填筑的相對密度。根據(jù)南水北調(diào)中線一期總干渠輝縣段對砂卵石地基處理的相關(guān)實驗成果，細顆粒(顆粒粒徑小于5mm的土砂混合料)含量為20%和25%的混合料，碾壓遍數(shù)與孔隙率的關(guān)系曲線規(guī)律性差，碾壓后出現(xiàn)大面積粗顆粒(顆粒粒徑小于150mm的卵石)聚集、架空現(xiàn)象，整體結(jié)構(gòu)不均，細顆粒含量為30%和35%的混合料，碾壓遍數(shù)與孔隙率的關(guān)系曲線呈規(guī)律性變化，有一定的變幅，碾壓后密實性較好；細顆粒含量為40%和50%的混合料，碾壓遍數(shù)與孔隙率呈良好的規(guī)律性，即孔隙率隨碾壓遍數(shù)增加而減小并逐漸趨于不變，數(shù)據(jù)離散性小，碾壓面均勻，密實性好。此次生態(tài)修復(fù)堤防填筑過程中摻入50%黏土采用振動碾進行壓實，均滿足設(shè)計要求；迎水坡采用鉛絲籠塊石或格賓進行護砌，格賓后鋪土工布，滿足抗沖要求；堤后靠近堤防背水側(cè)坡腳設(shè)置反濾體，確保堤身穩(wěn)定安全。

對于堤防級別較高和防洪重要的河段，堤防防滲采用砂卵石回填+黏土斜墻防滲措施，防滲墻布置在臨水側(cè)堤腳附近處，新建堤身填筑采用河槽開挖的砂卵石填筑，填筑分層厚度一般控制在50cm，大堤砂卵石壓實后的相對密度不低于0.65，土質(zhì)防滲體的頂部和斜墻的臨水側(cè)設(shè)置保護層，迎水面結(jié)構(gòu)從外到內(nèi)依次采用種植土+格賓墊護砌、黏土斜墻、坡面水生植物防護，坡腳設(shè)深2m、0.4m的C25混凝土齒墻，齒墻外設(shè)寬3m、厚0.3m的格賓防沖護腳。

(3)河道兩岸及堤防采用喬灌草相結(jié)合治理措施，構(gòu)建綠色廊道。

綠色河流建設(shè)的關(guān)鍵是形成具有自支撐與自我修復(fù)能力的護岸結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定的植物群落，而且可以利用植物根系的固著能力穩(wěn)定岸坡形成具有美學(xué)和生態(tài)價值的綠色廊道。結(jié)合林業(yè)部門相關(guān)規(guī)劃，為實現(xiàn)輝縣市全域旅游的整體目標，河床修復(fù)過程中，將河床內(nèi)粒徑較大砂礫石推入深坑內(nèi)或選取含土較多的砂礫料進行覆蓋，便于綠色植物生存，提高河道自然修復(fù)能力。植物配置的選擇上要以本地樹種為主，植物根系可以提高土壤中有機物的含量，并改善土壤結(jié)構(gòu)提高其抗侵蝕、抗沖刷能力；堤防內(nèi)外邊坡選擇喬灌草相結(jié)合布置原則，在堤防外堤腳線外至管理范圍線內(nèi)種植喬木，河道堤防內(nèi)外邊坡撒播草籽，在河道較寬區(qū)域在滿足河道行洪要求的前提下，適當(dāng)保留部分灘洲，在堤防較寬區(qū)域滿足堤防設(shè)計要求情況下結(jié)合美麗鄉(xiāng)村建設(shè)在堤防臨水側(cè)種植灌木，既可以起到抵御洪水作用，又可形成沿河地區(qū)的綠色生態(tài)屏障，喬灌草的結(jié)合將構(gòu)建沿河綠色廊道。

(4)結(jié)合鄉(xiāng)村振興和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，構(gòu)建河道濱水景觀

區(qū)域內(nèi)河道位于山丘區(qū)多呈現(xiàn)蜿蜒曲折、坡陡流急，進入到山前傾斜平原區(qū)，坡降稍平緩，河床普遍較寬，寬窄不一，呈漫灘行洪之勢。位于山丘區(qū)河道大多為U形河谷，兩側(cè)為山體，局部開闊，河道內(nèi)地層主要為第四系全新統(tǒng)卵石，局部夾有中粉質(zhì)壤土透鏡體，下伏太古界贊黃群片麻巖、片巖下地層巖性，卵石層具強透水性，強風(fēng)化片麻巖、片巖一般具中等透水性，河床內(nèi)有河道采砂及開采河卵石制砂等人為活動，造成河道內(nèi)現(xiàn)有的河床淤積嚴重，河勢不順，且河道兩岸未襯砌存有坍塌現(xiàn)象，按照新鄉(xiāng)市南太行文旅康養(yǎng)產(chǎn)業(yè)帶列入“三帶三區(qū)”核心發(fā)展戰(zhàn)略和輝縣市全域旅游規(guī)劃建設(shè)的總體要求，采砂河道生態(tài)修復(fù)結(jié)合區(qū)域旅游、鄉(xiāng)村振興和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，提高生態(tài)環(huán)境修復(fù)的建設(shè)標準，構(gòu)建河道濱水景觀帶，形成“親水、近綠、怡人”的生態(tài)環(huán)境新格局。

采砂河道濱水景觀營造主要是通過清除河床沖淤層，對河道進行防滲處理，營造景觀水面，對局部按照旅游規(guī)劃和村落集聚區(qū)構(gòu)建濱水景觀，滿足游客和村民健身漫步、休憩觀賞的需求，對于河床較寬區(qū)域適當(dāng)建設(shè)河流和河濱緩沖帶，河流緩沖帶主要的生態(tài)功能有防止河流水體對河岸土壤的侵蝕、截留轉(zhuǎn)化農(nóng)業(yè)面源污染、調(diào)節(jié)洪水等；通過河濱帶的建設(shè)，構(gòu)建水陸結(jié)合區(qū)重要生態(tài)屏障，提升河湖水體自凈能力。構(gòu)建河濱緩沖帶，以生態(tài)自然、綠化美化為原則，優(yōu)先采用本地鄉(xiāng)土植物維持其自然植物群落的生長結(jié)構(gòu)，同時增加景觀綠化植物物種，建立喬灌草3個層次的立體式生態(tài)景觀防護帶，最大程度發(fā)揮了林分的防護作用和觀賞價值并增強其穩(wěn)定性；在水位變幅區(qū)內(nèi)，布置挺水植物或濕生植物，在凈化水質(zhì)，削減污染負荷的同時，可營造多樣化的生境空間。

(5)健全河長制工作機制，深入推進河湖采砂專項整治行動

健全河砂監(jiān)管責(zé)任，全面建立“人防+技防”監(jiān)管措施。根據(jù)河道現(xiàn)狀，按照“國企運作、采銷分離、取之于河、用之于河”的原則，編制并實施河道采砂規(guī)劃，由地方政府統(tǒng)一安排實施，有效兼顧砂石資源開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護。嚴格執(zhí)行河道采砂規(guī)劃、年度實施方案和河道采砂許可制度，嚴厲打擊非法采砂和許可采砂的超范圍、超量采砂行為，對采后河道進行平復(fù)、修復(fù)，利用現(xiàn)有地理條件，采取植樹、植草等辦法，恢復(fù)河湖生態(tài)和河道流通性。

①健全河湖監(jiān)督執(zhí)法機制

全面落實河長制，建立健全法規(guī)制度，加大河湖管理保護監(jiān)管力度，建立健全部門聯(lián)合執(zhí)法機制，完善行政執(zhí)法與刑事司法銜接機制。建立河湖日常監(jiān)管巡查制度，利用先進技術(shù)實行河湖動態(tài)監(jiān)管。

對采砂現(xiàn)場有關(guān)管理設(shè)施的設(shè)置情況進行審驗，達不到要求的一律不得開采。規(guī)范現(xiàn)場公示、警示、標識牌的設(shè)置；要求河砂開采現(xiàn)場必須設(shè)置有電子圍欄、出入卡口、地磅計重設(shè)施、沖淋設(shè)施、電子監(jiān)控設(shè)施等基本管理設(shè)施，市縣對開采現(xiàn)場的全方位監(jiān)管。有采砂管理任務(wù)的縣區(qū)均建立縣級河道采砂管理視頻監(jiān)控平臺，實現(xiàn)對采砂現(xiàn)場及其他重點河段、敏感水域的實施監(jiān)控，推進采砂管理信息化建設(shè)。采砂活動結(jié)束后，水行政主管部門對河道平復(fù)情況進行檢查驗收，確保河道平整及修復(fù)方案實施到位。

②建立生態(tài)補償機制

采砂河道一定程度上破壞河流的生態(tài)平衡，通過生態(tài)修復(fù)減少對河流自身的功能的影響，對生態(tài)環(huán)境的修復(fù)是一個漫長的過程，建立河流的生態(tài)補償機制，可以針對破壞河流生態(tài)環(huán)境引起的生態(tài)損益和保護河流環(huán)境產(chǎn)生的生態(tài)增益，通過生態(tài)恢復(fù)風(fēng)險評估，以政府監(jiān)管、市場調(diào)節(jié)、民眾參與的手段，給予生態(tài)補償，從而實現(xiàn)水生態(tài)環(huán)境與區(qū)域經(jīng)濟社會的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語

采砂河道生態(tài)修復(fù)的目標是使河流系統(tǒng)恢復(fù)其必要功能并達到新的動態(tài)平衡。通過保障河道行洪、鞏固生態(tài)護岸、構(gòu)建綠色廊道、發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟、加強監(jiān)督管理等措施的實施，一方面在滿足河道基本功能的前提下，穩(wěn)定了河勢，有效保障區(qū)域水安全；另一方面恢復(fù)河道的自然屬性，重構(gòu)河流生態(tài)系統(tǒng)，有效改善區(qū)域水生態(tài)。本文僅針對淺山丘陵區(qū)采砂河道生態(tài)修復(fù)提取了經(jīng)驗，對于其他類型的河流還需再做更多的工作，希望通過更多案例的經(jīng)驗分析及總結(jié)，為我國采砂河道生態(tài)修復(fù)提供更全面的參考，為打造“河暢、水清、岸綠、景美、人和”的美麗河湖、健康河湖助力。