北京破題水生態(tài)修復(fù)

彭文啟　王劍英

永定河北京段全長170公里，流域面積3168平方公里，流經(jīng)門頭溝、石景山、豐臺、房山和大興五區(qū)，是北京重要的生態(tài)屏障。

由于此前多年干涸、斷流及人為擾動，永定河生態(tài)嚴(yán)重退化，某些河段甚至不具備河流廊道基本形態(tài)。

北京將永定河治理列為全市水生態(tài)環(huán)境建設(shè)一號工程，持續(xù)推進(jìn)治理修復(fù)。為了助力北京段再現(xiàn)水清岸綠、河暢景美的自然風(fēng)貌，多家科研院所獻(xiàn)策獻(xiàn)力，提供方向指引與技術(shù)支撐。

“永定河（北京段）河流廊道生態(tài)修復(fù)技術(shù)與示范課題”（以下簡稱為“北京段課題”）是2018 年立項的國家水體污染控制與治理科技重大專項獨立課題，2021年底結(jié)項，按照永定河“流動的河、綠色的河、清潔的河、安全的河”的目標(biāo)要求，圍繞“無河變有河、無水變有水、差水變好水”形成了系列成套技術(shù)。

課題難度等級如何？如何解題？實現(xiàn)了哪些技術(shù)突破？成效如何？日前，課題負(fù)責(zé)人、中國水利水電科學(xué)研究院水生態(tài)環(huán)境所所長彭文啟接受《瞭望東方周刊》采訪，作了以下相關(guān)分享。

彭文啟

摸著石頭過河

永定河是水資源短缺流域河流生態(tài)退化嚴(yán)重的典型河流，讓這樣一條斷流長達(dá)數(shù)十年的大河“復(fù)活”，國內(nèi)外尚無先例可供借鑒。

河流生態(tài)治理本就不是易事，永定河北京段的平原南段長期干涸、沙化，治理修復(fù)可謂難上加難。

為此，首先需要明晰河流生態(tài)治理策略與思路?！傲鲃拥暮?、綠色的河、清潔的河、安全的河”的內(nèi)涵外延是什么？什么階段能實現(xiàn)到什么程度？有哪些限制條件？實施路徑及其選擇的依據(jù)是什么？

其次，要解決河流廊道生態(tài)治理與運營維護的理論與技術(shù)。資源短缺流域，如何實現(xiàn)多水源綜合配置與調(diào)度？如何在有限水資源量的約束下，實現(xiàn)河流生態(tài)貫通與良好的河流廊道景觀結(jié)構(gòu)塑造？

最后，還要實現(xiàn)河流生態(tài)廊道貫通示范，形成樣板，為正在實施的永定河綜合治理工程提供支持。

這里既有科學(xué)問題，也有關(guān)鍵技術(shù)難題，沒有科學(xué)的回答，沒有重大關(guān)鍵技術(shù)的支持，沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼灆z驗，治理修復(fù)極有可能事倍功半，甚至適得其反。

這個課題由中國水利水電科學(xué)研究院牽頭負(fù)責(zé)，作為水利部下屬從事水利水電科學(xué)研究的國家級社會公益性科研機構(gòu)，其聯(lián)合了眾多相關(guān)單位，包括北京市水科學(xué)技術(shù)研究院、北京師范大學(xué)、水利部海河水利委員會水資源保護科學(xué)研究所和北京林業(yè)大學(xué)等，形成了包括水文水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、工程設(shè)計、工程管理等專業(yè)交叉、產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合的研究團隊。

多水源利用過程中，再生水、引江水、引黃水等非本地水的加入，是否會引發(fā)生態(tài)問題，存在哪些風(fēng)險，一直是公眾關(guān)心的問題。

以往關(guān)于河流流域治理的研究，可能偏重某一方面，或者偏重于某一局部水域，這次的“北京段課題”面向流域整體，強調(diào)水資源、水環(huán)境和水生態(tài)“三水”融合，同時統(tǒng)籌考慮水安全保障的需要，是一個河流廊道生態(tài)環(huán)境治理的系統(tǒng)工程。

要將永定河恢復(fù)成為“流動的河、綠色的河、清潔的河、安全的河”，北京段面臨三大問題：

一是長期干涸沙化的河段如何恢復(fù)河流廊道形態(tài)？即“無河變有河”;

二是流域水資源短缺問題突出，如何基于多水源優(yōu)化利用，保障河流合理的生態(tài)需水，讓河流流動？即“無水變有水”;

三是部分流動性較差的緩滯水域，水質(zhì)問題頻發(fā)，如何形成良好的生態(tài)系統(tǒng)、確保水質(zhì)不惡化？即“差水變好水”。

這三大問題面向的是河流廊道形態(tài)重構(gòu)、河流水量保障、水質(zhì)改善，以期在永定河實現(xiàn)“有河、有水、有好水”的基本格局。

以水開路 用水引路

要“無河變有河”，關(guān)鍵在于北京段河流生態(tài)、河流廊道的樣貌形態(tài)確認(rèn)。

這需要從永定河的過去找尋答案。課題組搜集了多個時期的歷史文獻(xiàn)、地圖、影像、衛(wèi)片等資料，分析了永定河百余年的河流水文監(jiān)測數(shù)據(jù)，基本摸清了20世紀(jì)不同時代永定河的河道景觀形態(tài)、水流特征及其季節(jié)性差異變化等，對永定河有了較全面的認(rèn)知。

北京治理永定河有一個理念叫“以水開路、用水引路”，采用了脈沖泄水的手段。應(yīng)該說，課題組的成果為其提供了方向指引和技術(shù)支撐。

從盧溝橋往下的部分河道形態(tài)遭到破壞，怎么重塑？我們提出：實施基于人工引導(dǎo)的生態(tài)補水水力沖淤，采取大流量脈沖方式營造人工洪水過程，以實現(xiàn)河道形態(tài)塑造與重構(gòu)。

從盧溝橋往下的河道中間有大量砂坑，最大的砂坑達(dá)1800萬立方米，相當(dāng)于一個中型水庫容積。水流經(jīng)時會有高滲透，慢慢放水肯定流不過去，所以要大流量，也就是脈沖。但以水開路，一要開得動，二不能開太狠，否則會把河岸沖開。

我們用二維數(shù)學(xué)模型模擬水的流動、河道的變化;又做了物理模型試驗，在一個60×50米的大廳里，將河道形態(tài)、受力結(jié)構(gòu)都以高相似率復(fù)制到沙盤上;還做了一次實地過水試驗，放水幾千萬立方米漫過大砂坑，把下滲量、蒸發(fā)量的數(shù)據(jù)基本弄清楚了。課題組提供的建議是：造床流量宜為1—3年洪峰流量。

水資源短缺流域，解決“水從哪里來”一直是個難題。

2020年4月2日，北京蓮石湖公園湖面上的黑天鵝

針對“無水變有水”，課題組構(gòu)建了北方地區(qū)面向生態(tài)流量調(diào)控方案，統(tǒng)籌多種水源的水資源配置，提高水源利用效率，實現(xiàn)流域水資源生態(tài)效益最大化。

多水源利用過程中，再生水、引江水、引黃水等非本地水的加入，是否會引發(fā)生態(tài)問題，存在哪些風(fēng)險，一直是公眾關(guān)心的問題。課題組構(gòu)建了多類型補水水源的水質(zhì)生態(tài)風(fēng)險評估技術(shù)，也做了相關(guān)生物毒性評估——結(jié)論是沒有安全隱患，可以放心。

在“差水變好水”方面，北京段的五湖一線工程里，門城湖、蓮石湖、園博湖、曉月湖、宛平湖五座湖泊蓄積了大量河水，流動性較差，多水源補給水質(zhì)擾動顯著，水華問題較為嚴(yán)重。

我們一方面用造流設(shè)備形成局部循環(huán)，同時營造良好的水生態(tài)系統(tǒng)，維持自凈能力。流水不腐，讓水流動起來是改善水質(zhì)的重要措施。

基于研究技術(shù)成果，我們做了兩個關(guān)鍵技術(shù)示范應(yīng)用工程，效果良好。

生態(tài)復(fù)蘇

經(jīng)過2019—2022年的生態(tài)補水，永定河生態(tài)環(huán)境得到了一定程度恢復(fù)。但仍處于治理初期，生態(tài)系統(tǒng)得慢慢發(fā)展和適應(yīng)。其修復(fù)是一個比較長期的過程，需要有較良好的水質(zhì)條件才行。

河流生態(tài)復(fù)蘇分三個階段：首先是水流系統(tǒng)的恢復(fù);其次是河流廊道功能的恢復(fù);第三是生態(tài)系統(tǒng)整體恢復(fù)。

打個比方：調(diào)水、補水永定河—相當(dāng)于有個人得了重癥，醫(yī)生說先得下點猛藥，用急救方式恢復(fù)氣息，讓血液流動循環(huán)起來;河流逐漸恢復(fù)地貌形態(tài)、植被結(jié)構(gòu)等，能發(fā)揮部分功能—相當(dāng)于病人能自己吃飯、走路了，但這個階段可能還需要護工護理;河流生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)自我平衡—相當(dāng)于病人已經(jīng)身心健康了。

現(xiàn)在，永定河還處于調(diào)氣息、調(diào)血脈的階段。水資源條件仍然很苛刻。至于后續(xù)再怎么治理，得再先觀察兩年。就像病人服了藥，稍微有了點起色，得穩(wěn)一穩(wěn)，觀察下療效，才能繼續(xù)開藥方。但氣息還得繼續(xù)調(diào)養(yǎng)。

大自然的力量是無窮的，只要水流系統(tǒng)恢復(fù)了，有些問題自然就解決了。但某些重度退化的河道、局部風(fēng)險點，是需要人工重點介入才能恢復(fù)的。

國內(nèi)河流退化嚴(yán)重、河流廊道功能喪失最嚴(yán)重的區(qū)域之一是華北地區(qū)，永定河是這個區(qū)域里的典型代表，對它的治理探索對于全國的河流修復(fù)都具有重要意義。