潮河生態修復治理措施及效果分析

毛久成　陳洪儒　毛新宇

摘要:潮河是潮白河的主要支流,存在的主要問題是:一防洪標準低,缺少控制性工程;二河道侵蝕沖刷嚴重;三潮河兩岸面源污染嚴重等,嚴重威脅著首都北京的飲用水安全。為保障北京市供水安全,采取了工程措施和生物措施相結合的方式,對潮河兩岸進行生態修復,治理河長87.68 km,其中工程措施防護61.13 km,生物措施防護32.79 km。工程實施后,恢復了潮河河流的生態環境質量,效果顯著。

關鍵詞:潮河;治理措施;效果評價

中圖分類號:U617文獻標識碼:B文章編號:1672-1683(2009)05-0134-03

Administrable Measure and the Effect Evaluation of Eco-Restoration for Chaohe River

MAO Jiu-cheng1,CHEN Hong-ru1,MAO Xin-yu2

(1.Chengde Water Resources Bureau,Chengde 067000,China;

2.Chengde Research Institute of Investigation and Design for Water Conservancy and Hydropower,Chengde 067000,China)

Abstract: The Chaohe river is the chief tributary of the Chaobai River,The main problems existed in the catchment basin includes low standards for flood control and lack of controlled engineering; serious river erosion;severe nonpoint source pollution all along the river,which is seriously threatening safety of drinking water of BejingTaking ecological restoration with the combination of engineering and biological measures can ensure safety of water supply,and treat 87.68km-long river section (engineering measures 61.13km and biological measures 32.79km)The eco-environmental quality is improved after the project.

Key words: Chaohe River;administrable measure;effects evaluation

1 引言

潮河屬海河流域北系,是潮白河的主要支流,發源于豐寧中部黃旗鎮北的哈拉海灣村,貫穿豐寧縣全境,經灤平縣出境匯入密云水庫,包括豐寧、灤平、興隆、承德四縣。潮河干流境內長157.4 km[1],寬一般為100～500 m,比降為3.7‰～5‰,流域內面積大于100 km²的支流有15條。目前潮河河道存在的問題是:一是防洪標準低,缺少控制性工程,二是河道侵蝕沖刷嚴重,三是潮河兩岸面源污染嚴重等,這些情況導致密云水庫淤積嚴重,入庫水量銳減、水質下降,嚴重威脅著首都北京的飲用水安全。

2 潮河河流生態修復治理措施

為了減少密云水庫淤積,保護潮河兩岸農田,改善沿岸人民的基本生產、生存條件,促進北京及上游地區經濟社會可持續發展,向下游輸送干凈水,采取工程措施和治污措施相結合的方法,對潮河實施生態修復治理,使潮河的河勢達到一種相對穩定的狀態[2],維持河流資源的可再生循環能力。

2.1 工程措施

工程措施主要包括修建潮河兩岸的堤防、清淤等。工防洪標準縣城為20年一遇,村鎮為10年一遇,耕地為5年一遇。

2.1.1 規劃河道寬度

結合潮河河道地形,本著因地制宜原則,使河道近于自然,河道宜寬則寬、宜窄則窄,隨彎就勢,順其自然。規劃潮河河寬100~200 m。

2.1.2 護岸型式

在考慮河道現狀、洪水危害嚴重程度,防護對象的重要性,防護區域對水域的需求,不同河段采取不同的治理措施和護岸型式。主要有坡式護岸、墻式護岸。坡式護岸主要選取砂礫料做為筑堤材料,墻式護岸采用以石料為主的擋墻。

①坡式護岸。坡式護岸主要適用于較寬闊的河道,護坡及筑堤材料均可選取河床砂礫料,經濟實用。

坡式護坡型式包括漿砌石護坡、干砌塊石護坡、干砌混凝土預制生態磚護坡、格賓石籠護坡、灌砌毛石混凝土護坡。

漿砌石護坡:漿砌石護坡是一種最為常見的護坡型式,砌石護坡厚設計為50 cm,護坡后采用砂礫石填筑。設計邊坡1∶1.0。外邊坡1∶2.0,坡頂寬1.0 m、厚0.5 m漿砌石護肩,設計坡腳寬、高0.5 m。

漿砌石護坡型式抗沖刷能力較強,主要材料為當地石料,比較經濟,施工簡便,總體順延,較為美觀。但對砂漿及砌筑質量要求較高。

干砌塊石護坡:選當地質地堅硬的大塊石料,厚度為40 cm,下鋪20 cm碎石墊層。堤坡設計坡比宜取為1∶2.5。干砌塊石為柔性護坡,施工工藝簡單,工程費用較低。缺點是抗沖刷效果差,在高速水流區不沖流速不能滿足要求,耐久性差。

干砌預制混凝土生態磚護坡:預制磚可為多種型式,常見的有六棱形、菱形、空心六棱形,每塊尺寸為25 cm×25 cm×10 cm,板下鋪設20 cm碎石墊層。堤坡設計坡比宜取為1∶2.5。

干砌混凝土生態磚護坡,坡面光滑平整,施工工藝簡單,是比較合理的護坡方案。缺點:工程費用較高,抗沖效果較差,高速水流區不能滿足抗沖要求,維護較麻煩。

混凝土灌砌毛石護坡:為漿砌石護坡的改良后護坡型式,即以較高標號的混凝土為膠結材料,以石塊取代鋼筋,2.5 m寬為一澆筑單元,從而形成混凝土灌砌板?；炷凉嗥雒o坡解決了塊石小和漿砌石耐久性差的問題,由于分塊施工,又具有適應土體變形的特點,造價相對較低。護坡設計厚度取30 cm,每2.5 m設一伸縮縫,下鋪10 cm碎石墊層。堤坡設計坡比取為1∶2.0。

灌砌毛石防沖效果好,耐久性強,缺點是造價相對較高。

格賓石籠護坡:格賓網是由經表面防蝕處理的低碳鋼絲用機械編織的雙鉸六角形柔性金屬網制成。將金屬網綁扎成不同結構和尺寸的相互連接的網籠、網墊,填入適當的石塊,然后綁扎蓋網形成的石籠、石墊整體護面。石籠為剛柔 “板塊”。柔中帶剛,透水性好,有利于補充堤外水源?！鞍鍓K”可以抵抗坡面外水沖刷,也可排除內水。

堤坡設計坡比取為1∶2.5。石籠規格為坡長×1 m×0.4 m,格賓網采用熱鍍鋁鋅低碳鋼絲,由機器編織成的雙絞六角形鋼絲網,網目為90 mm×90 mm(±5 mm),網身線徑為2.6 mm,邊絲徑為3.2 mm。為了防止水流帶走堤防土細小顆粒,石籠下鋪設一層土工布,規格400 g/m²。

格賓網護坡,具有柔中帶剛,導濾抗沖,護持水土,還原生態,適應變形與位移等優點。缺點是造價較高,對有防滲要求的地段不適合。

②墻式護岸。對于河道較窄,受地勢影響,在工程區段需修筑占地較小的墻式護岸。

漿砌石仰斜式重力擋墻:仰斜式擋墻擬采用漿砌石砌筑,擋墻迎水面設計坡比1∶0.3,墻厚選取0.6~3.0 m,背水面設計坡比為1∶0.5;為滿足抗沖要求,擋墻前設置寬3.0 m,寬0.5 m塑網石籠。

仰斜式混凝土擋墻對防滲、防沖刷、防冰凍破壞均有很好的效果,外觀美觀,斷面相對較小,占地少。

格賓石籠擋墻:對于河道較窄,保護對象為土地及林業,需要補充水源,營造濕地的工程區,宜選用透水性較好的格賓石籠擋墻。格賓網采用熱鍍鋁鋅低碳鋼絲,由機器編織成的雙絞六角形鋼絲網,網目為90 mm×90 mm(±5 mm),網身線徑為2.6 mm,邊絲徑

為3.2 mm。填充料須密致堅實,抗風化耐久性良好的石材,粒徑規格為10～35 cm為主,鋪助填塞堅實的狗頭石、碎石(或小石),其規格在10～20 cm。為了防止水流帶走堤防土細小顆粒,墻背鋪設一層土工布,規格400 g/m²。

格賓網結構具高強度,能很好的適應地基的變形能力,柔韌結構,不易斷裂;具耐久性、具經濟性,能有效地抵抗地震的沖擊力;具透水性,能有效減小對環境的影響的特點,缺點是成本較高,對有防滲要求的區段不適宜采用。

2.1.3 不同護岸型式造價分析

按堤防高度3.0 m,沖深要求1.5 m計算每延米不同護岸型式的工程費見表1。

經過技術經濟比較分析,縣城附近河段選用預制混凝土塊護坡;在較為寬闊河道,選用漿砌石護坡、格賓石籠護坡護岸型式;局部河道較窄則選用重力式仰斜漿砌石擋墻。

2.1.4 坡式護岸橫斷面確定

河道整治在原河道基礎上進行治理和生態恢復,河岸防護斷面采用梯形斷面。迎水面設計邊坡1∶1和1∶1.5,堤身采用砂礫料填筑,頂寬3 m,外邊坡1∶2和1∶1.5。漿砌石及格賓石籠護坡厚50 cm 、25 cm。漿砌石護坡頂設置寬100 cm、高50 cm混凝土封頂,塑網石籠堤頂水平為1 m。預制混凝土塊護坡采用高1 000 cm,寬700 cm漿砌石護腳,在水流段護腳設置寬4 000 cm,高400 cm塑網石籠水平防護,漿砌石護坡坡腳采用寬、高均為50 cm的漿砌石護腳。地下水位較高河段采用寬、高均為1 000 cm鋼網石籠護腳,塑網石籠護腳水平2 m,護腳埋設1.5 m。

2.2 植物措施

植物措施主要是修復河岸帶植被和濕地群落,運用生物、生態工程的技術和方法,依據人為設定的目標,恢復河岸帶植被,充分發揮河岸帶植被的緩沖帶功能和護坡效應,盡可能恢復和重建退化的河岸帶生態系統[3]。主要有三維植被網生物防護護坡和植被過濾帶。植物措施布設在較寬順直且漫灘接近或高于設計洪水位地段。

2.2.1 三維植被網生物防護護坡

三維植被網是一種三維結構的似絲瓜網絡樣的網墊,質地疏松、柔韌,留有90%的空間可充填土壤、沙礫和細石,植物根系可以穿過其間,舒適、整齊、均衡的生長,長成后的草皮使網墊、草皮、泥土表面牢固地結合在一起,由于植物根系可深入地表以下30～40 cm,形成了一層堅固的綠色復合保護層,可經受高水位、大流速的沖刷。采用高分子材料PE及碳黑添加劑,其化學穩定性可靠,在地下壽命可長達50～100年。

該防護措施適合水深較淺、流速小的坡岸防護,具有美化環境、投資省、易實施。缺點是護坡防沖效果差,抗凍融差,維護較麻煩。

2.2.2 建立植被過濾帶

多年研究結果表明,河道兩岸的土地利用方式對河流水質有著比遠離河道的地帶更為明顯的影響,人們常稱河道兩側為面源污染的敏感帶。在河道的兩側敏感帶種植過濾帶,使得雨水中的污染物在邊坡上得到充分的降解和滯留,可有效的攔截和滯留泥沙和污染物,保證凈化后的水才能進入河流。建設植被帶的寬度10 m。

總之,按照上述確定的防護方案,在潮河干流及主要支流實施河流生態修復治理工程87.68 km,其中:預制混凝土塊護坡6.25 km,格賓石籠護坡2.6 km,漿砌石護坡52.28 km,生物防護32.79 km。共栽植防護林木48.78萬株,其中喬木10.78萬株,灌木38萬株,種草6.99 hm²。

3 潮河河流生態修復治理工程效果分析評價

3.1 工程措施實施效果分析

工程實施后,規整了潮河干流河道斷面,穩定河床,提高下泄水量,減少無效蒸發,最大限度地使洪水資源化,有效防止洪水對兩岸侵蝕沖刷,減少因此而造成大量泥沙下泄。按每年水毀耕地20 hm²,土層平均沖刷厚度0.8 m,按一、二級河道落淤26%計算,每年可減少入庫泥沙11.8萬m³。同時,工程建設可有效保護豐寧、灤平兩縣潮河干流沿岸重點城鎮12個,鄉村63個,10.5萬人,0.52萬hm²耕地不受洪水威脅,保障了沿岸群眾的生命財產安全。初步形成了黃旗蘿卜、南關豆角、黑山嘴西洋參、天橋葫蘆等特色農業產業格局,經濟效益得到極大提高,農民年人均增收200元。城市品位大幅度提升。

3.2 植物措施實施效果分析

通過在潮河兩岸建設植物護坡和植被過濾帶,保護和恢復河流生態多樣性[4],同時減少化肥14 550 kg、農藥36 kg殘留物進入河道,有效減輕密云水庫面源污染程度。同時生態林帶的建設,改善當地及下游大氣環境質量,促進水域生態系統健康穩定發展。

總之,通過河流生態修復治理效果分析,產生的生態、社會、經濟效益十分顯著,不僅保護了沿岸人民群眾生命財產安全,促進農村經濟發展,而且河流自然生態逐漸恢復,對于減少密云水庫入庫泥沙,凈化水質發揮了重要作用。

參考文獻:

[1] 河北省水利水電勘測設計研究院天津工程咨詢分院,承德市潮河河流生態修復治理工程可行性研究報告[R].2009.

[2] 羅 波.河流生態恢復的基本思路與對策[J].中國農村水利水電,2008,(7).

[3] 鐘春欣,張 瑋.基于河道治理的河流生態修復[J].水利水電科技進展,2004,24(3):12-14.

[4] 董哲仁,孫東亞,彭 靜.河流生態修復理論技術及其應用[J].水利水電技術.2009,(1).