北拒馬河廢棄沙坑洪水威脅及治理對策探討

吳順成，劉思清

（1.涿州市水利局，河北涿州 072750；2.水利部海河水利委員會，天津 300170）

1 問題提出

北拒馬河位于涿州市城區(qū)西側(cè)，是小清河分洪區(qū)承接拒馬河洪水的主要途徑。北拒馬河呈現(xiàn)河套特征，拒馬河自鐵索崖分為南拒馬河與北拒馬河后，北拒馬河又分為北支、中支和南支3股河道，由于地勢低洼影響，流路分散、河與套交替，行洪能力差，防洪標準極低。更有甚者，近年來，河道無序采砂沿3支河道形成大小不一、深淺各異的大量廢棄沙坑，一旦遇到拒馬河洪水，沙坑蓄洪潰決所形成的蓄勢洪水將對涿州市西部城區(qū)和小清河分洪區(qū)構(gòu)成極大的洪水威脅。

2 沙坑分布與規(guī)模

拒馬河自西向東流至落寶灘分為南拒馬河與北拒馬河，北拒馬河自小河子壩進入河北省涿州市境內(nèi)。北拒馬河自上游北京市境內(nèi)便分為北支、中支和南支3股河道，東流從不同位置進入涿州市境內(nèi)，其中北支為主支，流經(jīng)藍家營、觀仙營、普利莊、泗各莊，到演武莊村南，與中支匯合后流向涿州市城區(qū)西北的北壇村，后流向東北，在小清河分洪區(qū)（蓄滯洪區(qū)）內(nèi)穿永濟橋到永樂鐵路橋；南支由鎮(zhèn)江營分出后自涿州市的西曈、橫岐間向南流，至孫家莊向東折，至松林店、房樹村西北折，沿涿州市城區(qū)西側(cè)在大石橋村南與北支匯合。

北拒馬河南北中3 支均為天然河道，河槽斷面很窄，過流能力很低。以往遇3～5年一遇洪水便要出槽漫灘行洪，淹沒各支河道兩岸農(nóng)田。近年來，河道無序采砂在3 支河道上形成多個沙坑群，沙坑總面積達9.0 km2。其中，南支沙坑面積4.9 km2，北支與中支沙坑面積4.1 km2。

現(xiàn)狀沙坑很不規(guī)則，深淺不一、大小不同，坑與坑之間有的間隔寬度很小，甚至幾乎連通，有的因鄉(xiāng)間漫水路的存在未被挖通，相隔距離稍大，形成雜亂的沙坑群。從現(xiàn)狀沙坑的分布情況看，北支大致劃分為4個沙坑群，南支大致劃分為6個沙坑群。

按以往河道10年一遇洪水的行洪水位測算，北支4 個坑群的緩滯洪水容積為0.442 1 億m3，南支6個坑群的緩滯洪水容積為0.475 3 億m3。南北支所有坑群的總?cè)莘e為0.917 4億m3，蓄滯洪水量的能力已經(jīng)接近1座大型水庫的總?cè)莘e。

3 現(xiàn)狀沙坑對涿州市防洪的影響

從以上各個沙坑群之間的地形結(jié)構(gòu)和水流關系來看，現(xiàn)狀沙坑并不具備滯洪作用，反而潛藏著很大的洪水風險。當上游拒馬河發(fā)生50年一遇流域規(guī)劃標準洪水時，分至北拒馬河的洪水流量大約7 000 m3/s。這些洪水，首先充滿上游第1個沙坑，之后再流入第2 個、第3 個沙坑，待所有沙坑全部充滿后進入下游的蓄滯洪區(qū)。如果洪水真能這樣有秩序地行進，那么沙坑的存在將對下游的涿州市及小清河分洪區(qū)的防洪都有積極作用。然而，就目前各沙坑間的連接結(jié)構(gòu)看，上游沙坑充水到一定程度后，坑緣連接部位將難以承受坑中洪水的壓力和河道洪水的沖擊，一旦潰決形成潰壩洪水，將會把坑中蓄存的巨大能量向下游釋放。這樣一來，洪水一級一級往下游推進，最終以蓄勢后的高能量洪水進入蓄滯洪區(qū)，逼近甚至沖擊涿州市西部城區(qū)。

由此可見，沙坑的存在對小清河分洪區(qū)和涿州市的城市防洪不但起不到積極作用，反而會構(gòu)成巨大威脅。

4 沙坑治理方案構(gòu)想

北拒馬河各股支流人工無序采砂形成的廢棄沙坑群，與堰塞湖十分相似。堰塞湖是由于地震泥石流現(xiàn)象，將松散泥石土方堆入河道，形成既能擋水又易于潰決的堰體，對下游構(gòu)成巨大的洪水威脅。北拒馬河的沙坑群之間也存在類似的松散砂礫堰體，這一堰體是因上下游河床的下挖（最大下挖深度超過20 m）而使未挖段形成堰體。北拒馬河沙坑群之間的堰體，土質(zhì)組成為河道沉積的砂礫土石混合物，十分松散，抗沖能力差；結(jié)構(gòu)尺寸方面，各相鄰沙坑之間的堰體沿河道方向的距離寬窄不一，最窄處只有幾米，接近連通狀態(tài)，寬的可達幾十米；高程落差方面，堰頂高于沙坑底，北支各堰頂比下游坑底一般高出6～8 m，南支各堰頂比下游坑底一般高出20 m左右，最大的落差達到22 m，極易潰決形成潰壩洪水。

為了避免堰體潰決產(chǎn)生巨大洪峰形成洪水災害，要對沙坑進行治理。其治理思路如下：開通窄堰歸并相鄰坑群，化零為整；設置控導設施，固定寬堰；預留低堰，疏導洪水；利用沙坑滯蓄洪水，減輕下游洪水壓力。

從現(xiàn)狀沙坑群的分布來看，有些大小不一的沙坑間隔距離很小，容易被洪水沖垮，需要將其規(guī)整打通，化零為整。北支與中支河道相鄰，并于中游合二為一，為此將兩支合并為一支治理，自上而下，規(guī)整后設置為4組沙坑，利用4座溢流堰分級控導；控導堰采用限寬控高設計，保證5年一遇小洪水河道行洪不超過660 m3/s，避免上坑完全蓄滿才向下坑溢流的現(xiàn)象，通過低堰控泄疏導洪水；遇高標準洪水，溢流堰泄量增加緩慢，使水位增高，逐步增加上坑蓄量，從而實現(xiàn)沙坑對大洪水的緩滯作用，減小下游洪水壓力。同理，根據(jù)南支的沙坑分布情況，在南支設置6 組沙坑，利用6 座溢流堰控導，遇5年一遇河道規(guī)劃標準洪水溢流不超過330 m3/s。

5 沙坑治理對防洪的作用

5.1 削峰作用

按以上設想北支沙坑群分4組坑群治理，遇5年一遇標準洪水，河道上游入流660 m3/s，經(jīng)4 組坑群調(diào)蓄，最終下泄洪峰流量為449 m3/s，削減32.05%；遇10年一遇洪水，河道上游入流1 447 m3/s，經(jīng)4 組坑群調(diào)蓄，最終下泄洪峰流量減少為1 379 m3/s，削減3.74%。

南支遇5年一遇標準洪水，河道上游入流330 m3/s，經(jīng)6 組坑群調(diào)蓄，最終下泄洪峰流量為138 m3/s，削減58.09%；遇10年一遇洪水，河道上游入流724 m3/s，經(jīng)6組坑群調(diào)蓄，最終下泄洪峰流量減少為618 m3/s，削減13.59%。

5.2 滯洪作用

北支河道沙坑群遇5年一遇洪水，滯洪總量為3 823萬m3，占北支5年一遇洪水入流洪量的38.8%；遇10年一遇洪水，4 組坑群最大滯洪水量分別為1 542 萬、1 175 萬、748 萬、956 萬m3，占北支10年一遇洪水入流洪量的22.9%。具體情況，見表1。

表1 北支4級控導工程削減洪峰作用分析成果統(tǒng)計萬m3

南支遇5年一遇洪水，6組坑群最大滯蓄洪水量為4 543 萬m3，占南支5年一遇洪水入流洪量的92.3%；遇10年一遇洪水，6 組坑群最大滯洪水量為4 753 萬m3，占南支10年一遇洪水入流洪量的49.3%。各組坑群最大滯洪量，見表2。

表2 南支6級控導工程削減洪峰作用分析成果統(tǒng)計萬m3

6 沙坑治理措施

按照坑群的分布特征，將北支（包括中支）所有沙坑劃分為4 組坑群，使各組坑群自成一體，相對固定。同時，上下游相鄰坑群之間以控導工程連接。

沿北支河道上下游有4 條跨河道路，采砂時依然保持這4條漫水路的通行，基本未被開挖。為此，結(jié)合道路加以砌筑，形成4道溢流堰。北1號坑群控導工程位于觀仙營村南，加寬道路，采用混凝土路面，寬10 m，高程為42.0 m。北2號坑群控導工程位于西里池店以北800 m 處，改造混凝土路面，寬10 m，高程為33.0 m。北3號坑群控導工程位于東里池店北，采用混凝土路面，寬12 m，高程為33.0 m。北4號坑群控導工程位于東沙溝村北，加寬加固混凝土路面，寬10 m，高程為27.7 m。將漫水路改成溢流堰后，以塊石鉛絲籠結(jié)構(gòu)對下游邊坡加以保護，防止洪水沖刷；為避免路（堰）基受洪水淘刷，下游延長護坡300 m，采用細石混凝土砌石護砌，襯砌厚0.5 m，并連接消能設施。

對南支采取同樣措施，對設置的6 處溢流堰中的5 處利用原有道路為溢流堰體，并加以護砌；另1處即南2號坑群控導工程利用已加護砌的南水北調(diào)中線暗渠頂為溢流堰體，對洪水加以控導。

以上南北支河道分級控導工程共需開挖土方9 325 萬m3，砌筑鉛絲籠石塊2.8 萬m3，澆筑混凝土1.8 萬m3、細石混凝土107 萬m3，約需投資7億元。