河道砂石坑治理措施與綜合利用探討

潘海琳，焦彩虹

（北京市水利規劃設計研究院，北京 100048）

河道砂石坑治理措施與綜合利用探討

潘海琳，焦彩虹

（北京市水利規劃設計研究院，北京 100048）

廢棄、裸露的砂石坑對環境及社會發展有著極其惡劣的影響。本文結合密云縣沙河治理工程，力求探索一種科學合理、經濟可行的砂石坑綜合治理思路。同時結合現場實際情況及相關工程，提出了滯洪蓄洪及蓄水回灌綜合利用方式，為其它類似工程設計提供參考。

砂石坑；陡坡整治；生態修復；蓄滯洪區；蓄水回灌

北京市平原區位于燕山南麓，由永定河、潮白河、溫榆河及拒馬河等河流在沖洪積作用下形成，多年來挖沙遺留下眾多砂石坑。據2007年現狀調查［1］，北京市平原區深度大于 2m，面積大于1000m2的砂坑（包括粘土坑）約有500多個，對大氣、水體、土壤、植被、自然景觀、公共設施等方面造成了嚴重的危害。砂石坑表層土壤和植被破壞、消失，極易造成風沙揚塵，影響大氣質量；是地下水污染的一個重要潛在威脅；坑內貧瘠的土壤、高陡的邊坡等惡劣的自然條件基礎使植被難以快速自然生長，生態系統嚴重惡化；裸露的砂石和消失的綠色植被，與城市其它區域的環境形成很大的反差；坑內砂土裸露，沒有任何防護措施，河道內如有洪水經過，勢必造成河道內水土流失，破壞河床的自然狀態。

沙河位于密云縣西南部，屬潮白河水系，發源于懷柔區各山溝，在西田各莊鎮西沙地村入密云，由西田各莊鎮建新村南出密云縣境，匯入懷柔區的雁棲河。沙河在密云境內段長約5km［2］，沙河密云境內段流域是密云經濟開發區的重要組成部分，是全面落實密云生態涵養發展區的重點區域。近十多年，由于自然及人為原因，沙河河道變化較大，現狀河道河底凹凸不平，砂石坑遍布，河道比降變化劇烈，岸坡立陡，堤頂路已無法通行，河道生態系統嚴重惡化。現狀密云段沙河不僅制約了該區域的經濟發展，還威脅到了周邊居民的安全。為保障沙河安全行洪，保證周邊地區工農業及居民安全，給河道兩岸村鎮建設創造良好的生態環境條件，促進地區經濟發展，密云縣沙河亟待治理。

1 沙河現狀及存在的主要問題

1.1 砂石坑遍布，岸坡坍塌失穩現象嚴重

近十多年，由于暴雨沖刷及砂石濫盜濫采，河床結構遭到嚴重破壞，砂石坑遍布，最大砂石坑深達30多m，岸坡立陡，砂石坑段河道占治理長度80%以上，來水極易產生溯源沖刷，影響岸坡穩定。砂石坑土質為砂質土壤，坑內地表物質疏松，坡面沒有固土措施，容易造成土壤的侵蝕和風化，并進一步導致風沙揚塵。

河床及河漫灘經多年人工開挖，岸坡變陡，土體易失穩而崩塌，如遇洪水，極易造成潰堤決口，威脅著沿河兩岸超過53hm2耕地、林地的安全。河岸坍塌已致使堤頂路無法通行，給河道的日常管理及汛期抗洪搶險帶來了極大的不便。失穩的岸坡也成為影響周邊居民安全的一個社會不穩定因素。

1.2 河道行洪能力不足

河道砂石盜采的棄料直接堆放在河道主槽，嚴重堵塞河道，部分河道寬度不足40m，河道行洪能力不足。沙河位于地下漏斗區，由于連年干旱及河道砂卵石的強透水性，河道多年無水，周邊居民在河道主槽內種植樹木及莊稼，影響了河道的行洪能力。河道兩岸居民為了出行及耕作需要，在河道內用砂土搭建了三條漫水路，漫水路占據了河道的行洪空間，影響了河道的行洪安全。

1.3 生態系統嚴重受損

沙河砂石開采沒有采取“邊開采，邊治理”的模式，所遺留下的砂石坑對其周邊的生態系統有著嚴重的負面影響，最直接的體現就是植被的破壞，造成砂石坑表層土壤和植被基本喪失殆盡，而砂質貧瘠的土壤、高陡的邊坡等惡劣的自然條件基礎使植被難以快速自然生長，植被恢復困難。從而導致砂石坑周圍甚至更大范圍內生物多樣性減少，生態平衡失調。

河道內黃土或砂石裸露，植被缺失，導致河道蓄水能力退化。近幾年連續干旱，天然降水逐漸減少，河道無水，客觀上加劇了河道生態環境惡化程度。

2 砂石坑治理措施及利用對策

2.1 陡坡整治，防止堤岸坍塌

結合河道設計行洪斷面對河道立陡邊坡進行整治，確保堤岸穩定，保證沿河兩岸村莊及耕地的安全。根據減少土方填筑量及減少拆遷占地的原則，選擇1∶5緩坡、1∶3緩坡和加筋土擋墻護砌三個方案進行比較分析。

（1）方案一：1∶5緩坡方案

根據植被生長需要及穩固沙土要求，采用邊坡坡比緩于1∶5的土坡保持岸坡的穩定。坡腳采用鉛絲石籠護砌，護砌上覆土利于植物生長。

（2）方案二：1∶3緩坡方案

根據穩固沙土要求，采用邊坡比緩于1∶3的土坡保持岸坡的穩定。坡腳采用鉛絲石籠護砌，護砌上覆土利于植物生長。

（3）方案三：加筋土擋墻護砌方案

采用加筋土擋墻對砂石坑兩岸立陡的邊坡進行防護。護砌邊坡坡度為1∶0.1；護砌高度以接近設計堤頂為原則，加筋土擋墻頂以上部分采用緩于1∶3的堤坡。護砌高度大于8m設平臺一處。

陡坡整治方案選擇沙河建新橋上游處典型斷面（圖1～圖3）進行比較。

圖1 方案一（1∶5緩坡護砌方案）

圖2 方案二（1∶3緩坡護砌方案）

圖3 方案三（加筋土擋墻護坡方案）

方案一的優點是投資最少，在項目區內能做到土方平衡，無需外購土，河道藍線外至河道上口線可種植喬木，河道藍線范圍內可撒播草籽，最大限度的提高河道內植被覆蓋度，減少水土流失；缺點是需要對用地綠線與藍線范圍內的現狀林地進行更新。

方案二的優點是投資偏少，治理完成后河道內植被覆蓋度較好；缺點是項目區內不能做到土方平衡，土方量缺口在100萬 m3左右，需要外購大量土方，該方案實施難度大。

方案三的優點是占地少，項目區土方基本能平衡，需外購的土方量少；缺點是投資高，治理完成后河道內植被覆蓋度較差，河道景觀性及生態環境效益差。

經比較分析，把方案一作為沙河河岸陡坡整治的推薦方案。

2.2 子槽連通，減輕溯源沖刷

沙河砂石坑內砂土裸露，沒有任何防護措施，在汛期時，河道內如有洪水經過，在雨洪的沖刷下，勢必造成河道內水土流失，破壞河床的自然狀態。2013年7月，沙河流域內普降暴雨200mm以上，由于大水峪水庫的調洪，沙河河道過洪僅60m3/s，遠低于沙河10年一遇洪峰流量425m3/s，洪水行至疃里村南砂石坑處出現了嚴重溯源沖刷，最深沖刷溝深達6m，如圖4所示。

圖4 溯源沖刷現場

由于沙河河道內砂坑遍布，坑多且深，回填至規劃河底高程所缺土方量在400萬m3左右，砂石坑段回填至規劃河底高程實施難度較大。河道部分河段現狀河底高程高于規劃河底高程，且前后均為大砂石坑，為防止水流溯源沖刷導致岸坡失穩，結合河道縱斷布置，該段河道疏挖至規劃河底高程后在河道內設置子槽過小流量來水，使上下游砂石坑水位同步升高，如遇大流量洪水，能有效地減輕大流量洪水產生的溯源沖刷。

在子槽段河道設置堆石進行防沖防護，堆石護砌以防護主堤堤腳為主，緊鄰鉛絲石籠護砌（或相應的坡腳位置）布設，允許子槽適度沖刷。子槽設置見圖5。

2.3 生態修復，恢復自然生境

沙河河道及砂石坑經整治后，在滿足防洪、排澇等河道基本功能的基礎上，綜合運用水利工程學、環境工程學、生態工程學和景觀園林工程學的方法和技術，遵循“近自然恢復”的原則，通過人工修復、人工干預措施促進河道生態系統修復，恢復河道的自然生態環境，構建健康、完整、穩定的河流生態系統［3］。

河流生態修復技術主要表現為實現河流流動方向的縱向連通、側向漫溢方向的橫向連通、垂向滲透方向的豎向連通［4］。

（1）為了避免割斷河道的縱向連通性，避免增設橫向的跨河閘、壩等建筑物。河道縱向上不設置任何跨河閘、壩等建筑物，并通過設置子槽，保證沙河河道在縱向貫通。

（2）橫向連通性是指河流生態要素在河流側向漫溢方向的空間連通程度，主要體現在護岸的處理做法。本工程就地取材，采用覆土石籠護岸，土質較好處河道邊坡，可直接于坡面種植植物，進行自然植被恢復；必要處土壤基質改良后按照草灌喬的演替順序依次進行植物配置，利用適應砂石坑地區土質、氣候條件的本土植物進行生態修復，發揮野草、喬木的生態效益。設計前期引種成活率高、成本低、經濟效益好的植株品種，之后由植被在自然作用下自由發展，形成荒野型植被，任其自然生長，盡量避免人類活動的干擾。

（3）豎向連通性用以表征地表水與地下水的連通程度，反映河流基底受人為干擾的程度，一般以河道滲透量來表示。本工程避免設置減滲措施，保持河道的自然滲透性，保證河道的豎向連通性，利用砂質河床蓄水回灌，涵養地下水源。

2.4 滯洪蓄洪，減輕防洪壓力

利用河道附近砂石坑滯蓄洪水，可有效削減河道洪峰流量，發生大洪水時可以減少洪水下泄，減輕下游地區防洪排水壓力，為流域防洪起到積極的作用。平時的中小洪水滯蓄后可回灌地下水，改善地區生態環境。

在沙河牤牛河分水口外側有一塊三角地帶，約27.5hm2，現狀砂石坑遍布，可作為蓄滯洪區。蓄滯洪區位于沙河京密引水渠分流堰下游，沙河牤牛河左岸，河道左岸無河堤，與現有的砂石坑蓄洪區連通。

圖5 河道子槽段橫斷圖

沙河牤牛河蓄洪區坑底高程為50m，蓄洪區出口處下游河道河底高程為53m。考慮沙河牤牛河流域屬砂土地區，來水下滲較快，平時河道內無基流，發生洪水時可認為蓄洪區空庫迎汛。起調水位50.0m情況下，10年、20年一遇洪水出流量分別減少為160、248m3/s，洪峰流量分別削減26%、 11%；起調水位53.0m情況下，洪水削峰作用有所減少，10年、20年一遇洪峰流量分別削減 16%、7%。調洪成果見表1。

表1 擬建沙河牤牛河蓄洪區調洪成果

從表1可看出，沙河蓄滯洪區滯蓄效果明顯，對干流洪峰有明顯的消減作用，減輕下游地區的防洪壓力效果明顯。同時，雨洪經過滯蓄后，能有效改善當地的生態環境，緩解當地地下水的緊缺狀況。

2.5 蓄水回灌，涵養地下水源

潮白河地下水庫位于潮白河沖積扇中上部，面積約400km2，調蓄庫容量約為25億m3。潮白河地下水庫庫區分布著多個市級大型水源地和區縣級水源地，總開采量約 3億 m3。1999～2010年，庫區地下水嚴重超采，地下水位平均下降25m，最大埋深達45m［5］。

密云沙河段位于潮白河地下水庫范圍內，是潮白河地下水庫庫區具備回灌能力的河道之一，屬于密懷順地下回灌區，據現場調查和搜集的已有回灌試驗成果，沙河密云段回灌能力初期能夠達到8m3/s，具有良好的地下水回灌條件。南水北調來水調入密云水庫調蓄工程團城湖～懷柔水庫調水規模20m3/s，懷柔水庫～密云水庫調水規模10m3/s。在保證向密云水庫調水規模10m3/s，滿足密云水庫補償調節功能的前提下，南水北調來水調入密云水庫調蓄工程在本段河道預留了分水口，沙河補水預留分水口位于京密引水渠左岸，沙河左岸，分水口分水規模按照4m3/s考慮［6］。

沙河內砂石坑經過整治后，增大了河道的入滲面積，為蓄水回灌地下提供了良好的條件。為利用南水北調初期多余來水回補地下水庫，高效利用南水北調水，增加首都水資源戰略儲備提供了前期條件。蓄水回灌涵養地下水，能有效遏制地下水位下降趨勢，提高城鄉供水安全保證率；能改善地表地下水環境，修復河流水陸生態系統，提高河流生態服務功能價值；能促進宜居城市建設，形成地表、地下聯動儲備水資源格局。

3 結語

（1）本文結合密云區沙河治理，對河道內遍布的砂石坑，提出了陡坡整治、子槽聯通和生態修復三項治理措施，在河道的陡坡治理方案中，結合密云縣平原區造林項目，進行了多方案的比選，采用了1∶5的緩坡治理方案，有效的解決了拆遷占地量大、缺土嚴重等問題，使工程設計方案具有很強的實施性。

（2）根據密云段沙河的現場實際情況，提出了在沙河及牤牛河分水口段三角地砂石坑設置滯洪蓄洪區；結合南水北調來水調入密云水庫調蓄工程，提出了蓄水回灌涵養地下水砂石坑綜合利用方式，為其它類似工程設計提供參考。

（3）砂石坑治理中，應重視回填地區地下水污染治理及地下水防護。回填前必須將位于地下水防護區和補給區內的所有垃圾進行清理。再對已造成地下水污染的回填砂石坑先清除污染源，進而控制污染的擴散，然后進行治理，同時需對地下水水質進行監測。

［1］楊鳴禪.北京市平原區砂石坑綜合治理利用思路［J］.水利規劃與設計，2010（03）.

［2］北京市水利規劃設計研究院.密云縣沙河治理工程實施方案［R］.2013.

［3］朱晨東.關于我國河流生態整治的若干方向性問題［J］.水利科技與經濟，2012（01）.

［4］沈來新，鄧卓智.北京水系生態治理的理念與實踐［J］，中國水利，2010（10）.

［5］北京市水利規劃設計研究院.南水北調來水初期地下水回灌規劃［R］.2013.

［6］北京市南水北調配套工程南水北調來水調入密云水庫調蓄工程沿線補水工程設計方案，南水北調來水初期地下水回灌規劃［R］.2014.

TV85

B

1672-2469（2017）02-0108-04

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.034

2016-12-01

潘海琳（1980年—），女，高級工程師。