永定河綜合治理與生態修復管理實踐

龔秀英 張妙妙 張亞利

(北京市永定河管理處,北京 100165)

歷史上永定河是一條天然排洪河道,對其的治理主要是防洪修復,災后重建。自1956年發生洪水后,多年以來沒有產生較大洪水。官廳水庫修建后,盧溝橋以下河道由淤積轉為沖刷,沖深1m多[1]。20世紀60年代以后,隨著上游來水不斷減少,沿河兩岸工農業生產和生活用水增加,下游河道出現不同程度的斷流。其中盧溝橋以下河道斷流天數從60年代的197天增加到80年代的361天,90年代出現全年斷流[2],河道完全干涸,河床裸露,周邊地區地下水水位持續下降,生態環境逐漸惡化。不僅永定河如此,海河流域其他水系乃至全國河流的水資源和生態環境都出現了不同程度的危機。20世紀末,人們開始認識到人類活動使河流的水文條件和地形地貌特征等發生了較大變化,間接導致了河流的生態系統功能嚴重退化[3]。國家及地方水行政主管部門及時轉變治水思路,由工程水利向資源水利、由控制洪水向管理洪水轉變,開始關注具備生命特性的河流生態系統[4]。

進入21世紀后,隨著經濟社會發展和生態環境治理的需要,永定河的功能由防洪逐步擴展到防洪、供水、生態。隨著治水思路的更新,永定河的治理遵循“有洪防洪,無洪綠化”的思路,從工程措施逐步向環境整治、生態修復轉變,從單純采取加固堤防向實施沙地平整、砂石坑削坡、生物護岸、栽種花草等措施轉變。2010年啟動永定河綠色生態發展帶項目,在三家店以下河段建設了5個蓄水湖及1處濕地,蓄水水面達400hm2,形成了8.4km2的城市河道公園。此后,局部河段保持一定的蓄水水面。2015年4月審議通過的《京津冀協同發展規劃綱要》,將永定河確定為京津冀核心區重要生態河流廊道。由于永定河位于京津冀區域中軸線上,優越的地理位置有利于發揮生態紐帶作用和輻射作用,帶動京津冀區域環境整體提升[5],京津冀3省(直轄市)協同治理模式開始啟動。2016年12月,國家三部委聯合發布《永定河綜合治理和生態修復總體方案》(簡稱《總體方案》),確定永定河為京津冀區域重要水源涵養區、生態屏障和生態廊道,明確了建設流動的河、綠色的河、清潔的河、安全的河的治理目標。生態修復是對原有的受損生態系統進行改進和修補,其關鍵是恢復生態系統的功能,并使系統能夠自我維持[6]。

1 永定河綜合治理與生態修復實施情況

按照《總體方案》,治理范圍為永定河京津冀晉4省(直轄市)涉及的相關區域,重點治理干流及其重要支流,治理河道總長865km。山區段以河道兩岸與第一道山脊線之間、平原段以河道兩側各1km以內為重點治理范圍。2017年,永定河綜合治理與生態修復項目開始啟動,共安排35項重點工程建設項目,截至2023年底,納入北京市永定河綜合治理與生態修復項目的共42項,其中工程建設類項目34項,研究監測類項目8項,總投資131億元。目前,已完成永定河平原南段一期、媯水河南部水系連通工程等28項,在施項目6項,推進前期項目8項,累計實現河道、溝渠治理59km,生態修復121.5hm2,水庫清淤17.4萬m3,累計完成投資73億元。

隨著生態文明思想的不斷深入,治理理念逐步轉變,永定河官廳水庫以下河道治理采取“地表地下立體修復”措施。為保障永定河生態水量目標,自2019年起連續開展5次大規模生態補水。補水情況大致如下:

2019年春季補水:是首次開展平原南段試驗性補水,從官廳水庫開閘到盧溝橋攔河閘關閘,歷時87天,水頭最遠到達黃良鐵路橋下游800m處。

2020年補水:分春、秋兩次。春季補水:以“以水開道,實現全線通水”為目標,歷時22天,實現了北京段170km全線通水,實現了永定河京津冀3地的水流貫通。秋季補水:官廳水庫補水16天,官廳水庫以下通水河道長174km,年內第二次實現北京境內全線通水。

2021年秋季補水:啟用了南水北調中線工程長江水,累計向永定河補水0.86億m3,水頭先后到達金門閘、崔指揮營省市界、屈家店樞紐,于9月27日10時30分匯入渤海。

2022年春季補水:自2022年4月1日起,截至6月20日,官廳水庫累計向下游補水2.88億m3,三家店攔河閘累計向下游補水1.70億m3,盧溝橋攔河閘連續向下游補水66天,補水總量1.59億m3。水頭于5月8日出北京市界。

生態補水有效改善了永定河流域的生態環境,初步摸清了平原段游蕩型河道沖刷、造床的演變特征,為后續河道整治與保護提供了科學依據[7]。實施永定河生態補水,是達到和維持生態水量的一個主要措施,是對河道現狀過流能力的檢驗,是驗證河道流勢的天然模型試驗。

2 新時期永定河生態恢復關鍵問題

永定河綜合治理與生態修復總體方案實施以來,取得了一定的生態效益和社會效益。流域協同治理機制基本建成,協同治理能力得到顯著提高;生態水量統一調度,實現了多水統籌;目標治理河道實現了全線通水,生物多樣性顯著提高。在取得成效的同時,河道管理工作也面臨新的挑戰。水利工程現代化與精細化管理已經成為當前水利工程管理工作發展的主要趨勢[8],這就需要從工程管理涉及的全部內容入手,逐步實現水利工程的精細化和現代化管理。

2.1 水環境問題

流域的水環境安全直接影響著人類生存與發展,而流域水環境保護管理是實現人與自然和諧相處的重要保障措施[9]。近年來,隨著經濟社會的不斷發展,水污染、親水人身安全、生態環境問題逐漸突顯。而河道管理單位主要完成水利工程管理的相關業務,在水環境管理保護方面缺乏專業性;水面保潔由沿河各區負責,水管單位負責調水,缺乏統一管理。在水環境管理和保護方面,缺少統一的水環境保護管理體制機制、制度法規等。

2.2 永定河防洪隱患問題

幾次大規模的生態補水使河道從多年斷流變為常年有水,洪水傳播時間以及徑流量隨之發生改變,因此對永定河防洪將產生不利影響。通過對比分析永定河歷次洪災資料可知,永定河產生洪澇災害的前提條件是除河道有一定的基流外,還須在發生連續多日降雨后,突發局地暴雨。一旦具備上述兩個條件,產生洪水災害的可能性將大大提高。另外,隨著首都及周邊地區經濟社會發展的需要,近些年來增加了多處跨河橋梁,河道內(尤其是治導線內)栽種了幾十萬棵樹木,一定程度上改變了河道原有防洪形勢。一旦產洪,橋墩在一定程度上將改變河道水流方向,樹木將被沖向下游成為漂浮物堵塞橋孔,嚴重阻礙河道行洪能力,抬高河道水位,成為河道防洪安全隱患。該情況在國內幾大江河中(長江、黃河、淮河等)均已存在,如1996年黃河花園口站相對小流量(7800m3/s)對應水位比1958年相對大流量(22300m3/s)對應水位要高0.9m[10]。永定河經過多年的建設和運行,河道行洪及堤防的防洪標準雖有了較大提高,但河道及水文參數是否也發生了改變,歷次工程建設方案是否合理,實際工程標準與設計標準是否符合,均缺乏技術手段驗證或洪水考驗,防汛工作相對被動。

2.3 管理現代化程度不足

永定河的管理對象包括水利工程、水環境、防汛等。近年來,按照水利部要求,以劃定水域空間、優化水利基礎設施空間布局、推進水生態系統保護修復為重點,結合河道地勢特點,對河道斷面(含水庫)劃定了河道岸線控制線和分區,并對控制線和功能區提出差別化的管控要求,為加強流域重要河道岸線保護與利用管理、嚴格水生態空間管控提供了重要依據和支撐。現狀河道堤防及水工建筑物的管理手段較為落后,普遍性問題為永定河在雨水工情整合利用方面智能化應用水平不高,安全監測和水閘運行自動化水平低,水利工程安全狀況無法實時監測分析,大量的監測、巡查、分析、管理等經常性、重復性工作還依靠人工完成,與精細化的流域管理要求、無人化管理的工程管理目標存在較大差距。以生態補水時顯露出的問題為例,在盧溝橋攔河閘的調度運用方面,閘門的啟閉,閘門開度、過閘流量的計算需人工完成,與永定河的定位以及盧溝橋攔河閘的規模、作用極不匹配,雷雨天現場操作也有一定的人身安全隱患;此外,對水頭追蹤、水情監測等也需人工完成,尤其夜間作業的工作人員存在人身安全風險;基于人工巡查的水域空間違法問題,覆蓋率不足,人力成本投入大。

3 對策建議

3.1 加強水環境管理

隨著綜合治理和生態修復項目的實施,運行管理工作應同步跟進,落實水環境管理工作。?要建立流域性的監管體制機制,落實專門的機構和人員,改變目前由水利系統內部非固定人員負責的監測現狀,建議由具有相應資質的專業化隊伍(第三方)承擔監測工作;?建立水環境監管一體化的長效機制,以保持永定河水環境管理工作的長期性、延續性、穩定性;?加強隊伍建設,增強相關專業力量,招收一批水資源、水環境、自動化控制、計算機相關專業的技術人員;?建立健全水環境安全保護機制,采用市、區二級管理體制,即市級水行政主管部門負責協調,沿河各區組織實施。

3.2 復核河道行洪能力,制定防洪調度細則

?以國內其他河流防洪形勢已發生改變為鑒,借2023年大洪水之機,抓緊組織對永定河的行洪能力進行評估,對堤防的防洪標準進行復核,對河道堤防的水文參數、特征水位、高程進行復核;?以永定河典型歷史洪水建立模型,模擬現狀河道河情下河道行洪能力,以此繪制洪水風險圖,同時建立健全預報預警機制,最大限度地減少洪災發生;?永定河下游防洪安全的最大威脅為官廳水庫到三家店區間(俗稱“官廳山峽”)洪水,2023年7月31日永定河發生的洪水就是由官廳山峽區間的大暴雨產生的,形成了峰高流急、陡漲陡落的歷史大洪水,且在永定河多次規劃中均有陳家莊水庫的建設方案,建議盡快安排實施,在未實施之前,建議對現行的北京市永定河防洪調度方案進行細化或修訂,研究采取相應工程措施,提早實施利用永定河滯洪水庫蓄洪的方案。

3.3 加快推進永定河數字孿生建設

2022年,在水利部的部署下,對《永定河綜合治理與生態修復總體方案》進行了修編,將數字孿生永定河建設列為重點治理措施。目前,永定河數字孿生建設正在積極推進,努力建設為一個平臺、四大應用場景(即永定河數字孿生流域平臺,防洪指揮調度、水資源調度管理、水生態空間管控、工程運行管理四大業務應用場景),形成具有“四預”功能的數字孿生流域。按照數字孿生建設目標,對北京市永定河全域內所有水閘設施的自動控制系統進行改造,實現集中控制。實現閘門開度流量自動識別,實現閘門調度全方位實景展示。沿岸堤防砂石坑、開放區域、熱點區域、隱蔽角落增加視頻監控,用于監測違法違規及不文明游覽行為。對空間管理范圍內違法違規活動進行實時動態監測,實現“問題動態識別—情況上報—跟蹤執法—源頭治理”全鏈條管理,解放基層管理單位巡察的人力物力。

4 結 語

永定河經過多年治理,工程硬件設施得到了較大提升,防洪工程建設得到極大加強,防洪標準有了較大提高,但相比永定河新的功能定位以及“四條河”的目標,還有一定的差距;啟動永定河綜合治理與生態修復項目后,永定河取得了初步成果,實現了全線有水的目標。本文結合近年來永定河綜合治理與生態修復實施情況,從工程管理方面入手,提出了生態恢復的關鍵問題和建議措施,旨在提高永定河水利工程現代化與精細化管理水平,及早謀劃項目后期運行管理養護方案。