杨 玲 汤万龙 刘青林
(1. 北京市水利规划设计研究院 北京 100048 2. 北京市顺义区水务局 北京 101300)
近年来,中小河流治理已成为中央关心、人民期盼的重要民生工程,成为“十二五”期间水利工作的重点之一。按照水利部的要求,北京市加快了对中小河流的治理力度,山区河流是中小河流的重要组成部分。
北京山区包括延庆、门头沟、房山、怀柔、密云、平谷和昌平的山地部分,具有丰富的农林、水土和旅游资源。北京处于燕山、太行山两大山脉降水中心的多暴雨带,暴雨强度大,历时短,山洪灾害频发;山谷低缓,土壤肥厚,适合居住,人口密度高;山区的经济依附于首都经济的发展,并以山区丰富的自然资源担负起城郊的生态和经济职能,走上了“为城市服务”的轨道,具有“普通山区经济”和“城郊经济”的双重特性。
北京山区大小河流众多,分属于海河流域的大清河、永定河、北运河、潮白河与蓟运河五个水系。这些河流均具有如下特征:
(1)坡陡流急、迂回曲折、呈峡谷状;流域面积小,产流条件好,水量丰富;
(2)年内分配不均,汛期水量丰富,非汛期基流较小,甚至干涸。
此外,山区河流流域是北京地区的产水区,水质优良,基本上未遭受污染,成为北京城市与平原地区重要的生态屏障和水源涵养地。
北京近几年完成治理的山区河流有白马关河、汤河、龙潭沟河、清水河等。治理主要集中在河道疏浚、堤防建设、护坡护岸等工程内容,多表现为高墙直立、河道渠化。如为保障行洪通道,疏浚河道形成均一断面,如白马关河;为提高抗冲刷能力硬化河道,如清水河等;为防洪采用直立式硬质挡墙,如龙潭沟河;为拦蓄洪水设置多级塘坝,如白马关河。
河道疏浚是对因山洪、泥石流等滑坡造成的河道砂石淤积以及影响行洪的生活垃圾、障碍物等疏浚清除;堤防建设主要是在河谷开阔段为保护现状村镇或其他重要保护对象而新建或加固的防洪堤等,大多采用混凝土或浆砌石挡土墙;护坡护岸主要是在洪水的迎流顶冲段以及现状冲刷塌岸段采取护岸工程措施,大多以浆砌石、干砌石、护坡砖为主,以避免洪水的暴涨暴落、冲刷侵蚀造成岸坡坍塌或水土流失。7
显然,无论是河道疏浚、堤防建设还是护坡护岸,无疑都是基于防洪而采取的传统工程措施。这些硬性的工程覆盖措施固然可以防洪减灾,但却以牺牲河流的其他功能作为代价,如河流景观、河流生态、河流资源、河流经济等。
以往的山区河流治理之所以千篇一律地偏重于防洪,笔者通过分析认为,主要存在以下两个方面的原因:
第一,缺乏系统的治理规划。山区河流长期处于“没有统一规划、没有统一管理、没有统一治理”状态,通常与山洪地质灾害防治或防汛救灾工程结合被动治理,如龙潭沟河等。灾情一旦发生了,往往头痛医头、脚痛医脚,建设防洪工程为第一要务,从而忽视了河流的其他功能建设。
其次,缺乏明确的治理原则和统一的技术标准。山区河流基础资料缺乏,前期工作基础薄弱,没有明确的治理原则和统一的技术标准,容易导致设计考虑不周、治理效果不好,仅仅考虑防洪建设,甚至破坏河道自然功能等现象,如白马关河等。
基于北京市山区暴雨多、暴雨急、人口密度高和河流的特性,北京市山区河流的首要功能是防洪,治理的第一要务也理所当然是防洪建设。
防洪标准合理与否直接影响河道治理工程的规模和治理后的工程效果。笔者认为,保障防洪安全并非是要将所有的对象都纳入保护范围,山区河流两侧有很多地方原本就是不需要也不允许保护的。另通过工程措施控制洪水来防洪仅仅只是一方面,且工程措施的防护能力是有限的,我们也需要通过非工程减灾措施调整人类活动的范围来规避洪水。所以,一味地追求高防洪标准是不现实也是不经济的。
确定防洪标准时,应先全面了解河流的现状防洪标准、现状防洪体系构成以及河流功能定位等。总体上遵循与所在流域的防洪标准体系相协调,避免洪水风险转移;其次应根据《防洪标准》(GB50201-94),结合该河流防洪保护区现状、保护对象的重要性以及经济发展需求,分析不同频率洪水的淹没范围、高程以及损失情况,本着投资效益最大化的原则,确定合适的防洪标准。
对于以保护人口为主的县城防洪和乡镇防洪工程,治理标准为 20年一遇,相应堤防等级为 4级;对于保护农田结合保护乡村人口的农田防护工程,治理标准可为 10年一遇,相应堤防等级为 5级。根据确定的合理防洪标准,从而确定相应的洪水超高、防洪堤高度、岸坡的护砌标准等。
山区河流不仅具有防洪功能,还具有涵养水源、调节小气候、维系水生态和生物多样性等功能,山区河流的治理也应扩展到河流生态环境修复、水环境改善、河流资源开发等综合治理要求上,实现由传统单一的被动防御型工程治理模式向生态型、自然恢复型的综合治理模式转变。
山区河流是经多年自然形成的水流通道,横断面相对于周边地面多呈凹型,有明显的岸坡。治理时原则上不新建堤防。根据山区河道“怕冲不怕淹”的特性,对现有堤防加固时可以采用“以生态措施、生物措施和工程措施相结合”的生物堤。所谓生物堤是指采用当地砾石、块石、砂卵石等建筑材料,砌筑既能满足河道防洪要求,又能保证透气透水性,利于水土相互渗透的生态型堤防,将工程措施融入当地的自然环境中。
其具体做法是:在顺直段的缓坡上直接采用植被护岸,实施生物措施;在急流边滩和弯曲段基流水位下采用石笼、生态砖等进行护脚,在基流水位至行洪水位线之间采用山石、抛石等具有良好抗冲能力的护岸工程措施,并进行原土覆盖后进行植被种植。植被具体种植范围根据堤防的高度、坡度确定,种植种类根据当地生态系统的植被物种种群规律确定。这种堤防模式能有效的保留原有河岸、滩地,对河流整体破坏小,一方面防洪护岸,一方面充分发挥当地植被物种的自然生态修复能力,既改善了河流生态环境,又成功实现了固岸固坡、防止水土流失的作用,与山区生态、环境建设达到和谐统一。
密云、官厅、怀柔水库是今后很长时间内北京市最重要的水源。北京市山区河流大多分布在重要河流源头和流经地区的周围,有的甚至直接汇入密云水库、官厅水库、怀柔水库,是北京市的主要水源地。维持这些河流的天然状态、保护其水质的清洁、干净对于涵养水源是十分重要的环节。根据最新研究表明,保持河流的生物多样性,能够高效、自然地清除水体污染物,使水体质量更好。如果我们能够保持这些河流的自然生态多样性,无形中就为我们涵养了水源,提供清洁的地表水。
河流生态系统多方面的服务功能是由一个健康的河流生态系统提供的,而生物群落多样性是维持河流生态系统的重要基础。山区河流治理应做到以下三个方面。
(1)保持河流的蜿蜒性
河流的蜿蜒性使得河流形成主流、支流、河湾、沼泽、急流和浅滩等丰富多样的生境。由于流速不同,在急流和缓流的不同生境条件下,形成丰富多样的生物群落,即急流生物群落和缓流生物群落。
(2)保持河流断面形状的多样性
河流的横断面形状多样性表现为非规则断面,深潭与浅滩交错。浅滩光热条件优越,易于形成湿地,供鸟类、两栖动物和昆虫栖息;积水洼地中,鱼类和各类软体动物丰富,它们是肉食性候鸟的食物来源,鸟粪和鱼类肥土又促进水生植物生长,水生植物又是植食鸟类的食物,形成了有利于珍禽生长的食物链。同时,由于水文条件的年周期性循环变化,河湾湿地也呈周期性变化,洪水季节水生植物种群占优势,水位下降后,水生植物让位给湿生植物种群,形成一种脉冲式的生物群落变化模式。山区河流治理尤其应尊重河流原有的自然断面形态,避免在河道疏浚时造成河道断面的均一化。
(3)保留河床天然的多孔、透水性材料
北京市大部分山区河流的河床都是由透水的卵石、砾石、沙土、黏土等材料构成的河床,这种透水性能好又呈多孔状的河床材料,适于水生、湿生植物以及微生物生存。同时,透水的河床又是联结地表水和地下水的通道,使淡水系统形成整体。我们应保留并保护天然的河床材料,并尽可能在岸坡上也推广采用这种材料。
只有河流形态多样性形成的流速、流量、水深、水温、水质、水文周期变化、河床材料构成等多种生态因子的异质性,才能造就丰富的生境多样性,形成丰富的河流生物群落多样性,从而为净化水质、涵养水源做出贡献。
北京山区河流属于季节性河流,区域来水、用水季节性矛盾极为突出。汛期洪水峰高量大,不仅洪灾频发,宝贵的水资源也白白流走;非汛期农业灌溉和其他用水极度匮乏。如果在治理中能有效合理的开发、利用山区河流这种季节性的水土资源特点,不仅具有巨大的防洪减灾效益,为我们提供大量的生态服务,如旅游、娱乐功能等,还能发挥在蓄水灌溉、地下水回补、节约长距离调水成本等方面的社会、经济效益。
(1)蓄水灌溉效益
山区河流治理时应尽量保留、利用沿河两岸滩地滞蓄洪水,做到不征地移民、不新建工程,妥善安排超标准洪水。利用河道蓄水,不仅不占用农田,还能在河道两岸发展高效农业、观光农业。北京地区汛期在6~9月份,非汛期也可利用河滩地种植一些低杆作物,如小麦等,既不影响汛期行洪,又为村民创造了收益,还免去了河道年年清障的麻烦。即使仅考虑河道滞蓄的洪水全部用于发展农业灌溉,其经济效益也是非常巨大的。
(2)地下水回补效益
北京地区地下水超采严重,地下水位逐年下降,利用山区河道滞洪区蓄水后,可用于水源地地下水回补,化害为利己。
(3)节约长距离调水成本
北京山区常因本流域的洪水资源无法滞蓄而白白流走,由于缺水又不惜花巨资跨流域长距离调水,如南水北调、东水西调、引温入潮等。长距离调水单方水造价昂贵,若能开发利用山区河道滞蓄季节性洪水,将节约一大笔长距离调水成本,具有很大的社会和经济效益。
将山区河流作为资源进行开发,将是我国水利史上的一个重大成功,对山区经济的可持续发展具有重要意义。
充分认清山区河流在防洪、资源、环境、生态等多方面的综合功能,向生态型、自然修复型的综合治理模式转变已经刻不容缓。通过这种模式治理,山区河流更趋于自然和大气,不但成为安全的洪水走廊,还将成为“一河清泉水,一道风景线,一条经济带,一根产业链”,实现经济效益、社会效益、生态效益的高度统一。
1. 杨淑慧, 王远航. 北京市郊区中小河道存在的问题与综合治理对策分析. 北京水务, 2011(1): 14-17.
2. 魏恒文. 北京市中小河流治理模式探讨. 中国水利, 2010(4):34-36.
3. 王景至, 朱文. 山区中小河流治理措施的探讨. 吉林水利,2008(8): 59-63.
4. 孙蔓丽, 赵明, 赵明研. 浅谈生物措施在山区中小河道治理中的应用. 水利科技与经济, 2008(5): 400-401.
5. [6] 钟春欣, 张玮. 基于河道治理的河流生态修复. 水利水电科学进展, 2004(6): 12-14.
6. [7] 李振山, 田汉功. 季节性河道资源的开发利用. 水利技术监管, 2002(6): 34-35.
7. [8] 董哲仁. 生态水工学的理论框架. 水利学报, 2003(1): 1-7.
8. [9] 董哲仁. 生态水工学的工程理念. 中国水利, 2003(1):63-66.