北方多泥沙河流生态治理浅析

2015-08-15潘文学孙淑侠

陕西水利 2015年3期

潘文学孙淑侠杨艳

（陕西水环境工程勘测设计研究院陕西西安 710018）

1 概述

北方河流中的泥沙含量普遍较高，河道主槽及行洪断面变化较大，径流变化也比较大，所以在这种环境下进行生态治理，修建工程蓄水后会因为河道形态改变了致使河流流速减缓，造成泥沙淤积的情况。这样会缩短工程的使用寿命，使生态治理效果大打折扣。

河流的生态治理大多位于城市段，河道生态治理群众愿望迫切。北方城市河流功能主要为泄洪排涝、输水排沙、水量调蓄、供水灌溉、生态景观休闲等。近年来,许多城市开始对周边水系的规划和河岸的整治与美化加以重视。许多地方对城市水系进行大规模的综合整治,城市水环境取得了明显改善。北方地区河流多为季节性河流，河流特性各异，在进行综合治理时兰州、太原、临汾、宝鸡等地根据自身的情况，进行了有益的探索。

2 生态治理方案

2.1 兰州黄河风情线

兰州是黄河唯一穿城而过的省会城市，处于东西向的狭长型谷地。2000年开始规划建设了百里黄河风情线，西起西固工业区的西柳沟，东至城关区桑园峡，东西长40km，流域面积27.44km2。2008年黄河两岸相继建成观光长廊、近水广场、亲水平台、东湖音乐喷泉、黄河音乐喷泉、人与自然广场，形成了银滩公园、马拉松起点公园、龙源公园三大黄河滩区公园。

兰州市区上游20km处修建无调节能力水库，上游70km处建有调水调沙能力较强的刘家峡水库。市区段河道宽约320m，没有任何拦蓄工程，仅在滩区建有湿地公园及滩面休闲公园。公园无硬质防护，为可淹没式滩区公园。为了减少公园洪水淹没次数及损失，修建了10年一遇的子堤进行防护。

2.2 太原汾河湿地公园

太原汾河公园始建于1998年10月，2000年9月首期工程完工并对外开放。工程全长6km，宽500m，占地300公顷。设计为人工复式河槽，由中隔墙分成东西两渠，东侧为清水渠，宽220m，由四道橡胶坝分为三级蓄水湖面：西侧浑水渠，宽80m，排泄上游洪水和水库灌溉输水。东西两岸各布置一条箱形排污暗涵，接纳沿线城市排污管道和边山支沟来水，送至下游污水处理厂进行净化处理。

太原汾河公园是在汾河太原城区段内经过水利治理和绿化美化后而形成的滨水公园，总长超过18km。一期启动区绿化总面积为130万m2，水面170万m2，两岸有宽百米、长6km的绿色生态长廊。

汾河公园南段改造工程北起南内环桥南的4号橡胶坝，南至南中环桥南100m，全长5.1km，总面积200多万m2。主要包括桃花堤、汾水阁景区建设，以及配套太原长风文化商务区跻汾桥景区建设，以锦绣水岸为主题建设亲水公园。

2.3 临汾汾河公园

临汾市汾河公园始建于2009年5月，于2011年5月1日向市民开放。建设一、二、三级园路总长度170km，景观桥梁10座，大型休闲集会广场2个，总面积5万m2，活动场地154处，总面积20万m2，生态停车场12所，总面积6万m2，共形成水面3km2，生态绿地6km2，大大提升了临汾城市品位，改善了临汾生态环境。

设计为人工复式河槽，由中隔墙分成两槽，一侧为泄洪槽宽90m，一侧为清水景观湖，宽190m，治理河长11.2km，由三道橡胶坝形成为三级蓄水湖面，水面面积约300万m2。整个园区分为精品治理区和上、下游生态湿地治理区。精品区分地域展示区、素质拓展区、体育休闲区、科普活动区、艺术休闲区和青少年活动区六大功能区域。公园以生态修复为建设主题，体现仿山西明清建筑风格，打造中国古典山水园林，搭建以尧文化为特色的博大精深本土文化展示交流平台。

2011年5 月汾河公园的开园，新增城市绿地11km2，新增水面4km2，城市绿化覆盖率提高16个百分点，成为临汾客厅、城市绿肺，展现一川清水、两岸锦绣的优美景观，对提升临汾城市品位，提高市民生活质量，促进临汾社会经济发展具有重大意义。

2.4 宝鸡渭河公园

宝鸡市渭河全长32km，南岸有12条支流，北岸存在4条支流，河道内水量充足。目前，已经治理10km。现河道形成一闸五坝（一道拦河闸，五座橡胶坝）的格局。渭河宝鸡段综合整治工程形成水面面积320万m2，需水量500万 m3。

宝鸡市渭河公园建在渭河河床内紧邻北堤一侧，宽度约180m～240m，全长约3km，面积61万m2。公园从东向西根据地形起伏依次为湖滨风光、古渡春晓、千禧乐园、五环广场、梨园秋色、陈仓古韵、渭水烟紫七个景区。湖滨风光区以沙滩、海石、椰树等为景点，同时在沙滩的西端修建游泳池；古渡春晓区以揽桩、对弈广场、石船舫为景点，体现渭河古渡码头和春园的景观；千禧乐园区以喷泉、大理石球带、模纹造型为景点，体现现代园林的特点；五环广场区以护滩工程背水斜坡“五环造型”及五个圆形广场、五个方形广场为景点，成为市民健身的基地；梨园秋色区以脸谱文化和三座亭子为景点，体现秦腔文化艺术；陈仓古韵区以散关巨石、爵雕塑、渭水映池、石鼓为景点，体现宝鸡历史和文化源远流长；渭水烟紫区以石碌石磨、木藤架、草亭、牛雕塑为景点，一派田园风光。

3 建设措施分析

3.1 水量水质问题

黄河兰州段总体水质不好，汛期水含沙量经常在10g/m3以上，但是该段河道没有拦蓄工程，为自然河道，泥沙通过汛期冲刷自然下泄。河道水量充沛，常流量为1500m3/s。

太原汾河常流量为400m3/s，现水质为五类水，上游一期水质接近四类水，达到景观用水的标准，河道内可游泳。二期中段建有橡胶坝，由于处于闹市区，在顺河方向两岸均埋有3m×4m的排污暗涵，因此该段水质较差，略有臭味。三期河道宽阔，芦苇、香蒲等水生植物较多，具有净化功能，水质较好。

临汾汾河流域多年平均年径流量为15.1亿m3，临汾段平均年径流量为7.76亿m3。汾河水质临汾段现状为Ⅴ类标准，水质达不到景观用水标准。河道主槽泄洪区宽约80m，橡胶坝蓄水景观区水质略好。

宝鸡段渭河属于雨源性河流，径流随降雨而变化，具有年内分配不均，年际间变化大的特点。水质方面渭河干流宝鸡卧龙寺桥断面在2011年、2012年均为Ⅲ类水质，符合水质标准。

3.2 防洪问题

兰州市区上游20km处修建无调节能力水库，上游70km处建有调水调沙能力较强的刘家峡水库。滩面按照黄河五年一遇2500m3/s流量修建子堤。在2012年黄河上游来水持续增大，加之几次强降雨天气，黄河兰州段水位居高不下，最大洪水流量达到3860m3/s。毗邻黄河南北两岸的湿地公园、龙园、近水广场、音乐喷泉等诸多沿河沿岸景观遭受重创，全部浸没水中，受损严重。这些河道景观都是临时建筑，黄河水量小、水位低的时候，这些景观能够美化城市环境，改善生态条件，当黄河发大水以后，这些景观可以淹没，并不影响行洪。2012年洪水确实给兰州河道设计理念起了警示作用，首先要保持河道的行洪能力，在河道里面不建任何碍洪的建筑物，不种任何高大乔木，适当把裸露河滩地绿起来，形成生态良好的河道湿地，尽量减少投资，也减少损失。

汾河水库是山西省最大的水库，位于汾河干流上游，下距太原市83km，设计总库容7.21亿m3，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电、养鱼的大（Ⅱ）型水利枢纽。设计标准为百年一遇洪水设计，两千年一遇洪水校核，具有很强的调水调沙功能。汾河二库，位于太原市西北30km的汾河干流上，也是一座以防洪、供水为主，并有发电、旅游、养殖等综合效益的大型水利枢纽工程，总库容1.33亿m3，也具有调节洪水和泥沙作用。

宝鸡渭河拦河闸上游5km处建有宝鸡峡大坝，该大坝具有防洪功能，以及调节洪水和泥沙的作用。拦河闸下游利用采砂坑形成的滩面公园按10年一遇3000m3/s流量保护，修有滩区子堤，子堤标准为防御渭河10年一遇洪水。公园上口修建自溃堰，下口为开敞式。建成12年以来没被淹没过。

3.3 泥沙问题

兰州黄河平均年输沙量约16亿t，居世界大河之冠。每立方米水中含沙量在干流龙门附近为30kg以上，在一些支流可达300kg～500kg。黄河兰州站多年平均含沙量为2.43kg/m3，泥沙主要来自太行山以西的黄土高原地区，兰州站的泥沙比较少。由于兰州黄河风情园全部位于滩区，没有在主槽修建工程，没有减少防洪断面，所以洪水期泥沙全部通过主槽宣泄。

太原汾河是汾河向黄河输入河道泥沙的主要源区。大部分泥沙产生于汛期，近年来由于上游水土保持治理成效的体现，河道来沙量有所减少。工程设置冲砂闸、橡胶坝，在小洪水来临时泥沙通过冲砂闸下泄，在大洪水时橡胶坝塌坝，洪水通过冲砂闸和橡胶坝联合下泄。

汾河临汾段大部分泥沙产生于汛期，具有“大水大沙”的特点。经过近几年的治理，输入河道的泥沙量减少了1/3。汛期泥沙通过橡胶坝塌坝下泄。

宝鸡段是由山区向平原过渡的“V”字型河流，河流挟沙能力强。总体上冲淤平衡、略有微冲之势。水面工程上游约5km处建有宝鸡峡大坝，有蓄洪拦沙功能。宝鸡峡大坝处渭河年平均泥沙量0.9亿m3，最大为800kg/m3（橡胶坝可用水的最大含沙量为10kg/m3）。闸前严格按照泥沙含量不超过10kg/m3的情况下蓄水。目前，拦河闸闸前有淤积，淤积量不足20万m3，建成后还没有人工清除过。橡胶坝两侧边滩有淤积，通过在汛期人工引导水流的方式进行冲沙。

4 治理经验

近年来，在河道生态治理中橡胶坝、拦河闸、滚水坝使用范围越来越广，在防洪、供水、环境美化等方面，取得了巨大的经济效益、社会效益，同时改善了生态环境。随着生态治理工程建设的发展，许多北方河流上生态治理的需求也逐渐增加。

生态治理中主要的河闸、滚水坝和橡胶坝等工程形式。河闸方案需设多孔平板或弧形闸门，可靠性高，工程投资大，但因河中设有闸墩等建筑物，会抬高上游河段行洪水位，而且投资较大；滚水坝施工简单，工作可靠性高，但多年运用后坝上河床会逐渐淤积，从而失去蓄水功能，且行洪水位高，会引起上游河道防洪工程投资明显增加；橡胶坝投资较河闸少，管理方便，景观优美，泄洪时坝面全部坍平，有利于河道行洪，能明显减少上游防洪工程投资。现有橡胶坝袋生产技术也能够保证橡胶坝袋正常使用20年。橡胶坝的缺点是坝袋易受冲击物破坏，行洪时水中粗颗粒沙会对坝袋造成磨损，塌坝时间长不利于防洪。从上述案例看，目前橡胶坝方案应用较多，且技术也更成熟。

在橡胶坝治理方案中分为分槽治理方案和全槽方案（配合冲砂闸）。分槽治理方案的设计思路是在河道中修建一两条纵向的中隔墙，将治理段河槽分为泄洪槽（区）和蓄水区两部分。根据河道比降情况，在河道中分级修建橡胶坝挡水工程。在小洪水期间，通过上游导流坝将河水导入泄洪区，洪水不进入蓄水区。可以保证蓄水区内不产生淤积和良好水质。大洪水时全河槽泄洪，不影响行洪。

分槽治理方案在防洪任务比较重、常遇洪水比较多的河流上有优势，但存在蓄水区域较小、景观效果差等缺点。全槽方案结合冲沙槽使用全断面蓄水，增大蓄水面积，小洪水及含沙量比较高的河水通过沿河道岸边设置的冲砂槽排泄。

解决泥沙入库还可采取在蓄水区上游修建沉沙廊道、拦沙潜坝等工程措施。具体需根据水文泥沙、河道特性、地形地质等基础资料分析确定。