生态治河理念在周口店河治理中的应用

2016-02-07霍瑞航王铭伦

中国水利 2016年22期

关键词：周口店石楼石笼

霍瑞航，王蕾，王铭伦

（1.北京良乡蓝鑫水利工程设计有限公司，102488，房山；2.北京市房山区水务局，102442，房山）

生态治河理念在周口店河治理中的应用

霍瑞航1，王蕾2，王铭伦2

（1.北京良乡蓝鑫水利工程设计有限公司，102488，房山；2.北京市房山区水务局，102442，房山）

河道治理；防洪；生态；生态景观带；周口店

随着经济社会的快速发展，河道在生产生活中所承担的功能已不再局限于防洪、抗旱、灌溉、发电等传统功能。环境友好、生态自然、水资源利用方式多元化已成为当今河道治理的基本要求。北京周口店河石楼镇段治理，多处采用生态措施，将河道打造成具有安全性、生态性、景观性、亲水性的河道，保障石楼镇防洪安全的同时促进其调整产业结构，为其打造独具特色的生态休闲示范名镇提供助力。

一、周口店河概况

周口店河是大石河支流，属大清河水系，发源于北京市房山区周口店镇龙门口村西北，自西北向东南流经周口店镇、石楼乡镇，在石楼镇双柳树村与马刨泉河交汇后入大石河，总流域面积80.25 km2，河道全长19.69 km。2002年周口店河周口店镇段实施河道治理。

1.周口店河洪水特点

周口店河周口店段汇流面积80%为山区，河道纵坡0.01～0.06，20年一遇洪峰流量350m3/s，洪峰流量大，流速快，水势凶猛。周口店河进入石楼镇后河道渐趋于平缓，纵坡0.001左右，两岸多为洼地，产流较小，主要承担行洪任务，避免上游洪水淹没下游农田。

2.现状生态环境

周口店河经历2012年 “7·21”特大自然灾害后，上游山区段河道护岸冲毁，待人工修复；下游石楼镇段河道硬质护砌较少，堤身及河底已基本被植被覆盖。因近年周口店河流域雨量较多，上游基流冲刷，在河底形成蜿蜒的溪流，河道内地被植物主要有结缕草、黑麦草、葎草（拉拉秧）、蒿子、小灯芯草，水生植物主要有芦苇、菖蒲，灌木主要为荆条。河道内自然生态，但景象杂乱，难以形成亮点。

二、石楼镇概况

石楼镇位于北京西南房山区中部腹地，面积42.5 km2。2005年，石楼镇经多次研讨，重新布置发展格局，定位发展方向，最终确定以“生态休闲”为重点，“大融合、大整合、大配套”规划村庄、景点、田园节点，重点培育旅游观光、滨水游乐、农耕体验、农情博览、田园度假、休闲养生等功能，大力实施生态廊道绿化建设、生态林基地建设、重要交通节点建设、村庄绿化和苗木繁育基地建设等五大绿化工程，通过构建“一廊一带四区”空间发展格局，最终树立“京南绿宝石·石楼慢生活”地区品牌形象，逐步将石楼打造成为独具特色的生态休闲示范名镇，成为房山区“三二一”新布局中“城市发展环上的宝石”。

三、河道治理与镇域发展相结合

1.防洪为主

周口店河石楼镇段受洪水灾害影响频繁，沿岸村庄、农田多次遭受洪涝灾害，村镇两级多次组织人员对堤防进行修复，对河道进行疏挖，但受当时条件限制，未实现达标治理。2013年，房山区水务局启动周口店河石楼镇段治理工程，对该段河道进行达标治理。

周口店河在该段主要承担行洪的任务，避免上游洪水对石楼镇造成重大破坏。当河道内洪水流量较小时，周口店河承担排涝任务；当河道内洪水流量较大时，由石楼镇内4座泵站排除涝水。“7·21”特大自然灾害后，房山区水务局对4座泵站进行了改扩建，目前均运行良好。

为解决河道的行洪问题，首先考虑对河道进行疏挖，以该段河道上现状桥梁桥底高程和周口店河汇入大石河的高程为控制高程，对河底进行疏挖。通过计算，单纯对河道进行疏挖难以解决河道行洪问题，同时对地下管线的影响加剧，造成工程投资增大。

采用加宽河道的方式能够降低河道的水位和流速，增加河道的行洪能力，降低防洪风险。周口店河石楼镇段下游属于平原区洼地，过去该区域又名“石楼洼”，是房山区主要的粮食产区，土壤肥沃，受下游河道洪水位顶托，仅靠疏挖和扩宽河道，占地面积过大。治理河道的主要目的是为了保护人民生命财产安全，未达到该目的占用过大的土地，不经济亦缺乏合理性，同时造成实施难度加大。经分析，结合地区特点，本次疏挖、扩宽、堤防加高培厚等措施并举，解决该地区河道行洪问题。

设计河道走势基本因循现状河道走势，宜宽则宽，宜弯则弯，对于局部弯道段，采用增大转弯半径的方法来改善水流形态，降低对堤防的淘刷。

河道纵断设计以桥区高程和河道末端入河口位置高程为控制高程，调整河道纵坡，尽可能降低河道流速至2～3m/s以内，以保证后期采取的生态护岸措施安全有效。河道横断面设计分为两段，马刨泉河入河口以上河道横断面以梯形断面为主，现状河底冲出的主槽维持现状，保持其蜿蜒崎岖的走势；马刨泉河入河口下游河道横断面以复式断面为主，马刨泉河汇入后，周口店河20年一遇洪峰流量491m3/s，对于流量增大、水流流态紊乱的河段，复式断面有利于抵抗河道洪水冲刷，同时降低了筑堤高度，减小了防洪风险，降低了工程投资。

河道护砌分段、分区区别对待。依据河道走势及设计流速，将河道分为顺直段、弯道段、桥区及建筑物段。梯形河道横断面分堤防背水面边坡、堤顶、堤防迎水面边坡、迎水面堤脚、河5个区域，分别考虑其功能作用，采用不同材质的护砌形式；复式河道横断面分堤防背水面边坡、堤顶、堤防迎水面边坡、迎水面堤脚、滩地、滩地边坡、滩地坡脚、河底。根据渗流计算，周口店河石楼段堤防背水面无须设排水体，因此对于外堤坡护砌主要功能是降低水土流失，保障堤身稳定。

为便于巡河，堤顶需设置巡河路，一般采用硬质路面形式，堤肩需预留足够宽度，以保证路基稳定，同时堤肩更易受风雨侵蚀，水土保持尤为重要。堤防迎水面直接与洪水接触，受洪水冲刷影响更为直接，内坡防护主要作用为防止堤身冲刷破坏，防护措施应较堤肩及外堤坡更为可靠。梯形断面迎水面堤脚和滩地坡脚受水流冲刷最为严重，根据“7·21”特大自然灾害后水毁情况调查，多处河道堤防冲坑基本都在堤脚位置，护岸塌陷也多因堤脚破坏上层护岸结构无支撑而产生，因此该处应为重点防护位置，应根据顺直段、弯道段和桥区及建筑物段分别考虑，采取不同尺寸或措施。河底及滩地亦直接与洪水接触，受冲刷较为严重，桥区及建筑物段河道遭受冲刷后对建筑物安全稳定存在一定的隐患，但对于顺直段和弯道段，河底冲刷只要不蔓延到堤脚，对河道行洪影响并不大，应根据水流条件，分段考虑是否需进行护砌。

防洪问题不仅制约着石楼镇的经济发展，同时影响两岸居民的生命财产安全，因此解决该段河道防洪问题是本次治理的前提，也是实现该区域构建“一廊·一带·四区”的空间发展格局、打造独具特色的生态休闲示范名镇的安全保障。

2.安全、生态并举

实现河道治理与镇域规划，两者之间最大的结合点就是生态。在传统治河理念中，单纯从防洪角度考虑问题，多采用人工硬化材质衬砌河道，未对该问题进行详细分析，导致河道自身的生态系统遭到破坏，河道观赏性丧失。为实现石楼镇“周口店河生态景观带”的构想，应用生态水工学原理，本着满足区域防洪排涝要求为主，兼顾生态系统健康和可持续性需求，打造汇集水利、生态、运动、休闲等功能为一体的滨水空间。结合生态治理理念，对本次工程中采用的生态护岸、橡胶坝、连通闸、雨洪利用设施等措施进行逐一介绍。

（1）生态护岸

结合上文对河道护岸的分析，分段、分区介绍河道护岸形式。堤防背水面采用灌草结合的方式进行防护，其主要目的是解决外坡水土保持问题，因灌木底部种植地被成果率低，一般表土裸露。较单纯的植草护坡而言，灌木固土效果不如地被效果好，但从生态和景观角度看，灌草结合的方式丰富了河道植被种类，满足了植被多样性的要求。

为满足防汛和运动休闲的需要，堤顶设巡河路。巡河路材质采用沥青混凝土和透水砖结合形式，有条件通车段采用沥青路面，无条件通车段采用透水砖路面。设置路面同时也可解决堤顶的水土保持问题。为截留浮尘，降低噪音，调节气温，提高行车安全，在路肩每隔5m设行道树，路肩表土裸露部分种植地被，减缓雨水对路肩的冲刷。

“7·21”特大自然灾害后，北京市禁止河道内栽植乔木、灌木等阻水植物，因此本次河道内坡、滩地、滩地边坡、内坡堤脚均采用以地被植物为主，适当采用生态材料护砌形式。设计阶段比选了北京地区常用的一些生态护砌材料：连锁板、六角空心砖、铅丝石笼等。通过分析，连锁板通过砖与砖之间的连接形成一个整体，通过整体的重力抵抗洪水冲刷，具有一定的抗冲性能；空心六角砖仅通过自身单块砖体的重力抵抗洪水冲刷；铅丝石笼通过石笼网片将卵石或块石包裹成整体，过洪水时因洪水进入石块之间的缝隙，撞击石块后改变流速方向，从而在石笼表面形成紊流，达到增加糙率、降低洪水流速、抗冲同时减小冲刷深度的目的。前两种护砌材料用于流速较小或不过洪处位置护砌较为合适，铅丝石笼更适合过洪断面防护。对此主要采用铅丝石笼和地被植物结合形式解决河道内坡和滩地边坡抗冲刷问题。

根据经验，河道发生冲刷的主要部位是迎水面堤脚和滩地坡脚，因此在河道顺直段采用铅丝石笼结合地被的方式进行护砌。根据冲刷计算，计算出河道不同部位受到冲刷后，在坡脚位置水平方向设铅丝石笼护砌，护砌深度应大于冲刷深度，若冲刷深度较大，则在顺水流方向上增加护砌长度方式，一般增加至 3倍冲刷深度，坡脚处坡面埋设1m长铅丝石笼，石笼表面覆种植土绿化。对于河道弯道段，同样采用该方式进行计算，河底铺设3倍冲刷深度长的铅丝石笼，不同的是，弯道凹岸冲刷较大，内坡埋设铅丝石笼至坡顶，以防堤防冲出深坑，影响行洪安全。至于顺直段堤防迎水面，根据“7·21”特大自然灾害后的调查，大部分平原区筑堤河道，堤防发生决堤情况是因为堤防填筑质量差或洪水漫堤引起堤顶冲刷破坏，未发现存在堤防迎水面冲刷导致堤防决堤现象。另一方面，对顺直段堤防发生冲刷后稳定进行计算，因冲刷深度较小，对堤防渗流稳定基本无影响。因此从安全、生态和经济多角度考虑，堤防迎水面仅采用地被植物防护即可满足行洪要求。同理，滩地及滩地边坡受冲刷后，对河道行洪安全影响均较小，亦只采用地被防护。

对于桥区及水工建筑物范围段，因主体结构必须为混凝土或浆砌石等硬质材料，因此为满足其与上下游自然生态的河道衔接，桥区和水工建筑物上下游均采用铅丝石笼材质，从建筑物行洪安全角度，铅丝石笼提供了一个软硬相接的过渡段，有效防止了建筑物上下游冲刷，保证了建筑物行洪安全。

为使河道治理后形成“周口店河生态景观带”的效果，同时保障植被成活率，选取植被时遵循以下原则：①强调保留原则，因地制宜，适地适树，选择适合当地生长的乡土树种；②品种丰富，有乔木、灌木、地被及水生植物，能够体现季节的变化及层次的变化，满足三季有花，四季常青，乔、灌、草结合；③选择易生长、抗病虫害的树种；④丰富物种多样性原则，乔、灌、草、水生植物等搭配种植。本次种植设计在绿化用地内一共选用了乔、灌、草17种植物。在河道治理过程中，通过植物造景，使水面景观与外部活动空间景观相互渗透，浑然一体，将周口店河石楼段打造成绿色生态的景观长廊。

（2）橡胶坝工程

灌溉用水、景观用水如何保证，是打造“生态景观带”的难点之一。虽然周口店河河道内有基流，但流量断断续续极不稳定，难以满足灌溉及生态蓄水需求。因此单纯依靠周口店河难以实现其蓄水的目的，还需增加其他水源以保证河道蓄水。通过实地考察，周口店河支流马跑泉河水量较大，水量主要来源为马跑泉河上游泉水及牛口峪水库泄水，水质较好。经水量平衡分析，本工程全年需水量73.77万m3。根据现场查勘，马刨泉河非汛期上游来水流量约为1m3/s，汛期水量大于1m3/s，马刨泉河水量远远满足周口店河景观用水量需求。

在马跑泉河入河口下游设橡胶坝1座，回水长度2 km，蓄水面积8.44万m2，蓄水6.57万m3。橡胶坝建成后，上游复式断面河道滩地被淹没，淹没水深0.3～0.5m，具备建设景观湿地的基本条件，因此在滩地上种植荷花、菖蒲、芦苇、水葱等水生植物，不仅丰富了物种多样性，同时给“周口店河景观带”又增添了一景。

（3）水系连通工程

周口店河石楼镇段右岸现状有1条排水沟，直通石楼镇“亲水荷塘生态渔乐区”。周口店河新建橡胶坝后，正常蓄水位比排水沟沟底高 1.4m，具备向该沟道补水条件。因此，为解决河道与排水沟水系连通问题，新建连通闸1座。连通闸在河道不发生洪水时，具备向排水沟引水的功能，在该区域堤外发生涝水时，具备向周口店河泄水的作用，建成后排水沟蓄水即可用作渔业用水，亦可用于周边灌溉用水，还可以回补地下水，实现水资源利用率最大化。

（4）雨洪利用工程

周口店河石楼镇段坨头桥下游左岸现状有一块未开发绿地，本次治理将其改造为下凹式绿地，依据现状地形在绿地南侧挖坑塘用于集雨，绿化区域内种植木槿、玉兰，配合现状区域内槐树及地被解决周边涝水问题的同时，形成自然生态景观节点。周口店河沿线多出坑塘，在河道设计过程中，尽可能对沿线坑塘进行回避，采取的工程措施尽量减少对现状坑塘的影响，打造“周口店河生态景观带”的同时不影响“亲水荷塘生态渔乐区”的建设，使“周口店河生态景观带”最终形成点、线、面的空间立体多元生态景观带，在石楼镇的经济建设和发展过程中真正起到促进作用。