基于河流环境生态特征的永定河流域综合治理与管理

田广宇，刘 湛，刘 浩，张晨牧

（中交水运规划设计院有限公司，100007，北京）

一、概 述

流域生态系统是人类生存发展所依存的自然界中最重要的生态系统之一，为流域地区经济社会健康、持续和协调发展提供资源和生态保障。针对我国众多流域水资源短缺、水环境污染严重和水生态系统受损状况，国家相继出台 《水污染防治行动计划》（即“水十条”）、《土壤污染防治行动计划》（即“土十条”）、《“十三五”重点流域水环境综合治理建设规划》等政策法规，党的十九大又将生态文明建设提升至千年大计，中央政府已将流域综合治理提升到国家战略高度。

流域以河流为主线，是由分水线围括而成的完整、独立、整体性极强的自然区域，范围涉及河流上下游、两岸和汇水区域。流域界限不同于传统行政区域划分，不同行政区划施政、施策的差异和跨行政区划协调难，往往导致流域治理与管理难以成合力。流域环境的综合治理与管理作用于由水域、自然、经济和社会组成的流域复合生态系统，具有多元目标性特点。在合理开发水资源的同时，需注重污染防治，保护水质，恢复健康的水生态系统，坚持开发与保护并重。流域综合治理及管理需要协调上下游、干支流、不同行政区之间的经济发展，促进区域经济协调发展；不同区域、不同群体、不同产业通过流域为纽带，被联系成为一个整体。因此，流域综合治理及管理的最终目标是实现人与自然和谐共处、促进“生态、生产、生活”协调发展，实现区域经济社会协同的可持续发展。流域综合治理是一项复杂的系统工程，不仅涉及水环境，还与水生态、水经济、水文化，乃至水景观、水安全等相互关联，需要综合运用行政、法律和经济等多种手段进行治理。

永定河是首都北京的母亲河。永定河流域地跨5省（自治区、直辖市）51个市、县、区，涉及北京、天津、河北张家口、山西大同和内蒙古一些地区，是京津冀区域重要水源涵养区、生态屏障和生态廊道。目前存在水资源过度开发、环境承载力差、污染严重、河道断流、生态系统退化、部分河段防洪能力不足等突出问题，严重制约京津冀地区经济社会的健康发展。作为首都北京的母亲河，恢复永定河碧波荡漾的生机，让永定河再现清水长流、绿树连绵、山水相融的自然美景，一直是沿岸人民的美好期盼。对永定河流域的综合治理与管理，是我国首例跨省级行政区域实行全流域协同治理项目，对京津冀晋内蒙地区协同发展、创新和完善永定河流域协同治理机制具有重要意义。

二、永定河流域现状问题

永定河上游有桑干河、洋河两大支流，于河北省张家口怀来县朱官屯汇合后称永定河，在官厅水库纳妫水河，经官厅山峡于三家店进入平原。三家店以下，两岸均靠堤防约束，卢沟桥至梁各庄段为地上河，梁各庄以下进入永定河泛区。永定河泛区下口屈家店以下为永定新河，在大张庄以下纳龙凤河、金钟河、潮白新河和蓟运河，于北塘入海。永定河流域总面积达4.70万km2，占海河流域总面积的14.7%。近年，受自然因素和人为因素影响，永定河流域经济社会的快速发展与环境承载力不协调，生态环境不断恶化，主要原因有：

1.水资源禀赋差，超载严重

近年，受气候和下垫面变化影响，永定河可利用水资源量呈明显衰减趋势，地表水开发利用率已经远超国际公认的40%合理开发红线，部分城市地区地下水超采严重，高达21.4亿m3。上游农业生产用水方式粗放，种植结构不合理，农业用水占比高达66%，亟须提高农业用水效率，调整农业结构，压减农业用水量。

2.水环境承载能力低，污染严重

永定河京津冀晋内蒙5省（自治区、直辖市）现状水功能区的主要污染物COD、氨氮年均入河量分别超过纳污能力的1.5倍、7.6倍，41个水功能区中只有11个水质达标，达标率仅26.8%，水质为Ⅴ类和劣Ⅴ类的河长达52%以上。其中，桑干河、洋河部分支流水污染严重，官厅水库受到污染，结构和功能受损。据分析，由于永定河的入河污染物，特别是入河的面源污染缺乏有效控制，点源污染监控亦不够，永定河大部分河段常年超纳污能力排放，水质长期处于恶化状态。

3.生态空间不足，功能退化

目前，永定河生态系统结构受损，上游水源涵养能力差，水土流失依然严重，仍有1.5万km2需要治理；森林覆盖率20.8%，未达到全国平均水平21.63%，且地区间差异较大，津冀两省（直辖市）均低于20%，水源涵养能力未能得到稳定发挥；森林质量不高，且局部存在部分退化林，森林生态效益未能充分发挥；流域内河湖、湿地率仅2%，与全国平均水平的5.6%相比有较大差距。同时生态用水被大量挤占，下游平原河道1996年后完全断流，平均干涸长度140 km，局部河段河床沙化，地下水水位下降，地面沉降。2000年后河口入海水量锐减，较多年平均减少了97.5%。永定河流域生态空间不足或生态空间管理失据、失控，急切地呼唤贯彻“绿水青山就是金山银山”的环境生态治理理念，以实现生态空间结构优化的目标和策略。

4.部分河段防洪能力不足，隐患犹存

永定河是全国四大重点防洪江河之一，其中永定河左堤是保卫北京防洪安全的西部防线，防洪任务十分重大。多年来，按照“上蓄、中疏、下排、适当地滞”的海河流域防洪治理方针，国家对永定河进行了多次整治，流域防洪工程体系初步形成，防洪标准基本达到百年一遇，但部分河段仍然存在防洪隐患，如山区河道堤防险工险段和主槽淤积，行洪能力降低；平原区部分河段堤防超高不足，超标准洪水通道受阻；永定河泛区安全设施不健全，周边洪水灾害风险较大，同时流域部分河道采砂影响河势稳定等。此外，永定河已多年未发生大洪水，现有防洪工程缺少洪水检验，防洪风险依然存在。

5.区域协同管理能力薄弱，亟待加强

目前，永定河管理以行政区域为主，但存在标准不统一、发展不协调问题。现有水资源利用、保护等方面的合作多以一事一议为主，尚未建立跨区域跨行业的议事协调机构，缺乏健全的流域生态环境保护协作机制、涉水联合执法机制和水生态补偿机制。流域水量、水质、水生态、森林、湿地监测站点虽有布设，但各自为政，部分监测内容重复建设，缺乏区域一体化的水生态环境监测信息共享平台和生态环境监测预警机制。

三、环境生态特征分析

从环境生态角度看，永定河既有河流通常具备的自然属性，又有其本身非同一般的特征。掌握自然法则、社会法则和人们的美学法则解析永定河的环境生态属性，是系统、综合治理永定河流域的必由之路。

从河流流域系统的汇集、输移、转化、沉积、冲刷、传输、延长和流水生态8个方面看，永定河以水为载体，从其流域4.7万km2范围汇集21.02亿m3水及其容纳的物质，从海拔2 736 m的管涔山向前输移，承接桑干河和洋河后，从官厅水库起穿越八达岭山地形成官厅山峡，至三家店流入华北平原，于北塘奔流入海，将水中溶解的、不溶解的，生物的、非生物的物质注入渤海；其间，不同形态的水流（流态）和发生在水体、水气界面、泥水界面的各种相互作用，通过氧化还原反应、生物化学反应驱动物质的转化；由于重力作用的变化和物质比重的差别，部分物质沿程沉积下来，或形成淤积，或抬高河床；携带能量的河流沿程对河岸产生冲刷（切割）作用，由于水流和科里奥利力的同时作用，冲刷作用可能十分强大，致使永定河岸线在历史长河中有非常显著的变动；永定河水作为载体为上下游的生物提供传播通道，而裹挟泥沙的河水到达河口后，流速遽然下降，盐度急剧上升，不可避免地形成河口湿地，延长河流；整个系统在相对稳定的状态下以独特的流水生态形式经年累月地运行着。因此对永定河的治理和管理必然需要将其水环境治理、水生态修复和水资源保护紧密地结合起来，并以此支撑水经济的可持续发展和水文化建设。

四、综合治理与管理策略

依据永定河上述环境生态特征和水资源条件，从流域治理的系统性、综合性出发，需要按照如下10个原则来决定工程治理与管理的总体布局、控制策略和实施方案，即系统原则、目标原则、有限条件原则、类型原则、平衡原则、生产力控制原则、递进原则、自组织与共力修复原则、规模原则和安全原则。在此基础上提出了以“三水共治”为主导目标的永定河流域综合治理建议方案。

结合《永定河综合治理与生态修复总体方案》的“水源涵养区、平原城市段、平原郊野段和滨海段”4分区段治理划分，首先基于3S技术，通过研究区域背景调查与分析，识别结构断点（封闭度、高程、蜿蜒度、水利工程、水系交汇点等），确定各治理区段河流类型；进而从不同河流类型结构特征出发，完成对不同河流类型具有的功能潜力的定性研判；最后依据河流类型整体功能状况评估结果，分别从河流行为特征、主要人类活动、河流功能状况等方面对永定河流域各治理区段提出针对性措施。

永定河流域水源涵养区位于流域上游，主要以山区为主，是重要产水汇流区域，面积达4.51万km2，占总流域面积的95.8%。区域经济结构以农业为主，兼有采矿及加工、畜禽养殖林果业种植等，也是水土流失严重、面源污染相对突出的区域。永定河在该区域河流类型众多，以渠道化河流、无限制弯曲沙床河流、无限制低中蜿蜒细粒河床河流、无限制游荡沙床河流、无限制弯曲砾石河床河流为主。平原城市段（三家店—梁各庄）贯穿北京西部区域，在游憩、景观美学、水文化传承、教育科研等方面功能突出，是对河流生态环境要求相对更高的区域。现状河流类型以渠道化河流为主，地势较平坦，紧邻城区河道，已干涸。平原郊野段（梁各庄—屈家店）现状河流类型以渠道化河流为主，贯穿永定河泛区，河道常年干涸沙化，加上地表裸露、植被覆盖度低，成为永定河扬尘扬沙段，生态系统十分脆弱。滨海段（屈家店—防潮闸）现状河流类型以渠道化河流为主，流经天津市中东部，是连接上游河道与渤海的特殊河段，受上游地区影响，入海水量锐减。

永定河流域各类型河段特征、功能评价及针对性措施主要有：

①渠道化河流，特征为顺直河道，河岸、河床多被固化，基本无河岸带，水流被固化在河道中，行为能力弱，仅冲刷河段泥沙，且农田、居民点和公路等主要人类活动区域靠近河岸。该段河流功能总体评价极差，主要表现为河道稳定，行洪能力强，此类河段修复以恢复水流、清洁水质为主。应设法补水，恢复水流位，维持基流水位，推行水保措施；限制两岸排污口，同时进行生态护岸改造，开辟以种植本土植物为主的河岸带。

②无限制弯曲沙床河流，特征为河谷对河道基本不限制，河道宽浅呈弯曲状，河床材料多为粉砂；流速快慢相间，有静水区、凸岸边滩、河漫滩发育，河岸稳定性差，乔、灌、杂草覆盖程度较高。该类河段地势较平坦，两岸多有农田和居民点；河流功能总体评价一般，主要表现为河流基本维持自然状态，河岸稳定性较差，河漫滩宽广，河流栖息地类型多样，两岸植被覆盖率较高，水质较好。此类河段整体修复以提升水文、行洪、廊道和栖息地功能为主。应维持基流水位，限制取水，推行水保措施；两岸限制放牧，沿河设置栅栏隔离牲畜，建设本土植物缓冲带和生态护岸，降低河岸坡度；沿河河漫滩修建池塘、湿地，为生物提供栖息地和净化水质。

③无限制低中蜿蜒细粒河床河流，特征为河谷对河道基本不限制，河道中低蜿蜒，宽浅，流速快慢相间，河床材质表层多为粉砂，底层为砾石，两岸植被覆盖率高，地势较平坦，多有农田和居民点；河流功能总体评价一般，主要表现为河流基本维持自然状态，河岸稳定性稍好，河漫滩宽广，两岸植被覆盖率高，水质较好。此类河段整体修复以提升水文、行洪和廊道功能为主。应维持基流水位，保持夏季洪水水位，限制附近居民和牲畜直接取水；两岸建设本土植物缓冲带，强化防护林建设，限制泥沙和农田物质进入；河漫滩和静水区域修建湿地，净化水质；利用抛石、圆木创建多水流形态；利用木桩保护河岸。

④无限制游荡沙床河流，特征为河谷对河道无限制，位于侧田水库下游，仅水库放水才有水流，其余时间干涸，河道、漫滩宽广，植被覆盖率高，多见沼泽和水塘；河流功能总体评价极差。此类河段修复以维持水流为主。应加强上游水库生态调度，维持基流水位，禁止灌溉和牲畜取水；两岸建设防护林，控制泥沙源，限制河道摆动；保护河漫滩，禁止开发，沿主河道池塘和沼泽构建净水区，形成湿地，净化水质。

⑤无限制弯曲砾石河床河流，特征为河谷对河道无限制，河道弯曲宽浅，流速快慢相间，河床底质为砾石，河道边芦苇等植物茂盛，两岸植被覆盖率高，地势平坦，多为耕地和居民点。河流功能总体评价一般，主要表现为河岸保持自然形态，水流形态多样，有水生植物，河床地貌丰富，河岸带植被覆盖率高，水文、地貌、廊道和栖息地功能潜力较高，后期修复以此为主。应维持基流水位，禁止灌溉和牲畜取水；修建防护林，控制泥沙源；实行退耕还河，拓宽河岸带，构建乔、灌、草本土植物层次结构的缓冲带、隔离带，限制农田面源污染入河。