我国北方生态受损河流复苏路径探索——以永定河为例

冯 婕，郑鑫源，张君伟，高 远，祁秀娇

（1.永定河流域投资有限公司，100193，北京；2.中国南水北调集团有限公司，100036，北京）

我国北方地区河流普遍存在缺水、水土流失、生态系统退化、生物多样性较低等问题。全国已开展了大量河流治理工程，但多数工程存在单一地区、单一条件、单一方案现象。永定河综合治理与生态修复工程打破属地边界，跨行政区划进行流域整体治理，提出“联通（以生态补水为核心的自然水利修复）-分段（以系统规划为引领的分类分段设计）-提质（以工程治理为手段的人工辅助提升）”的治理策略，并根据治理过程中条件动态变化，将不同的治理措施和过程有机结合，创新性地基于过程联动机制探索北方地区河流生态修复实践路径。

一、永定河流域概况及存在问题

永定河流经5省（自治区、直辖市），涉及51个市县区，河道治理长度865 km，总流域面积4.7万km2。作为京津冀区域重要的水源涵养区、生态屏障和生态廊道，永定河流域是集高原、山地、平原、滨海多元于一体的自然生态系统，是国家四条防洪重点河流之一，是京津冀防汛的重要安全屏障。

长期的资源型缺水严重影响了永定河的生态功能，导致各河段面临不同程度的生态水量不足问题。2016年《永定河综合治理与生态修复总体方案》（以下简称《总体方案》）印发，明确以生态水量保障为重点，建立跨区域协同机制，创新投融资机制。永定河综合治理与生态修复工程提升为国家层级治理。

在我国城镇化进程逐渐加快的进程中，永定河下游河段出现干涸和断流的频率、长度不断增加，平原地区的河道甚至出现连续断流或全年无水，河道完全干涸，河床裸露。造成该现象主要有以下原因：

1.上游来水量减少，生态水量不足

永定河流域山区水资源总量26.61 亿m3，人均水资源量276 m3，仅为全国平均水平的9.8%。根据永定河上游官厅水库1956—2016 年降水量及径流量变化过程（图1）分析，2001—2016 年水文数据与1956—2000 年相比，多年平均年降水量相差不大，实测径流量和天然径流量分别减少89%、31%，衰减严重，主要受上游人类活动取用水影响。官厅水库是永定河流域最大的水库，位于上下游交界，官厅水库径流量的衰减直接反映了上游产水量的减少。

图1 官厅水库1956—2016年降水量、径流量变化

2.缺乏统一规划，治理标准不一

在2016 年国家层面开展永定河综合治理与生态修复以前，沿线各地已经开展了行政区内的治理。北京市在1992 年及2010 年开展了两期综合治理，河北省和山西省分别于20 世纪90 年代、2001 年进行了不同程度的治理。由于治理工作主要在行政区域内进行，导致标准不统一、发展不协调，且缺乏有效的上下游衔接，分散治理方式难以发挥其治理成效。

3.生态品质较差，生境较为单一

由于河道干涸和人类活动频繁，永定河生态系统逐步退化，生境破损日益严重。土地不合理开发利用导致部分区域主河槽逐渐消失，河道违规采砂行为在沿线形成了大量的砂石坑，严重影响河道形态及生态环境质量。沿河景观单调，且河床渗透性大，影响地下水水质，地表基质粒径较为均一，缺乏异质性，水体生物多样性和稳定性较差，整体生物栖息环境单一。

二、河湖生态环境复苏策略

针对永定河生态水量不足、治理标准不一、生态品质不高等问题，永定河综合治理与生态修复遵循“尊重自然、顺应自然、保护自然”生态文明理念，提出三大策略（图2）：一是以生态补水为核心的自然水力修复，二是以系统规划为引领的分类分段设计，三是以工程治理为手段的人工辅助提升。同时，基于治理过程中要素及边界条件的动态变化，提出过程联动的系统治理方案，通过治理策略的动态优化探索永定河生态环境复苏的最优实践路径。

图2 河湖生态环境复苏实践路径

1.以生态补水为核心的自然水力修复

长期的资源型缺水，使永定河生态功能受到严重影响，因此进行生态水量补给是永定河综合治理与生态修复的关键。2018年12月，水利部海河水利委员会（以下简称海委）会同流域京津冀晋四省（直辖市）水利（水务）部门和永定河流域投资有限公司签订了永定河生态用水保障合作协议，构建了流域各方齐抓共管的机制，明确了参与各方的责任和义务，为保障永定河生态用水共同努力。

根据《总体方案》，提出三家店断面生态需水量2.6 亿m3的目标要求。自2017 年起，通过水资源优化配置加大上游向下游集中生态补水水量。2019 年，首次开展引黄水与永定河本地径流统筹调度补水，春季补水2.23 亿m3，实现了自1996 年断流后约130 km 河道非汛期全线通水。2020 年，进一步探索基于自然的解决方式，调查河道状况，编制生态补水方案，科学设定引黄水量目标及官厅水库存储水量，最终官厅水库累计下泄水量1.64 亿m3，官厅水库以下形成248 km 有水河道，北京境内170 km 河道实现自1994 年以来的全线通水，永定河在京津冀区域内实现了水头无阻、水流贯通。2020 年秋季，在永定河开展了脉冲实验，对春季补水的过流通道进行验证。2021 年春季，通过引黄补水和当地水联合调度，实现桑干河、洋河全线通水；2021 年秋季，通过册田水库、官厅水库、三家店枢纽、卢沟桥枢纽等工程联合调度，统筹官厅水库水、再生水、南水北调中线引江水、引黄水、北运河水和农业节水等多种水源，实现865 km 河道全线通水。2022 年实现了3～5 个月全线流动的目标，2023 年实现了全年全线有水。

2.以系统规划为引领的分类分段设计

为系统解决存在问题，新一轮永定河综合治理与生态修复工程以流域为整体、区域为单元，加强山区保护、平原修复，强化了流域整体的规划布局和设计引导，确保上下游设计理念连贯协同。在《总体方案》划分的4个区段上，按照河道所在的区位关系、自身资源禀赋条件，将永定河全流域河道划分为6种类型，共103个平均长度为16 km的分段。在6种类型中各选取一段典型河道进行示范设计，对同类型其他河段的设计进行引导，确保设计河道功能定位。

3.以工程治理为手段的人工辅助提升

以工程设计辅助生态补水，生态补水效果再验证工程方案。在确定主槽规模时，需要综合考虑河道的实际径流条件、灌溉和生态要求，满足《总体方案》中保障生态水量、上下游基本贯通要求。主槽设计不满足生态水量，容易导致漫滩与大水量损失，下游生态水量无法保障；主槽设计超过生态水量，生态流量无法满足主槽的生态需求，滩地区域长期处于裸露状态，生态系统随之退化。因此在官厅水库以上的河道主槽规模设计中，采用了全年平均基本生态流量、灌溉等输水平均流量的1.5 倍及主要水文站的径流数据（允许在20%～30%的时间内出现漫滩）作为依据，进行统筹规划。对于现状主槽已经达到设计主槽流量最小值的河段不再进行扩挖，以减少对现有河道的扰动。在生态补水期间实施大流量脉冲实验，进一步冲刷河道、塑造河槽。

治理工程实施原则为项目建设条件成熟、建成后河流生态用水保障程度好、流域生态质量提升显著。自综合治理与生态修复工作开展以来，永定河流域投资有限公司实施了35 个项目，主要方向为农业节水与种植结构调整、水量配置与用水保障、河道综合整治、水源地保护及地下水压采等。经过工程措施，与2016 年相比，流域整体增加节水能力5361.5 万m3，生态水量要求满足情况及出境水量均高于年度既定目标，地下水压采量减少，水位回升明显。

三、多过程联动的系统治理机制

由于治理过程中边界条件的变化及系统治理的复杂性，实施流域综合治理与生态修复工程时，不能忽视要素之间的联系以及治理过程的相互作用，需要从系统性角度出发，采取多要素整合、多过程联动的系统治理措施，实现流域的可持续发展。基于三大治理策略，永定河流域综合治理与生态修复工程提出了三项过程联动机制，从而发挥最大治理效益。

1.生态补水与规划设计的联动机制

自2017 年开始，截止到2022 年，永定河生态补水工程连续开展集中输水和生态补水，累计为永定河补水超过32.5 亿m3。通过近年的探索和实践，形成了生态补水与规划设计的耦合机制。

（1）通过顶层设计引导生态水量调度

为保障河道基本生态环境用水需求，《永定河生态用水保障合作协议》规定了本地径流、引黄水等各类水源调度方式、费用结算、责任分工，为开展生态补水试验创造了条件。海委每年春季、秋季制定生态水量调度实施方案，统筹调度开展生态补水。在每年调水的基础上总结规律，优化调度，逐年增加通水河长，争取到“十四五”末实现河道稳定不断流，全面复苏永定河生态环境。

（2）通过生态补水优化设计条件

河道设计条件在补水过程中发生显著变化，在河道设计过程中，改变传统水利“渠化、固槽”等方式，根据生态补水，按照“小水能贯通、大水保安全、管理有边界、修复有亮点”的思路对设计条件进行优化。将生态补水形成的通道作为设计的边界条件，保障生态水流通畅，适应不同的水量要求，构建蓝绿交织的生态弹性基底。

2.规划设计和工程建设的联动机制

永定河治理整体遵循生态优先的理念，指导全流域各地区的工程建设。北京市提出“自然、生态、低扰动”“以水开路、用水引路”等理念；天津市提出打造“流动、绿色、清洁、安全”的人水和谐生态纽带；张家口市提出“采砂、固表、整形、筑堤、覆绿、增水”多管齐下治理思路；廊坊市提出要“量水治河、以水带绿、林水相融，地下地表同步修复”；大同市围绕“水清、岸绿、景美”持续开展“清河行动”；朔州市提出“浚河、控污、固堤、绿岸、增水、兴业”目标。同时，在工程建设过程中，在流域尺度对规划设计方案进行优化。在纵向上，依据上游的治理工程，对下游的设计条件提出优化方案；在横向上，依据河槽治理工程，对边坡、护岸的设计提出优化方案。

3.工程建设和生态补水的联动机制

充分利用生态补水试验中的水流冲刷作用，开展纵向、横向、竖向立体修复，为工程建设创造条件。在纵向上，坚持“以水开路、用水引路”，利用水头冲刷下切作用，解决了部分河道主槽不明显、沙质河床水流走势易变等问题，取消拦河闸9座，保持自然连续性、蜿蜒性，形成了湖泊-浅滩-溪流的稳定生态通道；在横向上，坚持“以水带绿”，按照水流淹没线、浸润线等合理安排植被结构，维护河道自然生态空间完整性，减少束河筑堤160 km，形成了乡土堤林防护带-滩地-河槽的自然形态；在竖向上，取消防渗减渗等措施，减少拦蓄水面190 hm2，地表地下同步修复。

四、治理成效

经过生态补水、规划设计、工程治理三大策略的实施，以及三大策略的互相促进、互相反馈，永定河综合治理与生态修复工作取得明显成效。流域内的重要水源地官厅水库、册田水库和友谊水库等水质由Ⅳ～Ⅴ类提升至Ⅲ～Ⅳ类。永定河山峡段发现中华鳑鲏，发现鸟类360 余种，湿地鸟类种类数量均有增加，分布范围明显扩张，流域生境状况明显改善。从流域尺度来看，规划中各区段的功能定位均得到较好体现，实现了永定河综合治理的阶段性目标；从跨行政区域流域治理角度看，系统性、多过程、耦合治理方式为国内流域治理提供了经验。

五、结 语

经过探索与实践，针对北方地区河流水资源短缺、水环境污染、水生态退化等问题，永定河综合治理工程提出的生态补水、规划设计、工程治理三大策略，为北方地区河流生态修复提供了可参考的治理手段。而基于“生态补水、规划设计、工程建设”治理过程的联动机制，也为北方地区河流生态修复提供了实践路径。