永定河综合治理与生态修复管理实践

龚秀英 张妙妙 张亚利

(北京市永定河管理处,北京 100165)

历史上永定河是一条天然排洪河道,对其的治理主要是防洪修复,灾后重建。自1956年发生洪水后,多年以来没有产生较大洪水。官厅水库修建后,卢沟桥以下河道由淤积转为冲刷,冲深1m多[1]。20世纪60年代以后,随着上游来水不断减少,沿河两岸工农业生产和生活用水增加,下游河道出现不同程度的断流。其中卢沟桥以下河道断流天数从60年代的197天增加到80年代的361天,90年代出现全年断流[2],河道完全干涸,河床裸露,周边地区地下水水位持续下降,生态环境逐渐恶化。不仅永定河如此,海河流域其他水系乃至全国河流的水资源和生态环境都出现了不同程度的危机。20世纪末,人们开始认识到人类活动使河流的水文条件和地形地貌特征等发生了较大变化,间接导致了河流的生态系统功能严重退化[3]。国家及地方水行政主管部门及时转变治水思路,由工程水利向资源水利、由控制洪水向管理洪水转变,开始关注具备生命特性的河流生态系统[4]。

进入21世纪后,随着经济社会发展和生态环境治理的需要,永定河的功能由防洪逐步扩展到防洪、供水、生态。随着治水思路的更新,永定河的治理遵循“有洪防洪,无洪绿化”的思路,从工程措施逐步向环境整治、生态修复转变,从单纯采取加固堤防向实施沙地平整、砂石坑削坡、生物护岸、栽种花草等措施转变。2010年启动永定河绿色生态发展带项目,在三家店以下河段建设了5个蓄水湖及1处湿地,蓄水水面达400hm2,形成了8.4km2的城市河道公园。此后,局部河段保持一定的蓄水水面。2015年4月审议通过的《京津冀协同发展规划纲要》,将永定河确定为京津冀核心区重要生态河流廊道。由于永定河位于京津冀区域中轴线上,优越的地理位置有利于发挥生态纽带作用和辐射作用,带动京津冀区域环境整体提升[5],京津冀3省(直辖市)协同治理模式开始启动。2016年12月,国家三部委联合发布《永定河综合治理和生态修复总体方案》(简称《总体方案》),确定永定河为京津冀区域重要水源涵养区、生态屏障和生态廊道,明确了建设流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河的治理目标。生态修复是对原有的受损生态系统进行改进和修补,其关键是恢复生态系统的功能,并使系统能够自我维持[6]。

1 永定河综合治理与生态修复实施情况

按照《总体方案》,治理范围为永定河京津冀晋4省(直辖市)涉及的相关区域,重点治理干流及其重要支流,治理河道总长865km。山区段以河道两岸与第一道山脊线之间、平原段以河道两侧各1km以内为重点治理范围。2017年,永定河综合治理与生态修复项目开始启动,共安排35项重点工程建设项目,截至2023年底,纳入北京市永定河综合治理与生态修复项目的共42项,其中工程建设类项目34项,研究监测类项目8项,总投资131亿元。目前,已完成永定河平原南段一期、妫水河南部水系连通工程等28项,在施项目6项,推进前期项目8项,累计实现河道、沟渠治理59km,生态修复121.5hm2,水库清淤17.4万m3,累计完成投资73亿元。

随着生态文明思想的不断深入,治理理念逐步转变,永定河官厅水库以下河道治理采取“地表地下立体修复”措施。为保障永定河生态水量目标,自2019年起连续开展5次大规模生态补水。补水情况大致如下:

2019年春季补水:是首次开展平原南段试验性补水,从官厅水库开闸到卢沟桥拦河闸关闸,历时87天,水头最远到达黄良铁路桥下游800m处。

2020年补水:分春、秋两次。春季补水:以“以水开道,实现全线通水”为目标,历时22天,实现了北京段170km全线通水,实现了永定河京津冀3地的水流贯通。秋季补水:官厅水库补水16天,官厅水库以下通水河道长174km,年内第二次实现北京境内全线通水。

2021年秋季补水:启用了南水北调中线工程长江水,累计向永定河补水0.86亿m3,水头先后到达金门闸、崔指挥营省市界、屈家店枢纽,于9月27日10时30分汇入渤海。

2022年春季补水:自2022年4月1日起,截至6月20日,官厅水库累计向下游补水2.88亿m3,三家店拦河闸累计向下游补水1.70亿m3,卢沟桥拦河闸连续向下游补水66天,补水总量1.59亿m3。水头于5月8日出北京市界。

生态补水有效改善了永定河流域的生态环境,初步摸清了平原段游荡型河道冲刷、造床的演变特征,为后续河道整治与保护提供了科学依据[7]。实施永定河生态补水,是达到和维持生态水量的一个主要措施,是对河道现状过流能力的检验,是验证河道流势的天然模型试验。

2 新时期永定河生态恢复关键问题

永定河综合治理与生态修复总体方案实施以来,取得了一定的生态效益和社会效益。流域协同治理机制基本建成,协同治理能力得到显著提高;生态水量统一调度,实现了多水统筹;目标治理河道实现了全线通水,生物多样性显著提高。在取得成效的同时,河道管理工作也面临新的挑战。水利工程现代化与精细化管理已经成为当前水利工程管理工作发展的主要趋势[8],这就需要从工程管理涉及的全部内容入手,逐步实现水利工程的精细化和现代化管理。

2.1 水环境问题

流域的水环境安全直接影响着人类生存与发展,而流域水环境保护管理是实现人与自然和谐相处的重要保障措施[9]。近年来,随着经济社会的不断发展,水污染、亲水人身安全、生态环境问题逐渐突显。而河道管理单位主要完成水利工程管理的相关业务,在水环境管理保护方面缺乏专业性;水面保洁由沿河各区负责,水管单位负责调水,缺乏统一管理。在水环境管理和保护方面,缺少统一的水环境保护管理体制机制、制度法规等。

2.2 永定河防洪隐患问题

几次大规模的生态补水使河道从多年断流变为常年有水,洪水传播时间以及径流量随之发生改变,因此对永定河防洪将产生不利影响。通过对比分析永定河历次洪灾资料可知,永定河产生洪涝灾害的前提条件是除河道有一定的基流外,还须在发生连续多日降雨后,突发局地暴雨。一旦具备上述两个条件,产生洪水灾害的可能性将大大提高。另外,随着首都及周边地区经济社会发展的需要,近些年来增加了多处跨河桥梁,河道内(尤其是治导线内)栽种了几十万棵树木,一定程度上改变了河道原有防洪形势。一旦产洪,桥墩在一定程度上将改变河道水流方向,树木将被冲向下游成为漂浮物堵塞桥孔,严重阻碍河道行洪能力,抬高河道水位,成为河道防洪安全隐患。该情况在国内几大江河中(长江、黄河、淮河等)均已存在,如1996年黄河花园口站相对小流量(7800m3/s)对应水位比1958年相对大流量(22300m3/s)对应水位要高0.9m[10]。永定河经过多年的建设和运行,河道行洪及堤防的防洪标准虽有了较大提高,但河道及水文参数是否也发生了改变,历次工程建设方案是否合理,实际工程标准与设计标准是否符合,均缺乏技术手段验证或洪水考验,防汛工作相对被动。

2.3 管理现代化程度不足

永定河的管理对象包括水利工程、水环境、防汛等。近年来,按照水利部要求,以划定水域空间、优化水利基础设施空间布局、推进水生态系统保护修复为重点,结合河道地势特点,对河道断面(含水库)划定了河道岸线控制线和分区,并对控制线和功能区提出差别化的管控要求,为加强流域重要河道岸线保护与利用管理、严格水生态空间管控提供了重要依据和支撑。现状河道堤防及水工建筑物的管理手段较为落后,普遍性问题为永定河在雨水工情整合利用方面智能化应用水平不高,安全监测和水闸运行自动化水平低,水利工程安全状况无法实时监测分析,大量的监测、巡查、分析、管理等经常性、重复性工作还依靠人工完成,与精细化的流域管理要求、无人化管理的工程管理目标存在较大差距。以生态补水时显露出的问题为例,在卢沟桥拦河闸的调度运用方面,闸门的启闭,闸门开度、过闸流量的计算需人工完成,与永定河的定位以及卢沟桥拦河闸的规模、作用极不匹配,雷雨天现场操作也有一定的人身安全隐患;此外,对水头追踪、水情监测等也需人工完成,尤其夜间作业的工作人员存在人身安全风险;基于人工巡查的水域空间违法问题,覆盖率不足,人力成本投入大。

3 对策建议

3.1 加强水环境管理

随着综合治理和生态修复项目的实施,运行管理工作应同步跟进,落实水环境管理工作。ⓐ要建立流域性的监管体制机制,落实专门的机构和人员,改变目前由水利系统内部非固定人员负责的监测现状,建议由具有相应资质的专业化队伍(第三方)承担监测工作;ⓑ建立水环境监管一体化的长效机制,以保持永定河水环境管理工作的长期性、延续性、稳定性;ⓒ加强队伍建设,增强相关专业力量,招收一批水资源、水环境、自动化控制、计算机相关专业的技术人员;ⓓ建立健全水环境安全保护机制,采用市、区二级管理体制,即市级水行政主管部门负责协调,沿河各区组织实施。

3.2 复核河道行洪能力,制定防洪调度细则

ⓐ以国内其他河流防洪形势已发生改变为鉴,借2023年大洪水之机,抓紧组织对永定河的行洪能力进行评估,对堤防的防洪标准进行复核,对河道堤防的水文参数、特征水位、高程进行复核;ⓑ以永定河典型历史洪水建立模型,模拟现状河道河情下河道行洪能力,以此绘制洪水风险图,同时建立健全预报预警机制,最大限度地减少洪灾发生;ⓒ永定河下游防洪安全的最大威胁为官厅水库到三家店区间(俗称“官厅山峡”)洪水,2023年7月31日永定河发生的洪水就是由官厅山峡区间的大暴雨产生的,形成了峰高流急、陡涨陡落的历史大洪水,且在永定河多次规划中均有陈家庄水库的建设方案,建议尽快安排实施,在未实施之前,建议对现行的北京市永定河防洪调度方案进行细化或修订,研究采取相应工程措施,提早实施利用永定河滞洪水库蓄洪的方案。

3.3 加快推进永定河数字孪生建设

2022年,在水利部的部署下,对《永定河综合治理与生态修复总体方案》进行了修编,将数字孪生永定河建设列为重点治理措施。目前,永定河数字孪生建设正在积极推进,努力建设为一个平台、四大应用场景(即永定河数字孪生流域平台,防洪指挥调度、水资源调度管理、水生态空间管控、工程运行管理四大业务应用场景),形成具有“四预”功能的数字孪生流域。按照数字孪生建设目标,对北京市永定河全域内所有水闸设施的自动控制系统进行改造,实现集中控制。实现闸门开度流量自动识别,实现闸门调度全方位实景展示。沿岸堤防砂石坑、开放区域、热点区域、隐蔽角落增加视频监控,用于监测违法违规及不文明游览行为。对空间管理范围内违法违规活动进行实时动态监测,实现“问题动态识别—情况上报—跟踪执法—源头治理”全链条管理,解放基层管理单位巡察的人力物力。

4 结 语

永定河经过多年治理,工程硬件设施得到了较大提升,防洪工程建设得到极大加强,防洪标准有了较大提高,但相比永定河新的功能定位以及“四条河”的目标,还有一定的差距;启动永定河综合治理与生态修复项目后,永定河取得了初步成果,实现了全线有水的目标。本文结合近年来永定河综合治理与生态修复实施情况,从工程管理方面入手,提出了生态恢复的关键问题和建议措施,旨在提高永定河水利工程现代化与精细化管理水平,及早谋划项目后期运行管理养护方案。