北方多泥沙河流生態(tài)治理淺析

潘文學(xué) 孫淑俠 楊 艷

（陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院 陜西 西安 710018）

1 概述

北方河流中的泥沙含量普遍較高，河道主槽及行洪斷面變化較大，徑流變化也比較大，所以在這種環(huán)境下進(jìn)行生態(tài)治理，修建工程蓄水后會因?yàn)楹拥佬螒B(tài)改變了致使河流流速減緩，造成泥沙淤積的情況。這樣會縮短工程的使用壽命，使生態(tài)治理效果大打折扣。

河流的生態(tài)治理大多位于城市段，河道生態(tài)治理群眾愿望迫切。北方城市河流功能主要為泄洪排澇、輸水排沙、水量調(diào)蓄、供水灌溉、生態(tài)景觀休閑等。近年來,許多城市開始對周邊水系的規(guī)劃和河岸的整治與美化加以重視。許多地方對城市水系進(jìn)行大規(guī)模的綜合整治,城市水環(huán)境取得了明顯改善。北方地區(qū)河流多為季節(jié)性河流，河流特性各異，在進(jìn)行綜合治理時蘭州、太原、臨汾、寶雞等地根據(jù)自身的情況，進(jìn)行了有益的探索。

2 生態(tài)治理方案

2.1 蘭州黃河風(fēng)情線

蘭州是黃河唯一穿城而過的省會城市，處于東西向的狹長型谷地。2000年開始規(guī)劃建設(shè)了百里黃河風(fēng)情線，西起西固工業(yè)區(qū)的西柳溝，東至城關(guān)區(qū)桑園峽，東西長40km，流域面積27.44km2。2008年黃河兩岸相繼建成觀光長廊、近水廣場、親水平臺、東湖音樂噴泉、黃河音樂噴泉、人與自然廣場，形成了銀灘公園、馬拉松起點(diǎn)公園、龍?jiān)垂珗@三大黃河灘區(qū)公園。

蘭州市區(qū)上游20km處修建無調(diào)節(jié)能力水庫，上游70km處建有調(diào)水調(diào)沙能力較強(qiáng)的劉家峽水庫。市區(qū)段河道寬約320m，沒有任何攔蓄工程，僅在灘區(qū)建有濕地公園及灘面休閑公園。公園無硬質(zhì)防護(hù)，為可淹沒式灘區(qū)公園。為了減少公園洪水淹沒次數(shù)及損失，修建了10年一遇的子堤進(jìn)行防護(hù)。

2.2 太原汾河濕地公園

太原汾河公園始建于1998年10月，2000年9月首期工程完工并對外開放。工程全長6km，寬500m，占地300公頃。設(shè)計(jì)為人工復(fù)式河槽，由中隔墻分成東西兩渠，東側(cè)為清水渠，寬220m，由四道橡膠壩分為三級蓄水湖面：西側(cè)渾水渠，寬80m，排泄上游洪水和水庫灌溉輸水。東西兩岸各布置一條箱形排污暗涵，接納沿線城市排污管道和邊山支溝來水，送至下游污水處理廠進(jìn)行凈化處理。

太原汾河公園是在汾河太原城區(qū)段內(nèi)經(jīng)過水利治理和綠化美化后而形成的濱水公園，總長超過18km。一期啟動區(qū)綠化總面積為130萬m2，水面170萬m2，兩岸有寬百米、長6km的綠色生態(tài)長廊。

汾河公園南段改造工程北起南內(nèi)環(huán)橋南的4號橡膠壩，南至南中環(huán)橋南100m，全長5.1km，總面積200多萬m2。主要包括桃花堤、汾水閣景區(qū)建設(shè)，以及配套太原長風(fēng)文化商務(wù)區(qū)躋汾橋景區(qū)建設(shè)，以錦繡水岸為主題建設(shè)親水公園。

2.3 臨汾汾河公園

臨汾市汾河公園始建于2009年5月，于2011年5月1日向市民開放。建設(shè)一、二、三級園路總長度170km，景觀橋梁10座，大型休閑集會廣場2個，總面積5萬m2，活動場地154處，總面積20萬m2，生態(tài)停車場12所，總面積6萬m2，共形成水面3km2，生態(tài)綠地6km2，大大提升了臨汾城市品位，改善了臨汾生態(tài)環(huán)境。

設(shè)計(jì)為人工復(fù)式河槽，由中隔墻分成兩槽，一側(cè)為泄洪槽寬90m，一側(cè)為清水景觀湖，寬190m，治理河長11.2km，由三道橡膠壩形成為三級蓄水湖面，水面面積約300萬m2。整個園區(qū)分為精品治理區(qū)和上、下游生態(tài)濕地治理區(qū)。精品區(qū)分地域展示區(qū)、素質(zhì)拓展區(qū)、體育休閑區(qū)、科普活動區(qū)、藝術(shù)休閑區(qū)和青少年活動區(qū)六大功能區(qū)域。公園以生態(tài)修復(fù)為建設(shè)主題，體現(xiàn)仿山西明清建筑風(fēng)格，打造中國古典山水園林，搭建以堯文化為特色的博大精深本土文化展示交流平臺。

2011年5 月汾河公園的開園，新增城市綠地11km2，新增水面4km2，城市綠化覆蓋率提高16個百分點(diǎn)，成為臨汾客廳、城市綠肺，展現(xiàn)一川清水、兩岸錦繡的優(yōu)美景觀，對提升臨汾城市品位，提高市民生活質(zhì)量，促進(jìn)臨汾社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。

2.4 寶雞渭河公園

寶雞市渭河全長32km，南岸有12條支流，北岸存在4條支流，河道內(nèi)水量充足。目前，已經(jīng)治理10km?，F(xiàn)河道形成一閘五壩（一道攔河閘，五座橡膠壩）的格局。渭河寶雞段綜合整治工程形成水面面積320萬m2，需水量500萬 m3。

寶雞市渭河公園建在渭河河床內(nèi)緊鄰北堤一側(cè)，寬度約180m～240m，全長約3km，面積61萬m2。公園從東向西根據(jù)地形起伏依次為湖濱風(fēng)光、古渡春曉、千禧樂園、五環(huán)廣場、梨園秋色、陳倉古韻、渭水煙紫七個景區(qū)。湖濱風(fēng)光區(qū)以沙灘、海石、椰樹等為景點(diǎn)，同時在沙灘的西端修建游泳池；古渡春曉區(qū)以攬樁、對弈廣場、石船舫為景點(diǎn)，體現(xiàn)渭河古渡碼頭和春園的景觀；千禧樂園區(qū)以噴泉、大理石球帶、模紋造型為景點(diǎn)，體現(xiàn)現(xiàn)代園林的特點(diǎn)；五環(huán)廣場區(qū)以護(hù)灘工程背水斜坡“五環(huán)造型”及五個圓形廣場、五個方形廣場為景點(diǎn)，成為市民健身的基地；梨園秋色區(qū)以臉譜文化和三座亭子為景點(diǎn)，體現(xiàn)秦腔文化藝術(shù)；陳倉古韻區(qū)以散關(guān)巨石、爵雕塑、渭水映池、石鼓為景點(diǎn)，體現(xiàn)寶雞歷史和文化源遠(yuǎn)流長；渭水煙紫區(qū)以石碌石磨、木藤架、草亭、牛雕塑為景點(diǎn)，一派田園風(fēng)光。

3 建設(shè)措施分析

3.1 水量水質(zhì)問題

黃河蘭州段總體水質(zhì)不好，汛期水含沙量經(jīng)常在10g/m3以上，但是該段河道沒有攔蓄工程，為自然河道，泥沙通過汛期沖刷自然下泄。河道水量充沛，常流量為1500m3/s。

太原汾河常流量為400m3/s，現(xiàn)水質(zhì)為五類水，上游一期水質(zhì)接近四類水，達(dá)到景觀用水的標(biāo)準(zhǔn)，河道內(nèi)可游泳。二期中段建有橡膠壩，由于處于鬧市區(qū)，在順河方向兩岸均埋有3m×4m的排污暗涵，因此該段水質(zhì)較差，略有臭味。三期河道寬闊，蘆葦、香蒲等水生植物較多，具有凈化功能，水質(zhì)較好。

臨汾汾河流域多年平均年徑流量為15.1億m3，臨汾段平均年徑流量為7.76億m3。汾河水質(zhì)臨汾段現(xiàn)狀為Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)達(dá)不到景觀用水標(biāo)準(zhǔn)。河道主槽泄洪區(qū)寬約80m，橡膠壩蓄水景觀區(qū)水質(zhì)略好。

寶雞段渭河屬于雨源性河流，徑流隨降雨而變化，具有年內(nèi)分配不均，年際間變化大的特點(diǎn)。水質(zhì)方面渭河干流寶雞臥龍寺橋斷面在2011年、2012年均為Ⅲ類水質(zhì)，符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 防洪問題

蘭州市區(qū)上游20km處修建無調(diào)節(jié)能力水庫，上游70km處建有調(diào)水調(diào)沙能力較強(qiáng)的劉家峽水庫。灘面按照黃河五年一遇2500m3/s流量修建子堤。在2012年黃河上游來水持續(xù)增大，加之幾次強(qiáng)降雨天氣，黃河蘭州段水位居高不下，最大洪水流量達(dá)到3860m3/s。毗鄰黃河南北兩岸的濕地公園、龍園、近水廣場、音樂噴泉等諸多沿河沿岸景觀遭受重創(chuàng)，全部浸沒水中，受損嚴(yán)重。這些河道景觀都是臨時建筑，黃河水量小、水位低的時候，這些景觀能夠美化城市環(huán)境，改善生態(tài)條件，當(dāng)黃河發(fā)大水以后，這些景觀可以淹沒，并不影響行洪。2012年洪水確實(shí)給蘭州河道設(shè)計(jì)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礙洪的建筑物，不種任何高大喬木，適當(dāng)把裸露河灘地綠起來，形成生態(tài)良好的河道濕地，盡量減少投資，也減少損失。

汾河水庫是山西省最大的水庫，位于汾河干流上游，下距太原市83km，設(shè)計(jì)總庫容7.21億m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)魚的大（Ⅱ）型水利樞紐。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇洪水設(shè)計(jì)，兩千年一遇洪水校核，具有很強(qiáng)的調(diào)水調(diào)沙功能。汾河二庫，位于太原市西北30km的汾河干流上，也是一座以防洪、供水為主，并有發(fā)電、旅游、養(yǎng)殖等綜合效益的大型水利樞紐工程，總庫容1.33億m3，也具有調(diào)節(jié)洪水和泥沙作用。

寶雞渭河攔河閘上游5km處建有寶雞峽大壩，該大壩具有防洪功能，以及調(diào)節(jié)洪水和泥沙的作用。攔河閘下游利用采砂坑形成的灘面公園按10年一遇3000m3/s流量保護(hù)，修有灘區(qū)子堤，子堤標(biāo)準(zhǔn)為防御渭河10年一遇洪水。公園上口修建自潰堰，下口為開敞式。建成12年以來沒被淹沒過。

3.3 泥沙問題

蘭州黃河平均年輸沙量約16億t，居世界大河之冠。每立方米水中含沙量在干流龍門附近為30kg以上，在一些支流可達(dá)300kg～500kg。黃河蘭州站多年平均含沙量為2.43kg/m3，泥沙主要來自太行山以西的黃土高原地區(qū)，蘭州站的泥沙比較少。由于蘭州黃河風(fēng)情園全部位于灘區(qū)，沒有在主槽修建工程，沒有減少防洪斷面，所以洪水期泥沙全部通過主槽宣泄。

太原汾河是汾河向黃河輸入河道泥沙的主要源區(qū)。大部分泥沙產(chǎn)生于汛期，近年來由于上游水土保持治理成效的體現(xiàn)，河道來沙量有所減少。工程設(shè)置沖砂閘、橡膠壩，在小洪水來臨時泥沙通過沖砂閘下泄，在大洪水時橡膠壩塌壩，洪水通過沖砂閘和橡膠壩聯(lián)合下泄。

汾河臨汾段大部分泥沙產(chǎn)生于汛期，具有“大水大沙”的特點(diǎn)。經(jīng)過近幾年的治理，輸入河道的泥沙量減少了1/3。汛期泥沙通過橡膠壩塌壩下泄。

寶雞段是由山區(qū)向平原過渡的“V”字型河流，河流挾沙能力強(qiáng)?？傮w上沖淤平衡、略有微沖之勢。水面工程上游約5km處建有寶雞峽大壩，有蓄洪攔沙功能。寶雞峽大壩處渭河年平均泥沙量0.9億m3，最大為800kg/m3（橡膠壩可用水的最大含沙量為10kg/m3）。閘前嚴(yán)格按照泥沙含量不超過10kg/m3的情況下蓄水。目前，攔河閘閘前有淤積，淤積量不足20萬m3，建成后還沒有人工清除過。橡膠壩兩側(cè)邊灘有淤積，通過在汛期人工引導(dǎo)水流的方式進(jìn)行沖沙。

4 治理經(jīng)驗(yàn)

近年來，在河道生態(tài)治理中橡膠壩、攔河閘、滾水壩使用范圍越來越廣，在防洪、供水、環(huán)境美化等方面，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益，同時改善了生態(tài)環(huán)境。隨著生態(tài)治理工程建設(shè)的發(fā)展，許多北方河流上生態(tài)治理的需求也逐漸增加。

生態(tài)治理中主要的河閘、滾水壩和橡膠壩等工程形式。河閘方案需設(shè)多孔平板或弧形閘門，可靠性高，工程投資大，但因河中設(shè)有閘墩等建筑物，會抬高上游河段行洪水位，而且投資較大；滾水壩施工簡單，工作可靠性高，但多年運(yùn)用后壩上河床會逐漸淤積，從而失去蓄水功能，且行洪水位高，會引起上游河道防洪工程投資明顯增加；橡膠壩投資較河閘少，管理方便，景觀優(yōu)美，泄洪時壩面全部坍平，有利于河道行洪，能明顯減少上游防洪工程投資。現(xiàn)有橡膠壩袋生產(chǎn)技術(shù)也能夠保證橡膠壩袋正常使用20年。橡膠壩的缺點(diǎn)是壩袋易受沖擊物破壞，行洪時水中粗顆粒沙會對壩袋造成磨損，塌壩時間長不利于防洪。從上述案例看，目前橡膠壩方案應(yīng)用較多，且技術(shù)也更成熟。

在橡膠壩治理方案中分為分槽治理方案和全槽方案（配合沖砂閘）。分槽治理方案的設(shè)計(jì)思路是在河道中修建一兩條縱向的中隔墻，將治理段河槽分為泄洪槽（區(qū)）和蓄水區(qū)兩部分。根據(jù)河道比降情況，在河道中分級修建橡膠壩擋水工程。在小洪水期間，通過上游導(dǎo)流壩將河水導(dǎo)入泄洪區(qū)，洪水不進(jìn)入蓄水區(qū)?？梢员ＷC蓄水區(qū)內(nèi)不產(chǎn)生淤積和良好水質(zhì)。大洪水時全河槽泄洪，不影響行洪。

分槽治理方案在防洪任務(wù)比較重、常遇洪水比較多的河流上有優(yōu)勢，但存在蓄水區(qū)域較小、景觀效果差等缺點(diǎn)。全槽方案結(jié)合沖沙槽使用全斷面蓄水，增大蓄水面積，小洪水及含沙量比較高的河水通過沿河道岸邊設(shè)置的沖砂槽排泄。

解決泥沙入庫還可采取在蓄水區(qū)上游修建沉沙廊道、攔沙潛壩等工程措施。具體需根據(jù)水文泥沙、河道特性、地形地質(zhì)等基礎(chǔ)資料分析確定。

5 結(jié)語

針對北方河流中的泥沙含量普遍較高，河道主槽及行洪斷面變化較大，徑流變化也比較大等特點(diǎn)，本文通過生態(tài)治理案例的分析，介紹了在多泥沙河道上修建生態(tài)治理工程解決防洪和泥沙兩大問題的處理措施，對多泥沙河道上修建生態(tài)治理工程有一定的借鑒意義。陜西水利