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北京破题水生态修复

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永定河北京段治理要解决“无河变有河”“无水变有水”“差水变好水”这三大问题。

2021年10月21日 , 北京门头沟区永定河上的落坡岭水库

永定河北京段全长170公里,流域面积3168平方公里,流经门头沟、石景山、丰台、房山和大兴五区,是北京重要的生态屏障。

由于此前多年干涸、断流及人为扰动,永定河生态严重退化,某些河段甚至不具备河流廊道基本形态。

北京将永定河治理列为全市水生态环境建设一号工程,持续推进治理修复。为了助力北京段再现水清岸绿、河畅景美的自然风貌,多家科研院所献策献力,提供方向指引与技术支撑。

“永定河(北京段)河流廊道生态修复技术与示范课题”(以下简称为“北京段课题”)是2018 年立项的国家水体污染控制与治理科技重大专项独立课题,2021年底结项,按照永定河“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”的目标要求,围绕“无河变有河、无水变有水、差水变好水”形成了系列成套技术。

课题难度等级如何?如何解题?实现了哪些技术突破?成效如何?日前,课题负责人、中国水利水电科学研究院水生态环境所所长彭文启接受《瞭望东方周刊》采访,作了以下相关分享。

永定河是水资源短缺流域河流生态退化严重的典型河流,让这样一条断流长达数十年的大河“复活”,国内外尚无先例可供借鉴。

河流生态治理本就不是易事,永定河北京段的平原南段长期干涸、沙化,治理修复可谓难上加难。

为此,首先需要明晰河流生态治理策略与思路。“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”的内涵外延是什么?什么阶段能实现到什么程度?有哪些限制条件?实施路径及其选择的依据是什么?

其次,要解决河流廊道生态治理与运营维护的理论与技术。资源短缺流域,如何实现多水源综合配置与调度?如何在有限水资源量的约束下,实现河流生态贯通与良好的河流廊道景观结构塑造?

最后,还要实现河流生态廊道贯通示范,形成样板,为正在实施的永定河综合治理工程提供支持。

这里既有科学问题,也有关键技术难题,没有科学的回答,没有重大关键技术的支持,没有严谨的试验检验,治理修复极有可能事倍功半,甚至适得其反。

这个课题由中国水利水电科学研究院牵头负责,作为水利部下属从事水利水电科学研究的国家级社会公益性科研机构,其联合了众多相关单位,包括北京市水科学技术研究院、北京师范大学、水利部海河水利委员会水资源保护科学研究所和北京林业大学等,形成了包括水文水资源、水环境、水生态、工程设计、工程管理等专业交叉、产学研用结合的研究团队。

以往关于河流流域治理的研究,可能偏重某一方面,或者偏重于某一局部水域,这次的“北京段课题”面向流域整体,强调水资源、水环境和水生态“三水”融合,同时统筹考虑水安全保障的需要,是一个河流廊道生态环境治理的系统工程。

要将永定河恢复成为“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”,北京段面临三大问题:

一是长期干涸沙化的河段如何恢复河流廊道形态?即“无河变有河”;

二是流域水资源短缺问题突出,如何基于多水源优化利用,保障河流合理的生态需水,让河流流动?即“无水变有水”;

三是部分流动性较差的缓滞水域,水质问题频发,如何形成良好的生态系统、确保水质不恶化?即“差水变好水”。

这三大问题面向的是河流廊道形态重构、河流水量保障、水质改善,以期在永定河实现“有河、有水、有好水”的基本格局。

以水开路 用水引路

要“无河变有河”,关键在于北京段河流生态、河流廊道的样貌形态确认。

这需要从永定河的过去找寻答案。课题组搜集了多个时期的历史文献、地图、影像、卫片等资料,分析了永定河百余年的河流水文监测数据,基本摸清了20世纪不同时代永定河的河道景观形态、水流特征及其季节性差异变化等,对永定河有了较全面的认知。

北京治理永定河有一个理念叫“以水开路、用水引路”,采用了脉冲泄水的手段。应该说,课题组的成果为其提供了方向指引和技术支撑。

从卢沟桥往下的部分河道形态遭到破坏,怎么重塑?我们提出:实施基于人工引导的生态补水水力冲淤,采取大流量脉冲方式营造人工洪水过程,以实现河道形态塑造与重构。

从卢沟桥往下的河道中间有大量砂坑,最大的砂坑达1800万立方米,相当于一个中型水库容积。水流经时会有高渗透,慢慢放水肯定流不过去,所以要大流量,也就是脉冲。但以水开路,一要开得动,二不能开太狠,否则会把河岸冲开。

我们用二维数学模型模拟水的流动、河道的变化;又做了物理模型试验,在一个60×50米的大厅里,将河道形态、受力结构都以高相似率复制到沙盘上;还做了一次实地过水试验,放水几千万立方米漫过大砂坑,把下渗量、蒸发量的数据基本弄清楚了。课题组提供的建议是:造床流量宜为1—3年洪峰流量。

水资源短缺流域,解决“水从哪里来”一直是个难题。

针对“无水变有水”,课题组构建了北方地区面向生态流量调控方案,统筹多种水源的水资源配置,提高水源利用效率,实现流域水资源生态效益最大化。

多水源利用过程中,再生水、引江水、引黄水等非本地水的加入,是否会引发生态问题,存在哪些风险,一直是公众关心的问题。课题组构建了多类型补水水源的水质生态风险评估技术,也做了相关生物毒性评估——结论是没有安全隐患,可以放心。

在“差水变好水”方面,北京段的五湖一线工程里,门城湖、莲石湖、园博湖、晓月湖、宛平湖五座湖泊蓄积了大量河水,流动性较差,多水源补给水质扰动显著,水华问题较为严重。

我们一方面用造流设备形成局部循环,同时营造良好的水生态系统,维持自净能力。流水不腐,让水流动起来是改善水质的重要措施。

基于研究技术成果,我们做了两个关键技术示范应用工程,效果良好。

 

2020年4月2日, 北京莲石湖公园湖面上的黑天鹅

生态复苏

经过2019—2022年的生态补水,永定河生态环境得到了一定程度恢复。但仍处于治理初期,生态系统得慢慢发展和适应。其修复是一个比较长期的过程,需要有较良好的水质条件才行。

河流生态复苏分三个阶段:首先是水流系统的恢复;其次是河流廊道功能的恢复;第三是生态系统整体恢复。

打个比方:调水、补水永定河—相当于有个人得了重症,医生说先得下点猛药,用急救方式恢复气息,让血液流动循环起来;河流逐渐恢复地貌形态、植被结构等,能发挥部分功能—相当于病人能自己吃饭、走路了,但这个阶段可能还需要护工护理;河流生态系统实现自我平衡—相当于病人已经身心健康了。

 

现在,永定河还处于调气息、调血脉的阶段。水资源条件仍然很苛刻。至于后续再怎么治理,得再先观察两年。就像病人服了药,稍微有了点起色,得稳一稳,观察下疗效,才能继续开药方。但气息还得继续调养。

大自然的力量是无穷的,只要水流系统恢复了,有些问题自然就解决了。但某些重度退化的河道、局部风险点,是需要人工重点介入才能恢复的。

国内河流退化严重、河流廊道功能丧失最严重的区域之一是华北地区,永定河是这个区域里的典型代表,对它的治理探索对于全国的河流修复都具有重要意义。

文章来源:瞭望东方周刊

2022年9月19日 17:46
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