北方多泥沙河流生態治理淺析

潘文學 孫淑俠 楊 艷

（陜西水環境工程勘測設計研究院 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，所以在這種環境下進行生態治理，修建工程蓄水后會因為河道形態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，使生態治理效果大打折扣。

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

2 生態治理方案

2.1 蘭州黃河風情線

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年開始規劃建設了百里黃河風情線，西起西固工業區的西柳溝，東至城關區桑園峽，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、馬拉松起點公園、龍源公園三大黃河灘區公園。

蘭州市區上游20km處修建無調節能力水庫，上游70km處建有調水調沙能力較強的劉家峽水庫。市區段河道寬約320m，沒有任何攔蓄工程，僅在灘區建有濕地公園及灘面休閑公園。公園無硬質防護，為可淹沒式灘區公園。為了減少公園洪水淹沒次數及損失，修建了10年一遇的子堤進行防護。

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。設計為人工復式河槽，由中隔墻分成東西兩渠，東側為清水渠，寬220m，由四道橡膠壩分為三級蓄水湖面：西側渾水渠，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行凈化處理。

太原汾河公園是在汾河太原城區段內經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的綠色生態長廊。

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

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，生態停車場12所，總面積6萬m2，共形成水面3km2，生態綠地6km2，大大提升了臨汾城市品位，改善了臨汾生態環境。

設計為人工復式河槽，由中隔墻分成兩槽，一側為泄洪槽寬90m，一側為清水景觀湖，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。整個園區分為精品治理區和上、下游生態濕地治理區。精品區分地域展示區、素質拓展區、體育休閑區、科普活動區、藝術休閑區和青少年活動區六大功能區域。公園以生態修復為建設主題，體現仿山西明清建筑風格，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，成為臨汾客廳、城市綠肺，展現一川清水、兩岸錦繡的優美景觀，對提升臨汾城市品位，提高市民生活質量，促進臨汾社會經濟發展具有重大意義。

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，河道內水量充足。目前，已經治理10km。現河道形成一閘五壩（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緊鄰北堤一側，寬度約180m～240m，全長約3km，面積61萬m2。公園從東向西根據地形起伏依次為湖濱風光、古渡春曉、千禧樂園、五環廣場、梨園秋色、陳倉古韻、渭水煙紫七個景區。湖濱風光區以沙灘、海石、椰樹等為景點，同時在沙灘的西端修建游泳池；古渡春曉區以攬樁、對弈廣場、石船舫為景點，體現渭河古渡碼頭和春園的景觀；千禧樂園區以噴泉、大理石球帶、模紋造型為景點，體現現代園林的特點；五環廣場區以護灘工程背水斜坡“五環造型”及五個圓形廣場、五個方形廣場為景點，成為市民健身的基地；梨園秋色區以臉譜文化和三座亭子為景點，體現秦腔文化藝術；陳倉古韻區以散關巨石、爵雕塑、渭水映池、石鼓為景點，體現寶雞歷史和文化源遠流長；渭水煙紫區以石碌石磨、木藤架、草亭、牛雕塑為景點，一派田園風光。

3 建設措施分析

3.1 水量水質問題

黃河蘭州段總體水質不好，汛期水含沙量經常在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，現水質為五類水，上游一期水質接近四類水，達到景觀用水的標準，河道內可游泳。二期中段建有橡膠壩，由于處于鬧市區，在順河方向兩岸均埋有3m×4m的排污暗涵，因此該段水質較差，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。汾河水質臨汾段現狀為Ⅴ類標準，水質達不到景觀用水標準。河道主槽泄洪區寬約80m，橡膠壩蓄水景觀區水質略好。

寶雞段渭河屬于雨源性河流，徑流隨降雨而變化，具有年內分配不均，年際間變化大的特點。水質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，符合水質標準。

3.2 防洪問題

蘭州市區上游20km處修建無調節能力水庫，上游70km處建有調水調沙能力較強的劉家峽水庫。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增大，加之幾次強降雨天氣，黃河蘭州段水位居高不下，最大洪水流量達到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，全部浸沒水中，受損嚴重。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境，改善生態條件，當黃河發大水以后，這些景觀可以淹沒，并不影響行洪。2012年洪水確實給蘭州河道設計理念起了警示作用，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，適當把裸露河灘地綠起來，形成生態良好的河道濕地，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，設計總庫容7.21億m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發電、養魚的大（Ⅱ）型水利樞紐。設計標準為百年一遇洪水設計，兩千年一遇洪水校核，具有很強的調水調沙功能。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，并有發電、旅游、養殖等綜合效益的大型水利樞紐工程，總庫容1.33億m3，也具有調節洪水和泥沙作用。

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，以及調節洪水和泥沙的作用。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，修有灘區子堤，子堤標準為防御渭河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，蘭州站的泥沙比較少。由于蘭州黃河風情園全部位于灘區，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。大部分泥沙產生于汛期，近年來由于上游水土保持治理成效的體現，河道來沙量有所減少。工程設置沖砂閘、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合下泄。

汾河臨汾段大部分泥沙產生于汛期，具有“大水大沙”的特點。經過近幾年的治理，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。

寶雞段是由山區向平原過渡的“V”字型河流，河流挾沙能力強。總體上沖淤平衡、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。橡膠壩兩側邊灘有淤積，通過在汛期人工引導水流的方式進行沖沙。

4 治理經驗

近年來，在河道生態治理中橡膠壩、攔河閘、滾水壩使用范圍越來越廣，在防洪、供水、環境美化等方面，取得了巨大的經濟效益、社會效益，同時改善了生態環境。隨著生態治理工程建設的發展，許多北方河流上生態治理的需求也逐漸增加。

生態治理中主要的河閘、滾水壩和橡膠壩等工程形式。河閘方案需設多孔平板或弧形閘門，可靠性高，工程投資大，但因河中設有閘墩等建筑物，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。現有橡膠壩袋生產技術也能夠保證橡膠壩袋正常使用20年。橡膠壩的缺點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，目前橡膠壩方案應用較多，且技術也更成熟。

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）。分槽治理方案的設計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）和蓄水區兩部分。根據河道比降情況，在河道中分級修建橡膠壩擋水工程。在小洪水期間，通過上游導流壩將河水導入泄洪區，洪水不進入蓄水區。可以保證蓄水區內不產生淤積和良好水質。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比較重、常遇洪水比較多的河流上有優勢，但存在蓄水區域較小、景觀效果差等缺點。全槽方案結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置的沖砂槽排泄。

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

5 結語

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，本文通過生態治理案例的分析，介紹了在多泥沙河道上修建生態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治理工程有一定的借鑒意義。陜西水利