河道砂石坑治理措施與綜合利用探討

潘海琳，焦彩虹

（北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100048）

河道砂石坑治理措施與綜合利用探討

潘海琳，焦彩虹

（北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100048）

廢棄、裸露的砂石坑對(duì)環(huán)境及社會(huì)發(fā)展有著極其惡劣的影響。本文結(jié)合密云縣沙河治理工程，力求探索一種科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)可行的砂石坑綜合治理思路。同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及相關(guān)工程，提出了滯洪蓄洪及蓄水回灌綜合利用方式，為其它類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

砂石坑；陡坡整治；生態(tài)修復(fù)；蓄滯洪區(qū)；蓄水回灌

北京市平原區(qū)位于燕山南麓，由永定河、潮白河、溫榆河及拒馬河等河流在沖洪積作用下形成，多年來(lái)挖沙遺留下眾多砂石坑。據(jù)2007年現(xiàn)狀調(diào)查［1］，北京市平原區(qū)深度大于 2m，面積大于1000m2的砂坑（包括粘土坑）約有500多個(gè)，對(duì)大氣、水體、土壤、植被、自然景觀、公共設(shè)施等方面造成了嚴(yán)重的危害。砂石坑表層土壤和植被破壞、消失，極易造成風(fēng)沙揚(yáng)塵，影響大氣質(zhì)量；是地下水污染的一個(gè)重要潛在威脅；坑內(nèi)貧瘠的土壤、高陡的邊坡等惡劣的自然條件基礎(chǔ)使植被難以快速自然生長(zhǎng)，生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重惡化；裸露的砂石和消失的綠色植被，與城市其它區(qū)域的環(huán)境形成很大的反差；坑內(nèi)砂土裸露，沒有任何防護(hù)措施，河道內(nèi)如有洪水經(jīng)過，勢(shì)必造成河道內(nèi)水土流失，破壞河床的自然狀態(tài)。

沙河位于密云縣西南部，屬潮白河水系，發(fā)源于懷柔區(qū)各山溝，在西田各莊鎮(zhèn)西沙地村入密云，由西田各莊鎮(zhèn)建新村南出密云縣境，匯入懷柔區(qū)的雁棲河。沙河在密云境內(nèi)段長(zhǎng)約5km［2］，沙河密云境內(nèi)段流域是密云經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的重要組成部分，是全面落實(shí)密云生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)的重點(diǎn)區(qū)域。近十多年，由于自然及人為原因，沙河河道變化較大，現(xiàn)狀河道河底凹凸不平，砂石坑遍布，河道比降變化劇烈，岸坡立陡，堤頂路已無(wú)法通行，河道生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重惡化?，F(xiàn)狀密云段沙河不僅制約了該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還威脅到了周邊居民的安全。為保障沙河安全行洪，保證周邊地區(qū)工農(nóng)業(yè)及居民安全，給河道兩岸村鎮(zhèn)建設(shè)創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境條件，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，密云縣沙河亟待治理。

1 沙河現(xiàn)狀及存在的主要問題

1.1 砂石坑遍布，岸坡坍塌失穩(wěn)現(xiàn)象嚴(yán)重

近十多年，由于暴雨沖刷及砂石濫盜濫采，河床結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，砂石坑遍布，最大砂石坑深達(dá)30多m，岸坡立陡，砂石坑段河道占治理長(zhǎng)度80%以上，來(lái)水極易產(chǎn)生溯源沖刷，影響岸坡穩(wěn)定。砂石坑土質(zhì)為砂質(zhì)土壤，坑內(nèi)地表物質(zhì)疏松，坡面沒有固土措施，容易造成土壤的侵蝕和風(fēng)化，并進(jìn)一步導(dǎo)致風(fēng)沙揚(yáng)塵。

河床及河漫灘經(jīng)多年人工開挖，岸坡變陡，土體易失穩(wěn)而崩塌，如遇洪水，極易造成潰堤決口，威脅著沿河兩岸超過53hm2耕地、林地的安全。河岸坍塌已致使堤頂路無(wú)法通行，給河道的日常管理及汛期抗洪搶險(xiǎn)帶來(lái)了極大的不便。失穩(wěn)的岸坡也成為影響周邊居民安全的一個(gè)社會(huì)不穩(wěn)定因素。

1.2 河道行洪能力不足

河道砂石盜采的棄料直接堆放在河道主槽，嚴(yán)重堵塞河道，部分河道寬度不足40m，河道行洪能力不足。沙河位于地下漏斗區(qū)，由于連年干旱及河道砂卵石的強(qiáng)透水性，河道多年無(wú)水，周邊居民在河道主槽內(nèi)種植樹木及莊稼，影響了河道的行洪能力。河道兩岸居民為了出行及耕作需要，在河道內(nèi)用砂土搭建了三條漫水路，漫水路占據(jù)了河道的行洪空間，影響了河道的行洪安全。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重受損

沙河砂石開采沒有采取“邊開采，邊治理”的模式，所遺留下的砂石坑對(duì)其周邊的生態(tài)系統(tǒng)有著嚴(yán)重的負(fù)面影響，最直接的體現(xiàn)就是植被的破壞，造成砂石坑表層土壤和植被基本喪失殆盡，而砂質(zhì)貧瘠的土壤、高陡的邊坡等惡劣的自然條件基礎(chǔ)使植被難以快速自然生長(zhǎng)，植被恢復(fù)困難。從而導(dǎo)致砂石坑周圍甚至更大范圍內(nèi)生物多樣性減少，生態(tài)平衡失調(diào)。

河道內(nèi)黃土或砂石裸露，植被缺失，導(dǎo)致河道蓄水能力退化。近幾年連續(xù)干旱，天然降水逐漸減少，河道無(wú)水，客觀上加劇了河道生態(tài)環(huán)境惡化程度。

2 砂石坑治理措施及利用對(duì)策

2.1 陡坡整治，防止堤岸坍塌

結(jié)合河道設(shè)計(jì)行洪斷面對(duì)河道立陡邊坡進(jìn)行整治，確保堤岸穩(wěn)定，保證沿河兩岸村莊及耕地的安全。根據(jù)減少土方填筑量及減少拆遷占地的原則，選擇1∶5緩坡、1∶3緩坡和加筋土擋墻護(hù)砌三個(gè)方案進(jìn)行比較分析。

（1）方案一：1∶5緩坡方案

根據(jù)植被生長(zhǎng)需要及穩(wěn)固沙土要求，采用邊坡坡比緩于1∶5的土坡保持岸坡的穩(wěn)定。坡腳采用鉛絲石籠護(hù)砌，護(hù)砌上覆土利于植物生長(zhǎng)。

（2）方案二：1∶3緩坡方案

根據(jù)穩(wěn)固沙土要求，采用邊坡比緩于1∶3的土坡保持岸坡的穩(wěn)定。坡腳采用鉛絲石籠護(hù)砌，護(hù)砌上覆土利于植物生長(zhǎng)。

（3）方案三：加筋土擋墻護(hù)砌方案

采用加筋土擋墻對(duì)砂石坑兩岸立陡的邊坡進(jìn)行防護(hù)。護(hù)砌邊坡坡度為1∶0.1；護(hù)砌高度以接近設(shè)計(jì)堤頂為原則，加筋土擋墻頂以上部分采用緩于1∶3的堤坡。護(hù)砌高度大于8m設(shè)平臺(tái)一處。

陡坡整治方案選擇沙河建新橋上游處典型斷面（圖1～圖3）進(jìn)行比較。

圖1 方案一（1∶5緩坡護(hù)砌方案）

圖2 方案二（1∶3緩坡護(hù)砌方案）

圖3 方案三（加筋土擋墻護(hù)坡方案）

方案一的優(yōu)點(diǎn)是投資最少，在項(xiàng)目區(qū)內(nèi)能做到土方平衡，無(wú)需外購(gòu)?fù)?，河道藍(lán)線外至河道上口線可種植喬木，河道藍(lán)線范圍內(nèi)可撒播草籽，最大限度的提高河道內(nèi)植被覆蓋度，減少水土流失；缺點(diǎn)是需要對(duì)用地綠線與藍(lán)線范圍內(nèi)的現(xiàn)狀林地進(jìn)行更新。

方案二的優(yōu)點(diǎn)是投資偏少，治理完成后河道內(nèi)植被覆蓋度較好；缺點(diǎn)是項(xiàng)目區(qū)內(nèi)不能做到土方平衡，土方量缺口在100萬(wàn) m3左右，需要外購(gòu)大量土方，該方案實(shí)施難度大。

方案三的優(yōu)點(diǎn)是占地少，項(xiàng)目區(qū)土方基本能平衡，需外購(gòu)的土方量少；缺點(diǎn)是投資高，治理完成后河道內(nèi)植被覆蓋度較差，河道景觀性及生態(tài)環(huán)境效益差。

經(jīng)比較分析，把方案一作為沙河河岸陡坡整治的推薦方案。

2.2 子槽連通，減輕溯源沖刷

沙河砂石坑內(nèi)砂土裸露，沒有任何防護(hù)措施，在汛期時(shí)，河道內(nèi)如有洪水經(jīng)過，在雨洪的沖刷下，勢(shì)必造成河道內(nèi)水土流失，破壞河床的自然狀態(tài)。2013年7月，沙河流域內(nèi)普降暴雨200mm以上，由于大水峪水庫(kù)的調(diào)洪，沙河河道過洪僅60m3/s，遠(yuǎn)低于沙河10年一遇洪峰流量425m3/s，洪水行至疃里村南砂石坑處出現(xiàn)了嚴(yán)重溯源沖刷，最深沖刷溝深達(dá)6m，如圖4所示。

圖4 溯源沖刷現(xiàn)場(chǎng)

由于沙河河道內(nèi)砂坑遍布，坑多且深，回填至規(guī)劃河底高程所缺土方量在400萬(wàn)m3左右，砂石坑段回填至規(guī)劃河底高程實(shí)施難度較大。河道部分河段現(xiàn)狀河底高程高于規(guī)劃河底高程，且前后均為大砂石坑，為防止水流溯源沖刷導(dǎo)致岸坡失穩(wěn)，結(jié)合河道縱斷布置，該段河道疏挖至規(guī)劃河底高程后在河道內(nèi)設(shè)置子槽過小流量來(lái)水，使上下游砂石坑水位同步升高，如遇大流量洪水，能有效地減輕大流量洪水產(chǎn)生的溯源沖刷。

在子槽段河道設(shè)置堆石進(jìn)行防沖防護(hù)，堆石護(hù)砌以防護(hù)主堤堤腳為主，緊鄰鉛絲石籠護(hù)砌（或相應(yīng)的坡腳位置）布設(shè)，允許子槽適度沖刷。子槽設(shè)置見圖5。

2.3 生態(tài)修復(fù)，恢復(fù)自然生境

沙河河道及砂石坑經(jīng)整治后，在滿足防洪、排澇等河道基本功能的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用水利工程學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、生態(tài)工程學(xué)和景觀園林工程學(xué)的方法和技術(shù)，遵循“近自然恢復(fù)”的原則，通過人工修復(fù)、人工干預(yù)措施促進(jìn)河道生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)，恢復(fù)河道的自然生態(tài)環(huán)境，構(gòu)建健康、完整、穩(wěn)定的河流生態(tài)系統(tǒng)［3］。

河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要表現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)河流流動(dòng)方向的縱向連通、側(cè)向漫溢方向的橫向連通、垂向滲透方向的豎向連通［4］。

（1）為了避免割斷河道的縱向連通性，避免增設(shè)橫向的跨河閘、壩等建筑物。河道縱向上不設(shè)置任何跨河閘、壩等建筑物，并通過設(shè)置子槽，保證沙河河道在縱向貫通。

（2）橫向連通性是指河流生態(tài)要素在河流側(cè)向漫溢方向的空間連通程度，主要體現(xiàn)在護(hù)岸的處理做法。本工程就地取材，采用覆土石籠護(hù)岸，土質(zhì)較好處河道邊坡，可直接于坡面種植植物，進(jìn)行自然植被恢復(fù)；必要處土壤基質(zhì)改良后按照草灌喬的演替順序依次進(jìn)行植物配置，利用適應(yīng)砂石坑地區(qū)土質(zhì)、氣候條件的本土植物進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，發(fā)揮野草、喬木的生態(tài)效益。設(shè)計(jì)前期引種成活率高、成本低、經(jīng)濟(jì)效益好的植株品種，之后由植被在自然作用下自由發(fā)展，形成荒野型植被，任其自然生長(zhǎng)，盡量避免人類活動(dòng)的干擾。

（3）豎向連通性用以表征地表水與地下水的連通程度，反映河流基底受人為干擾的程度，一般以河道滲透量來(lái)表示。本工程避免設(shè)置減滲措施，保持河道的自然滲透性，保證河道的豎向連通性，利用砂質(zhì)河床蓄水回灌，涵養(yǎng)地下水源。

2.4 滯洪蓄洪，減輕防洪壓力

利用河道附近砂石坑滯蓄洪水，可有效削減河道洪峰流量，發(fā)生大洪水時(shí)可以減少洪水下泄，減輕下游地區(qū)防洪排水壓力，為流域防洪起到積極的作用。平時(shí)的中小洪水滯蓄后可回灌地下水，改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境。

在沙河牤牛河分水口外側(cè)有一塊三角地帶，約27.5hm2，現(xiàn)狀砂石坑遍布，可作為蓄滯洪區(qū)。蓄滯洪區(qū)位于沙河京密引水渠分流堰下游，沙河牤牛河左岸，河道左岸無(wú)河堤，與現(xiàn)有的砂石坑蓄洪區(qū)連通。

圖5 河道子槽段橫斷圖

沙河牤牛河蓄洪區(qū)坑底高程為50m，蓄洪區(qū)出口處下游河道河底高程為53m?？紤]沙河牤牛河流域?qū)偕巴恋貐^(qū)，來(lái)水下滲較快，平時(shí)河道內(nèi)無(wú)基流，發(fā)生洪水時(shí)可認(rèn)為蓄洪區(qū)空庫(kù)迎汛。起調(diào)水位50.0m情況下，10年、20年一遇洪水出流量分別減少為160、248m3/s，洪峰流量分別削減26%、 11%；起調(diào)水位53.0m情況下，洪水削峰作用有所減少，10年、20年一遇洪峰流量分別削減 16%、7%。調(diào)洪成果見表1。

表1 擬建沙河牤牛河蓄洪區(qū)調(diào)洪成果

從表1可看出，沙河蓄滯洪區(qū)滯蓄效果明顯，對(duì)干流洪峰有明顯的消減作用，減輕下游地區(qū)的防洪壓力效果明顯。同時(shí)，雨洪經(jīng)過滯蓄后，能有效改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，緩解當(dāng)?shù)氐叵滤木o缺狀況。

2.5 蓄水回灌，涵養(yǎng)地下水源

潮白河地下水庫(kù)位于潮白河沖積扇中上部，面積約400km2，調(diào)蓄庫(kù)容量約為25億m3。潮白河地下水庫(kù)庫(kù)區(qū)分布著多個(gè)市級(jí)大型水源地和區(qū)縣級(jí)水源地，總開采量約 3億 m3。1999～2010年，庫(kù)區(qū)地下水嚴(yán)重超采，地下水位平均下降25m，最大埋深達(dá)45m［5］。

密云沙河段位于潮白河地下水庫(kù)范圍內(nèi)，是潮白河地下水庫(kù)庫(kù)區(qū)具備回灌能力的河道之一，屬于密懷順地下回灌區(qū)，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和搜集的已有回灌試驗(yàn)成果，沙河密云段回灌能力初期能夠達(dá)到8m3/s，具有良好的地下水回灌條件。南水北調(diào)來(lái)水調(diào)入密云水庫(kù)調(diào)蓄工程團(tuán)城湖～懷柔水庫(kù)調(diào)水規(guī)模20m3/s，懷柔水庫(kù)～密云水庫(kù)調(diào)水規(guī)模10m3/s。在保證向密云水庫(kù)調(diào)水規(guī)模10m3/s，滿足密云水庫(kù)補(bǔ)償調(diào)節(jié)功能的前提下，南水北調(diào)來(lái)水調(diào)入密云水庫(kù)調(diào)蓄工程在本段河道預(yù)留了分水口，沙河補(bǔ)水預(yù)留分水口位于京密引水渠左岸，沙河左岸，分水口分水規(guī)模按照4m3/s考慮［6］。

沙河內(nèi)砂石坑經(jīng)過整治后，增大了河道的入滲面積，為蓄水回灌地下提供了良好的條件。為利用南水北調(diào)初期多余來(lái)水回補(bǔ)地下水庫(kù)，高效利用南水北調(diào)水，增加首都水資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備提供了前期條件。蓄水回灌涵養(yǎng)地下水，能有效遏制地下水位下降趨勢(shì)，提高城鄉(xiāng)供水安全保證率；能改善地表地下水環(huán)境，修復(fù)河流水陸生態(tài)系統(tǒng)，提高河流生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值；能促進(jìn)宜居城市建設(shè)，形成地表、地下聯(lián)動(dòng)儲(chǔ)備水資源格局。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）本文結(jié)合密云區(qū)沙河治理，對(duì)河道內(nèi)遍布的砂石坑，提出了陡坡整治、子槽聯(lián)通和生態(tài)修復(fù)三項(xiàng)治理措施，在河道的陡坡治理方案中，結(jié)合密云縣平原區(qū)造林項(xiàng)目，進(jìn)行了多方案的比選，采用了1∶5的緩坡治理方案，有效的解決了拆遷占地量大、缺土嚴(yán)重等問題，使工程設(shè)計(jì)方案具有很強(qiáng)的實(shí)施性。

（2）根據(jù)密云段沙河的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出了在沙河及牤牛河分水口段三角地砂石坑設(shè)置滯洪蓄洪區(qū)；結(jié)合南水北調(diào)來(lái)水調(diào)入密云水庫(kù)調(diào)蓄工程，提出了蓄水回灌涵養(yǎng)地下水砂石坑綜合利用方式，為其它類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

（3）砂石坑治理中，應(yīng)重視回填地區(qū)地下水污染治理及地下水防護(hù)?；靥钋氨仨殞⑽挥诘叵滤雷o(hù)區(qū)和補(bǔ)給區(qū)內(nèi)的所有垃圾進(jìn)行清理。再對(duì)已造成地下水污染的回填砂石坑先清除污染源，進(jìn)而控制污染的擴(kuò)散，然后進(jìn)行治理，同時(shí)需對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

［1］楊鳴禪.北京市平原區(qū)砂石坑綜合治理利用思路［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2010（03）.

［2］北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.密云縣沙河治理工程實(shí)施方案［R］.2013.

［3］朱晨東.關(guān)于我國(guó)河流生態(tài)整治的若干方向性問題［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2012（01）.

［4］沈來(lái)新，鄧卓智.北京水系生態(tài)治理的理念與實(shí)踐［J］，中國(guó)水利，2010（10）.

［5］北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.南水北調(diào)來(lái)水初期地下水回灌規(guī)劃［R］.2013.

［6］北京市南水北調(diào)配套工程南水北調(diào)來(lái)水調(diào)入密云水庫(kù)調(diào)蓄工程沿線補(bǔ)水工程設(shè)計(jì)方案，南水北調(diào)來(lái)水初期地下水回灌規(guī)劃［R］.2014.

TV85

B

1672-2469（2017）02-0108-04

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.034

2016-12-01

潘海琳（1980年—），女，高級(jí)工程師。