北京破題水生態修復

彭文啟　王劍英

永定河北京段全長170公里，流域面積3168平方公里，流經門頭溝、石景山、豐臺、房山和大興五區，是北京重要的生態屏障。

由于此前多年干涸、斷流及人為擾動，永定河生態嚴重退化，某些河段甚至不具備河流廊道基本形態。

北京將永定河治理列為全市水生態環境建設一號工程，持續推進治理修復。為了助力北京段再現水清岸綠、河暢景美的自然風貌，多家科研院所獻策獻力，提供方向指引與技術支撐。

“永定河（北京段）河流廊道生態修復技術與示范課題”（以下簡稱為“北京段課題”）是2018 年立項的國家水體污染控制與治理科技重大專項獨立課題，2021年底結項，按照永定河“流動的河、綠色的河、清潔的河、安全的河”的目標要求，圍繞“無河變有河、無水變有水、差水變好水”形成了系列成套技術。

課題難度等級如何？如何解題？實現了哪些技術突破？成效如何？日前，課題負責人、中國水利水電科學研究院水生態環境所所長彭文啟接受《瞭望東方周刊》采訪，作了以下相關分享。

彭文啟

摸著石頭過河

永定河是水資源短缺流域河流生態退化嚴重的典型河流，讓這樣一條斷流長達數十年的大河“復活”，國內外尚無先例可供借鑒。

河流生態治理本就不是易事，永定河北京段的平原南段長期干涸、沙化，治理修復可謂難上加難。

為此，首先需要明晰河流生態治理策略與思路。“流動的河、綠色的河、清潔的河、安全的河”的內涵外延是什么？什么階段能實現到什么程度？有哪些限制條件？實施路徑及其選擇的依據是什么？

其次，要解決河流廊道生態治理與運營維護的理論與技術。資源短缺流域，如何實現多水源綜合配置與調度？如何在有限水資源量的約束下，實現河流生態貫通與良好的河流廊道景觀結構塑造？

最后，還要實現河流生態廊道貫通示范，形成樣板，為正在實施的永定河綜合治理工程提供支持。

這里既有科學問題，也有關鍵技術難題，沒有科學的回答，沒有重大關鍵技術的支持，沒有嚴謹的試驗檢驗，治理修復極有可能事倍功半，甚至適得其反。

這個課題由中國水利水電科學研究院牽頭負責，作為水利部下屬從事水利水電科學研究的國家級社會公益性科研機構，其聯合了眾多相關單位，包括北京市水科學技術研究院、北京師范大學、水利部海河水利委員會水資源保護科學研究所和北京林業大學等，形成了包括水文水資源、水環境、水生態、工程設計、工程管理等專業交叉、產學研用結合的研究團隊。

多水源利用過程中，再生水、引江水、引黃水等非本地水的加入，是否會引發生態問題，存在哪些風險，一直是公眾關心的問題。

以往關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，這次的“北京段課題”面向流域整體，強調水資源、水環境和水生態“三水”融合，同時統籌考慮水安全保障的需要，是一個河流廊道生態環境治理的系統工程。

要將永定河恢復成為“流動的河、綠色的河、清潔的河、安全的河”，北京段面臨三大問題：

一是長期干涸沙化的河段如何恢復河流廊道形態？即“無河變有河”;

二是流域水資源短缺問題突出，如何基于多水源優化利用，保障河流合理的生態需水，讓河流流動？即“無水變有水”;

三是部分流動性較差的緩滯水域，水質問題頻發，如何形成良好的生態系統、確保水質不惡化？即“差水變好水”。

這三大問題面向的是河流廊道形態重構、河流水量保障、水質改善，以期在永定河實現“有河、有水、有好水”的基本格局。

以水開路 用水引路

要“無河變有河”，關鍵在于北京段河流生態、河流廊道的樣貌形態確認。

這需要從永定河的過去找尋答案。課題組搜集了多個時期的歷史文獻、地圖、影像、衛片等資料，分析了永定河百余年的河流水文監測數據，基本摸清了20世紀不同時代永定河的河道景觀形態、水流特征及其季節性差異變化等，對永定河有了較全面的認知。

北京治理永定河有一個理念叫“以水開路、用水引路”，采用了脈沖泄水的手段。應該說，課題組的成果為其提供了方向指引和技術支撐。

從盧溝橋往下的部分河道形態遭到破壞，怎么重塑？我們提出：實施基于人工引導的生態補水水力沖淤，采取大流量脈沖方式營造人工洪水過程，以實現河道形態塑造與重構。

從盧溝橋往下的河道中間有大量砂坑，最大的砂坑達1800萬立方米，相當于一個中型水庫容積。水流經時會有高滲透，慢慢放水肯定流不過去，所以要大流量，也就是脈沖。但以水開路，一要開得動，二不能開太狠，否則會把河岸沖開。

我們用二維數學模型模擬水的流動、河道的變化;又做了物理模型試驗，在一個60×50米的大廳里，將河道形態、受力結構都以高相似率復制到沙盤上;還做了一次實地過水試驗，放水幾千萬立方米漫過大砂坑，把下滲量、蒸發量的數據基本弄清楚了。課題組提供的建議是：造床流量宜為1—3年洪峰流量。

水資源短缺流域，解決“水從哪里來”一直是個難題。

2020年4月2日，北京蓮石湖公園湖面上的黑天鵝

針對“無水變有水”，課題組構建了北方地區面向生態流量調控方案，統籌多種水源的水資源配置，提高水源利用效率，實現流域水資源生態效益最大化。

多水源利用過程中，再生水、引江水、引黃水等非本地水的加入，是否會引發生態問題，存在哪些風險，一直是公眾關心的問題。課題組構建了多類型補水水源的水質生態風險評估技術，也做了相關生物毒性評估——結論是沒有安全隱患，可以放心。

在“差水變好水”方面，北京段的五湖一線工程里，門城湖、蓮石湖、園博湖、曉月湖、宛平湖五座湖泊蓄積了大量河水，流動性較差，多水源補給水質擾動顯著，水華問題較為嚴重。

我們一方面用造流設備形成局部循環，同時營造良好的水生態系統，維持自凈能力。流水不腐，讓水流動起來是改善水質的重要措施。

基于研究技術成果，我們做了兩個關鍵技術示范應用工程，效果良好。

生態復蘇

經過2019—2022年的生態補水，永定河生態環境得到了一定程度恢復。但仍處于治理初期，生態系統得慢慢發展和適應。其修復是一個比較長期的過程，需要有較良好的水質條件才行。

河流生態復蘇分三個階段：首先是水流系統的恢復;其次是河流廊道功能的恢復;第三是生態系統整體恢復。

打個比方：調水、補水永定河—相當于有個人得了重癥，醫生說先得下點猛藥，用急救方式恢復氣息，讓血液流動循環起來;河流逐漸恢復地貌形態、植被結構等，能發揮部分功能—相當于病人能自己吃飯、走路了，但這個階段可能還需要護工護理;河流生態系統實現自我平衡—相當于病人已經身心健康了。

現在，永定河還處于調氣息、調血脈的階段。水資源條件仍然很苛刻。至于后續再怎么治理，得再先觀察兩年。就像病人服了藥，稍微有了點起色，得穩一穩，觀察下療效，才能繼續開藥方。但氣息還得繼續調養。

大自然的力量是無窮的，只要水流系統恢復了，有些問題自然就解決了。但某些重度退化的河道、局部風險點，是需要人工重點介入才能恢復的。

國內河流退化嚴重、河流廊道功能喪失最嚴重的區域之一是華北地區，永定河是這個區域里的典型代表，對它的治理探索對于全國的河流修復都具有重要意義。