永定河北京豐臺段的濕地生態(tài)系統(tǒng)（攝于2022年7月）。記者 賀 勇攝

(資料圖)

數據來源：水利部

永定河流域示意圖。北京市水科學技術研究院供圖

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永定河是京津冀晉地區(qū)重要的水源涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)屏障和生態(tài)廊道，更是北京的母親河。

日前，永定河2023年春季生態(tài)補水全面啟動。近年來，北京在永定河相關河段探索大流量脈沖泄水試驗、科學實施生態(tài)補水，打通萎縮河道，力爭逐步將永定河恢復成“流動的河、綠色的河、清潔的河、安全的河”。

2月10日，永定河上游的山西大同冊田水庫開閘放水，標志著永定河2023年春季生態(tài)補水全面啟動。根據水利部2023年度永定河水量調度計劃，今年將分春秋兩季向永定河生態(tài)補水7.35億立方米，力爭實現(xiàn)永定河全年全線有水。

時光回溯到去年底，盧溝橋上游980米處，盧溝橋攔河閘于2022年12月1日結束向永定河平原南段補水任務。自去年4月15日起，盧溝橋攔河閘開始向永定河平原南段補水，年度補水持續(xù)222天，累計補水2.57億立方米，永定河流動時間達7個月，并首次實現(xiàn)年度內兩次貫通入海。

實施生態(tài)補水，探索“以水開路、用水引路”新模式

18孔的盧溝橋攔河閘，猶如一條長龍橫跨在永定河之上。

去年5月18日，隨著永定河管理處分洪樞紐管理所所長白建華的指令，盧溝橋攔河閘開啟8孔閘門，流量從40立方米/秒提升至380立方米/秒，1小時后再提升至500立方米/秒，奔涌的河水泛起層層浪花，歡快地朝下游奔去。“這是盧溝橋攔河閘建成至今第一次迎來500立方米/秒的過水流量，這將對打通下游已萎縮的河道、恢復河流功能發(fā)揮積極作用。”白建華介紹。

1998年，從河海大學水利專業(yè)畢業(yè)的白建華，來到永定河管理處工作。但令人遺憾的是，在他來之前，1996年永定河三家店攔河閘以下就全年斷流了。這些年，作為一個與永定河打了20多年交道的水務人，白建華一直盼望著永定河早日恢復成為“流動的河、綠色的河、清潔的河、安全的河”。

“永定河原來的流域面積比現(xiàn)在要大得多。”白建華告訴記者。然而，上世紀六七十年代以來，永定河上游天然徑流逐漸減少，下游河段出現(xiàn)不同程度干涸斷流，到90年代出現(xiàn)全年斷流，河床沙化。

2017年以來，水利部不斷強化永定河流域水資源統(tǒng)一調度，實現(xiàn)當地水、引黃水、引江水和再生水“四水統(tǒng)籌”，集中開展向永定河生態(tài)補水。數據顯示，通過生態(tài)水量調度，永定河2022年實現(xiàn)全線通水123天，超額完成全年通水3個月的年度調度目標，全年補水量、全線通水時長，均達到近年之最。

探索大流量脈沖試驗，優(yōu)化永定河河道形態(tài)

浩浩湯湯的來水從盧溝橋攔河閘傾瀉而下，無人機盤旋在上空，拍攝生態(tài)補水過程中的流勢。隨著500立方米/秒大流量脈沖試驗開始，一大早，北京市水科學技術研究院工作人員就兵分三路，分別前往盧溝橋攔河閘、燕化管架橋和京良路，實時監(jiān)測補水過程中的水流流勢和關鍵節(jié)點的沖刷情況。

重塑永定河河道，需要實現(xiàn)“以自然之勢重塑河流形態(tài)”。然而，歷史上永定河遷徙無常、搖擺不定，如何確定自然河道的參照對象？如何選擇合適的流量來塑造河流形態(tài)？這些都是永定河生態(tài)修復亟待解決的問題。

北京市水科學技術研究院院長李其軍告訴記者：“我們對1933年的實測地形資料和1967年的遙感影像進行了詳細分析。1933年平原南段河槽呈辮狀河道，河槽寬度64米—715米；1967年河槽呈微彎型河道，寬度為20米—323米。上述兩個典型年份的河流形態(tài)特征，成為我們重塑永定河近自然河道形態(tài)的重要歷史參照。”

造床流量對塑造河流形態(tài)具有重要作用，究竟采用多大流量來重塑河道，國內外并沒有統(tǒng)一標準，需要在實際中不斷摸索。“我們結合平原南段水沙模型，分析了一年、兩年、三年和五年一遇來水條件河流橫向變形、縱向沖淤積變化特征，確定了永定河平原南段造床流量為三至五年一遇的洪峰流量，相應河型即使在十年一遇洪水條件下也能保持總體穩(wěn)定，這個流量對于重塑河型是最合適的。”李其軍說。

2020年，永定河首次采用三年一遇的洪峰流量開展脈沖試驗，監(jiān)測顯示，當盧溝橋攔河閘流量增加至380立方米/秒時，下游砂質河床段流量達80立方米/秒，起到明顯的“拉河槽”作用，河槽陡直塌岸形態(tài)初步顯現(xiàn)。李其軍表示：“2022年我們嘗試加大流量，首次實施500立方米/秒的流量開展脈沖試驗，這個流量大于三年一遇洪峰，但小于五年一遇的洪峰，有助于進一步優(yōu)化河道形態(tài)，穩(wěn)定并定型永定河河道。”

精準實施生態(tài)補水，永定河生態(tài)環(huán)境持續(xù)向好

實施生態(tài)補水并開展脈沖試驗，聽起來似乎并不是特別困難，事實上并非如此。

從官廳水庫至三家店，流域內高山連綿起伏，河水隨山曲折回環(huán)，短短百余公里的山峽段，落差高達340米。永定河經過三家店后，地勢平坦、流速驟降，大量泥沙淤積。“永定河北京段長約170公里，沿河有三座水庫、兩個水電站、四個大型攔河閘壩，跨河道橋、穿河管線等涉河設施名目繁多，河流下墊面條件異常復雜，生態(tài)補水調度控制難度極大。”北京市水資源調度管理事務中心副主任王俊文介紹。

2019年，北京市水務部門在開展永定河生態(tài)補水時發(fā)現(xiàn)，平原段下墊面條件極差，縱斷面呈鋸齒狀，地下水嚴重超采，沿線分布著大大小小10多處砂坑，水路不通和高滲漏往往會導致在計算平原段水頭行進時間和距離時出現(xiàn)偏差。

“以脈沖泄水試驗為例，我們既要精準算水量賬，保障有足夠水量和強度完成試驗，還要精細算過程成本賬，充分考慮沿河人員和工程安全。”王俊文說，需要反復驗算水頭行進時間，精確到分鐘，中間要調度山峽段的珠窩水庫、落坡嶺水庫，還要通過不同通道錯時放流，保障全時段通水，避免山峽河道出現(xiàn)流量疊加，淹沒沿河村莊、跨河道橋，同時還要為各級水務部門安排巡查力量精準布控提供技術支撐。

經過多方努力，永定河地下水水位持續(xù)回升、地表水水質明顯改善、生態(tài)環(huán)境持續(xù)向好。王俊文介紹，與生態(tài)補水前比，截至去年7月，陳家莊至盧溝橋河段沿線3公里內地下水水位平均回升1.94米。另一方面，補水有助于激發(fā)河道固有的功能、修復多年受損的生態(tài)環(huán)境。

技術評估結果顯示，2022年春季全線通水期間，永定河官廳水庫至屈家店河段生態(tài)水面面積約26平方公里，較全線通水前增幅近20%，部分河段增幅達45%；干流水質總體穩(wěn)定，部分河段水質提升，通水末期官廳水庫以下水質類別為Ⅱ—Ⅲ類的監(jiān)測斷面占比71.4%；生物種群和數量也不斷增加。

“自2020年永定河開展補水和脈沖試驗以來，我們就著手進行生態(tài)效益調查分析。從監(jiān)測情況來看，有水河段生態(tài)狀況持續(xù)改善，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了麥穗魚、翹嘴鲌及黃黝魚等多種魚類；平原南段首次發(fā)現(xiàn)國家一級重點保護野生動物黑鸛等鳥類，這說明永定河補水產生的生態(tài)效益越來越顯著。”李其軍表示。

關鍵詞： 脈沖試驗 河流形態(tài)