北京市大興區(qū)流域綜合治理生態(tài)廊道建設(shè)實(shí)踐

石建兵，袁曉龍，王 兵，趙哲光，顏夢宇，周利霞

（1.北京北華中清環(huán)境工程技術(shù)有限公司，北京 100176；2.北京沃爾德防災(zāi)綠化技術(shù)有限公司，北京 100048）

流域綜合治理是指為了充分發(fā)揮水土等自然資源的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，以流域?yàn)閱卧谌嬉?guī)劃的基礎(chǔ)上，合理安排農(nóng)林牧等各業(yè)用地，因地制宜地布設(shè)綜合治理措施，治理與開發(fā)相結(jié)合，對流域水土等自然資源進(jìn)行保護(hù)、改良與合理利用[1～2]。生態(tài)廊道是指具有保護(hù)生物多樣性、過濾污染物、防止水土流失、防風(fēng)固沙、調(diào)控洪水等生態(tài)服務(wù)功能的廊道類型，其主要由植被、水體等生態(tài)性結(jié)構(gòu)要素構(gòu)成[3]，它和“綠色廊道”表示的是同一個概念[4]。建立生態(tài)廊道是景觀生態(tài)規(guī)劃的重要方法，是解決當(dāng)前人類劇烈活動造成的景觀破碎化以及隨之而來的眾多環(huán)境問題的重要措施[5～6]。

新鳳河流域位于大興區(qū)北部，流域范圍包括大興區(qū)黃村鎮(zhèn)、西紅門鎮(zhèn)、舊宮鎮(zhèn)、瀛海鎮(zhèn)等。流域西側(cè)分布大興新城、東側(cè)分布亦莊新城，流域下游分布北京城市副中心。新鳳河流域在北京市域格局中占據(jù)了“聯(lián)結(jié)一軸、橫跨兩帶、關(guān)聯(lián)多中心”的重要地位，不僅是北京城市中軸線的延伸，也是橫跨東西兩帶行政區(qū)域的流域。本文以北京市大興區(qū)新鳳河流域的瀛北支流治理工程為例，將流域防洪及水環(huán)境治理為基本出發(fā)點(diǎn)，對流域綜合治理生態(tài)廊道建設(shè)進(jìn)行研究介紹。

1 流域概況

新鳳河是涼水河的一條較大支流，它西起永定河灌渠，向東南方向穿越黃村新城后，從劉村向東至燒餅莊，再向東北方向，于馬駒橋鎮(zhèn)西北匯入涼水河，是狼垡濕地和三海子公園兩大濕地水資源交換的重要渠道，也是聯(lián)系大興新城水網(wǎng)和亦莊新城水網(wǎng)的重要通道，是大興新城一條重要的濱水景觀帶。該河全長約30 km，流域面積約166.4 km2，是北京市大興區(qū)北部地區(qū)及黃村新城的主要排水河道，其承擔(dān)了豐臺區(qū)西南部地區(qū)、大興區(qū)北部地區(qū)、黃村新城大部分地區(qū)及亦莊經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)部分地區(qū)的防洪、排水及灌溉任務(wù)。

新鳳河的支流主要有老鳳河、新西鳳河、新建排溝、涼鳳灌渠、安南支流、四海支流等，本次對新鳳河流域內(nèi)瀛北支流進(jìn)行綜合治理生態(tài)廊道建設(shè)實(shí)踐研究。

圖1 新鳳河流域及瀛北支流位置圖

2 河道現(xiàn)狀及存在問題

瀛北支流屬北運(yùn)河水系涼水河流域新鳳河支流涼鳳灌渠的支溝，河道起點(diǎn)104 國道，河道自西北向東南，最終匯入涼鳳灌渠，河道全長約1.92 km，流域面積6.0 km2，20 年一遇洪峰流量32 m3/s，50 年一遇洪峰流量38 m3/s。瀛北支流104 國道～西毓順路現(xiàn)狀為暗溝，長約610 m，為1500 mm×1000 mm 鋼筋砼方涵。西毓順路至涼鳳灌渠為明渠，瀛北支流現(xiàn)狀河底寬約3 m，上開口寬約8 m，河深約1.5 m，土質(zhì)邊坡，邊坡坡比約為1∶1.5～1∶2。瀛北支流現(xiàn)狀河道行洪能力不足，局部河道斷面狹窄，河道淤積，部分現(xiàn)有橋梁標(biāo)準(zhǔn)偏低、過流斷面偏小、形成過水瓶頸，直接影響到行洪排水安全。河道起點(diǎn)為4000 mm×2500 mm 現(xiàn)狀雨水管道，涵頂高程約33.20 m，雨水管道無法接入瀛北支流，現(xiàn)狀五環(huán)路以北地區(qū)雨水通過泵站提升后接入瀛北支流暗溝。

3 工程布置設(shè)計

3.1 設(shè)計方案

3.1.1 平面布置

瀛北支流現(xiàn)狀河底寬約3 m，上開口寬約8 m。設(shè)計河底寬5 m，設(shè)計上開口寬20 m。河道樁號0+000～0+602 段河道現(xiàn)狀為暗涵，本次設(shè)計進(jìn)行拆除，明渠段在現(xiàn)狀河道的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)狀兩岸拆遷占地情況向河道兩側(cè)適當(dāng)擴(kuò)寬，樁號1+864～1+914.16 納入涼鳳灌渠治理范圍。

3.1.2 縱斷面設(shè)計

為減少拆遷占地，控制河道上開口，同時保證河道設(shè)計斷面滿足過流要求，治理起點(diǎn)接現(xiàn)狀雨水管，設(shè)計河底高程30.40 m，末端渠底高程與涼鳳灌渠設(shè)計河底高程順接，設(shè)計河底高程28.09 m，瀛北支流設(shè)計河道縱坡0.008。

3.1.3 橫斷面設(shè)計

在水利普查檔案工作開展前，要熟悉和掌握一般檔案工作方法，尊重檔案學(xué)的普遍規(guī)律。認(rèn)真分析水利普查的任務(wù)和目標(biāo)，熟悉檔案普查的工作流程，了解普查的工作方法與資料獲取的手段，根據(jù)普查工作不同階段采取不同工作方式，結(jié)合水利工作的自然、社會和工程特點(diǎn)，在關(guān)鍵點(diǎn)與關(guān)鍵環(huán)節(jié)上與普查人員緊密配合協(xié)調(diào)，爭取在第一次全國水利普查中采用走出去的方式不斷改進(jìn)檔案工作，以適應(yīng)水利普查對檔案工作的要求。

結(jié)合現(xiàn)有地形、施工條件，本次治理均采用明渠形式。為滿足河道行洪要求，設(shè)計河底寬5 m，上口寬20 m，斷面形式為梯形斷面，邊坡坡比1∶1.5。河坡護(hù)砌形式綜合考慮河道沖刷、自然生態(tài)及景觀要求綜合確定。經(jīng)計算，河道斷面流速均大于河床土壤的不沖流速，為防止岸坡淘刷，對岸坡及河底進(jìn)行防護(hù)。河坡采用400 mm×285 mm×100 mm 生態(tài)砌塊護(hù)砌至岸頂，砌塊孔洞可為植物提供生長空間。坡腳采用500 mm×800 mmC20 混凝土基礎(chǔ)。為便于控制河道上口寬度及圍網(wǎng)設(shè)置，在岸頂設(shè)置C20 混凝土L 型小墻。

圖2 河道橫斷面圖

3.2 水面線計算

水面線計算方法按照天然河道明渠恒定非均勻漸變流的水面線計算理論進(jìn)行，采用明渠恒定非均勻漸變流基本微分方程，由過流段的已知斷面推求未知斷面，逐段推算。

式中：Es為斷面比能；Q 為各頻率洪峰流量；h 為水深；i 為河底縱坡；J 為水力坡度；A 為過流面積；R 為水力半徑；C 為謝才系數(shù)；K 為天然河道流量模數(shù)。

河道糙率根據(jù)河道土質(zhì)情況、植被、護(hù)砌種類、河道平面形態(tài)、水流流態(tài)以及河床組成、床面特征等綜合選用。根據(jù)不同斷面型式，參考《水力計算手冊（第二版）》及已建類似工程，河道糙率采用綜合糙率n=0.025。本次河道治理終點(diǎn)為涼鳳灌渠，瀛北支流匯入涼鳳灌渠處設(shè)計河道高程為28.09 m，20 年一遇洪水位為31.26 m。瀛北支流匯入涼鳳灌渠處20 年一遇洪水位為31.44 m，本次設(shè)計以此水位為起算水位。采用美國陸軍工程兵團(tuán)HEC-RAS 河流分析系統(tǒng)計算程序進(jìn)行計算[7～8]，按分段恒定非均勻流推求水面線。水位計算成果見表2。

表2 水面線計算表

3.3 堤頂超高計算

瀛北支流的防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計為20 年一遇洪水。根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013），堤頂高程不應(yīng)低于20 年一遇洪水位加超高。

式中：Y 為堤頂超高，m；R 為設(shè)計波浪爬高，m；e 為設(shè)計風(fēng)雍水面高度，m；A 為安全加高，m。

根據(jù)《堤防設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）附錄 C 計算，波浪爬高R 和風(fēng)雍水面高度e 計算合計為0.04 m，堤防工程的級別為4 級，安全加高值A(chǔ) 取不允許越浪值為0.6 m，故堤頂高程計算為20 年一遇洪水位超高0.64 m，取設(shè)計岸頂超高為0.7 m。

3.4 沖刷深度計算

河道沖刷深度按《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286-2013)公式計算：

經(jīng)計算，河道沖刷深度計算值最大約為1.37 m。計算結(jié)果見表3。

表3 沖刷深度計算表

3.5 雨水口設(shè)計

現(xiàn)狀瀛北支流兩岸共有雨水口16 處。本次治理工程對其進(jìn)行改建，雨水口采用漿砌石八字墻出口形式，管徑0.3 m～1 m，混凝土材質(zhì)。

3.6 綠化工程

通過種植大片的多年生地被組合，營造綠意盎然的岸坡，形成自然純樸的植物風(fēng)貌。針對河道設(shè)計斷面，根據(jù)不同的植生條件和特點(diǎn)，植被修復(fù)包括堤頂綠化修復(fù)、堤坡綠化修復(fù)兩部分。

（1）堤頂生態(tài)防護(hù)。堤頂管理范圍內(nèi)利用行道樹進(jìn)行防護(hù)，整體形成規(guī)則、遮蔭、防風(fēng)與自然、通透相間的空間，形成綠化的天然屏障，同時起到隔離作用，保障安全。

（2）堤坡生態(tài)防護(hù)。堤坡是滿足河道防洪安全的重要區(qū)域，對植物的防沖護(hù)坡的功能性提出了更高的要求，同時也是大面積展示河道綠化的區(qū)域，因此在植物的選擇上采用抗性強(qiáng)的野生及鄉(xiāng)土地被為主的近自然恢復(fù)模式，以恢復(fù)生態(tài)環(huán)境。

4 結(jié)語

瀛北支流生態(tài)廊道建設(shè)工程是完善新鳳河流域防洪體系的重要組成部分，工程內(nèi)容與規(guī)劃統(tǒng)一，堅(jiān)持了可持續(xù)發(fā)展的原則。工程設(shè)計充分突出以人為本，為人服務(wù)的理念。在有條件的河段，或局部展寬，或設(shè)置局部彎曲，營造自然河道景觀。橫斷面設(shè)計下部邊坡采用生態(tài)磚護(hù)岸型式，放緩河道上部邊坡，維持自然穩(wěn)定，避免了河道邊坡大面積護(hù)砌。該工程不僅滿足了新鳳河流域防洪排水要求，也將極大的改善大興地區(qū)及河道周邊生態(tài)環(huán)境，可以為今后北京市類似生態(tài)治理工程的推進(jìn)和發(fā)展提供指導(dǎo)和借鑒。