永定河北京丰台段的湿地生态系统（摄于2022年7月）。本报记者 贺 勇摄
【资料图】
数据来源：水利部
永定河流域示意图。北京市水科学技术研究院供图
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永定河是京津冀晋地区重要的水源涵养区、生态屏障和生态廊道，更是北京的母亲河。
日前，永定河2023年春季生态补水全面启动。近年来，北京在永定河相关河段探索大流量脉冲泄水试验、科学实施生态补水，打通萎缩河道，力争逐步将永定河恢复成“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”。
2月10日，永定河上游的山西大同册田水库开闸放水，标志着永定河2023年春季生态补水全面启动。根据水利部2023年度永定河水量调度计划，今年将分春秋两季向永定河生态补水7.35亿立方米，力争实现永定河全年全线有水。
时光回溯到去年底，卢沟桥上游980米处，卢沟桥拦河闸于2022年12月1日结束向永定河平原南段补水任务。自去年4月15日起，卢沟桥拦河闸开始向永定河平原南段补水，年度补水持续222天，累计补水2.57亿立方米，永定河流动时间达7个月，并首次实现年度内两次贯通入海。
实施生态补水，探索“以水开路、用水引路”新模式
18孔的卢沟桥拦河闸，犹如一条长龙横跨在永定河之上。
去年5月18日，随着永定河管理处分洪枢纽管理所所长白建华的指令，卢沟桥拦河闸开启8孔闸门，流量从40立方米/秒提升至380立方米/秒，1小时后再提升至500立方米/秒，奔涌的河水泛起层层浪花，欢快地朝下游奔去。“这是卢沟桥拦河闸建成至今第一次迎来500立方米/秒的过水流量，这将对打通下游已萎缩的河道、恢复河流功能发挥积极作用。”白建华介绍。
1998年，从河海大学水利专业毕业的白建华，来到永定河管理处工作。但令人遗憾的是，在他来之前，1996年永定河三家店拦河闸以下就全年断流了。这些年，作为一个与永定河打了20多年交道的水务人，白建华一直盼望着永定河早日恢复成为“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”。
“永定河原来的流域面积比现在要大得多。”白建华告诉记者。然而，上世纪六七十年代以来，永定河上游天然径流逐渐减少，下游河段出现不同程度干涸断流，到90年代出现全年断流，河床沙化。
2017年以来，水利部不断强化永定河流域水资源统一调度，实现当地水、引黄水、引江水和再生水“四水统筹”，集中开展向永定河生态补水。数据显示，通过生态水量调度，永定河2022年实现全线通水123天，超额完成全年通水3个月的年度调度目标，全年补水量、全线通水时长，均达到近年之最。
探索大流量脉冲试验，优化永定河河道形态
浩浩汤汤的来水从卢沟桥拦河闸倾泻而下，无人机盘旋在上空，拍摄生态补水过程中的流势。随着500立方米/秒大流量脉冲试验开始，一大早，北京市水科学技术研究院工作人员就兵分三路，分别前往卢沟桥拦河闸、燕化管架桥和京良路，实时监测补水过程中的水流流势和关键节点的冲刷情况。
重塑永定河河道，需要实现“以自然之势重塑河流形态”。然而，历史上永定河迁徙无常、摇摆不定，如何确定自然河道的参照对象？如何选择合适的流量来塑造河流形态？这些都是永定河生态修复亟待解决的问题。
北京市水科学技术研究院院长李其军告诉记者：“我们对1933年的实测地形资料和1967年的遥感影像进行了详细分析。1933年平原南段河槽呈辫状河道，河槽宽度64米—715米；1967年河槽呈微弯型河道，宽度为20米—323米。上述两个典型年份的河流形态特征，成为我们重塑永定河近自然河道形态的重要历史参照。”
造床流量对塑造河流形态具有重要作用，究竟采用多大流量来重塑河道，国内外并没有统一标准，需要在实际中不断摸索。“我们结合平原南段水沙模型，分析了一年、两年、三年和五年一遇来水条件河流横向变形、纵向冲淤积变化特征，确定了永定河平原南段造床流量为三至五年一遇的洪峰流量，相应河型即使在十年一遇洪水条件下也能保持总体稳定，这个流量对于重塑河型是最合适的。”李其军说。
2020年，永定河首次采用三年一遇的洪峰流量开展脉冲试验，监测显示，当卢沟桥拦河闸流量增加至380立方米/秒时，下游砂质河床段流量达80立方米/秒，起到明显的“拉河槽”作用，河槽陡直塌岸形态初步显现。李其军表示：“2022年我们尝试加大流量，首次实施500立方米/秒的流量开展脉冲试验，这个流量大于三年一遇洪峰，但小于五年一遇的洪峰，有助于进一步优化河道形态，稳定并定型永定河河道。”
精准实施生态补水，永定河生态环境持续向好
实施生态补水并开展脉冲试验，听起来似乎并不是特别困难，事实上并非如此。
从官厅水库至三家店，流域内高山连绵起伏，河水随山曲折回环，短短百余公里的山峡段，落差高达340米。永定河经过三家店后，地势平坦、流速骤降，大量泥沙淤积。“永定河北京段长约170公里，沿河有三座水库、两个水电站、四个大型拦河闸坝，跨河道桥、穿河管线等涉河设施名目繁多，河流下垫面条件异常复杂，生态补水调度控制难度极大。”北京市水资源调度管理事务中心副主任王俊文介绍。
2019年，北京市水务部门在开展永定河生态补水时发现，平原段下垫面条件极差，纵断面呈锯齿状，地下水严重超采，沿线分布着大大小小10多处砂坑，水路不通和高渗漏往往会导致在计算平原段水头行进时间和距离时出现偏差。
“以脉冲泄水试验为例，我们既要精准算水量账，保障有足够水量和强度完成试验，还要精细算过程成本账，充分考虑沿河人员和工程安全。”王俊文说，需要反复验算水头行进时间，精确到分钟，中间要调度山峡段的珠窝水库、落坡岭水库，还要通过不同通道错时放流，保障全时段通水，避免山峡河道出现流量叠加，淹没沿河村庄、跨河道桥，同时还要为各级水务部门安排巡查力量精准布控提供技术支撑。
经过多方努力，永定河地下水水位持续回升、地表水水质明显改善、生态环境持续向好。王俊文介绍，与生态补水前比，截至去年7月，陈家庄至卢沟桥河段沿线3公里内地下水水位平均回升1.94米。另一方面，补水有助于激发河道固有的功能、修复多年受损的生态环境。
技术评估结果显示，2022年春季全线通水期间，永定河官厅水库至屈家店河段生态水面面积约26平方公里，较全线通水前增幅近20%，部分河段增幅达45%；干流水质总体稳定，部分河段水质提升，通水末期官厅水库以下水质类别为Ⅱ—Ⅲ类的监测断面占比71.4%；生物种群和数量也不断增加。
“自2020年永定河开展补水和脉冲试验以来，我们就着手进行生态效益调查分析。从监测情况来看，有水河段生态状况持续改善，陆续发现了麦穗鱼、翘嘴鲌及黄黝鱼等多种鱼类；平原南段首次发现国家一级重点保护野生动物黑鹳等鸟类，这说明永定河补水产生的生态效益越来越显著。”李其军表示。
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