北京水系生态治理的理念与实践
20 世纪后期开始，北京同其他一些城市一样，进行了大量的河道衬砌，以钢筋混凝土或浆砌石代替天然泥土，阻止了河水渗漏，同时也阻止了河道与自然界的交换。如何对这些河道进行生态修复，形成多自然河道，是摆在我们面前的难题。10 年来，北京市水利规划设计研究院通过对首都水系的生态治理，提出了“安全、自然、亲水、文化”的治水新理念，调整水系布局，研发了一系列以生物工法为主的新技术，较好地协调了防洪、生态、景观的关系，并把历史文化融入其中，为城市河道的生态修复积累了经验，对北方干旱缺水地区有借鉴意义。
20 世纪八九十年代，北京城市水系的治理开始使用河道衬砌，即在河底和河岸铺以混凝土或浆砌石，代替天然泥土，以阻止水的渗漏，防止水草疯长阻碍水流，同时也防止流水冲刷使河道变宽。这一做法首先在京密引水渠、清河上游河段等河道治理中采用。这种河道整治的做法受到了一些环保、生态专家的反对，认为这样做阻止了河道与自然界的交换，阻止水的渗漏，破坏地下水的补充，加快水资源流失，减弱了河流的自净功能。专家的意见引起了充分重视，北京市从2002 年开始实施“生态治河”工程，并走出了一条具有北京特色的生态治水之路。
一、治水理念
从2002 年开始，面对严重干旱、水源缺乏、水面萎缩、河道污染、空间局促的局面，吸取了以前城市水系综合治理工程的经验教训，研究和把握水的自然规律，以可持续发展的理论为指导，在水资源严重短缺的条件下，改变过去只顾防洪排水、忽视生态景观的做法，按照“安全、自然、亲水、文化”的治河理念，治河先治污，加强对再生水及雨洪的综合利用，关注人与自然的依存关系，破解防洪与排水、水安全与水景观、水资源短缺与人居环境改善等矛盾，让河流自由呼吸，恢复其健康生命。近8 年时间治理了北京市六环路以内的河道520 多km，取得了良好的效果，北京城市水环境出现由量变到质变的可喜局面，达到了“水清、生态、景美、亲水、通航”等目标。
二、生态治水案例
1.城市中心区水系
转河有着悠久历史的河道，旧时为御河的一部分，是皇家贵族游览颐和园的必经水路。1975 年因修建地铁，转河被改为一条暗河，在人们的视野中消失。2003 年，北京市启动转河开发治理，将“人水相亲，和谐自然”的理念从理论推向实践，古老的转河重见天日。转河的治理，开了北京生态治水的先河，而且让越来越多的百姓分享了人水和谐的快乐。
继转河治理完成之后，北京市先后治理了北护城河、亮马河、清洋河、凉水河、清河等北京中心城区重点河湖水系，进一步完善了城市防洪排水体系，改善了城市环境。北护城河的设计，拆除了陡立的硬质岸墙，形成蜿蜒的软体护岸，构筑了便于水生植物生长和亲水安全的浅水湾。利用双层河道技术恢复了太平湖的一角，柔美之水伸手可掬，成为闹市中一处亲水的乐园。亮马河穿越于北京城东高楼广厦之间，设计上拆除了硬质的岸顶，以主河槽加浅水湾的设计，对河道的淤泥就地消纳利用，截污减污，变腐朽为神奇，以再生水为水源，在推流曝气、水生动植物系统的作用下，使河水变清。位于奥林匹克森林公园内的清洋河更是生态治水的精品佳作。进行生态修复，拆除直墙硬质护岸，换为软体缓坡生态护岸，增加水面面积，保持河流断面的多样性，形成多样性水流与生物群落，形成自然的水陆过渡空间，便于亲水并保证安全，协调了防洪与生态的关系。清洋河是一条看不到人工雕琢的安全之河、自然之河、文化之河。
向阳闸库区的重新规划设计也体现了生态治理的理念。昔日向阳闸库区一度缺水少绿，干涸荒凉，风沙一起便扬尘污染。在总结生态治河经验的基础上，开始修复13.6 km的河段。不改变河道走向，隐蔽硬性护砌，采取疏挖平整、防渗蓄水、生态覆盖、再生水回用、营造湿地等措施，按照“有水则蓄，无水则绿”的设计理念，使面积60 hm2 的库区水面体现出“凤舞水影”的景观主题，布设“丛花锦带”“芦荻映蔻”“苇荡迷津”等六大景观区。2007 年5 月蓄水以来，浩荡碧水与水上赛道相映成辉。
顺义新城温榆河水资源利用工程以膜生物反应器（MBR）水处理工艺净化温榆河劣Ⅴ类水体，每年为潮白河提供环境用水3 000 多万m3。多年干涸的潮白河如今又现碧波荡漾。
2.奥运公园水系
城市中心区水系治理仅是河道生态治理的起步阶段，城市发展到哪里，河湖环境就被动地改善到哪里，眼睛盯着河道就河论河，实施效果就会受到局限。北京市水利规划设计研究院抓住北京承办奥运会的有利契机，适时地将河湖环境改善延伸到流域，延伸到水资源的综合利用方面，取得了巨大成功。
奥运公园水系规划、设计和建设秉承“绿色奥运、科技奥运和人文奥运”三大理念和循环水务的治水思想，形成了节约用水、再生水利用、雨洪利用、水循环净化、水生态环境5 个水系统，师法自然，宛若天成。面积11.5km2 的奥林匹克公园每年的用水量超过1 700 万m3。实施水资源循环利用是明智选择，将生态、节能、减排、自然等诸多理念贯穿于奥林匹克公园水系设计之中，研发并集成了基于水体自然净化的雨水利用系统NPRW、高标准的洪水管理系统HSWU、人工强化水生态系统ASEW、复合垂直流人工湿地系统IVCW、高效过滤与强化去磷系统HERP。公园的雨水、污水循环利用，实现了零排放。奥林匹克公园龙形水系及其周边的水系设计完全改变了河道裁弯取直、混凝土衬砌的传统做法，采取生态防渗、卵石缓坡、生态砖、生态袋、覆土石笼垫、仿木桩等多种形式的生态护岸。在中心区“龙身”，有6 万m2 的水面建立在地下空间之上，也采用了土质基床，凸现自然。龙形水系是世界上最大的建造在屋顶结构上的生态水系。
3.永定河绿色生态走廊
继奥运公园水系建设实践后，面对建设世界城市的新要求，在水系生态治理上再次更新理念，从人水和谐的水环境放眼首都“三个北京”建设，以水为魂引导城市布局，拉动区域经济发展。为此，在首都的西部生态发展区打造永定河绿色生态走廊的水环境工程，在万众瞩目中展开。
《永定河绿色生态走廊建设规划》首先从城市段中的门城湖、莲石湖、晓月湖及宛平湖着手，通过重塑水系的形态、线条、声色、延续之美而形成丰富的空间层次与和谐的环境氛围，围绕重要景点、护岸景观、道路景观、植物景观、堤防景观的空间相互融合，营造以水为主体，灵秀大气、生机勃勃的区域景观带，水与绿相互交融，打破单一线性结构，利用点、线、面相结合的方式形成自然、生态、直曲相融的水形、绿地景观。在生态修复设计的同时还模拟自然界的风光，营造人工湿地，建设具有多元文化特色的集生态保护、休闲运动、知识教育功能于一体的绿色景观带。
永定河流域的生态修复是按照“以水带绿，以绿养水”的新理念，研发了基于干涸条件下的再生水补渗净化及生物为主的河床、滩地、堤防的生态修复新技术，营造“丰水多蓄，水少多绿，湖泊与湿地交替”的大型城市湿地型河流。
5年之后，永定河北京段170km河道将实现“有水的河，生态的河，安全的河”，自上而下形成溪流—湖泊—湿地连通的健康河流生态系统，建成各具特色的生态自然景观、城市景观、田园景观河段，形成“一条生态走廊、三段功能分区、六处重点水面、十大主题公园”的空间景观布局，为两岸五区创造优美的生态水环境。
三、生态治河技术
10 年来，在生态治水方面，北京市水利规划设计研究院取得了丰富的实践经验，形成了大量的技术储备。对这些技术、经验加以总结，对以后城市水系治理有重要的参考价值和极大的带动作用，可指导或直接用于我国的城市河流尤其是北方缺水地区河道的生态治理。
1.注重治河先截污治污
将截污、治污作为治河的重点。将河道整治与排水管改造同步进行，实现雨水和污水分流。加大河道排污口的治理力度，沿河铺设污水管线，收集污水，尽量减少污水直接入河。近年北京城市河道共截流排污口2 300 多个，并研发出了改造污水口、修建浮箱式拦污闸门、安装拦污栅、生物拦截等多种截污治污的方法，杜绝或减少污水入河，保证河道的清洁，使多年黑臭的水质开始还清。
2.注重营造河道的拟自然状态，研发了大量生态护岸技术
在实施生态治河的过程中，改平直岸线为蜿蜒岸线，改单一断面为多样断面，改硬质衬砌为软体的生态护岸，改直墙或陡坡护岸为缓坡护岸，改危险岸坡为亲水岸坡。利用“主河槽+浅水湾”的组合断面形式，解决了防洪排水与生态治理的矛盾，同时满足增加水面、岸线蜿蜒、植物种植、动物栖息、水流交换、防浪防冰、净化水体、保土保肥、亲水安全的要求。
研发和筛选出十几种适合北京地区的生态护岸，并广泛应用于河道治理。在延庆建立了生态护岸示范工程，这些生态护岸具有防护、过滤、可植生的特点，形式有生态袋、生态砖、SG 生态砌块、覆土石笼、山石护岸、仿木桩护岸、扦插护岸等。同时，注重建设生态景观河道。景观是高于生态系统的自然系统，是生态系统的载体。在治水的同时，将河道建成城市的生态景观，为城市增添水的灵气，使河道成为自然风景线，以适应人们在城市环境中享受自然的需求。
3.营造天然的落差建筑物，避免隔断河流的连通性
不建或少建闸坝，通过做一些跌落式的生物填料建筑，营造出河流的水位落差，使河床有起有伏，有隐有显，有坑有洼，有缓有急，产生天然曝气，使水质得到净化。同时利用汀步满足两岸沟通和亲水的要求。
4.充分利用再生水与雨水，使河道水质达标
优化调度河湖水源，对污水处理厂进行升级改造，利用膜处理、反渗透等工艺深度处理污水处理厂出水，扩大再生水水量，每年向河道补充再生水达2.0 亿m3，结合入河前的深度处理设施和河道在位水体修复技术，使中心城区河湖水质达到规定标准。尤其是奥运水系，其景观水源汛期采用雨水非汛期采用再生水，水质指标自建成以来满足了地表水Ⅲ~Ⅳ类的设计标准。
5.注重发挥水生动植物的天然净化作用
采取大量生物措施保护并改善城市河湖水质。通过在河中种植芦苇、香蒲、鸢尾、水蓼、再力花等适宜北京水环境的水生植物，吸附水中的有害物质，净化水体。在永定河引水渠、南护城河、“六海”等河湖采用景观生态浮床种植美人蕉、插种水生植物等生物措施。同时改变过去单靠清淤治理底泥污染的办法，在亮马河利用拆除的硬质护砌和淤泥构筑浅水湾和河中岛屿，实现淤泥就地消纳利用，保护外部环境。通过向河中投放螺蛳、河蚌、鱼苗等水生动物，降解水体中的污染物增强水体自净能力。如在北展后湖、西海等诸多水域投放鱼苗，抑制藻类生长、繁殖，有效防止了内城河湖大面积暴发水华。放养水生动物恢复河道动植物的多样性，再现了人水和谐自然景观。
6.利用微循环和过滤改善河湖水质
在治水中采取多种措施改善和净化水体。在什刹海、后海安装收藻设备，增加了水底净化能力。在北护城河、双紫支渠、中南海、筒子河、奥运中心区、清河等安装推流、曝气设备，增加水体的流动性，提高水体的含氧量。为使河水流动起来，将下游河水用管道提升到上游，实现水循环以净化水体。
7.功能湿地净化水体
近年，北京市建成了大量的功能湿地净化水体，建成的功能湿地有黑土洼湿地、沈家坟湿地、沙子营湿地、奥运湿地、北关湿地等，总面积超过100 hm2 湿地的工艺有水平流、垂直流、复合垂直流等形式，通过沉降、过滤、吸附、微生物代谢、植物代谢、植物吸收等作用，净化污水、再生水或循环水，同时掌握了湿地的过冬运行技术。
在永定河边将建设超过200 hm2的人工湿地，将再生水经过湿地深度净化后注入河道，确保水质安全。
8.拟自然防渗解决水资源不足的矛盾
要在有限的水资源条件下形成水面景观，必须采取防渗措施。防渗的原则是：选用环境友好的防渗材料，保证水系与周边及地下有适量的水交换，维持长期的水生生态系统的平衡。
奥林匹克公园水系、清洋河、潮白河等采用膨润土防水毯防渗，永定河王平河段、潮白河向阳闸库区采用复合土、黏土防渗。这些近自然防渗技术考虑了大量水生植物根系生长所必须的天然条件和防渗技术措施之间的兼容性，有利于重新构建生态系统，减少渗漏量，节约有限的水资源。在北京市水资源紧缺的条件下，采取防渗措施后，控制其渗漏量不小于本地区的多年平均年降雨量，即认为没有改变原有的水文地质条件，对地下水的补给没有构成影响，在此条件下可以采取任何防渗措施。
9.隐蔽硬质堤防，协调防洪与生态的矛盾，建设景观型堤防
对潮白河上游河段、凉水河等“二面光”河道，采取在既有混凝土衬砌上覆土、减缓坡面、植物扦插的方法，隐蔽硬质堤防。对潮白河下游河段、清河下游河段两岸做成微地形堤或“超级堤”，把传统的堤防隐蔽于微地形堤或“超级堤”之下。改变了过去平直、呆板的面貌，做到“里刚外美”，协调防洪与生态的矛盾。
10.采用植物护坡与本土植物配置技术，形成兼备生态与景观功能的水陆过渡空间
植物也是工程材料，利用水生植物、灌木、乔木的发达根系纤维来固定岸坡，形成“植物加筋土”，即把植物当做结构的一部分，来增加土的抗剪强度，防止坡岸坍塌。
植物配置的基本原则：根系发达，固坡能力强，生长快速，树性强健，耐水浸泡，耐寒，耐旱，耐贫瘠，少病虫害，适应性强，饵食与蜜源植物，建植完成后能达到四季景观自然美的效果。对适宜北京生存的100 多种水生植物进行了编录，并筛选出20 多种适合北京河道生长的沉水、浮水、挺水植物。这些植物兼备水体净化、景观功能，且便于维护管理。
研究出适合于坡脚木桩型枝条：胡枝子、红豆草、竹子、水柳等。适合于坡面防护的草种有沙打旺、马蔺、沙地柏、狼尾草、红蓼、荻等。
在河道的治导线以上种植大量的柳树、白杨、榛树等喜水性植物，利用它们发达的根系加固河堤，有效抵御汛期洪水的冲刷。
四、结语
近年，北京市水利规划设计研究院先后完成了北京中心城区520 km河道的规划设计工作，建成了一批集防洪、供水、景观、生态、人文于一体的多元化河流，充分展现“安全、自然、亲水、文化”的设计理念，为北京奥运会乃至未来的北京营造了清洁优美的水环境。
治水理念的创新对解决缺水城市的水环境治理有着示范与借鉴作用，北京的城市水环境治理目前已从中心城区向郊区新城推进。按照以上治水理念，不用太长的时间，北京全市的水环境面貌将有重大改变。