城市化对河务管理的影响及对策
2010-04-28陈少舟
陈少舟
(河北省唐山市陡河河道管理处 063000)
1 基本情况
唐山市区有两条排水通道,东部是陡河,西部是青龙河。陡河全长121.5km,于开平区双桥村北建有陡河水库。从陡河水库出水口至涧河入海口全长70km,穿市区段长28.6km,流域面积604km2。设计流量600m3/s,行洪能力百年一遇。
青龙河发源于曹家口北甄庄一带,河道经马驹桥、北新道桥,过京山铁路桥新线,进入市区。经南新道桥、刘家过道桥汇入开滦采煤塌陷坑。行洪能力50年一遇,流量80~158m3/s,马驹桥至黄龙桥流域面积53km2,河道长度8.4km。
2 城市化对河务管理的影响
2.1 降水径流影响
随着城市化建设,不透水面积越来越大。据统计,2000年以来的10余年时间市区不透水面积增加了1倍。
唐山市目前分区面积统计情况见表1。
表1 分区面积统计
2009年对市区降水径流进行了试验,降雨量不小于13mm时,河道水位、流量增加,产生地表径流。降雨量在13~65mm时,次降水径流系数在0.106以上,最大值为0.476。
唐山市年降水径流系数、年径流量成果见表2。
结论:城市下垫面的改变,对丰水年径流量影响相对较小,保证率为20%时,径流量增加17.7%;对枯水年径流量影响很大,保证率为95%时,径流量增加350%。随着城市降水的离散性、不均匀性增多,对城市防洪产生很大影响,为雨洪资源利用提供了条件。
2.2 地下水补给影响
浅层地下水位的变化与降水量、开采量、不透水面积、越流补给量有关,根据已有数据利用Pearson计算其相关系数,得出两个数据集合之间的线性相关程度,找出影响地下水位变化的主要因素。
Pearson乘积矩相关系数r的计算公式为
式中Y——因变量组,相当于各年水位;
X——自变量组。
计算结果显示∶浅层水位与浅层地下水开采量的相关系数为0.77(最大值),说明浅层地下水位与开采量关系最为密切;与降水量的相关系数为0.13(最小值),说明降水量对浅层地下水位的影响较小,原因是受不透水面积等降水入渗的影响(见表3)。
根据计算结果,利用FORECAST函数,建立浅层地下水位与浅层地下水开采量的线性回归方程,对浅层地下水位进行拟合计算,拟合方程为
预测结果见表3和下图。
2003年后浅层地下水开采量基本稳定在7400万m3/年左右,接近浅层地下水可采量7013万m3/年,浅层地下水位仍然呈下降趋势,主要是不透水面积影响。
表2 计算成果对照情况
表3 唐山市区浅层地下水位相关系数计算结果
2.3 水环境影响
唐山市中心区龙王庙—带浅层地下水位预测图
受城市污染的胁迫,降水地表水质动态变化,主要污染为NH3—N、COD、PH值、水温、油类、重金属等。主要来源为化肥,农药,洗涤剂,化粪池及下水道溢流、渗漏,植物,工业、商业、生活垃圾,道路、停车场、修理站、加油站和食品加工厂的油类,不透水面积造成的水温升高。
降水地表径流水质监测结果显示:由于区域降水的不均匀性,以及界面(路面、房屋、绿地等)污染物种类、浓度不同,径流路径不同,污染物指标一般在降水10mm左右明显降低,部分区域降水5mm左右明显降低,降水强度越大,水质改变越明显。南新道、缸窑路等污染物指标在降水40mm左右明显下降,水质监测成果详见表4。
表4 降水地表水质
根据市区降水特性和水质特点,雨水利用应以分散式利用为主。对于不同的下垫面条件,应采取不同的雨水资源化模式。唐山市区降水30mm后,汇入陡河、青龙河水体的水质(主要污染物NH3—N、COD等)优于Ⅴ类标准,此时可将雨洪资源利用。
不同界面时有机质含量顺序为:路面(机动车、人行)>屋顶径流>绿地。NH3—N含量呈分散状态,一般顺序为:路面>绿地>屋顶径流。
2.4 入河水量影响
城区河道受水库控制、引滦入唐工程、工矿企业排水等客观影响,河流功能明显改变。
陡河流域多年平均径流量为8200万m3。工矿企业排水量为7241万m3/年,见表5。水库向下游农业输水6000万m3/年左右,即不计算区域降水径流条件下,陡河过水量为13000万m3/年,大于多年平均径流量。陡河由季节性河流变为常态河流。水文条件、河流生态环境等明显改变。
青龙河工矿企业排水量为3106万m3/年,大于年降水径流量,青龙河由季节性河流变为常态河流。
城市排水等客水增加,对河道治理工程设计和管理生产较大影响。
表5 市区工矿企业排入陡河水量
3 对策
3.1 加强城市水文监测与研究
城市化区下垫面类型的多样化,如不透水地砖、水泥地面、透水砖和草地等,使得径流在时空上的变化越来越复杂,不同的下垫面条件对降水径流的影响也不同。
根据实测数据,建立次降雨产生的径流深公式:
式中R——次降水径流深,mm;
P——次降水大于10mm的降水量(10≤P<100),mm;
I——不透水面积比例(16%≤I≤70%)。
对于次降水量不小于100mm时,接以下降水径流关系直接计算次降水径流深:
同时加强水量、水质监测,不断修正相关参数,为城市雨洪资源管理提供技术依据。
3.2 制定城市防洪预案
根据城市特点,结合城市水文特征,制定城市防洪预案,把传统的河流防洪与城市防洪结合起来。
3.3 开发利用雨洪资源
a.为下游陡河灌区提供雨洪资源。
b.向南湖补水。
c.通过工程调蓄增加市区景观用水。
d.局部集雨,用于绿地等供水。
3.4 补充地下水
a.河道补给200万m3/年。
b.降低不透水面积(如使用透水砖),增加地下水补给量。
c.屋顶径流直接引入地下,补充地下水。
d.城市规划时减少对城市沟、塘填埋,保障补充地下水通道。
3.5 加强城市河道的管理
城市河道整治应考虑城市工矿企业排水、雨洪量增加对防洪的影响,提高城市防洪标准。
4 结语
城市河道管理趋于复杂化,分析了解城市水文变化趋势是当前的工作重点。改变传统河务管理思路,适应城市化发展是必然要求。■