冀中廊坊市北运河雨污水资源利用探讨

2011-03-19畅金元吴锡刚

地下水 2011年3期

畅金元,吴锡刚

(河北省廊坊水文水资源勘测局,河北廊坊 065000)

1 北运河基本概况

北运河属海河流域北运河水系,发源于北京市昌平区军都山麓,自西北而东南,流经北京市北部东部地区。通州北关闸以上称温榆河,流域面积2 478 km2。通州北关闸以下为北运河。北运河是 7世纪初隋朝开凿的南北大运河的最北段,也是北京最主要的排水河道,承担着北京市城区 90%的排水任务[2]。北运河自通州北关闸起,流经武窑、沙古堆,西集镇牛牧屯,经河北省香河县、天津武清县至天津市大红桥注入海河,全长 120 km[3]。汇入北运河的主要河流有温榆河、通惠河、凉水河、凤港减河、牛牧屯引河等。

建国以来,北京市为了发展北运河两侧的灌溉,在温榆河上修建了苇沟、辛堡、沙河、鲁疃、上庄、曹碾等六座拦河蓄水闸。在北运河上游修建了通州北关拦河闸、北关分洪闸、榆林庄拦河闸、杨洼拦河闸,总蓄水量达3 533万 m3,在北运河香河县境内王家摆桥下游 250 m处,建有跌水橡胶坝一座,一次蓄水 2178万 m3,其下游有土门楼拦河闸。通惠河上有高碑店闸、张家湾闸。凉水河上有张小湾闸。凤港减河上有军屯闸。牛牧屯引河上有牛牧屯闸。北运河洪水下泄缓慢,洪水时极易形成灾害。为减轻北运河下游洪水负担,在通州北关开挖运潮减河,在河北省香河县境内开挖青龙湾减河,洪水时向潮白河分洪[1]。

2 北运河水资源特点

2.1 河道径流量呈年际减少趋势

以北运河土门楼站河道径流量为例。该站年径流量的年际变化特征为:年际间逐渐减少,变化幅度较大。上世纪50年代,北运河土门楼站年平均径流量为 15.7亿 m3,60年代为 13.6亿 m3,比 50年代平均径流量偏少了 13.9%。到了 70年代,北运河年均径流量明显减少,比 60年代偏少了32.8%,而 80年代比 60年代更是偏少了 62.4%。进入 80年代以后,北运河年径流量减少的趋势减缓,基本为每年 3亿 m3,左右。进入 90年代,因为连续出现降水丰水年份,北运河河道径流量有所增加[7],进入本世纪以后,北运河河道径流量基本保持在每年 3亿～4亿 m3左右。北运河河道径流量年代变化见图 1

图1 北运河土门楼站径流量年代变化图

2.2 北运河河道年径流量年内分配不均,但现状条件下,汛期径流量与枯季径流量所占比例基本相当,汛期径流量略大于枯季径流量。北运河河道径流量主要分布在汛期(6～9月),其占年径流量的比例为:上世纪 50～70年代为 60%,80年代为 76%,90年代为 63%,进入本世纪后基本在 53%左右。现状条件下北运河河道径流量年内分配见图 2

图2 北运河河道径流量年内分配柱状图

2.3 北运河河道水量丰沛

北运河是廊坊市主要的有水河道,其常年有水,且有大量的过境水量,一直是廊坊市主要的过水通道。据 1956～2008年资料统计,各年代北运河过境水量占廊坊市全部河道过境水量的比例为:上世纪 50、60、70、80、90年代、至今分别是 17.3%、26.2%、21.7%、41.4%、42.7%、50%。现状条件下北运河河道径流量占廊坊市河道径流总量的比例见图3。

图3 廊坊市河道径流量对比图

2.4 北运河河道径流量中天然自产径流量与人工排水量基本相当

北运河作为北京市的主要排沥河道,承担着北京 90%以上面积的城市雨污水排放任务。所以,北运河河道径流量中,北京的雨污水占有很大的比例,是北运河水资源的重要组成部分。据北京市相关部门统计,北运河多年平均出境水量为 9.31亿 m3,其中清水为 4.62亿 m3,污水为 4.69亿m3[4]。污水为人工排放,也就是说,北运河水量当中,天然自产径流量与人工排水基本各占一半。

3 北运河雨污水利用的可行性分析

3.1 有利的地形地貌条件保证有充足的降水量

北运河流域位于华北平原的最北端,流域中山区面积较小,包括丘陵面积约1 000 km2,处于燕山山前迎风坡的有利地形,受大气环流的影响,年降水量高于全市平均值。平原地区属于永定河冲洪积扇的一部分,形成西北部高东南部低的特殊地形,有利于暴雨的形成,是北京市的暴雨中心多发区之一。较为丰沛的降水量是形成北运河河道径流量的重要保障。

3.2 水资源量较为丰富,保证率较高

北运河流域属于大陆性季风气候,多年平均降水量600mm,降水量年内年际分配很不均匀,降水多集中在 7、8月间的几场大暴雨,极易形成洪水。同时,随着北京城区不透水面积的增加,产汇流时间加快,由城区沥水形成的洪水次数成倍增加。城市沥水形成的洪水具有峰高、量大、流急且在时间分布上具有不确定性的特征,加大了北运河的行洪压力,同时也具有了较大的雨洪开发利用的潜力。

北运河是北京重要的排水河道,承担着北京城区 90%的排洪任务。清河、坝河、小中河、通惠河、凉水河几大支流的洪水均由北运河下泄,水量丰沛。根据北京市对北运河出境水量的分析,北运河多年平均出境水量为 9.31亿 m3[5]。因为城市用水保证率一般高于 90%,其相应排水保证率也不会太低,所以,北运河的水量是有保证的。

3.3 水利工程众多,利用工程措施提高用水的可行性

建国以后,国家在北运河上修建了大量的水利工程,用以拦蓄水资源和提高防洪标准。这些水利工程主要有:北京境内通州北关拦河闸和分洪闸、榆林庄闸和杨洼拦河闸,廊坊境内王家摆橡皮坝、土门楼拦河闸和青龙湾减河泄洪闸。并开挖了运潮减河和牛牧屯引河,用以分泄北运河洪水和潮白河洪水。这些工程提高了北运河水资源的开发利用效益,使河系之间相互开发利用水资源成为可能。

3.4 北运河河道水质逐渐转好

北运河是北京市的排污通道,自 20世纪 80年代末期以来受到严重污染,河道水体发黑发臭,水体污染物远远超标。近些年来,北京市加大了治污力度,规划到 2112年,把沿北运河支流基本纳入污水处理系统,全市所有污水处理厂全部达标排放,从污水处理厂排出的水全部为中水。届时北运河里流淌的将全部为中水[6]。高品质的中水可以用于灌溉农田,还可以浇花、洗车。同时,每年汛期(6～9月),由于河道受到雨洪冲刷,河水得以置换,河道自洁能力增加,河道水质转好。

4 北运河水资源开发存在的问题

4.1 水利工程老化,河道淤积严重,蓄水能力降低

北运河上的水工建筑物大多建于 20世纪六七十年代,建筑物标准较低。再加上经过三四十年的运行,大多数水闸已经严重老化。经专家鉴定,北关拦河闸、分洪闸、土门楼闸为三类病险闸,榆林庄闸、杨洼闸、土门楼分洪闸为四类病险闸,王家摆橡皮坝也属于带病运行。目前,北京市已对所属大型堰闸进行了维修重建,提高了蓄泄能力。但是廊坊市境内的几处大型水利工程只能是修修补补,致使工程运行能力降低。同时,廊坊市已经多年未对北运河进行规模治理,河道淤积严重,部分河段形成地上河,河道行洪能力下降,蓄水能力降低。

4.2 河道水质虽有好转,仍需大规模治理

尽管近几年北运河河道水质有了较大改善,河道里也有了水生植物和鱼类生存。但河道水体水质仍不容乐观,全年大部分时段河道水体仍为Ⅴ类或劣Ⅴ类水质,河道水质仍然较差,大量未经处理的污水排入河道,水体浑浊,污染物严重超标。所以要保持和提高北运河水体水质还有很多工作要做。

4.3 河道蓄水能力偏低

目前,北京市在北运河和潮白河上建有多处橡胶坝、堰闸等水利工程,拦蓄雨洪资源,向潮白河进行跨流域调水。而廊坊市在北运河上只有王家摆橡皮坝和土门楼拦河闸,在潮白河上只建有吴村闸。由于拦蓄工程少,且没有进行梯级开发,致使廊坊段河道蓄水能力偏低,河道中大量的水资源得不到充分的开发利用,而不得不被放到下游。

5 北运河雨污水资源利用措施

5.1 转变观念,拦蓄雨洪

合理利用雨洪资源既能缓解缺水局面,又能减少暴雨径流带来的危害,缓解防洪压力。所以,必须转变传统观念,改“防汛”为“迎汛”,改排泄为拦蓄,改洪水控制为洪水管理。近几年,廊坊市政府也认识到雨洪利用的重要性,通过对水利工程的合理调度运行,适时拦蓄雨洪资源。雨洪利用,已经成为解决水资源紧缺的一个重要的有效途径。

5.2 加快工程建设,提供工程保障

建议重建北运河土门楼拦河闸,对分洪闸和王家摆橡皮坝进行大修,在潮白河上兴建蓄水景观橡皮坝。利用工程蓄水调水,汛期做为滞洪和渗透,有效利用雨洪,补充环境景观用水;非汛期能够有效地回灌地下水,涵养地下水源的同时,创造优美的水环境。

对北运河进行系统性整治,建立与水资源优化配置相适应的水利工程体系。同时,结合病险闸的改造,加快北运河信息化和现代化建设步伐,尽快建立北运河防汛抗早和水资源管理指挥调度系统,为北运河水资源配置提供信息化和现代化保障。

5.3 实施跨流域调水工程

实施跨流域和跨区域调水工程,也是解决资源型缺水地区水资源紧缺,优化北运河水资源配置的一条重要途径。比如目前利用北运河北关分洪枢纽向潮白河供水,利用牛牧屯引河,北运河水和潮白河水相通共用。利用这些工程将北运河丰富的雨洪资源供给水资源短缺的潮白河下游地区。如果条件允许,今后也可以按照“先治污后通水、先生态后用水”的原则,开展“引运济廊”以及将北运河水调往蓟运河流域等大型调水工程的研究工作。