基于生态水网工程的邯郸市雨洪资源化利用模式

2015-07-25李保敏牛元芳

中国水利 2015年11期

李保敏，牛元芳

（1.河北省邯郸水文水资源勘测局，056001，邯郸；2.河北省邯郸市涉县水利局，056400，涉县）

城市雨洪资源的利用有集雨储存水池式蓄水，沟渠、河道和湖泊截流蓄水，增加雨水就地入渗量和小区绿地及草坪蓄纳雨水等途径，利用技术较为成熟。但是现有雨洪利用技术要在旧城区得到大范围推广，需要规划、城建、水利、环保、建筑等多部门的协调配合，实施难度较大。近年，河北省邯郸市实施了生态水网工程，广阔的生态水面不仅营造了秀美的水景，而且依托“生态水网”工程探索研究城区“五河四湖”模式下的雨洪资源利用技术，也成为邯郸城区雨洪资源利用的有效途径。

一、城区雨洪资源利用条件

1.水资源条件

邯郸市多年平均汛期（6—9月）降水量为376.8 mm，属资源性缺水城市。城区生产生活用水水源主要靠跨区域引水，一是来自漳河岳城水库和滏阳河东武仕水库的地表水，二是来自峰峰矿区羊角铺水源地的地下水。

随着城市化迅速发展，不透水面积急剧扩大，径流系数大大提高，同等量级的降雨产生的地表径流量急剧增加。通过对城区雨洪资源量估算，邯郸市城区汛期多年平均雨洪资源量为1 129.9万m3，如果能将这部分雨水资源通过工程和非工程措施加以利用，不但能增加城区的供水水源，还能减少城区洪涝灾害的发生，同时也有益于水生态文明城市建设。

2.下垫面及现状雨洪利用条件

随着经济社会的快速发展，城区下垫面条件也随之发生较大变化，原有的农田、草地、林地逐渐被建筑物及硬化地面取代，原有疏松、透气、透水的地表被不透水材料覆盖，雨水自然下渗减少、径流增加，从而导致水循环系统失衡和地面产流条件改变。

近年，为减轻城区雨水洪涝，控制地下水水位下降，邯郸市在城市建设上采取了一些措施。例如在人行道、广场、停车场等地方铺装渗透性较好的渗水砖，使雨水自然蓄渗；新建或改建道路的雨污水管道全部实行雨污分流，增加雨水排泄量；逐步扩大游园、广场、小区内的绿地面积覆盖率；在公园内修建人工湖泊，增大雨洪资源存储量等。受政策、经济、技术等因素影响，这些措施并没有使城区雨洪资源得以充分利用，大部分雨水都被当作废水白白通过排水系统流入周边河流，城区雨水缺乏综合利用，洪涝灾害依然存在。为此，必须寻求更加行之有效的措施，使城区雨洪资源效益最大化。

二、城区雨洪资源利用技术

1.城区生态水网工程简介

邯郸市城区生态水网主要是通过实施“引漳入滏”和“引水入沁”工程，将漳河岳城水库和滏阳河东武仕水库的两大水源分别调入邯郸市内，为城区的“五河”“四湖”等生态景观建设提供水源保障。

“五河”包括滏阳河、支漳河、沁河、输元河和渚河，其城区段已进行综合治理，河流水面面积200hm2。“四湖”包括南湖、北湖、东湖和西湖。其中利用渚河、支漳河分洪道梯级拦蓄造“南湖”，水面面积 60hm2；利用齐村大坝造“西湖”，水面面积 50hm2；修复黄梁梦围堤造 “北湖”，水面面积100 hm2；利用王安堡橡胶坝拦蓄支漳河水，规划营造“东湖”。“四湖”和“五河”将最终互通互联，使湖水和河水活起来、流起来，营造出“四湖叠影、五河绕城、河湖相通、碧水萦回”的水景。另外赵苑、龙湖、丛台、滏阳公园内水面景观面积为28.6 hm2。这些河流湖泊不但对改善城区环境发挥了重要作用，而且对城区的防洪排涝也发挥着举足轻重的作用。邯郸市城区雨洪资源通过雨水管网进入河流、湖泊后，不但可缓解城区防洪排涝压力，还可补充其生态需水，减少从西部山区的调水量。

2.城区河湖需水量

根据城市河湖水体功能，将城区雨洪资源集中用于河湖生态需水量，主要包括水面蒸发需水量、维持水体自净能力的换水量、湖底渗漏需水量和景观功能需水量等。各项水量计算方法如下。

（1）河湖水面蒸发需水量

依据水面蒸发能力和水面面积计算湖泊和河流水面蒸发量。计算公式如下：

式中，We为河湖水面蒸发量（亿 m3），A为河湖水面面积（hm2），E为水面蒸发能力（mm）。

根据水资源评价成果，邯郸市城区多年平均汛期水面蒸发能力为534.6mm，由此可计算，邯郸市城市河流湖泊多年平均汛期水面蒸发量为227.5万m3。其中，“五河”汛期年均水面蒸发量为106.9万m3，南湖、西湖、北湖汛期年均水面蒸发量分别为32.1 万 m3、26.7 万 m3、53.5 万 m3，城区内公园水面蒸发量为15.3万m3。

（2）湖泊自身需水量

为保证城市湖泊正常需要的自净能力，应进行人工换水，促进水体流动，保持湖泊的功能正常发挥。换水量与换水周期由相关部门确定。每年换水的需水量：

式中，Wc为湖泊在第t种换水周期下的需水量（万 m3），h为湖泊水深（m），A为河湖水面面积（hm2）；T为换水系数。

邯郸市城区现有湖泊主要包括南湖、西湖、北湖以及市内公园景观水面，湖泊面积238.6 hm2，湖泊水深按平均2 m计，年换水1次，则湖泊换水每年需水量为477.2万m3。其中南湖、西湖、北湖年换水需水量分别为120 万 m3、100 万 m3、200 万 m3，市内公园年换水需水量为57.2万m3。

（3）河湖渗漏需水量

邯郸市城区公园内的小型湖泊湖底都做了防渗漏层，渗漏需水量可忽略不计。城区周围的南湖、西湖、北湖及河道没有做防渗漏层，则应考虑渗漏需水量：

式中，Wg为河湖渗漏需水量（万 m3），K为剖面位置的渗漏系数（m/d，取1.2），A为河湖水面面积（km2），μ 为给水度（取0.07）；t为河湖过水或渗漏时间（d，取汛期 6—9月共 122天）。

经计算，邯郸市城区“五河”及南湖、西湖、北湖汛期渗漏量为420.2万m3。其中，“五河”汛期渗漏量为205万m3，南湖、西湖、北湖渗漏量分别为61.5 万 m3、51.2 万 m3和 102.5 万 m3。

（4）景观、娱乐需水量

城市湖泊一般都具有景观、娱乐的功能，在城市湖泊设计中，其湖泊水深不能低于发挥景观功能的最小水深。

3.城区“五河四湖”雨洪资源利用模式

（1）河道雨洪控制工程

邯郸市生态水网工程实施以来，城区内的滏阳河、沁河、输元河、支漳河、渚河都得到了治理。治理工程实施后，不仅使市区段水质得到改善，满足了邯郸市工农业用水需求，改善了流域生态环境，同时加大了河道行洪、排涝能力，美化了城市环境。

滏阳河城区段自上而下建有张庄桥节制闸、柳林闸、电厂闸、苏里闸和贺庄橡胶坝，在张庄桥节制闸上游形成南湖水面景观，在苏里闸上游形成北湖水面。滏阳河已治理的市区段，还形成了罗城头、滏阳、龙湖、苏曹等4个滏阳河带状公园，成为邯郸市城区一大景观。

支漳河城区段除现有的张庄桥分洪闸、左西闸、邯大路橡胶坝、小北堡闸外，还规划修建王安堡橡胶坝，并且在王安堡橡胶坝上游形成东湖水面景观。

沁河上建有8座溢流堰式拦河坝，水面平均深度为1m。在拦河坝的一侧建有提升闸门，便于在防洪、清淤时泄水。河岸上还设有观赏亭和亲水平台。赵苑和丛台两座公园位于沁河沿岸。

输元河因其流程较短，没有建节制闸和橡胶坝，仅在与滏阳河交汇处形成了北湖水面景观。在沁河和输元河上游依托齐村大坝形成了西湖水面景观。

渚河规划修建南十里铺橡胶坝和王湾橡胶坝。

（2）城区雨水汇集分区

根据邯郸市城区地貌特征和行政区划，将城区分为赵王城-邯钢区、邯山区、复兴区、丛台区、东部新区等5个雨水汇集区。其中赵王城-邯钢区雨水汇入渚河和沁河，邯山区雨水汇入滏阳河和支漳河，复兴区雨水汇入沁河和输元河，丛台区雨水汇入滏阳河和沁河，东部新区雨水汇入支漳河。

（3）“五河四湖”雨洪资源利用技术

根据城区雨洪水质分析，降雨前期20分钟内的雨水水质较差，不能直接利用，可在雨水管道入河口的上游适当位置修建截流井，将初期雨水截流至市政污水管网。后期水质较好的雨水可直接进入河道经闸坝和湖泊进行调蓄。经分析，根据降雨强度大小，在降雨0.5～1.0 h后闸坝闭闸蓄水，湖泊提闸滞洪。

由河道闸坝拦蓄形成的水面，可以像水库一样，通过水文分析计算确定河道特征水位，如防洪限制水位、防洪高水位。当城区发生暴雨时，可以根据河道特征水位利用闸门进行洪水调度。防洪限制水位和防洪高水位间的蓄水量要能容纳受水区内的雨水产流量，如果产流量较大，河道水位达到防洪高水位时，要及时开启闸门，充分利用公园内湖泊和 “四湖”的调蓄功能，蓄积雨水，降低河道水位。

邯郸市城区大部分雨洪资源通过雨水管网汇集排入“五河”，受城区河湖地理位置及流向影响，经闸门、拦河坝调蓄后的雨水主要补给北湖、东湖以及城区内公园，只有少部分能进入西湖和南湖。根据河湖需水量计算，除去西湖和南湖外，现状城区内的河湖水面汛期年均蒸发和渗漏需水量分别为 175.7万m3、307.4万 m3，湖泊换水年需水量为257.2万m3，共计740.3万m3。邯郸市城区汛期多年平均雨洪资源量为1 129.9万m3，完全可以保证城区河湖生态需水量。在满足了城市湖泊正常运行所需的水量之后，可将剩余部分水量作为城市雨洪回用资源，用于一些水质要求较低的市政或公共用水，包括绿化灌溉、道路冲刷、冲厕等。