冀中廊坊市北運河雨污水資源利用探討

暢金元,吳錫剛

(河北省廊坊水文水資源勘測局,河北廊坊 065000)

1 北運河基本概況

北運河屬海河流域北運河水系,發源于北京市昌平區軍都山麓,自西北而東南,流經北京市北部東部地區。通州北關閘以上稱溫榆河,流域面積2 478 km2。通州北關閘以下為北運河。北運河是 7世紀初隋朝開鑿的南北大運河的最北段,也是北京最主要的排水河道,承擔著北京市城區 90%的排水任務[2]。北運河自通州北關閘起,流經武窯、沙古堆,西集鎮牛牧屯,經河北省香河縣、天津武清縣至天津市大紅橋注入海河,全長 120 km[3]。匯入北運河的主要河流有溫榆河、通惠河、涼水河、鳳港減河、牛牧屯引河等。

建國以來,北京市為了發展北運河兩側的灌溉,在溫榆河上修建了葦溝、辛堡、沙河、魯疃、上莊、曹碾等六座攔河蓄水閘。在北運河上游修建了通州北關攔河閘、北關分洪閘、榆林莊攔河閘、楊洼攔河閘,總蓄水量達3 533萬 m3,在北運河香河縣境內王家擺橋下游 250 m處,建有跌水橡膠壩一座,一次蓄水 2178萬 m3,其下游有土門樓攔河閘。通惠河上有高碑店閘、張家灣閘。涼水河上有張小灣閘。鳳港減河上有軍屯閘。牛牧屯引河上有牛牧屯閘。北運河洪水下泄緩慢,洪水時極易形成災害。為減輕北運河下游洪水負擔,在通州北關開挖運潮減河,在河北省香河縣境內開挖青龍灣減河,洪水時向潮白河分洪[1]。

2 北運河水資源特點

2.1 河道徑流量呈年際減少趨勢

以北運河土門樓站河道徑流量為例。該站年徑流量的年際變化特征為:年際間逐漸減少,變化幅度較大。上世紀50年代,北運河土門樓站年平均徑流量為 15.7億 m3,60年代為 13.6億 m3,比 50年代平均徑流量偏少了 13.9%。到了 70年代,北運河年均徑流量明顯減少,比 60年代偏少了32.8%,而 80年代比 60年代更是偏少了 62.4%。進入 80年代以后,北運河年徑流量減少的趨勢減緩,基本為每年 3億 m3,左右。進入 90年代,因為連續出現降水豐水年份,北運河河道徑流量有所增加[7],進入本世紀以后,北運河河道徑流量基本保持在每年 3億 ～4億 m3左右。北運河河道徑流量年代變化見圖 1

圖1 北運河土門樓站徑流量年代變化圖

2.2 北運河河道年徑流量年內分配不均,但現狀條件下,汛期徑流量與枯季徑流量所占比例基本相當,汛期徑流量略大于枯季徑流量。北運河河道徑流量主要分布在汛期(6～9月),其占年徑流量的比例為:上世紀 50～70年代為 60%,80年代為 76%,90年代為 63%,進入本世紀后基本在 53%左右?，F狀條件下北運河河道徑流量年內分配見圖 2

圖2 北運河河道徑流量年內分配柱狀圖

2.3 北運河河道水量豐沛

北運河是廊坊市主要的有水河道,其常年有水,且有大量的過境水量,一直是廊坊市主要的過水通道。據 1956～2008年資料統計,各年代北運河過境水量占廊坊市全部河道過境水量的比例為:上世紀 50、60、70、80、90年代、至今分別是 17.3%、26.2%、21.7%、41.4%、42.7%、50%?，F狀條件下北運河河道徑流量占廊坊市河道徑流總量的比例見圖3。

圖3 廊坊市河道徑流量對比圖

2.4 北運河河道徑流量中天然自產徑流量與人工排水量基本相當

北運河作為北京市的主要排瀝河道,承擔著北京 90%以上面積的城市雨污水排放任務。所以,北運河河道徑流量中,北京的雨污水占有很大的比例,是北運河水資源的重要組成部分。據北京市相關部門統計,北運河多年平均出境水量為 9.31億 m3,其中清水為 4.62億 m3,污水為 4.69億m3[4]。污水為人工排放,也就是說,北運河水量當中,天然自產徑流量與人工排水基本各占一半。

3 北運河雨污水利用的可行性分析

3.1 有利的地形地貌條件保證有充足的降水量

北運河流域位于華北平原的最北端,流域中山區面積較小,包括丘陵面積約1 000 km2,處于燕山山前迎風坡的有利地形,受大氣環流的影響,年降水量高于全市平均值。平原地區屬于永定河沖洪積扇的一部分,形成西北部高東南部低的特殊地形,有利于暴雨的形成,是北京市的暴雨中心多發區之一。較為豐沛的降水量是形成北運河河道徑流量的重要保障。

3.2 水資源量較為豐富,保證率較高

北運河流域屬于大陸性季風氣候,多年平均降水量600mm,降水量年內年際分配很不均勻,降水多集中在 7、8月間的幾場大暴雨,極易形成洪水。同時,隨著北京城區不透水面積的增加,產匯流時間加快,由城區瀝水形成的洪水次數成倍增加。城市瀝水形成的洪水具有峰高、量大、流急且在時間分布上具有不確定性的特征,加大了北運河的行洪壓力,同時也具有了較大的雨洪開發利用的潛力。

北運河是北京重要的排水河道,承擔著北京城區 90%的排洪任務。清河、壩河、小中河、通惠河、涼水河幾大支流的洪水均由北運河下泄,水量豐沛。根據北京市對北運河出境水量的分析,北運河多年平均出境水量為 9.31億 m3[5]。因為城市用水保證率一般高于 90%,其相應排水保證率也不會太低,所以,北運河的水量是有保證的。

3.3 水利工程眾多,利用工程措施提高用水的可行性

建國以后,國家在北運河上修建了大量的水利工程,用以攔蓄水資源和提高防洪標準。這些水利工程主要有:北京境內通州北關攔河閘和分洪閘、榆林莊閘和楊洼攔河閘,廊坊境內王家擺橡皮壩、土門樓攔河閘和青龍灣減河泄洪閘。并開挖了運潮減河和牛牧屯引河,用以分泄北運河洪水和潮白河洪水。這些工程提高了北運河水資源的開發利用效益,使河系之間相互開發利用水資源成為可能。

3.4 北運河河道水質逐漸轉好

北運河是北京市的排污通道,自 20世紀 80年代末期以來受到嚴重污染,河道水體發黑發臭,水體污染物遠遠超標。近些年來,北京市加大了治污力度,規劃到 2112年,把沿北運河支流基本納入污水處理系統,全市所有污水處理廠全部達標排放,從污水處理廠排出的水全部為中水。屆時北運河里流淌的將全部為中水[6]。高品質的中水可以用于灌溉農田,還可以澆花、洗車。同時,每年汛期(6～9月),由于河道受到雨洪沖刷,河水得以置換,河道自潔能力增加,河道水質轉好。

4 北運河水資源開發存在的問題

4.1 水利工程老化,河道淤積嚴重,蓄水能力降低

北運河上的水工建筑物大多建于 20世紀六七十年代,建筑物標準較低。再加上經過三四十年的運行,大多數水閘已經嚴重老化。經專家鑒定,北關攔河閘、分洪閘、土門樓閘為三類病險閘,榆林莊閘、楊洼閘、土門樓分洪閘為四類病險閘,王家擺橡皮壩也屬于帶病運行。目前,北京市已對所屬大型堰閘進行了維修重建,提高了蓄泄能力。但是廊坊市境內的幾處大型水利工程只能是修修補補,致使工程運行能力降低。同時,廊坊市已經多年未對北運河進行規模治理,河道淤積嚴重,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 河道水質雖有好轉,仍需大規模治理

盡管近幾年北運河河道水質有了較大改善,河道里也有了水生植物和魚類生存。但河道水體水質仍不容樂觀,全年大部分時段河道水體仍為Ⅴ類或劣Ⅴ類水質,河道水質仍然較差,大量未經處理的污水排入河道,水體渾濁,污染物嚴重超標。所以要保持和提高北運河水體水質還有很多工作要做。

4.3 河道蓄水能力偏低

目前,北京市在北運河和潮白河上建有多處橡膠壩、堰閘等水利工程,攔蓄雨洪資源,向潮白河進行跨流域調水。而廊坊市在北運河上只有王家擺橡皮壩和土門樓攔河閘,在潮白河上只建有吳村閘。由于攔蓄工程少,且沒有進行梯級開發,致使廊坊段河道蓄水能力偏低,河道中大量的水資源得不到充分的開發利用,而不得不被放到下游。

5 北運河雨污水資源利用措施

5.1 轉變觀念,攔蓄雨洪

合理利用雨洪資源既能緩解缺水局面,又能減少暴雨徑流帶來的危害,緩解防洪壓力。所以,必須轉變傳統觀念,改“防汛”為“迎汛”,改排泄為攔蓄,改洪水控制為洪水管理。近幾年,廊坊市政府也認識到雨洪利用的重要性,通過對水利工程的合理調度運行,適時攔蓄雨洪資源。雨洪利用,已經成為解決水資源緊缺的一個重要的有效途徑。

5.2 加快工程建設,提供工程保障

建議重建北運河土門樓攔河閘,對分洪閘和王家擺橡皮壩進行大修,在潮白河上興建蓄水景觀橡皮壩。利用工程蓄水調水,汛期做為滯洪和滲透,有效利用雨洪,補充環境景觀用水;非汛期能夠有效地回灌地下水,涵養地下水源的同時,創造優美的水環境。

對北運河進行系統性整治,建立與水資源優化配置相適應的水利工程體系。同時,結合病險閘的改造,加快北運河信息化和現代化建設步伐,盡快建立北運河防汛抗早和水資源管理指揮調度系統,為北運河水資源配置提供信息化和現代化保障。

5.3 實施跨流域調水工程

實施跨流域和跨區域調水工程,也是解決資源型缺水地區水資源緊缺,優化北運河水資源配置的一條重要途徑。比如目前利用北運河北關分洪樞紐向潮白河供水,利用牛牧屯引河,北運河水和潮白河水相通共用。利用這些工程將北運河豐富的雨洪資源供給水資源短缺的潮白河下游地區。如果條件允許,今后也可以按照“先治污后通水、先生態后用水”的原則,開展“引運濟廊”以及將北運河水調往薊運河流域等大型調水工程的研究工作。

6 結語

北運河雨洪資源和再生水資源比較豐富,我們要積極轉變治水觀念,采取有效措施,做好北運河水資源的保護和開發利用工作,并根據北運河流域水資源的承載能力,優化配置北運河的水資源,提高北運河水資源開發利用程度,緩解當前廊坊市嚴重的水資源短缺現狀,為廊坊市經濟社會的可持續發展提供水資源保證。

[1]水利部海委水文局,海河流域實用水文預報方案[R],2007.6.

[2]孫迪,推進北運河綜合治理構建優美宜居水環境[J],中國水利,2010,12:18-19.

[3]蘇穎,試論北運河通州城區段水環境的改善[J],中國水利,20106,5:27-28.

[4]周磊,談北運河水資源的優化配置[J],北京水務,2007.4.

[5]付春梅,談北運河污水資源的利用[J],北京水務,2006.3.

[6]中國石化新聞網,北京北運河水系將治理 3年內河道全部為中水,2009.3.11.

[7]廊坊市水務局廊坊市水資源評價[R],2005.11.