推进雨洪利用体系建设实现水资源良性循环（孙雨洪,黄大英,赵月芬,高振宇）

 

1 雨洪利用的必要性

 

1.1 北京市雨洪特点

 

北京市多年平均降水量为585mm。降水具有年内和年际分配极不均匀的特点, 年内80%以上的降雨集中在汛期, 年际间最大降水量是最小降水量的4倍以上。对于同一场次短历时暴雨, 雨量往往集中在3-4h之内, 一方面引起洪涝灾害, 另一方面造成大量的雨洪资源量白白流失。根据北京市水资源及开发利用调查评估报告, 北京市总出境水量达14.51亿m3, 具有较大的雨洪开发利用潜力。

 

1.2 北京市水文地质条件

 

北京市城近郊区位于永定河冲击扇轴部中段, 地势西北高、东南低。城西部基岩之上由永定河古河道多次演变形成了以西山为界, 东至复兴门、北到海淀、南至南苑、面积约300km2, 厚度为25-150m的大片沙砾石透水层。平原地区主要由永定河、潮白河、温榆河、拒马河、大石河、沟错河及女为水河等河流冲洪积作用形成的冲击扇相互连接构成, 局部区域卵砾石直接裸露地面, 具有利用雨洪拦蓄入渗的优良地质条件。

 

2 北京市雨洪利用现状

 

2.1 城区

 

北京市水利科学研究所年开始与德国合作“ 北京城区雨洪控制与利用技术研究与示范” 项目。项目分别在规划建设区、老城区、城市公园、校园选择示范区。截至目前, 项目已经完成了1个中心试验研究区和6个雨洪利用示范区的建设, 工程总面积60hm2。2004年7月10日、20日、29日的3场较大降雨使6个雨洪利用示范区集雨3000m3, 雨洪利用效果十分明显。

 

城区雨洪利用的力度和广度还远远不够。随着城区建筑面积的不断扩大, 不透水面积增大, 相同降雨条件下径流量增加, 加大了城区河道行洪压力。与此同时现状市区范围内主要排水河道通惠河、凉水河、清河、坝河及城市水系经综合治理后已基本定型, 不可能有扩容的空间。老城区排水系统经多年运行, 淤积严重, 排水能力下降, 小区积水不能及时排除, 系统改造困难很大。2004年7月10日的暴雨, 使问题充分暴露, 城八区2h内平均降雨超过50mm, 几个暴雨点达到75mm, 最大雨量发生在天安门,为111mm。全市有41处路段积水, 主要集中西城和南城环路沿线(西城8处、崇文5处、宣武4处、海淀10处、丰台5处、石景山9处)。其中复兴门桥、航天桥、正阳铁桥、岳各庄桥、莲花桥、青塔铁桥、新兴桥、万寿路路口8处立交桥严重滞水, 莲花桥水深达到1.7m。

 

2.2 平原区

 

北京市五大水系中, 官厅水库控制了永定河流域面积的92%;潮白河水系上游现已建成大中型水库5座(不含库上库), 控制了总流域面积的86%;北运河水系水库控制的流域面积仅占总流域面积的10%左右;蓟运河水系海子水库控制了境内总流域面积的46%;大清河水系拒马河、大石河上游缺乏控制性工程。

 

1990年以来, 北京市平原区在郊区河道上修建橡胶坝65座, 总蓄水能力7000万m3, 水闸210座, 总蓄水能力0.8亿—1.0亿m3。

 

平原区雨洪利用由于缺乏系统性调度和管理措施, 造成汛期出境水量较大。根据有关部门统计, 2004年7月10日暴雨, 仅大兴出境总量就达700万m3, 使缺水的北京损失了大量宝贵的水资源。

 

2.3 山区

 

雨洪利用在部分缺水山区由来已久。在开展山区水土保持工作及实施水利富民工程以后, 雨洪利用范围逐步扩大。截至目前, 山区建设五小工程6.11万处, 完成截流塘坝工程1258处, 新增蓄水能力1155万m3。山区已修建大型水库4座, 中型水库16座, 小Ⅰ工型水库17座, 小Ⅱ型水库47座, 控制了山区面积的70%以上, 水资源开发利用程度已经很高。

 

3 雨洪利用体系建设方案及措施

 

北京市雨洪利用以“ 以蓄为主, 蓄泄兼顾” 为原则, 以雨洪的深度综合开发、水资源的可持续利用为重点, 充分利用北京市水系的有利条件, 通过水库、坑塘、洼淀、湿地、绿地、河道这6个层次构筑全市的滞蓄洪水系统、水资源综合利用系统和生态修复系统, 采用多渠道、多目标雨水利用模式最大限度利用汛期洪水。

 

3.1 山区

 

北京市山区面积10400km2, 占全市总面积的62%。由于山高坡陡, 地面入渗条件差, 产流快, 因此应以加强水土保持, 涵养水源为重点。充分利用山区现有水利设施, 在确保防洪安全前提下, 通过提高汛限水位增加蓄水量。对不达标的小Ⅰ型水库、小Ⅱ型水库除险加固, 同时结合山区水土保持及水利富民工程利用荒山、荒坡、荒沟、路面、庭院、塑料大棚棚面等多种方式汇集雨水。对已达标的中型水库采用水库风险调度增加雨洪水量, 尽量减少水库弃水。

 

(1)利用山区截流集蓄工程蓄水。山区的有利地形为集雨工程创造了天然的良好条件。充分利用山区的荒地山坡、路面等设施将雨水汇流收集起来, 并存储在蓄水池、水窖等储水系统中作为水源以备后用。

 

(2)中型水库风险调度。对17座中型水库弃水量分析结果表明:在保证防洪安全的前提下, 为增加汛期蓄水量,充分利用雨洪资源, 应进行水库风险调度, 并将风险调度与汛期分期调度结合起来, 即将汛期分为主汛期和后汛期。主汛期6月1日—8月15日;过渡期8月16日—8月20日;后汛期8月21日—9月15日。通过对不同时段降雨量级的统计分析, 降雨主要集中在24h之内, 通过预测未来24h降雨量, 可适当提高汛限水位以减少弃水。

 

(3)统一调度, 实现雨洪资源化。①加强密云、怀柔水库上游河道治理。应拆除密云、怀柔水库上游河道非法建筑和其他影响行洪的垃圾、沙丘等障碍物, 确保水陆畅通。对生产及生活污水加强管理, 避免进人河道。②对已建的装卸式连拱闸拦蓄工程全部拆除;对非装卸式的拦蓄塘坝, 将泄洪闸及泄水底孔全部打开;对水库上游河道新建拦蓄工程实行总量控制, 未经水务局许可, 不得再新建拦蓄工程。③将密云、怀柔水库上游中小型水库可调度水量调人密云怀柔水库。

 

(4)渗漏水库补源系统。目前北京市山区有7个中小型渗漏水库, 包括天开、银冶岭、滑子、章作、边坑、鲁家滩、鸽子台。在中小型水库未加固实施前, 近期可利用其良好的渗透条件进行蓄水补源, 同时发挥防洪作用。

 

3.2 平原区

 

北京市广大平原区由于地下水超采后, 地下水普遍埋深在8-10m以下, 有利于增加降雨入渗。因此, 尽可能利用河道闸、橡胶坝、拦截径流, 或利用低洼坑塘及现有沟网蓄水, 回补地下水, 减少雨水出境。

 

(1)第二道绿化隔离地区湖泊蓄水。第二道绿化隔离地区总面积约1700km2。在《北京城市总体规划》中是环市区的绿色生态环, 是隔离市区与卫星城、边缘集团与卫星城之间的城市绿色空间, 对城市生态环境起着举足轻重的作用。①湿地建设。第二道绿化隔离地区涉及北京市北运河、永定河、大清河三大水系, 其间大小坑塘、洼淀39个, 结合绿化隔离地区的建设, 利用坑塘、洼淀汛期滞洪,非汛期绿化, 减小河道防洪压力及河道拓宽而增加的河道治理费用。②大兴区三海子地区渠网蓄水。凉水河是北京市南部排水出路, 自大兴东北部流过, 通过北大红门闸上游右岸的分水闸经凉凤灌渠可自流将水引入大兴旧宫、浪海地区, 进入新凤河。新凤河可直接向凤河分洪, 并可通过改造后的北野厂灌渠可向大龙河、岔河、旱河直接补水。

 

(2)规划橡胶坝蓄水。大清河水系、蓟运河水系上游缺乏控制性设施, 可在水系上游支流上结合生态治河工程建设橡胶坝拦蓄雨水;官厅水库控制了永定河水系流域面积的92%, 可考虑在永定河水系下游支流上建设橡胶坝。

 

3.3 城区

 

北京市城区不透水面积比已达0.55, 使暴雨径流量增大, 洪峰流量成倍增加, 汇流迅速, 峰型尖瘦。特别是城区边缘集团的不断扩展, 使原来以农田为主的地区, 转变为城市型建成区, 使原有河道的排水流量增加。根据北京市城市发展规划, 至2010年城区周围坝河、清河、凉水河等河道的排水流量将比90年代初增加1倍。现有市区河道两岸都已高楼林立, 进一步扩大河道断面难度极大, 大大增加了河道治理投资。

 

另据气象专家预测, 城区降水大于平原的趋势随着城市发展而增大, 由于城市“ 热岛现象” , 更易造成冷暖气流垂直交替, 形成降雨, 出现“ 雨岛现象” 。因此, 根据城区不同区域自然条件和水文地质条件, 可以将城区分为城西、城东和城中3个区, 因地制宜地开展雨洪利用。

 

(1)城西回灌。北京城西部有大片沙砾石透水层。并有阜石路、田村、廖公庄、西黄村、巨山村、西冉村、北坞村较大砂石坑7处, 总库容约720万m3, 是一个具有建立地下水库进行人工调蓄的理想场所。适当修建截洪暗沟、水闸、引水管道等配套工程, 拦蓄城市上游小西山沟、八大处沟、琅黄沟、京密引水渠等河道的雨水, 引入砂石坑。利用永引渠、南旱河、西郊砂石坑组成“ 西蓄” 回灌系统。

 

(2)城中分散集蓄汛雨。①屋顶、道路、绿地、局部独立回灌系统分散拦蓄汛雨。屋顶雨水利用的措施主要为屋顶—渗井回灌系统和屋顶—人工湖系统。渗井和人工湖可以结合建筑区内草坪统一考虑, 除滞蓄洪水外, 还实现建成区内有水、有绿的综合环境目标。道路部分采用透水材料铺装。根据用途的不同, 可选择透水砖和草坪砖绿地低于周围地面可以入渗消纳绿地本身和相同面积不透水面(道路或者屋顶)的雨水径流;局部小区或无法大面积实施雨洪利用工程的区域, 根据地质条件, 进行以入渗为主的分散利用。②城区河湖洪水控制与调度。城区河湖洪水调度的原则是“ 西蓄东排, 南北分洪” , 充分利用洪水资源。根据上游来水情况, 在满足防洪安全的前提下, 超标准洪水以泄为主, 适时拦蓄尾水;中小洪水蓄泄结合, 以蓄为主, 利用现有河道及湖泊适时拦蓄部分雨洪资源。

 

(3)城东水量调度, 充分拦蓄。城东可考虑在城区或城近郊区充分利用现有水系及工程设施或利用城区湖泊蓄滞雨洪。对于城区暴雨产生的雨洪, 利用通惠河、北运河、潮白河水量联合调度为汛期雨洪开辟消纳场所, 并能减轻城区下游河道的防洪负担。①通惠河水量调度。通惠河的雨洪流量小于等于10m3/s时, 为通惠北干渠及其支渠、支沟和肖太后河补水;通惠河的雨洪大于10m3/s时, 多余雨水通过高碑店闸经运潮减河给潮白河补水, 确保平时高碑店闸泄水及下泄雨洪最大限度得到利用。②北运河、潮白河水量联合调度。通过挖通北运河与运潮减河间的导流沟,在北运河甘棠橡胶坝达到17.5m时, 可将通惠河及北运河雨水引至运潮减河, 通过运潮减河蓄至兴各庄橡胶坝、于辛庄橡胶坝, 多余雨水可调至潮白河白庙橡胶坝以上。

 

4 结语

 

雨洪利用具有窝资源利用于灾害防范之中的战略意义。北京市降水特点和水文地质条件为雨洪利用提供了良好条件, 在北京城区、平原区、山区因地制宜推进雨洪利用体系建设, 将减轻洪涝灾害, 降低城市防洪压力, 增加城市可用水资源量, 从而实现水资源良性循环及水资源可持续利用。

 

作者简介：孙雨虹（1968-）, 女, 工程师。

 

来源：《北京水利》2005.4

    

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