北京市城区雨洪利用及调度分析（薛燕,杨启涛,刘晨阳）

摘要：随着北京水资源的紧缺, 城区雨洪利用成为水务工作的重点。目前采取的主要措施是通过建设城区雨洪利用工程, 运用多种洪水调度方式, 对雨洪资源进行科学、合理地利用, 尽可能蓄滞汛期雨水。在对城区雨洪资源量分析的基础上, 结合洪水调度方案及出境水量, 对城区雨洪利用现状及调度管理进行了分析。

关键词：城区 雨洪利用 调度

中图分类号P313.1 文献标识码B 文章编号1673 - 4637 (2006 )06 - 0015 - 03

随着经济社会的发展, 城市规模扩大, 北京市对水资源的需求不断增长, 特别是连续6 a 多干旱缺水,水资源紧缺已成为北京经济社会发展和生态环境建设的瓶颈。市区是党中央和国务院领导机构所在地, 是人口和资产高度集中的地区, 城区防洪安全、水资源短缺及水污染问题是关系到北京市安全与可持续发展的至关紧要的问题。随着水务治水思路的更新, 实施洪水管理, 变控制洪水为管理洪水, 城区雨洪利用成为水务工作的重点, 在确保防汛安全的基础上, 充分利用城区雨洪利用工程, 运用多种洪水调度方式, 对雨洪资源进行科学、合理地利用, 尽可能蓄滞城区汛期雨洪。

1 北京市城区概况

北京规划城区范围包括东城、西城、宣武、崇文4 个区及朝阳、丰台、海淀、石景山区的大部分地域, 东至定福庄, 西临永定河, 北抵清河, 南抵南苑, 面积为1 040 km2。

市区内有通惠河、凉水河、清河、坝河等4 条主要排水河道及30 多条较大支流, 大部分由西向东汇入北运河( 温榆河) 。这些河道承担着市区范围内城市与农村的排水及为工农业输水的任务。

(1) 通惠河水系。通惠河水系位于市中心, 包括通惠河、护城河、内城河湖、金河、南长河、北长河、南旱河、二道沟及人工开挖的永定河引水渠、京密引水渠昆玉段, 总流域面积258 km2。它不仅宣泄城区洪水, 而且为工农业输配水及排放城市污水。

(2) 凉水河。凉水河位于市区南部, 其上游有人民渠、新开渠, 莲花河等, 为城西、南郊的主要排水河道。同时, 通过右安门分洪道, 还担负着南护城河的分洪任务。

(3) 清河。清河位于市区北部, 主要支流有万泉河、小月河及西北土城沟等, 为西北部城近郊区的主要排洪河道。

(4) 坝河。坝河位于市区的东北部, 主要支流有北小河、东北土城沟及亮马河, 为东北部城区主要排水河道。

2 城区雨洪资源分析

2.1 城区降雨状况

北京市城区多年平均降雨量为597 mm, 多年平均出境水量为1.81 亿m3。年际、年内降雨分布极不均匀, 汛期( 6 — 9 月) 降雨量占全年降雨量的80 %,最大年降雨量为1 406 mm ( 北京站, 1959 年) , 最小年降雨量为263.2 mm ( 通县站, 1999 年) , 相差5 倍多。1956 — 2000 年, 北京市城区降雨由西北向东南呈递减趋势。

由于城市热岛效应, 城区出现暴雨的几率明显偏多。自1999 年以来, 北京市连年干旱, 1999 — 2004年降水量均少于多年平均值585 mm。然而城区暴雨时有发生, 1999 — 2004 年城区出现大到暴雨的次数分别为2 次、3 次、3 次、6 次、5 次、6 次。不仅降雨强度相当大, 而且空间上分布不均。

特别是2004 年7 月10 日城区暴雨, 全市平均降水量仅30 mm, 而城区平均降水量达81 mm。市级报汛站中最大点天安门111 mm, 最小点为密云半城子水库仅3 mm, 城区与远郊区县降水量相差非常悬殊。自北京市西南房山至城区形成条状降水带, 暴雨中心位于城区中部和西部, 造成西部二、三、四环多处积水,部分地区交通中断, 局部地区断电, 部分房屋倒塌。2005 年8 月3 日, 城区也出现1 次比较大的降雨过程。全市平均降雨量26 mm, 城区平均降雨量达到43 mm, 雨量集中在城区, 强度大且分布不均。朝阳等部分地区出现大暴雨, 朝阳站1 h 降雨达到84 mm,接近20 a 一遇。

2.2 城区降雨径流状况

随着城市化的进展, 改变了雨洪的自然规律, 城市雨洪关系也发生了很大变化。由于城区不透水面积比重很大, 产汇流速度快, 峰现时间短, 洪峰及洪量均比以前增大, 见图1。从图1 可明显看出城区降雨径流的特点。雨水排水能力低, 稍有大雨即有积水现象, 如遇较大暴雨问题更为严峻, 立交桥下、低洼地区的积水往往会使交通中断, 影响城市正常运转。城区河道防洪任务重, 对洪水调蓄能力有限。因此城区雨洪利用对于防洪和水资源利用具有非常重要的意义。

3 城区雨洪利用情况

北京市总面积1 万6 410 km2, 其中山区面积占62%,平原面积占38%。北京市多年平均降水量585mm, 年均降水总量98 亿m3, 形成地表水资源17.7 亿m3, 地下水资源25.6 亿m3。为解决不均匀的雨洪水与相对稳定的供水需求之间矛盾, 已建成大、中、小型水库85座,总库容93.5 亿m3, 还有闸坝、橡胶坝、塘坝、五小工程等, 控制了北京山区70 %以上面积产生的雨洪, 年为北京市供水10 亿m3。在平原区, 修建了256处小塘坝, 总库容830 万m3。尤其是近几年, 通过修建74 座橡胶坝, 增加蓄水能力8 000 万m3, 形成水面45 km2, 改善了水环境, 回补了地下水。雨水利用的薄弱环节是处于下游的平原河道, 虽建有橡胶坝, 但由于降水多集中在汛期, 以暴雨为主, 雨洪利用难度较大, 而平原区特别是城区防汛任务重, 河道闸坝调蓄能力有限, 无法蓄滞更多雨洪。

北京市近几年平均出境水量8.4 亿m3, 其中污水量5 亿m3。出境水量中北运河出境水量占了主要部分。2004 年北京出境水量9.14 亿m3, 其中大清河水系出境1.5 亿m3, 由于拒马河未建拦蓄工程, 属过境水量。北运河出境水量7.05 亿m3, 占出境总水量的77 %, 其中污水5.48 亿m3。出境雨洪2.16 亿m3, 占境内天然降雨形成水资源量的6 %。

随着北京水资源的日益紧缺, 城区雨洪利用成为我们的工作重点。北京城区年均降水总量6 亿m3,除去蒸发, 多年平均可利用雨水资源量2.3 亿m3, 其中地表径流汇入河道1.2 亿m3, 下渗补给地下水1.1亿m3。2004 年以前, 城区河道年雨洪蓄存能力1 300万m3, 27 个集雨工程年利用雨水资源约100 万m3, 城区共计年可利用雨水1 400 万m3。通过开展城区雨洪利用研究, 建立雨洪利用示范工程, 现已建设47 处集水工程, 年可收集雨水100 万m3。2006 年汛期已调度雨洪3 000 万m3。城市河湖在保证城区排水通畅的前提下, 拦蓄雨洪尾水, 年增加环境用水500 万m3。

2005 年我市实施3 处城市雨洪利用工程( 凉水河雨洪利用工程、通惠河雨洪利用工程、潮白河雨洪利用工程) , 把城区雨水引入平原区河网系统, 通过3 处雨洪利用工程可留存4 500 万m3 的雨水。实施3 处雨洪利用工程后加上城市河湖原有雨洪蓄存能力, 城区雨洪利用率已达50 %, 流出城市河湖水量减少到6 000 万m3。2005 年6 — 9 月北运河出境水量为1.86 亿m3, 比去年同期减少0.24 亿m3。

4 2005 年新建城区雨洪利用工程情况

2005 年新建了3 处城区雨洪利用工程, 城区雨水通过通惠河高碑店闸下泄排入北运河, 南部雨水通过凉水河排入北运河。利用河道及下游沟网及低洼坑塘滞洪, 充分利用通惠河、凉水河上游城市雨水。进行洪水管理, 通过管理调度进行雨水利用, 将城区多余水量引入平原区沟网系统, 将防洪排涝与雨水拦蓄灌溉相结合, 尽可能利用河道闸坝、拦截径流, 形成水面, 近而回补地下水。

(1) 凉水河雨洪利用工程。利用凉凤灌区、凤河、旱河、杨各庄湿地、岔河蓄水。

(2) 通惠河雨洪利用工程。利用通惠河与运潮减河之间的导流渠, 将通惠河多余雨洪经过高碑店闸向通惠北干渠、萧太后河蓄水。

(3) 潮白河雨洪利用工程。利用通州兴各庄、于辛庄橡胶坝蓄水。

(4) 工程运用。2005 年汛期, 雨洪利用工程发挥了较大作用, 3 处雨水滞洪区共蓄水3 453 万m3,其中潮白河橡胶坝拦蓄3 030 万m3, 凉凤灌渠拦蓄124 万m3, 通惠灌渠拦蓄299 万m3, 有效地利用了宝贵的雨洪资源。

5 雨洪利用中的调度运用

(1) 变防洪为洪水管理, 加强汛期雨洪优化调度。对城区下游的凉水河、通惠河、潮白河实行洪水管理,为北京积聚好水。在保证城区排水通畅的前提下, 拦蓄雨洪尾水, 年增加环境用水500 万m3。在满足供水、通航、景观要求的基础上, 尽量降低河道及湖泊的水位, 利用现有的河道及湖泊拦蓄雨水, 从而使雨洪资源得到充分利用。

(2) 错峰调度, 保证防汛安全。当有明显降雨时,利用现有工程资源, 合理调度, 实现城区中的错峰调度, 减轻城区河道分洪压力, 尽量避免洪峰叠加, 从而减轻通惠河的行洪压力。

(3) 加强洪水利用。利用拦蓄的雨水为城市园林补水, 较好地解决了北京主要园林用水户的用水问题;对城市河流进行水体置换, 有效地抑制了水华的爆发,对京城水系的水环境起了很大的帮助; 利用集雨工程,解决部分绿地用水问题。

6 结语

在确保防汛安全的基础上, 实施城区雨洪利用, 科学配置雨洪资源, 不仅在小范围内改善灌区水环境, 有效回灌地下水, 并且留住了城区的雨洪资源, 真正做到将雨水带回家, 使有限的水资源得到最大限度利用, 尽可能缓解北京市水资源紧缺的形势。

作者简介: 薛燕( 1964 — ) , 女, 高级工程师。

来源：《北京水务》2006.6