温榆河雨洪资源水质分析及其利用（李永华,王劼勇,白文荣,胡忙全,黄立山,方升华）

时间：2021-01-17 08:08:11　来源：柠檬阅读网本文已影响人

摘要：分析了温榆河北关分洪枢纽以及运潮减河沿程雨洪水质, 结合雨洪水量以及北运河雨洪利用工程运行情况, 得出8 月、9 月是拦截温榆河雨洪资源的较优时期, 发现河道底泥是温榆河磷素污染的源头。并针对温榆河雨洪资源量大、质不优、时间分布不均衡的特点, 提出了若干温榆河雨洪资源利用建议。

关键词：温榆河雨洪资源利用水质北关分洪枢纽运潮减河

中图分类号X824 文献标识码B 文章编号1673- 4637( 2007) 02- 0036- 04

北京连续多年干旱, 地下水位持续下降, 水资源严重紧缺, 供需水缺口不断扩大, 水资源已成为北京发展的瓶颈。北京市水务局从2000 年开始, 建立雨洪控制与利用工程, 以充分利用雨水, 缓解北京市水资源短缺, 削减河道洪峰流量, 从而确保首都水安全。

1 温榆河是北京雨洪资源利用的重要组成部分

1.1 温榆河水资源概况

温榆河为北运河的上游, 是北京唯一常年有水的河道, 发源于北京市海淀、昌平一带山前地区, 也是唯一一条发源于北京的河流, 境内流经昌平、顺义、朝阳、通州4 个区, 流域总面积6 166 km2, 其中北京市界内4 293 km2。流域内降雨量在年际内和年内分配极不均衡。多年平均降水量约为600 mm, 其中80 %集中在汛期6 — 9 月。北运河汛期河道水量变化很大,多年平均年径流量近5 亿m3。每年汛期, 城区雨洪通过清河、坝河、通惠河、凉水河汇入北运河, 北运河成为北京市主要的排水河道。从表1 中可得, 近年来, 北运河每年汛期产生超过2 亿m3 的水资源流出市界。

与此同时, 北运河( 温榆河) 也是北京市最主要的排污河道, 每年大量处理过或未处理的污废水排入北运河, 使北运河水污染严重, 水生态遭到严重破坏。因此, 对温榆河雨洪水质进行分析, 对于雨洪资源利用有重要的意义。

1.2 北运河雨洪利用情况

调控温榆河雨洪资源是北京利用河道河槽蓄滞雨洪资源的重要手段。从2003 年开始, 市水务局组织实施了雨洪利用工程。北运河( 温榆河) 的雨洪利用是通过温榆河—北关分洪枢纽—运潮减河—潮白河进行调控: 根据上游来水的情况, 对北关分洪枢纽、兴各庄橡胶坝、于辛庄橡胶坝进行控制运用, 尽最大可能地拦蓄城区雨洪, 向潮白河进行跨流域调水; 利用北运河中游潞湾橡胶坝调蓄通惠河来水向潮白河补水。目前基本是利用北关分洪枢纽, 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, 充分利用洪水资源。

2 2006 年汛期温榆河

雨洪资源状况

2.1 雨洪资源量

2006 年汛期, 温榆河雨洪利用主要是开启北关分洪闸通过运潮减河向潮白河兴各庄橡胶坝和于辛庄橡胶坝调水。降雨径流产生后, 雨洪资源通过沙河闸、清河、坝河和小中河下泄,使得温榆河水位上涨, 当北关分洪枢纽水位超过18.5 m时, 适时开启分洪闸调水, 必要时, 根据实际情况开启拦河闸泄水。根据2006 年北运河流域汛期几场较大降雨情况, 结合北运河北关闸过流量, 来推算雨洪资源水量, 见表2。

2.2 北关分洪枢纽雨洪水质分析

2006 年汛期北关分洪枢纽雨洪水质情况见图1。

从图1 中可见, 在汛前5 月份, 北关闸水质污染特征是碳源有机物污染低, 氮磷富营养元素高。根据北运河( 包括温榆河) 水功能区规划, 要求鲁疃闸以上为地表水Ⅳ类水, 以下为Ⅴ类水(GB 3838 — 2002) 。从北关闸( 位于鲁疃以下) 汛前( 5 月16 日) 数据来看, 高锰酸盐指数很低, 达到地表水Ⅴ类水标准, 符合北运河水质功能区划标准, 而氨氮、总氮、总磷却分别超标8.5 倍、11.8 倍、3.0 倍。每年汛前, 温榆河来水主要是清河污水处理厂退水以及蔺沟、方氏渠、坝河、小中河等支流排水。城镇污水处理厂出水排入Ⅳ类、Ⅴ类功能水域, 执行污水排放二级标准, 其对于氨氮和总磷的标准是25 mg / L 和3 m / L, 而地表水Ⅴ类对于氨氮和总磷的标准是2.0 mg / L 和0.4 mg / L,所以汛前以清河污水处理厂的出水为主, 加上其他各支流未经处理的排水, 各大小排污口的污水排入, 整个河道少有清水汇入, 温榆河水质很难达到标准。所以汛期充分利用雨洪资源, 则显得尤为重要。

入汛后, 到6 月24 日, 北运河流域开始有初次较大降雨。到6 月26 日检测北关闸水质, 与汛期5 月16 日相比, 各项指标均有大幅上升, 尤以悬浮物最高, 达到119 mg / L, 上升了1.16 倍。分析可得, 降雨将流域内各地面进行冲刷, 各种污染物质汇入河道,水量增大, 也将河底的沉积物冲刷泛起, 冲刷对水质的负作用比水量稀释的正作用要大, 所以各项指标均有上升。值得注意的是, 总磷上升了1.64 倍, 高锰酸盐指数上升了0.37 倍、氨氮上升了0.29 倍和总氮上升了0.09 倍。由此可以得出, 磷大部分是以沉积物泛起的形式重新回到水体中, 所以底泥是北运河中磷的源和汇, 认识这点对于北运河治理磷污染具有重要意义。

在6 月27 日至30 日的几场降雨, 北关分洪枢纽泄水量达到1 811 万m3, 再经过7 月8 日至13 日的降雨, 北关分洪枢纽泄水量达到2 796 万m3。流域降雨下垫面以及河道均经过雨洪冲刷, 7 月18 日水质情况来看, 比初次雨洪有所好转, 悬浮物大幅下降, 氨氮和总氮甚至比汛前水质好, 但是总磷比汛前要高。从7 月23 日至8 月3 日, 流域内陆续有降雨径流产生,到8 月3 日检测水质, 比7 月18 日水质有反弹, 大部分指标劣于汛前。尤以总磷达到3.1 mg / L, 比汛前5月份高0.93 倍。到了8 月11 日, 各项指标比8 月3日均有下降, 总磷降至最低值0.79 mg / L, 北关闸发现大量鲫鱼。到8 月15 日, 除了总氮升高以外, 其他各指标均有下降。

由上可得, 在汛期初期雨洪因为冲刷地面河道大量污染物, 使得河流水质比汛前恶化, 在其后的雨洪中, 大部分水质指标有下降, 由于大量雨水补充到河流中, 水质得到好转。氨氮、总氮、高锰酸钾指数在首次几场雨洪冲刷时, 有上升, 在其后的雨洪中, 各指标均有下降, 且水质比汛前好。这就为汛前雨洪利用打下了水质基础。然而总磷的变化不是很有规律性。可能是在非汛期, 因为长期的污染, 沉淀了大量的磷在河道, 几场雨洪冲刷, 只能把表面的磷沉淀泛起,在底层的磷沉淀物能继续释放出磷, 河道仍然是污染的源。

2.3 运潮减河沿程水质分析

2006 年8 月3 日运潮减河沿程水质情况见图2。

2006 年8 月11 日运潮减河沿程水质情况见图3。

从图2 可知, 从北关闸经师姑庄到兴各庄橡胶坝,各水质指标均有下降, 高锰酸盐指数下降54 %, 氨氮下降34 %, 总氮下降27 %, 总磷下降92 %。其中总磷达到地表水Ⅲ类标准, 高锰酸盐指数达到地表水Ⅴ类标准, 然而氨氮和总氮分别超标3 倍和8 倍( 以Ⅴ类水标准计) 。从北关闸至兴各庄橡胶坝距离是22.8km。由此可见, 此次降雨产生径流后, 运潮减河自净能力得到加强, 稀释作用占大部分, 加上汛期减河各种水生植物处于生长茂盛期, 对污染物的净化能力达到最高, 各种理化、生物的作用使得水质好转。

从图3 可知, 在8 月11 日, 从北关闸到师姑庄,沿程9.1 km, 各水质指标沿程均有好转, 高锰酸盐指数下降了32 %, 氨氮基本不变, 总氮下降27 %, 总磷下降3 %, 可见运潮减河还是保持了自净能力。但是运潮减河入潮白河至兴各庄橡胶坝和于辛庄橡胶坝,水质却恶化了, 各项指标值均有上升。与北关相比,兴各庄橡胶坝氨氮上升了34 %, 总磷上升了63 %,总氮基本持平; 于辛庄橡胶坝氨氮上升了39 %, 总磷上升了99 %, 总氮基本持平。分析其原因, 有几种可能, 一是在潮白河这段河道中有其他大的污染源汇入; 二是潮白河上游汇入2 座橡胶坝的雨水径流水质比北关要差; 三是在2 座橡胶坝以及潮白河河底存在磷的源和汇, 产生了二次污染。另外水的流动性也存在影响。

3 北运河雨洪资源利用存在的问题及建议

3.1 雨洪资源利用时间的确定

从历年平均水平来看, 温榆河北关闸水质汛期比非汛期要好转。以氨氮为例, 1 到5 月份, 氨氮浓度均较高, 从汛期6 月份开始下降, 直到9 月份, 基本达到最低点, 随后的10 月, 氨氮浓度也是相对较低的。这就给我们何时拦蓄雨洪提供参考, 8 月、9 月仍是汛期, 对于拦截雨洪需要承担一定风险, 最好是形成北运河雨洪风险管理系统, 从而科学地最大限度拦蓄雨洪。

3.2 雨洪资源水质情况

温榆河水污染相当严重, 水质远远超标, 尽管是在汛期最好的水质, 也是劣Ⅴ类水, 其污染特征是有机物含量少, 基本可以达到Ⅴ类水标准, 而氮磷污染非常严重, 总氮超标有时高达10 多倍。拦蓄污染相当重的水来回补地下水, 对于地下水的影响是不能忽略的。而且地下水因为其特殊的地质环境, 一旦污染,将相当难以处理。目前北京东南郊地下水高氨氮污染,与北运河水系严重污染是分不开的。这就对雨洪利用水质提出要求。可在流域内各支流处, 充分利用各种低洼地、砂石坑、废弃水塘等先行拦蓄雨洪, 建立塘处理系统。在条件合适的地方建立雨洪利用水库。在处理达到一定程度后, 再向河道排放。实践证明, 利用塘系统处理雨洪, 是最方便最经济的方法。建议在北关上游利用金盏老河湾、坝河口、葛渠老河湾或运潮减河旁利用大片空地建立潮白河雨洪利用水质改善工程, 为潮白河输送优质雨洪资源。

3.3 充分利用运潮减河自净能力

运潮减河沿程保持了一定的自净能力, 且沿程无大污染源汇入, 可以充分利用这段河道, 人工强化其自净能力。如在河道布置高效富氧机, 栽植水生植物,建设河道生物膜软质填料, 可以在不影响行洪的前提下, 最大限度加强运潮减河水体自净能力。

3.4 保障雨洪资源利用目的地的水质安全

从8 月11 日水质情况可得, 运潮减河水入潮白河后, 至兴各庄和于辛庄2 座橡胶坝, 水质依次恶化。可能与当地产生的污染源有关。所以, 控制雨洪利用工程当地的污染排放, 也是至关重要, 跨流域调水的水资源输送到当地, 却被污染, 这是很多输水工程面临的问题。解决这种次生的污染情况, 需要与当地有关部门采取配合措施, 真正确保雨洪资源水安全。

3.5 扩大雨洪资源利用的调蓄能力

兴各庄橡胶坝蓄水量是1 200 万m3, 于辛庄橡胶坝蓄水量是350 万m3。2006 年汛期, 北关分洪闸向潮白河输水过亿m3。拦蓄雨洪资源, 利用河道下渗回补地下水, 需要一定时间, 2 座橡胶坝蓄水能力却很有限。而且温榆河上鲁疃闸、辛堡闸、苇沟闸等均是自动翻板闸, 根据水位自行翻倒, 无法实现人工控制,有可能人为造成洪峰叠加, 再加上这些闸坝均存在不同程度的病害, 无法完全利用其蓄水能力。扩大蓄水量, 一是要尽快改扩建各病险水闸坝, 二是要充分利用雨洪利用目的地的各大小支流河槽、可用滩地、低洼积水地, 做到沟满壕平, 尽最大可能多蓄汛期后段较优质雨洪资源。

3.6 建设温榆河雨洪地下水库

地下水库是利用地壳内的天然储水空间储存水资源的一种地下水开发工程, 将水储存在地下天然含水层的介质中, 构成“水- 岩”两相体系, 水在固体介质中渗流。与地表水库相比, 最根本的不同在于地表水库拦截地表径流, 而地下水库拦截地下径流, 通过含水层补给工程, 包括各种手段(天然渗入、井、渠、塘、沟引渗等) 将雨洪引入地下含水层中, 实现储存和调节水资源的目的。地下水库大多是小工程, 价格低廉, 不占耕地, 且没有垮坝等危险因素, 容易管理,不容易污染。在北运河适宜的地质环境中, 建设地下水库, 让雨洪渗入地下, 一来可以利用土地来净化河水, 二来可以拦蓄洪水资源, 丰蓄枯用, 可以有效提高雨洪资源的利用率。

3.7 及时掌握水情、水质情况, 推进水务信息化建设

水务信息化是未来水务工作的趋势, 及时掌握北运河流域雨水情, 及时检测河道雨洪水质, 掌握雨洪水质变化规律, 为北运河( 温榆河) 雨洪利用提供依据。在每场较大降雨径流后, 及时收集反馈雨水情信息, 及时采样, 水质检测。目前北运河的信息化建设基本处于空白状态, 雨水情测报基本靠传统人工方式,存在误差较大, 且反应不及时。北运河应该建立流域水务信息化系统, 在北关分洪枢纽建立水质检测室,采用方便快捷的检测手段, 及时掌握雨洪水情、水质情况, 从而采取相应的雨洪利用方案。

4 结语

温榆河雨洪资源量大、质不优、时间分布不均衡,这是目前温榆河雨洪资源的最大特点。作为北京市唯一一条常年有水的河道, 在北京市严重缺水的大背景下, 科学、充分利用其雨洪资源, 显得尤为重要。汛期后段拦蓄; 加强雨洪资源水质改善; 利用、强化河道自净能力; 利用低洼地、砂石坑、塘系统处理、调蓄雨洪资源; 修建雨洪资源地下水库工程; 保障雨洪资源利用目的地的水质安全; 及时检测雨洪水质, 推进水务信息化建设, 为决策提供依据等, 将是以后温榆河雨洪资源利用的难点和重点。

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作者简介: 李永华( 1962 — ) , 男, 副主任。

来源：《北京水务》2007.2