京密引水渠下段雨洪利用分析（孙峰,刘延安,黄振芳,焦忠志）

摘要：通过对京密引水渠下段3 座山洪桥流域污染源调查以及降雨和雨洪的水质水量分析, 得出研究区降雨和雨洪的水质变化规律, 并对该地区雨洪利用的可行性进行了分析。

关键词：京密引水渠 雨洪利用

中图分类号TV211.1 文献标识码A 文章编号1673 - 4637( 2007) 01 - 0017 - 03

京密引水渠全长110 km, 起自密云水库白河主坝以南的调节池, 于怀柔区城北入怀柔水库, 下游经团城湖, 在海淀区罗道庄与永定河引水渠汇合。京密引水渠承担着密云水库向市中心区输送水源的重任, 不仅向门城水厂和田村山水厂输送饮用水源, 对城市河湖的环境补水也决定了其水环境质量。但随着全市水资源需求量的日益增加和持续多年的干旱, 密云水库可利用的水资源越来越少, 京密引水渠长期处于低流量运行状态, 低于设计流量的1 / 10, 渠道水环境极易受到外界污染因素的影响, 城市河湖也因环境用水不足而导致“水华”频发。

目前京密引水渠沿线共有山洪桥11 座, 所有的山洪桥近年均出现过过洪现象。大部分山洪桥过桥流量值都在3 m3/s 以上, 其中辛庄山洪桥的过桥流量20 m3/s 为近年最大。山洪爆发时, 大量的雨洪水白白下泄, 得不到有效利用。为充分利用沿线雨洪资源, 缓解北京市水资源紧缺特别是城区环境用水不足的形势, 本研究选择京密引水渠下段后沙涧、后柳林和辛庄3 座山洪桥进行研究。3 座山洪桥流域地处海淀区西北部, 其中后沙涧流域面积11.5 km2,后柳林流域面积13.6 km2, 辛庄流域面积24 km2。根据北运河水系山区降雨产流多年( 1980 — 2000 年)数据分析, 研究区域平均径流深为102 mm, 后沙涧、辛庄和后柳林流域内多年平均年产水资源量分别为117 万m3、244 万m3 和138 万m3。如果能对这部分雨洪资源进行综合利用, 每年将节省近500 万m3 的水资源。

为了准确及时地观测到降雨及雨洪情况, 研究人员在后沙涧、辛庄和后柳林分别设立了雨量观测站, 同时在山洪桥搭建了测流浮桥, 预先设置浮标测流断面, 在监测雨量和流量的同时进行水质样品采集。

1 污染源调查

流域污染源调查包括点源和非点源, 由于流域面积较少, 经济发展以农业为主, 流域内没有产生污染的工业。因此本研究着重从生活污染源、畜禽养殖强度、化肥农药施用和水土流失等方面对3 个小流域的污染源进行了调查。结果表明各类污染源在总的污染强度中所占比例差异很大, 其中农药化肥和水土流失所占的比例最大。就总氮而言, 农药化肥占到54%,水土流失占42%; 就总磷而言, 水土流失所占的比例则高达90%。在目前情况下, 生活及畜禽养殖污染所带来的污染物浓度增加值对雨洪的水质类别影响较小, 而水土流失和化肥使用影响巨大, 其污染负荷足以造成流域产生的雨洪水失去使用功能。因此, 要提高流域内雨洪的水质保证率, 首先需从全流域的生态治理入手, 作好水土保持工作, 退耕还林, 减少化肥施用量, 从而从源头上削减雨洪水中污染物的浓度。

2 降雨过程及水质分析

2.1 降雨过程

2005 年6 — 9 月期间, 在研究区域内共发生降雨12 次, 其中有3 次产生了洪水。3 次降雨中以7 月23日日累积降雨量最大, 达100 多mm, 属大暴雨。其他2 次日累积降雨量在30 ~ 50 mm, 属大雨范围。

2.2 降雨水质分析

本次研究中降雨及雨洪水质的监测项目主要有pH、高锰酸盐指数、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总磷、电导率、铅和汞。监测结果表明, 后沙涧降雨水质中除pH 和氨氮项目以外其他项目均符合《地面水环境质量标准》(GB3838- 2002) Ⅱ类标准; 第1 次和第2 次降雨pH 平均值低于6.0, 属于酸雨, 第3 次降雨pH 平均值6.4 略高于酸雨pH 范围; 氨氮平均值较高, 大多在Ⅴ类和劣Ⅴ类, 只有第1 次降雨氨氮的平均值较低为Ⅲ类。辛庄和后柳林3 次降雨的pH 平均值为7.1, 高锰酸盐指数和总磷符合Ⅱ类标准; 氨氮浓度较高, 其中7 月23 日氨氮浓度评价为Ⅳ类, 8 月3 — 4 日氨氮升高评价为劣Ⅴ类, 详见表1。

2.3 降雨水质与累积降雨量之间的关系

3 座山洪桥研究区降雨水质均呈相同的变化趋势:pH 值随降雨变化不大; 氨氮、高锰酸盐指数、总磷初始浓度较高, 且随降雨量增加逐渐降低, 当累积降雨量达25mm 后, 各项指标趋于稳定。

3 雨洪过程及水质分析

3.1 雨洪过程

根据雨洪监测结果, 2005 年7 月23 日和8 月4日后沙涧山洪桥共形成雨洪量2.373 3 万m3, 后柳林山洪桥共形成雨洪量1.024 4 万m3, 辛庄山洪桥共形成雨洪量1.908 9 万m3, 3 座山洪桥共计雨洪量5.3066 万m3, 详见表2。

3.2 雨洪水质分析

后沙涧山洪桥2 次雨洪水质pH 平均值分别为7.5和7.4, 且随雨洪量的变化而变化的趋势不明显, 基本维持在7 ～8; 氨氮平均值为1.48 mg / L 和1.92 mg / L;高锰酸盐指数平均值为5.8mg/L 和7.2mg/L; 总磷平均值分别为0.37mg/L 和0.32mg/L, 评价为Ⅴ类。辛庄和后柳林雨洪污染物平均浓度氨氮在0.65 ～1.65 mg / L,高锰酸盐指数在3.53 ～7.6 mg / L, 水质在Ⅲ类～Ⅴ类,详见表3。

3.3 雨洪水质与累积雨洪量之间的关系

图1 和图2 给出了2 次雨洪过程, 后沙涧污染物浓度与累积雨洪量之间的关系: 氨氮和高锰酸盐指数随累积雨洪量的增加呈先升高后下降的趋势, 总磷变化趋势不明显。

3.4 降雨与雨洪水质比较

(1) 降雨pH 值多小于7.0, 后沙涧前2 次降雨的pH 值小于6.0, 经过土壤的调节产流雨洪pH 值在7.0 ～8.5 之间。

(2) 雨洪中, 氨氮浓度低于降雨。可见下垫面生态系统对氮元素具有一定的吸收作用。

(3) 雨洪中, 总磷和高锰酸盐指数高于降雨。这可能和酸性降雨使下垫面中固态磷变成溶解态磷随雨洪析出有关, 同时溶入了部分耗氧污染物。

4 雨洪可利用分析

雨洪的利用价值主要从水量和水质2 个方面进行分析。从水质方面分析, 京密引水渠现状水质类别为Ⅱ类, 污染物浓度较低, 2005 年年均氨氮浓度为0.18 mg / L, 总磷浓度为0.019 mg / L, 水环境容量较大。根据以上雨洪监测结果和目前京密引水渠的流量,采用相关河流水质模型预测可知雨洪水进入京密引水渠后水体仍可达到Ⅱ类, 满足水体功能要求。但从水量方面分析, 由于多年连续干旱3 座山洪桥流域的径流系数较低, 在降雨量达暴雨水平时( 7 月23 日) , 3流域雨洪总量仅为2.91 万m3, 利用价值较低。因此,在当前条件下( 下垫面、土壤墒情、地下水位、酸雨等) , 如不发生连续强降雨, 所研究的山洪桥雨洪利用价值不高, 建议在上游合适地段建设简单拦蓄工程保持水量、扩大水面, 既可用于灌溉用水, 又有利于林业绿化、水土保持、涵养水源。

作者简介: 孙峰( 1977 —) , 女, 工程师。

来源：《北京水务》2007.1