基于張家口市主城區(qū)城市水文狀況研究

李 明，原 彪，張 良，原莉穎

（河北省張家口水文水資源勘測局，張家口 075000）

鑒于近年來張家口市主城區(qū)城市化建設步伐進一步加快，已經暴露出由于城市化而引起的排水、防洪、環(huán)境污染等嚴重問題，因此，張家口主城區(qū)城市水文重點研究城市防洪與資源利用方面的問題，通過一定的工程措施降低城市的雨水匯流速度和徑流量，提高城市的雨水調蓄、利用能力，從而增強現(xiàn)有排水設施的綜合抗洪能力，延伸防洪、抗洪的環(huán)境和經濟效益，更有效、多元地緩解城市洪水災害［1］。

1 基本情況

1.1 自然地理

張家口市主城區(qū)（橋東區(qū)、橋西區(qū)、高新區(qū)）位于河北省西北部，處于蒙古高原與華北平原的過渡帶，屬洋河山間盆地的一部分。北、東、西三面環(huán)山，山區(qū)海拔高度1000～1900m。主城區(qū)南北最大高差達111.4m，東西兩側與清水河岸邊最大高差達94m，整個市區(qū)地形呈現(xiàn)不規(guī)則的河谷盆地特征，海拔高度560～800m。主城區(qū)附近主要河流為西沙河、東沙河、清水河和洋河。西沙河、東沙河分布與主城區(qū)的西部和東部。清水河自北向南貫穿主城區(qū)，主城區(qū)沿清水河兩岸山腳成條狀分布。

1.2 水文氣象

張家口市主城區(qū)屬暖溫與寒溫過渡帶的東亞半干旱大陸性季風氣候。全年大部分時間受西伯利亞冷空氣南下影響，干燥寒冷，多風少雨，干旱指數(shù)2.0～3.0，年平均氣溫6℃～8℃。夏季主導風向為東南風，冬季為西北風。多年平均降水量387.2mm，年降水量的70%～80%集中在6～9月。多年平均陸面蒸發(fā)量364.7mm［2］。清水河張家口水文站有資料記載以來最大流量為2330m3/s，最小流量為零，市區(qū)路面基本為瀝青不透水層。

1.3 河流水系

張家口主城區(qū)主要有4條河流，分別是西沙河、東沙河、清水河和洋河。

西沙河為清水河一級支流。河道從翠屏庵沿207國道南側，自西向東五墩、永豐堡四中加油入清水河。1997年西沙河治理改為暗河。

東沙河發(fā)源于宣化縣人頭山北側，途徑人頭山、口里東窯子、南市區(qū)、在沙嶺子鎮(zhèn)入洋河。

清水河又名通橋河，屬于山區(qū)性河流，發(fā)源于張北縣與崇禮縣交接的樺皮嶺一帶，主要由東溝、正溝和西溝3條溝組成。三溝匯合后，流至張家口市大境門外與元寶山西溝洪水匯合，穿過張家口市區(qū)和宣化縣姚家房鄉(xiāng)至清水河村附近注入洋河，清水河屬洋河支流，流域面積2360km2［2］。東溝源于張北縣樺皮嶺下，植被好；正溝源于崇禮縣正北壩底村，植被較差，只有幼林灌木散布其中；西溝源于崇禮縣西部黃臺壩，植被最差，其中主要由草皮和灌木覆蓋，水土流失嚴重。

洋河上游分東洋河、西洋河、南洋河3條支流，東洋河、西洋河均發(fā)源于內蒙古大青山麓；南洋河發(fā)源于山西省陽高縣境內。3條支流于懷安縣柴溝堡附近匯合為洋河，流經萬全縣、張家口市、宣化縣、懷來縣等地。

2 城市防洪與資源利用的必要性

2.1 歷史洪水災害及城市防洪

建國前1924年、1939年、1943年3次特大洪水漫過張家口市橋西區(qū)武城街，淹了橋東區(qū)怡安街。“通橋三丈六、河水滿通橋”的民謠，至今還在市民中流傳［3］。

建國后，張家口市4次遭遇較大洪水，災害嚴重。1975年8月12日清水河流量猛增至2300m3/s，沖地40hm2，洪水溢岸。西岸張家口化肥廠、電池廠進水，沖渠6條，沖防洪壩3500m；東岸王安房、二臺子兩村進水，塌房65間。1984年6月30日，東溝最大洪峰流量436m3/s，正溝最大洪峰流量415m3/s，啕來廟流量1100m3/s，清水河最大流量達到1280m3/s，損失嚴重［3］。 2002年7月30日清水河上游西溝突降暴雨，張家口水文站實測流量671m3/s，是近十幾年來較大的洪水。

2003年5月13日主城區(qū)降雨量60mm/h，清水河最大洪峰流量175m3/s，多數(shù)積水半多深，造成1人死亡，市區(qū)交通一度中斷，直接經濟損失近500萬元。

清水河貫穿主城區(qū)，近年有橡膠壩的建成運行，而上游無蓄水工程，無法進行調節(jié)，防洪任務顯得尤為重要。此外，由于清水河河道比降大，水流含沙量大且推移質占的比重高，市區(qū)河道防洪標準低，而清水河市區(qū)部分地段現(xiàn)狀行洪能力勉強達到20a一遇，因此，從歷史上發(fā)生洪水災害及防洪安全來看，張家口市主城區(qū)城市防洪尤為必要。

2.2 資源利用的必要性

長期以來，張家口市主城區(qū)由于資金等一系列問題未能及時開展城市水文研究工作，致使城市發(fā)展規(guī)劃缺乏必要的科學依據(jù)，城市常常遭遇內澇，導致市區(qū)部分路段積水等，給人民生活帶來不便。

對于雨水資源進行利用，可以通過一定措施對雨水進行收集，簡單處理后可用于城市綠化、景觀用水、農業(yè)灌溉等對用水水質要求相對較低的用戶用水，也可以利用透水地面來回灌城市地下水，既能減少城市排水管道排洪壓力，又能增加雨水資源的利用率。

3 城市防洪監(jiān)測斷面選擇

3.1 主城區(qū)上游站點選擇

張家口市主城區(qū)清水河新建橡膠壩數(shù)年，為了能及時做好防汛工作，使大洪水到來前做好決策工作，要充分利用在張家口主城區(qū)上游已經布設的20余個雨量站和啕來廟、崇禮2個監(jiān)測斷面，密切監(jiān)視雨水情變化。汛期（6～9月）布設2個水位預警站，分別布設在場地和啕北營，使大洪水來臨時為下游橡膠壩提供及時準確的信息。

3.2 主城區(qū)城市水文監(jiān)測站網(wǎng)布設

在城區(qū)的東南西北中部各設自動遙測雨量站1處，共計5處，控制整個城區(qū)的降雨量；目前，在城區(qū)西北部已有雨量站為土井子站，北部有張家口站，還應在中、南部設立雨量站控制全區(qū)雨量。

同時在相應雨量站設置蒸發(fā)站點，可以取得在城市密集區(qū)情況下蒸發(fā)值，取得城市區(qū)效應下的蒸發(fā)資料。

由于張家口市進行了清水河和污水管道的改造，橡膠壩的設立，使進入清水河的水量基本上來自上游東溝、西溝、正溝，可利用已經設立的位于清水河北路張家口水文站測驗斷面，監(jiān)測入市境內水量、水質及蒸發(fā)。為了更好地研究市區(qū)不同區(qū)域不同河段的水位變化過程，還需要在張家口市區(qū)南部與洋河交界處補充設立測驗斷面，此處水位流量變化取決于上游來水量和橡膠壩調節(jié)水量。故監(jiān)測斷面設置在此還應設立相應的蒸發(fā)站點及觀測滲漏量，這樣設置可推算出市區(qū)小氣候條件下相應橡膠壩水面蒸發(fā)、損失量。

4 監(jiān)測斷面選擇及雨洪監(jiān)測

張家口市主城區(qū)三面環(huán)山，降雨時受北部、東部、西部山脈影響，水流流向市區(qū)，故應在各重要街道交匯處設立監(jiān)測站點，測出各區(qū)域不同降雨情況下產流量、匯流量及匯流時間，為城市雨水利用及防洪提供基礎數(shù)據(jù)。由于張家口市主城區(qū)，地下布滿的排水管道，城區(qū)下墊面的不透水性使徑流系數(shù)加大，匯流歷時短，城市地表徑流量大為增加。若遇有暴雨或大暴雨，城區(qū)徑流對城市排水和河道行洪將構成巨大壓力，并威脅到城市防洪系統(tǒng)。因此必須建立城市水文模型，將固態(tài)雨量計自動采集的降雨實時資料通過計算機模擬迅速作出相應調度決策。

為掌握張家口市主城區(qū)各道路的暴雨積水情況，在不同量級降水、不同地域積水情況調查，積水嚴重路口布設監(jiān)測點，布設雨量站、地下水位站、水位站、積水站、排水站、生態(tài)水質站及蒸發(fā)站和徑流站，及時對積水點進行實地測量、取樣、調查，同時將責任分解落實，每處監(jiān)測點明確由專人負責，確保暴雨發(fā)生后能迅即開展監(jiān)測。

5 模型的初步設想

張家口市主城區(qū)硬化地面分類及面積分布復雜，需要按照城區(qū)地面硬化狀況進行詳細調查，分別調查不同觀測區(qū)域的裸地、水泥路面、樓頂、磚石路面和綠化等下墊面面積（所占比重），然后按下墊面情況分區(qū)域進行產流觀測，便于今后推廣應用。

根據(jù)主城區(qū)不同量級的降水產流過程及降水產流關系，能夠分析出不同強度、不同量級的降水產生的徑流量，分別建立不同分區(qū)的降水徑流模式。通過對徑流過程和產水量的監(jiān)測，對調控市區(qū)雨洪資源，如何利用雨洪資源解決城市缺水問題提出建議。

從2000年開始，在中德合作“北京城區(qū)雨洪控制與利用技術研究與示范”項目的支持下，進一步開展系統(tǒng)研究，初步形成了城市雨洪收集、滯蓄、處理、回用和回灌地下水的技術系統(tǒng)，建成總面積60hm2的雨洪利用示范區(qū)［5］。

［1］陳東華.城市雨洪管理［J］.環(huán)境科學與技術，2009（6）.

［2］張家口水文水資源勘測局.河北省張家口市水資源評價報告［R］.2005.

［3］岳愚.張家口地區(qū)水利志［Z］.天津：天津大學出版社，1993.

［4］河北畫報編輯部.日新月異的生態(tài)宜居城市［J］.河北畫報，2007（7）.

［5］張曉鵬，王美榮.城市雨洪利用的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向［J］.北京水務，2006（3）.