潮白新河流域生態(tài)用水保障分析研究

李莉 劉紅磊

摘要由于生態(tài)環(huán)境用水得不到保證，潮白新河流域內(nèi)黃莊洼等大片濕地已經(jīng)消失，著名的七里海濕地面積也逐漸減少，濕地生態(tài)功能作用逐漸減弱。從生態(tài)用水水量分配、再生水資源利用及洪水資源化3個方面進(jìn)行了生態(tài)用水分析，提出了滿足潮白新河流域生態(tài)用水的保障方案，為協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)環(huán)境需水的矛盾，進(jìn)一步改善潮白新河流域生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞潮白新河；生態(tài)用水；濕地；洪水資源化

中圖分類號S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）23-07939-03

作者簡介李莉（1974-），女，天津人，工程師，碩士，從事環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程研究。

收稿日期20140707潮白新河上游地區(qū)用水一直處于“需大于供”的階段，致使潮白新河下游流域清水長期斷流，只能接納來自北京、河北等地下泄的污水，水質(zhì)受上游影響較差，使用功能主要以農(nóng)用為主。水資源匱乏使得潮白新河下游的水資源配置不合理，由于流域用水量的增加，超過流域多年平均水資源量，生態(tài)環(huán)境用水被擠占。由于生態(tài)環(huán)境用水得不到保證，潮白新河流域內(nèi)黃莊洼等大片濕地已經(jīng)消失，著名的七里海濕地面積也逐漸減少，濕地生態(tài)功能作用逐漸減弱。

要改變潮白新河流域濕地水面面積萎縮、生物多樣性減少、生態(tài)功能嚴(yán)重衰退的現(xiàn)狀，改善潮白新河流域水環(huán)境狀況，其首要條件是保證生態(tài)環(huán)境需水量[1]，恢復(fù)濕地水面面積。潮白新河下游流域生態(tài)用水主要來源于河道入境水、當(dāng)?shù)氐乇硭约霸偕?。同時，上述3個部分水源也是該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要水源之一。因此，必須在水資源總量一定的情況下，在生態(tài)用水與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水之間尋求平衡點合理配置水資源。

1 生態(tài)用水水量分配分析

潮白新河流域生態(tài)環(huán)境用水水源的主要來源是入境水、地表水和再生水，而農(nóng)業(yè)用水來源除入境水、地表水、再生水外還大量開采地下水進(jìn)行補(bǔ)充。因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水嚴(yán)重擠占了生態(tài)環(huán)境用水，生態(tài)環(huán)境用水在潮白新河流域用水結(jié)構(gòu)中處于“弱勢”地位。

入境水是潮白新河流域農(nóng)業(yè)及生態(tài)用水的主要供水水源之一。在潮白新河流域?qū)θ刖乘氖褂们闆r存在著較大差異，在一定程度上還存在著上游地區(qū)用水量大，農(nóng)田能夠得到較充分灌溉，而下游地區(qū)很難從潮白新河取水發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境。因此對潮白新河流域入境水資源在各有用水單元進(jìn)行分配是非常必要的。

再生水資源是高效利用有限的水資源的重要手段，對于緩解天津市水資源供需矛盾，改善水生態(tài)環(huán)境，提高水資源承載能力是最為現(xiàn)實和有效的技術(shù)途徑，也是實施水資源供需平衡戰(zhàn)略的重要保障。

根據(jù)GEF天津市水資源與水環(huán)境綜合管理規(guī)劃專題研究之一《水量研究——水資源配置》的成果，潮白新河流域?qū)氎娑魏蛯幒佣尉煌潭却嬖谌彼疇顩r，到 2020年，隨著深層地下水的進(jìn)一步壓采，缺水狀況有加劇的趨勢。

該研究在《水量研究——水資源配置》中的水量分配結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合“再生水回用農(nóng)業(yè)研究”項目，以及考慮潮白新河地表水資源，初步確定潮白新河下游流域農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水分配量，初步分配情況及生態(tài)用水滿足率分析如和所示。其中，將入境水中分配給塘沽的水量調(diào)整為寶坻和寧河段的生態(tài)用水，分配給寶坻和寧河的水量全部用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；地表水中濕地范圍內(nèi)的降水作為生態(tài)用水，之外的降水作為農(nóng)業(yè)用水。

潮白新河下游流域農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水分配億m3

2020年，在上游來水基本保持不變的情況下，潮白新河流域?qū)氎娑魏蛯幒佣紊鷳B(tài)環(huán)境需水要求均不能得到有效保證。

由、2還可以看出，在潮白新河下游流域入境水和地表水分配過程中既考慮了農(nóng)業(yè)用水又考慮了生態(tài)環(huán)境用水，但再生水在利用過程中存在問題，尤其是生態(tài)環(huán)境用水方面需要加強(qiáng)。潮白新河下游流域?qū)幒佣紊鷳B(tài)環(huán)境用水主要來源為東郊污水處理廠以及寧河縣蘆臺鎮(zhèn)的污水處理廠，而寶坻段的再生水主要用于農(nóng)業(yè)而忽視生態(tài)環(huán)境用水。隨著寶坻段污水處理廠建設(shè)投入加大，再生水量將逐步加大，再生水問題需要整體規(guī)劃，尤其是在生態(tài)環(huán)境用水方面需要加強(qiáng)。潮白新河下游流域是天津市南北兩大濕地生態(tài)系統(tǒng)之一 ——大黃堡-七里海-黃港濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其生態(tài)環(huán)境用水的保證不僅對于潮白新河下游流域有重要的作用，對天津市濕地系統(tǒng)也具有重要作用。

2 再生水資源利用

隨著日益增長的社會經(jīng)濟(jì)用水需求，加上入境水呈衰減趨勢，天津在大力推進(jìn)各行業(yè)節(jié)水和實施外調(diào)水的基礎(chǔ)上，仍不得不提高當(dāng)?shù)厮瓦^境水的開發(fā)利用程度，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其水資源承載能力，生產(chǎn)生活用水嚴(yán)重擠壓生態(tài)環(huán)境用水，直接表象是水生態(tài)環(huán)境惡化。面對嚴(yán)峻的水問題，著力開發(fā)利用再生水資源，在區(qū)域上建立“污水處理廠-河流-濕地-農(nóng)用”的再生水利用循環(huán)系統(tǒng)，能夠發(fā)揮濕地生態(tài)系統(tǒng)的自然凈化能力，可有效降解污染物，滯納吸收氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，凈化水質(zhì)，協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)環(huán)境需水的矛盾，既達(dá)到滿足生態(tài)環(huán)境用水需求、改善生態(tài)環(huán)境的目的，又是提高水資源承載能力最為現(xiàn)實和有效的技術(shù)途徑，同時是實施水資源供需平衡戰(zhàn)略的重要保障。

2.1濕地去除污染物的機(jī)制 濕地系統(tǒng)是一種特殊的生態(tài)系統(tǒng)，其對污染物質(zhì)的去除作用相當(dāng)復(fù)雜[2]。從宏觀上來看，是物理、化學(xué)及生物化學(xué)作用三者協(xié)同影響的結(jié)果。

物理作用主要包括機(jī)械吸附、過濾和沉積，當(dāng)污水進(jìn)入濕地中，由于植物根系和介質(zhì)電荷的存在，使污水中的懸浮顆粒得到過濾和吸附，并沉積下來。

化學(xué)作用主要包括離子交換、水解和絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)，污水中有許多污染物質(zhì)均可通過化學(xué)反應(yīng)得以去除?；瘜W(xué)反應(yīng)是否顯著取決于濕地中介質(zhì)的化學(xué)成分和溫度。

生物化學(xué)作用主要包括微生物的分解和植物根系的吸收。它是濕地去除有機(jī)物的主要作用，也是最為復(fù)雜的部分。例如濕地中的大量植物可有效地吸收污水中的N、P、K等營養(yǎng)元素；而微生物對有機(jī)物的分解更為復(fù)雜，生長在濕地中的挺水植物通過葉的光合作用和莖稈的運輸作用，將空氣中的氧轉(zhuǎn)運至根部，在植物根系區(qū)形成好氧區(qū)，這樣在根須周圍就會有大量的好氧微生物將有機(jī)物分解；在根須較少和達(dá)不到的地方形成兼性區(qū)和厭氧區(qū)，兼性微生物和厭氧微生物降解有機(jī)物。由于這種好氧區(qū)和厭氧區(qū)的同時存在，十分有利于氮的硝化和反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，達(dá)到除氮效果。植物和微生物的吸收同化作用是濕地生態(tài)系統(tǒng)治污最重要和最核心的功能，決定著處理能力的大小和去除效果的高低。

濕地生態(tài)系統(tǒng)是一種介于土地處理和水生植物處理之間的自然污水處理系統(tǒng)，它綜合了二者的優(yōu)點而克服了二者的不足。

2.2污水處理廠建設(shè)發(fā)展情況目前，潮白新河流域?qū)氎娑我呀ǔ晌鬯幚韽S3座。寶坻區(qū)城南污水處理廠，處理規(guī)模為1.3萬t/d；寶坻經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水處理廠，處理規(guī)模為1萬t/d；九園工業(yè)園區(qū)污水處理廠，處理規(guī)模為0.5萬t/d。在建污水處理廠6座，分別是寶坻城南污水處理廠，處理規(guī)模為由1.3萬t/d增至3.0萬t/d；寶坻第二污水處理廠，處理規(guī)模為1萬t/d；京津新城第一污水處理廠，處理規(guī)模為1萬t/d；馬家店污水處理廠，處理規(guī)模為0.35萬t/d；口東鎮(zhèn)污水處理廠，處理規(guī)模為0.5萬t/d；大口屯鎮(zhèn)污水處理廠，處理規(guī)模為0.2萬t/d。到2020年，寶坻區(qū)污水處理廠總規(guī)模達(dá)到11萬t/d。再生水去向主要為沿途農(nóng)業(yè)灌溉和黃莊洼濕地補(bǔ)水。

潮白新河流域?qū)幒佣螞]有污水處理廠。根據(jù)相關(guān)發(fā)展規(guī)劃，將分別建設(shè)潘莊鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)污水處理廠和寧河現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)區(qū)污水處理廠。其中，寧河縣現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水處理廠處理規(guī)模4萬t/d；潘莊工業(yè)園區(qū)污水處理廠處理規(guī)模6萬t/d。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，2010年，寧河縣城區(qū)污水處理規(guī)模為4萬t/d，再生水去向主要用于工業(yè)、綠化及周邊農(nóng)業(yè)灌溉；2020年，寧河縣污水處理廠總規(guī)模達(dá)到8萬t/d，再生水去向主要為七里海濕地補(bǔ)水及沿途農(nóng)業(yè)灌溉。

2.3濕地處理系統(tǒng)設(shè)計思路建立“污水處理廠-河道-濕地-農(nóng)用”的再生水利用循環(huán)系統(tǒng)，要充分利用現(xiàn)有河道水系和水利工程設(shè)施，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐晟?，形成存儲、輸送和配置再生水體系，加快推進(jìn)再生水的循環(huán)利用，實現(xiàn)資源利用、環(huán)境改善和污染減排等多種功能。其主要設(shè)計思路為：經(jīng)過污水處理廠處理的廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排入河道水系，輸送入濕地處理系統(tǒng)，經(jīng)過濕地生態(tài)系統(tǒng)的凈化處理使污染物濃度進(jìn)一步降低后，用于農(nóng)業(yè)灌溉、景觀河道、河流及水庫。

濕地處理系統(tǒng)設(shè)計思路2.4濕地處理系統(tǒng)方案

2.4.1潮白新河流域?qū)氎娑?。潮白新河左岸區(qū)域的污水處理廠主要包括寶坻區(qū)城南污水處理廠、寶坻經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水處理廠、寶坻第二污水處理廠等的出水經(jīng)窩頭河、鮑丘河、箭桿河以及各排干支渠等從北部進(jìn)入黃莊洼濕地，經(jīng)黃莊洼濕地凈化處理后，用于黃莊洼附近的農(nóng)業(yè)灌溉、黃莊洼水庫以及為附近河網(wǎng)水系環(huán)境用水提供水源等。

在引青入潮河段選取適當(dāng)區(qū)域建設(shè)河道型人工濕地處理系統(tǒng)，接納來自潮白新河右岸區(qū)域的污水處理廠主要包括京津新城第一污水處理廠、九園工業(yè)園區(qū)污水處理廠等的出水。經(jīng)濕地處理系統(tǒng)處理后的水資源主要去向為景觀用水、農(nóng)業(yè)灌溉以及潮白新河等。

2.4.2潮白新河流域?qū)幒佣?。寧河縣城區(qū)污水處理廠的出水穿越薊運河、沿曾口河、津唐運河至東七里海濕地，補(bǔ)充東七里海濕地生態(tài)環(huán)境用水。潘莊鎮(zhèn)、造甲城鎮(zhèn)污水處理廠出水經(jīng)津唐運河進(jìn)入西七里海濕地，補(bǔ)充西七里海濕地生態(tài)環(huán)境用水。

3 洪水資源化

3.1 洪水資源化概況恢復(fù)潮白新河流域水生態(tài)環(huán)境的主要途徑是提高流域的水資源承載力。提高承載又包括開源、節(jié)流與水資源的優(yōu)化配置等。根據(jù)潮白新河流域水資源使用狀況分析，流域自身進(jìn)一步開源的余地不大，而洪水資源化是挖掘現(xiàn)有工程的潛力，具有相對投資小、潛力大、易操作等特點，無疑將成為流域內(nèi)部開源的一個主要途徑。

洪水資源化[3]是指在不增加防洪風(fēng)險的前提下，利用各種工程和管理措施攔蓄洪水，延長洪水在陸地上的停留時間，以用于經(jīng)濟(jì)社會需水和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，改善河流、湖泊，洼地的水面景觀，改善人類居住環(huán)境，最大可能地回補(bǔ)地下水。隨著人口的增加和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量的土地被開墾和利用，也產(chǎn)生了一系列的生態(tài)環(huán)境問題，當(dāng)前濕地面臨的種種危機(jī)都在警世著水資源量的日趨緊張；同時，為了保護(hù)既得的經(jīng)濟(jì)利益，人類對洪水的防范意識越來越超過了對其資源化利用的認(rèn)識，大規(guī)模的防洪工程和完整的防洪體系替代了濕地自然調(diào)蓄洪水的作用，造成每年汛期大量的洪水被當(dāng)作棄水直接排入大海。建立洪水資源化的思想，將洪水轉(zhuǎn)化為資源水加以安全利用，是解決水資源緊張的一個有效手段，也是濕地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)和重建的有效途徑[4]。

3.2 洪水資源潛力潮白新河經(jīng)天津市寶坻區(qū)史各莊鎮(zhèn)張賈莊村入境，穿黃莊洼、七里海，流經(jīng)寶坻區(qū)、寧河縣于塘沽區(qū)寧車沽防潮閘匯永定新河入渤海灣，全長99.2 km，其中天津市轄區(qū)內(nèi)河道長度81 km，控制流域面積1 388 km2。該地區(qū)多年平均降水量575 mm。受季風(fēng)氣候的影響，該流域80%～85%的年降水量都集中在汛期（6月～9月），60%以上集中在7、8兩月，且多以暴雨形式出現(xiàn)，具有洪水資源化的潛力。此外，潮白新河流域有眾多的坑塘洼淀、水庫、河網(wǎng)渠系，穿越天津市兩個主要濕地——黃莊洼、七里海，具有洪水資源利用的工程手段。

根據(jù)毛慧慧等[5]的研究成果，潮白河流域的洪資源潛力在北三河水系中最大，在50%、20%、10%、5%頻率年下雨洪水資源的可實現(xiàn)潛力依次為0.661億m3、1.185億m3、1.530億m3、1.854億m3。

42卷23期李 莉等潮白新河流域生態(tài)用水保障分析研究3.3洪水資源化的主要思路和核心技術(shù)潮白新河流域的入境水量和水資源狀況已經(jīng)完全不同于20世紀(jì)50～60年代的水平，但在洪水治理與利用方面仍受過去“入海為安”的影響，一旦遇到豐水年或偏水豐年就棄掉數(shù)量可觀的水量是對水資源的巨大浪費。基于潮白新河流域洼淀和濕地所具備的洪水資源存儲的潛力，盡快轉(zhuǎn)換防洪觀念，在保障防洪安全的前提下，在水庫、蓄滯洪區(qū)蓄水仿真、蓄水經(jīng)濟(jì)效益評價的基礎(chǔ)上，將汛期中小洪水轉(zhuǎn)化為非汛期水資源，實現(xiàn)對洪水的資源存貯將是發(fā)展趨勢。

洪水資源化實施思路主要包括：基于蓄水效益評價和優(yōu)選方案，有選擇地啟用河道行洪能力強(qiáng)且單位蓄量損失小的蓄滯洪區(qū)蓄水；盡可能多地將水蓄到各擬啟用的蓄滯洪區(qū)內(nèi)；調(diào)節(jié)正向閘門使各河道行洪流量不超過設(shè)計流量；適時利用河系中的側(cè)向分洪閘門發(fā)揮其削峰、滯洪作用；蓄滯洪區(qū)蓄水量不得超過其最大蓄量；避免海水進(jìn)入蓄滯洪區(qū)；豐水年份用前期洪水沖刷河道，可提高所蓄洪水水質(zhì)。

實現(xiàn)洪水資源化要以科學(xué)的方法為依據(jù)，既要充分利用洪水資源，又不能以增加防洪風(fēng)險為代價。因地制宜、因時制宜、優(yōu)化調(diào)度、科學(xué)管理是利用洪水資源化的指導(dǎo)思想，其核心技術(shù)主要有流域水量統(tǒng)一調(diào)度和蓄滯洪區(qū)合理規(guī)劃。

（1）流域水量統(tǒng)一調(diào)度。從流域全局的角度出發(fā)，整體規(guī)劃上、中、下游的生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水，充分利用各種先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)、信息技術(shù)和規(guī)劃手段，在暴雨洪水預(yù)警預(yù)報技術(shù)的支持下，安全合理地把部分洪水引入蓄滯洪區(qū)作為恢復(fù)和重建濕地的水資源。

（2）蓄滯洪區(qū)合理規(guī)劃。通過分析流域內(nèi)河網(wǎng)、湖泊、濕地洼淀的歷史資料并與現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果相對照，結(jié)合流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r，對洪泛區(qū)范圍進(jìn)行重新核算，根據(jù)流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)、社會的現(xiàn)狀水平和水文、地質(zhì)、環(huán)境的實際情況重新劃定行洪、蓄洪、滯洪的區(qū)域，以期盡量安全、高效地利用洪水資源，從而達(dá)到在人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展最小擾動的條件下，人為恢復(fù)自然河道、湖泊、濕地之間的水力聯(lián)系。

3.4洪水資源化的措施

3.4.1河道建閘，并對河道進(jìn)行增容、擴(kuò)容。