潮白新河流域生態用水保障分析研究

李莉 劉紅磊

摘要由于生態環境用水得不到保證，潮白新河流域內黃莊洼等大片濕地已經消失，著名的七里海濕地面積也逐漸減少，濕地生態功能作用逐漸減弱。從生態用水水量分配、再生水資源利用及洪水資源化3個方面進行了生態用水分析，提出了滿足潮白新河流域生態用水的保障方案，為協調農業用水和生態環境需水的矛盾，進一步改善潮白新河流域生態環境提供科學依據。

關鍵詞潮白新河；生態用水；濕地；洪水資源化

中圖分類號S181.3文獻標識碼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，從事環境科學和環境工程研究。

收稿日期20140707潮白新河上游地區用水一直處于“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，水質受上游影響較差，使用功能主要以農用為主。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，生態環境用水被擠占。由于生態環境用水得不到保證，潮白新河流域內黃莊洼等大片濕地已經消失，著名的七里海濕地面積也逐漸減少，濕地生態功能作用逐漸減弱。

要改變潮白新河流域濕地水面面積萎縮、生物多樣性減少、生態功能嚴重衰退的現狀，改善潮白新河流域水環境狀況，其首要條件是保證生態環境需水量[1]，恢復濕地水面面積。潮白新河下游流域生態用水主要來源于河道入境水、當地地表水以及再生水。同時，上述3個部分水源也是該地區農業生產中的主要水源之一。因此，必須在水資源總量一定的情況下，在生態用水與農業生產用水之間尋求平衡點合理配置水資源。

1 生態用水水量分配分析

潮白新河流域生態環境用水水源的主要來源是入境水、地表水和再生水，而農業用水來源除入境水、地表水、再生水外還大量開采地下水進行補充。因此，農業生產用水嚴重擠占了生態環境用水，生態環境用水在潮白新河流域用水結構中處于“弱勢”地位。

入境水是潮白新河流域農業及生態用水的主要供水水源之一。在潮白新河流域對入境水的使用情況存在著較大差異，在一定程度上還存在著上游地區用水量大，農田能夠得到較充分灌溉，而下游地區很難從潮白新河取水發展灌溉農業和恢復生態環境。因此對潮白新河流域入境水資源在各有用水單元進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，改善水生態環境，提高水資源承載能力是最為現實和有效的技術途徑，也是實施水資源供需平衡戰略的重要保障。

根據GEF天津市水資源與水環境綜合管理規劃專題研究之一《水量研究——水資源配置》的成果，潮白新河流域寶坻段和寧河段均不同程度存在缺水狀況，到 2020年，隨著深層地下水的進一步壓采，缺水狀況有加劇的趨勢。

該研究在《水量研究——水資源配置》中的水量分配結果的基礎上，結合“再生水回用農業研究”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業和生態用水分配量，初步分配情況及生態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整為寶坻和寧河段的生態用水，分配給寶坻和寧河的水量全部用于農業生產；地表水中濕地范圍內的降水作為生態用水，之外的降水作為農業用水。

潮白新河下游流域農業和生態用水分配億m3

2020年，在上游來水基本保持不變的情況下，潮白新河流域寶坻段和寧河段生態環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業用水又考慮了生態環境用水，但再生水在利用過程中存在問題，尤其是生態環境用水方面需要加強。潮白新河下游流域寧河段生態環境用水主要來源為東郊污水處理廠以及寧河縣蘆臺鎮的污水處理廠，而寶坻段的再生水主要用于農業而忽視生態環境用水。隨著寶坻段污水處理廠建設投入加大，再生水量將逐步加大，再生水問題需要整體規劃，尤其是在生態環境用水方面需要加強。潮白新河下游流域是天津市南北兩大濕地生態系統之一 ——大黃堡-七里海-黃港濕地生態系統的重要組成部分，其生態環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濟用水需求，加上入境水呈衰減趨勢，天津在大力推進各行業節水和實施外調水的基礎上，仍不得不提高當地水和過境水的開發利用程度，已經遠遠超出其水資源承載能力，生產生活用水嚴重擠壓生態環境用水，直接表象是水生態環境惡化。面對嚴峻的水問題，著力開發利用再生水資源，在區域上建立“污水處理廠-河流-濕地-農用”的再生水利用循環系統，能夠發揮濕地生態系統的自然凈化能力，可有效降解污染物，滯納吸收氮、磷等營養物質，凈化水質，協調農業用水和生態環境需水的矛盾，既達到滿足生態環境用水需求、改善生態環境的目的，又是提高水資源承載能力最為現實和有效的技術途徑，同時是實施水資源供需平衡戰略的重要保障。

2.1濕地去除污染物的機制 濕地系統是一種特殊的生態系統，其對污染物質的去除作用相當復雜[2]。從宏觀上來看，是物理、化學及生物化學作用三者協同影響的結果。

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

化學作用主要包括離子交換、水解和絡合等化學反應，污水中有許多污染物質均可通過化學反應得以去除?；瘜W反應是否顯著取決于濕地中介質的化學成分和溫度。

生物化學作用主要包括微生物的分解和植物根系的吸收。它是濕地去除有機物的主要作用，也是最為復雜的部分。例如濕地中的大量植物可有效地吸收污水中的N、P、K等營養元素；而微生物對有機物的分解更為復雜，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，將空氣中的氧轉運至根部，在植物根系區形成好氧區，這樣在根須周圍就會有大量的好氧微生物將有機物分解；在根須較少和達不到的地方形成兼性區和厭氧區，兼性微生物和厭氧微生物降解有機物。由于這種好氧區和厭氧區的同時存在，十分有利于氮的硝化和反硝化反應的進行，達到除氮效果。植物和微生物的吸收同化作用是濕地生態系統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。

濕地生態系統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，它綜合了二者的優點而克服了二者的不足。

2.2污水處理廠建設發展情況目前，潮白新河流域寶坻段已建成污水處理廠3座。寶坻區城南污水處理廠，處理規模為1.3萬t/d；寶坻經濟開發區污水處理廠，處理規模為1萬t/d；九園工業園區污水處理廠，處理規模為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，處理規模為1萬t/d；京津新城第一污水處理廠，處理規模為1萬t/d；馬家店污水處理廠，處理規模為0.35萬t/d；口東鎮污水處理廠，處理規模為0.5萬t/d；大口屯鎮污水處理廠，處理規模為0.2萬t/d。到2020年，寶坻區污水處理廠總規模達到11萬t/d。再生水去向主要為沿途農業灌溉和黃莊洼濕地補水。

潮白新河流域寧河段沒有污水處理廠。根據相關發展規劃，將分別建設潘莊鎮工業園區污水處理廠和寧河現代產業區污水處理廠。其中，寧河縣現代產業園區污水處理廠處理規模4萬t/d；潘莊工業園區污水處理廠處理規模6萬t/d。根據相關規劃，2010年，寧河縣城區污水處理規模為4萬t/d，再生水去向主要用于工業、綠化及周邊農業灌溉；2020年，寧河縣污水處理廠總規模達到8萬t/d，再生水去向主要為七里海濕地補水及沿途農業灌溉。

2.3濕地處理系統設計思路建立“污水處理廠-河道-濕地-農用”的再生水利用循環系統，要充分利用現有河道水系和水利工程設施，在其基礎上進行適當的完善，形成存儲、輸送和配置再生水體系，加快推進再生水的循環利用，實現資源利用、環境改善和污染減排等多種功能。其主要設計思路為：經過污水處理廠處理的廢水達到排放標準后排入河道水系，輸送入濕地處理系統，經過濕地生態系統的凈化處理使污染物濃度進一步降低后，用于農業灌溉、景觀河道、河流及水庫。

濕地處理系統設計思路2.4濕地處理系統方案

2.4.1潮白新河流域寶坻段。潮白新河左岸區域的污水處理廠主要包括寶坻區城南污水處理廠、寶坻經濟開發區污水處理廠、寶坻第二污水處理廠等的出水經窩頭河、鮑丘河、箭桿河以及各排干支渠等從北部進入黃莊洼濕地，經黃莊洼濕地凈化處理后，用于黃莊洼附近的農業灌溉、黃莊洼水庫以及為附近河網水系環境用水提供水源等。

在引青入潮河段選取適當區域建設河道型人工濕地處理系統，接納來自潮白新河右岸區域的污水處理廠主要包括京津新城第一污水處理廠、九園工業園區污水處理廠等的出水。經濕地處理系統處理后的水資源主要去向為景觀用水、農業灌溉以及潮白新河等。

2.4.2潮白新河流域寧河段。寧河縣城區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，補充東七里海濕地生態環境用水。潘莊鎮、造甲城鎮污水處理廠出水經津唐運河進入西七里海濕地，補充西七里海濕地生態環境用水。

3 洪水資源化

3.1 洪水資源化概況恢復潮白新河流域水生態環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、節流與水資源的優化配置等。根據潮白新河流域水資源使用狀況分析，流域自身進一步開源的余地不大，而洪水資源化是挖掘現有工程的潛力，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，以用于經濟社會需水和生態環境保護，改善河流、湖泊，洼地的水面景觀，改善人類居住環境，最大可能地回補地下水。隨著人口的增加和經濟的發展，大量的土地被開墾和利用，也產生了一系列的生態環境問題，當前濕地面臨的種種危機都在警世著水資源量的日趨緊張；同時，為了保護既得的經濟利益，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識，大規模的防洪工程和完整的防洪體系替代了濕地自然調蓄洪水的作用，造成每年汛期大量的洪水被當作棄水直接排入大海。建立洪水資源化的思想，將洪水轉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，也是濕地生態環境恢復和重建的有效途徑[4]。

3.2 洪水資源潛力潮白新河經天津市寶坻區史各莊鎮張賈莊村入境，穿黃莊洼、七里海，流經寶坻區、寧河縣于塘沽區寧車沽防潮閘匯永定新河入渤海灣，全長99.2 km，其中天津市轄區內河道長度81 km，控制流域面積1 388 km2。該地區多年平均降水量575 mm。受季風氣候的影響，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，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潮白新河流域的入境水量和水資源狀況已經完全不同于20世紀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量可觀的水量是對水資源的巨大浪費?；诔卑仔潞恿饔蛲莸砗蜐竦厮邆涞暮樗Y源存儲的潛力，盡快轉換防洪觀念，在保障防洪安全的前提下，在水庫、蓄滯洪區蓄水仿真、蓄水經濟效益評價的基礎上，將汛期中小洪水轉化為非汛期水資源，實現對洪水的資源存貯將是發展趨勢。

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

實現洪水資源化要以科學的方法為依據，既要充分利用洪水資源，又不能以增加防洪風險為代價。因地制宜、因時制宜、優化調度、科學管理是利用洪水資源化的指導思想，其核心技術主要有流域水量統一調度和蓄滯洪區合理規劃。

（1）流域水量統一調度。從流域全局的角度出發，整體規劃上、中、下游的生活、生產、生態用水，充分利用各種先進的監測技術、信息技術和規劃手段，在暴雨洪水預警預報技術的支持下，安全合理地把部分洪水引入蓄滯洪區作為恢復和重建濕地的水資源。

（2）蓄滯洪區合理規劃。通過分析流域內河網、湖泊、濕地洼淀的歷史資料并與現場調研結果相對照，結合流域內經濟社會發展狀況，對洪泛區范圍進行重新核算，根據流域內經濟、社會的現狀水平和水文、地質、環境的實際情況重新劃定行洪、蓄洪、滯洪的區域，以期盡量安全、高效地利用洪水資源，從而達到在人類社會經濟發展最小擾動的條件下，人為恢復自然河道、湖泊、濕地之間的水力聯系。

3.4洪水資源化的措施

3.4.1河道建閘，并對河道進行增容、擴容。