基于张家口市主城区城市水文状况研究

李 明，原 彪，张 良，原莉颖

（河北省张家口水文水资源勘测局，张家口 075000）

鉴于近年来张家口市主城区城市化建设步伐进一步加快，已经暴露出由于城市化而引起的排水、防洪、环境污染等严重问题，因此，张家口主城区城市水文重点研究城市防洪与资源利用方面的问题，通过一定的工程措施降低城市的雨水汇流速度和径流量，提高城市的雨水调蓄、利用能力，从而增强现有排水设施的综合抗洪能力，延伸防洪、抗洪的环境和经济效益，更有效、多元地缓解城市洪水灾害［1］。

1 基本情况

1.1 自然地理

张家口市主城区（桥东区、桥西区、高新区）位于河北省西北部，处于蒙古高原与华北平原的过渡带，属洋河山间盆地的一部分。北、东、西三面环山，山区海拔高度1000～1900m。主城区南北最大高差达111.4m，东西两侧与清水河岸边最大高差达94m，整个市区地形呈现不规则的河谷盆地特征，海拔高度560～800m。主城区附近主要河流为西沙河、东沙河、清水河和洋河。西沙河、东沙河分布与主城区的西部和东部。清水河自北向南贯穿主城区，主城区沿清水河两岸山脚成条状分布。

1.2 水文气象

张家口市主城区属暖温与寒温过渡带的东亚半干旱大陆性季风气候。全年大部分时间受西伯利亚冷空气南下影响，干燥寒冷，多风少雨，干旱指数2.0～3.0，年平均气温6℃～8℃。夏季主导风向为东南风，冬季为西北风。多年平均降水量387.2mm，年降水量的70%～80%集中在6～9月。多年平均陆面蒸发量364.7mm［2］。清水河张家口水文站有资料记载以来最大流量为2330m3/s，最小流量为零，市区路面基本为沥青不透水层。

1.3 河流水系

张家口主城区主要有4条河流，分别是西沙河、东沙河、清水河和洋河。

西沙河为清水河一级支流。河道从翠屏庵沿207国道南侧，自西向东五墩、永丰堡四中加油入清水河。1997年西沙河治理改为暗河。

东沙河发源于宣化县人头山北侧，途径人头山、口里东窑子、南市区、在沙岭子镇入洋河。

清水河又名通桥河，属于山区性河流，发源于张北县与崇礼县交接的桦皮岭一带，主要由东沟、正沟和西沟3条沟组成。三沟汇合后，流至张家口市大境门外与元宝山西沟洪水汇合，穿过张家口市区和宣化县姚家房乡至清水河村附近注入洋河，清水河属洋河支流，流域面积2360km2［2］。东沟源于张北县桦皮岭下，植被好；正沟源于崇礼县正北坝底村，植被较差，只有幼林灌木散布其中；西沟源于崇礼县西部黄台坝，植被最差，其中主要由草皮和灌木覆盖，水土流失严重。

洋河上游分东洋河、西洋河、南洋河3条支流，东洋河、西洋河均发源于内蒙古大青山麓；南洋河发源于山西省阳高县境内。3条支流于怀安县柴沟堡附近汇合为洋河，流经万全县、张家口市、宣化县、怀来县等地。

2 城市防洪与资源利用的必要性

2.1 历史洪水灾害及城市防洪

建国前1924年、1939年、1943年3次特大洪水漫过张家口市桥西区武城街，淹了桥东区怡安街。“通桥三丈六、河水满通桥”的民谣，至今还在市民中流传［3］。

建国后，张家口市4次遭遇较大洪水，灾害严重。1975年8月12日清水河流量猛增至2300m3/s，冲地40hm2，洪水溢岸。西岸张家口化肥厂、电池厂进水，冲渠6条，冲防洪坝3500m；东岸王安房、二台子两村进水，塌房65间。1984年6月30日，东沟最大洪峰流量436m3/s，正沟最大洪峰流量415m3/s，啕来庙流量1100m3/s，清水河最大流量达到1280m3/s，损失严重［3］。 2002年7月30日清水河上游西沟突降暴雨，张家口水文站实测流量671m3/s，是近十几年来较大的洪水。

2003年5月13日主城区降雨量60mm/h，清水河最大洪峰流量175m3/s，多数积水半多深，造成1人死亡，市区交通一度中断，直接经济损失近500万元。

清水河贯穿主城区，近年有橡胶坝的建成运行，而上游无蓄水工程，无法进行调节，防洪任务显得尤为重要。此外，由于清水河河道比降大，水流含沙量大且推移质占的比重高，市区河道防洪标准低，而清水河市区部分地段现状行洪能力勉强达到20a一遇，因此，从历史上发生洪水灾害及防洪安全来看，张家口市主城区城市防洪尤为必要。

2.2 资源利用的必要性

长期以来，张家口市主城区由于资金等一系列问题未能及时开展城市水文研究工作，致使城市发展规划缺乏必要的科学依据，城市常常遭遇内涝，导致市区部分路段积水等，给人民生活带来不便。

对于雨水资源进行利用，可以通过一定措施对雨水进行收集，简单处理后可用于城市绿化、景观用水、农业灌溉等对用水水质要求相对较低的用户用水，也可以利用透水地面来回灌城市地下水，既能减少城市排水管道排洪压力，又能增加雨水资源的利用率。

3 城市防洪监测断面选择

3.1 主城区上游站点选择

张家口市主城区清水河新建橡胶坝数年，为了能及时做好防汛工作，使大洪水到来前做好决策工作，要充分利用在张家口主城区上游已经布设的20余个雨量站和啕来庙、崇礼2个监测断面，密切监视雨水情变化。汛期（6～9月）布设2个水位预警站，分别布设在场地和啕北营，使大洪水来临时为下游橡胶坝提供及时准确的信息。

3.2 主城区城市水文监测站网布设

在城区的东南西北中部各设自动遥测雨量站1处，共计5处，控制整个城区的降雨量；目前，在城区西北部已有雨量站为土井子站，北部有张家口站，还应在中、南部设立雨量站控制全区雨量。

同时在相应雨量站设置蒸发站点，可以取得在城市密集区情况下蒸发值，取得城市区效应下的蒸发资料。

由于张家口市进行了清水河和污水管道的改造，橡胶坝的设立，使进入清水河的水量基本上来自上游东沟、西沟、正沟，可利用已经设立的位于清水河北路张家口水文站测验断面，监测入市境内水量、水质及蒸发。为了更好地研究市区不同区域不同河段的水位变化过程，还需要在张家口市区南部与洋河交界处补充设立测验断面，此处水位流量变化取决于上游来水量和橡胶坝调节水量。故监测断面设置在此还应设立相应的蒸发站点及观测渗漏量，这样设置可推算出市区小气候条件下相应橡胶坝水面蒸发、损失量。

4 监测断面选择及雨洪监测

张家口市主城区三面环山，降雨时受北部、东部、西部山脉影响，水流流向市区，故应在各重要街道交汇处设立监测站点，测出各区域不同降雨情况下产流量、汇流量及汇流时间，为城市雨水利用及防洪提供基础数据。由于张家口市主城区，地下布满的排水管道，城区下垫面的不透水性使径流系数加大，汇流历时短，城市地表径流量大为增加。若遇有暴雨或大暴雨，城区径流对城市排水和河道行洪将构成巨大压力，并威胁到城市防洪系统。因此必须建立城市水文模型，将固态雨量计自动采集的降雨实时资料通过计算机模拟迅速作出相应调度决策。

为掌握张家口市主城区各道路的暴雨积水情况，在不同量级降水、不同地域积水情况调查，积水严重路口布设监测点，布设雨量站、地下水位站、水位站、积水站、排水站、生态水质站及蒸发站和径流站，及时对积水点进行实地测量、取样、调查，同时将责任分解落实，每处监测点明确由专人负责，确保暴雨发生后能迅即开展监测。

5 模型的初步设想

张家口市主城区硬化地面分类及面积分布复杂，需要按照城区地面硬化状况进行详细调查，分别调查不同观测区域的裸地、水泥路面、楼顶、砖石路面和绿化等下垫面面积（所占比重），然后按下垫面情况分区域进行产流观测，便于今后推广应用。

根据主城区不同量级的降水产流过程及降水产流关系，能够分析出不同强度、不同量级的降水产生的径流量，分别建立不同分区的降水径流模式。通过对径流过程和产水量的监测，对调控市区雨洪资源，如何利用雨洪资源解决城市缺水问题提出建议。

从2000年开始，在中德合作“北京城区雨洪控制与利用技术研究与示范”项目的支持下，进一步开展系统研究，初步形成了城市雨洪收集、滞蓄、处理、回用和回灌地下水的技术系统，建成总面积60hm2的雨洪利用示范区［5］。

［1］陈东华.城市雨洪管理［J］.环境科学与技术，2009（6）.

［2］张家口水文水资源勘测局.河北省张家口市水资源评价报告［R］.2005.

［3］岳愚.张家口地区水利志［Z］.天津：天津大学出版社，1993.

［4］河北画报编辑部.日新月异的生态宜居城市［J］.河北画报，2007（7）.

［5］张晓鹏，王美荣.城市雨洪利用的研究现状与发展方向［J］.北京水务，2006（3）.