潮白新河流域生态用水保障分析研究

李莉 刘红磊

摘要由于生态环境用水得不到保证，潮白新河流域内黄庄洼等大片湿地已经消失，著名的七里海湿地面积也逐渐减少，湿地生态功能作用逐渐减弱。从生态用水水量分配、再生水资源利用及洪水资源化3个方面进行了生态用水分析，提出了满足潮白新河流域生态用水的保障方案，为协调农业用水和生态环境需水的矛盾，进一步改善潮白新河流域生态环境提供科学依据。

关键词潮白新河；生态用水；湿地；洪水资源化

中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2014）23-07939-03

作者简介李莉（1974-），女，天津人，工程师，硕士，从事环境科学和环境工程研究。

收稿日期20140707潮白新河上游地区用水一直处于“需大于供”的阶段，致使潮白新河下游流域清水长期断流，只能接纳来自北京、河北等地下泄的污水，水质受上游影响较差，使用功能主要以农用为主。水资源匮乏使得潮白新河下游的水资源配置不合理，由于流域用水量的增加，超过流域多年平均水资源量，生态环境用水被挤占。由于生态环境用水得不到保证，潮白新河流域内黄庄洼等大片湿地已经消失，著名的七里海湿地面积也逐渐减少，湿地生态功能作用逐渐减弱。

要改变潮白新河流域湿地水面面积萎缩、生物多样性减少、生态功能严重衰退的现状，改善潮白新河流域水环境状况，其首要条件是保证生态环境需水量[1]，恢复湿地水面面积。潮白新河下游流域生态用水主要来源于河道入境水、当地地表水以及再生水。同时，上述3个部分水源也是该地区农业生产中的主要水源之一。因此，必须在水资源总量一定的情况下，在生态用水与农业生产用水之间寻求平衡点合理配置水资源。

1 生态用水水量分配分析

潮白新河流域生态环境用水水源的主要来源是入境水、地表水和再生水，而农业用水来源除入境水、地表水、再生水外还大量开采地下水进行补充。因此，农业生产用水严重挤占了生态环境用水，生态环境用水在潮白新河流域用水结构中处于“弱势”地位。

入境水是潮白新河流域农业及生态用水的主要供水水源之一。在潮白新河流域对入境水的使用情况存在着较大差异，在一定程度上还存在着上游地区用水量大，农田能够得到较充分灌溉，而下游地区很难从潮白新河取水发展灌溉农业和恢复生态环境。因此对潮白新河流域入境水资源在各有用水单元进行分配是非常必要的。

再生水资源是高效利用有限的水资源的重要手段，对于缓解天津市水资源供需矛盾，改善水生态环境，提高水资源承载能力是最为现实和有效的技术途径，也是实施水资源供需平衡战略的重要保障。

根据GEF天津市水资源与水环境综合管理规划专题研究之一《水量研究——水资源配置》的成果，潮白新河流域宝坻段和宁河段均不同程度存在缺水状况，到 2020年，随着深层地下水的进一步压采，缺水状况有加剧的趋势。

该研究在《水量研究——水资源配置》中的水量分配结果的基础上，结合“再生水回用农业研究”项目，以及考虑潮白新河地表水资源，初步确定潮白新河下游流域农业和生态用水分配量，初步分配情况及生态用水满足率分析如和所示。其中，将入境水中分配给塘沽的水量调整为宝坻和宁河段的生态用水，分配给宝坻和宁河的水量全部用于农业生产；地表水中湿地范围内的降水作为生态用水，之外的降水作为农业用水。

潮白新河下游流域农业和生态用水分配亿m3

2020年，在上游来水基本保持不变的情况下，潮白新河流域宝坻段和宁河段生态环境需水要求均不能得到有效保证。

由、2还可以看出，在潮白新河下游流域入境水和地表水分配过程中既考虑了农业用水又考虑了生态环境用水，但再生水在利用过程中存在问题，尤其是生态环境用水方面需要加强。潮白新河下游流域宁河段生态环境用水主要来源为东郊污水处理厂以及宁河县芦台镇的污水处理厂，而宝坻段的再生水主要用于农业而忽视生态环境用水。随着宝坻段污水处理厂建设投入加大，再生水量将逐步加大，再生水问题需要整体规划，尤其是在生态环境用水方面需要加强。潮白新河下游流域是天津市南北两大湿地生态系统之一 ——大黄堡-七里海-黄港湿地生态系统的重要组成部分，其生态环境用水的保证不仅对于潮白新河下游流域有重要的作用，对天津市湿地系统也具有重要作用。

2 再生水资源利用

随着日益增长的社会经济用水需求，加上入境水呈衰减趋势，天津在大力推进各行业节水和实施外调水的基础上，仍不得不提高当地水和过境水的开发利用程度，已经远远超出其水资源承载能力，生产生活用水严重挤压生态环境用水，直接表象是水生态环境恶化。面对严峻的水问题，着力开发利用再生水资源，在区域上建立“污水处理厂-河流-湿地-农用”的再生水利用循环系统，能够发挥湿地生态系统的自然净化能力，可有效降解污染物，滞纳吸收氮、磷等营养物质，净化水质，协调农业用水和生态环境需水的矛盾，既达到满足生态环境用水需求、改善生态环境的目的，又是提高水资源承载能力最为现实和有效的技术途径，同时是实施水资源供需平衡战略的重要保障。

2.1湿地去除污染物的机制 湿地系统是一种特殊的生态系统，其对污染物質的去除作用相当复杂[2]。从宏观上来看，是物理、化学及生物化学作用三者协同影响的结果。

物理作用主要包括机械吸附、过滤和沉积，当污水进入湿地中，由于植物根系和介质电荷的存在，使污水中的悬浮颗粒得到过滤和吸附，并沉积下来。

化学作用主要包括离子交换、水解和络合等化学反应，污水中有许多污染物质均可通过化学反应得以去除。化学反应是否显著取决于湿地中介质的化学成分和温度。

生物化学作用主要包括微生物的分解和植物根系的吸收。它是湿地去除有机物的主要作用，也是最为复杂的部分。例如湿地中的大量植物可有效地吸收污水中的N、P、K等营养元素；而微生物对有机物的分解更为复杂，生长在湿地中的挺水植物通过叶的光合作用和茎秆的运输作用，将空气中的氧转运至根部，在植物根系区形成好氧区，这样在根须周围就会有大量的好氧微生物将有机物分解；在根须较少和达不到的地方形成兼性区和厌氧区，兼性微生物和厌氧微生物降解有机物。由于这种好氧区和厌氧区的同时存在，十分有利于氮的硝化和反硝化反应的进行，达到除氮效果。植物和微生物的吸收同化作用是湿地生态系统治污最重要和最核心的功能，决定着处理能力的大小和去除效果的高低。

湿地生态系统是一种介于土地处理和水生植物处理之间的自然污水处理系统，它综合了二者的优点而克服了二者的不足。

2.2污水处理厂建设发展情况目前，潮白新河流域宝坻段已建成污水处理厂3座。宝坻区城南污水处理厂，处理规模为1.3万t/d；宝坻经济开发区污水处理厂，处理规模为1万t/d；九园工业园区污水处理厂，处理规模为0.5万t/d。在建污水处理厂6座，分别是宝坻城南污水处理厂，处理规模为由1.3万t/d增至3.0万t/d；宝坻第二污水处理厂，处理规模为1万t/d；京津新城第一污水处理厂，处理规模为1万t/d；马家店污水处理厂，处理规模为0.35万t/d；口东镇污水处理厂，处理规模为0.5万t/d；大口屯镇污水处理厂，处理规模为0.2万t/d。到2020年，宝坻区污水处理厂总规模达到11万t/d。再生水去向主要为沿途农业灌溉和黄庄洼湿地补水。

潮白新河流域宁河段没有污水处理厂。根据相关发展规划，将分别建设潘庄镇工业园区污水处理厂和宁河现代产业区污水处理厂。其中，宁河县现代产业园区污水处理厂处理规模4万t/d；潘庄工业园区污水处理厂处理规模6万t/d。根据相关规划，2010年，寧河县城区污水处理规模为4万t/d，再生水去向主要用于工业、绿化及周边农业灌溉；2020年，宁河县污水处理厂总规模达到8万t/d，再生水去向主要为七里海湿地补水及沿途农业灌溉。

2.3湿地处理系统设计思路建立“污水处理厂-河道-湿地-农用”的再生水利用循环系统，要充分利用现有河道水系和水利工程设施，在其基础上进行适当的完善，形成存储、输送和配置再生水体系，加快推进再生水的循环利用，实现资源利用、环境改善和污染减排等多种功能。其主要设计思路为：经过污水处理厂处理的废水达到排放标准后排入河道水系，输送入湿地处理系统，经过湿地生态系统的净化处理使污染物浓度进一步降低后，用于农业灌溉、景观河道、河流及水库。

湿地处理系统设计思路2.4湿地处理系统方案

2.4.1潮白新河流域宝坻段。潮白新河左岸区域的污水处理厂主要包括宝坻区城南污水处理厂、宝坻经济开发区污水处理厂、宝坻第二污水处理厂等的出水经窝头河、鲍丘河、箭杆河以及各排干支渠等从北部进入黄庄洼湿地，经黄庄洼湿地净化处理后，用于黄庄洼附近的农业灌溉、黄庄洼水库以及为附近河网水系环境用水提供水源等。

在引青入潮河段选取适当区域建设河道型人工湿地处理系统，接纳来自潮白新河右岸区域的污水处理厂主要包括京津新城第一污水处理厂、九园工业园区污水处理厂等的出水。经湿地处理系统处理后的水资源主要去向为景观用水、农业灌溉以及潮白新河等。

2.4.2潮白新河流域宁河段。宁河县城区污水处理厂的出水穿越蓟运河、沿曾口河、津唐运河至东七里海湿地，补充东七里海湿地生态环境用水。潘庄镇、造甲城镇污水处理厂出水经津唐运河进入西七里海湿地，补充西七里海湿地生态环境用水。

3 洪水资源化

3.1 洪水资源化概况恢复潮白新河流域水生态环境的主要途径是提高流域的水资源承载力。提高承载又包括开源、节流与水资源的优化配置等。根据潮白新河流域水资源使用状况分析，流域自身进一步开源的余地不大，而洪水资源化是挖掘现有工程的潜力，具有相对投资小、潜力大、易操作等特点，无疑将成为流域内部开源的一个主要途径。

洪水资源化[3]是指在不增加防洪风险的前提下，利用各种工程和管理措施拦蓄洪水，延长洪水在陆地上的停留时间，以用于经济社会需水和生态环境保护，改善河流、湖泊，洼地的水面景观，改善人类居住环境，最大可能地回补地下水。随着人口的增加和经济的发展，大量的土地被开垦和利用，也产生了一系列的生态环境问题，当前湿地面临的种种危机都在警世着水资源量的日趋紧张；同时，为了保护既得的经济利益，人类对洪水的防范意识越来越超过了对其资源化利用的认识，大规模的防洪工程和完整的防洪体系替代了湿地自然调蓄洪水的作用，造成每年汛期大量的洪水被当作弃水直接排入大海。建立洪水资源化的思想，将洪水转化为资源水加以安全利用，是解决水资源紧张的一个有效手段，也是湿地生态环境恢复和重建的有效途径[4]。

3.2 洪水资源潜力潮白新河经天津市宝坻区史各庄镇张贾庄村入境，穿黄庄洼、七里海，流经宝坻区、宁河县于塘沽区宁车沽防潮闸汇永定新河入渤海湾，全长99.2 km，其中天津市辖区内河道长度81 km，控制流域面积1 388 km2。该地区多年平均降水量575 mm。受季风气候的影响，该流域80%～85%的年降水量都集中在汛期（6月～9月），60%以上集中在7、8两月，且多以暴雨形式出现，具有洪水资源化的潜力。此外，潮白新河流域有众多的坑塘洼淀、水库、河网渠系，穿越天津市两个主要湿地——黄庄洼、七里海，具有洪水资源利用的工程手段。

根据毛慧慧等[5]的研究成果，潮白河流域的洪资源潜力在北三河水系中最大，在50%、20%、10%、5%频率年下雨洪水资源的可实现潜力依次为0.661亿m3、1.185亿m3、1.530亿m3、1.854亿m3。

42卷23期李 莉等潮白新河流域生态用水保障分析研究3.3洪水资源化的主要思路和核心技术潮白新河流域的入境水量和水资源状况已经完全不同于20世纪50～60年代的水平，但在洪水治理与利用方面仍受过去“入海为安”的影响，一旦遇到丰水年或偏水丰年就弃掉数量可观的水量是对水资源的巨大浪费。基于潮白新河流域洼淀和湿地所具备的洪水资源存储的潜力，尽快转换防洪观念，在保障防洪安全的前提下，在水库、蓄滞洪区蓄水仿真、蓄水经济效益评价的基础上，将汛期中小洪水转化为非汛期水资源，实现对洪水的资源存贮将是发展趋势。

洪水资源化实施思路主要包括：基于蓄水效益评价和优选方案，有选择地启用河道行洪能力强且单位蓄量损失小的蓄滞洪区蓄水；尽可能多地将水蓄到各拟启用的蓄滞洪区内；调节正向闸门使各河道行洪流量不超过设计流量；适时利用河系中的侧向分洪闸门发挥其削峰、滞洪作用；蓄滞洪区蓄水量不得超过其最大蓄量；避免海水进入蓄滞洪区；丰水年份用前期洪水冲刷河道，可提高所蓄洪水水质。

实现洪水资源化要以科学的方法为依据，既要充分利用洪水资源，又不能以增加防洪风险为代价。因地制宜、因时制宜、优化调度、科学管理是利用洪水资源化的指导思想，其核心技术主要有流域水量统一调度和蓄滞洪区合理规划。

（1）流域水量统一调度。从流域全局的角度出发，整体规划上、中、下游的生活、生产、生态用水，充分利用各种先进的监测技术、信息技术和规划手段，在暴雨洪水预警预报技术的支持下，安全合理地把部分洪水引入蓄滞洪区作为恢复和重建湿地的水资源。

（2）蓄滞洪区合理规划。通过分析流域内河网、湖泊、湿地洼淀的历史资料并与现场调研结果相对照，结合流域内经济社会发展状况，对洪泛区范围进行重新核算，根据流域内经济、社会的现状水平和水文、地质、环境的实际情况重新划定行洪、蓄洪、滞洪的区域，以期尽量安全、高效地利用洪水资源，从而达到在人类社会经济发展最小扰动的条件下，人为恢复自然河道、湖泊、湿地之间的水力联系。

3.4洪水资源化的措施

3.4.1河道建闸，并对河道进行增容、扩容。