雄安新区水网建设研究与实践

2023-11-17 05:38王思如胡庆芳孙晓敏李鹏飞孙金华刘米雪李传龙顾一成
中国水利 2023年20期
关键词:白沟白洋淀水系

王思如,胡庆芳,孙晓敏,杨 松,张 岩,李鹏飞,孙金华,姚 轶,刘米雪,李传龙,顾一成

(1.南京水利科学研究院 水灾害防御全国重点实验室,210029,南京;2.雄安新区建设和交通管理局,071700,雄安新区)

雄安新区位于河北省中部,分别距北京市、天津市、河北省保定市105 km、105 km、30 km,范围包括容城县、安新县、雄县及其周边区域。设立雄安新区,是以习近平同志为核心的党中央作出的一项重大历史性战略选择,是集中疏解北京非首都功能、推进京津冀协同发展的重要举措。根据《河北雄安新区总体规划(2018—2035年)》,新区的发展定位是京津冀世界级城市群的重要一极、现代化经济体系的新引擎、推动高质量发展的全国样板、高水平社会主义现代化城市,要将新区打造成为绿色生态宜居新城区、创新驱动发展引领区、协调发展示范区、开放发展先行区。

水是雄安新区宏伟蓝图的基本底色,是高质量发展的核心要素。雄安新区地处大清河水系冲积扇,有南拒马河、大清河、白沟引河等河流,华北平原最大淡水湖泊——白洋淀位于新区东南部。在华北地区气候、地理变迁和经济社会发展的历史进程中,雄安新区所在地区一度面临洪涝灾害频发、水资源短缺、水环境恶化、水生态退化的严峻水安全形势,这是新区在建设发展过程中必须着力解决的重要问题。水安全保障在新区建设发展中具有极其重要的战略地位。自设立以来,新区按照“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路,遵循白洋淀补水、治污、防洪“三位一体”统筹规划、协调推进的基本原则,坚持规划引领,从流域整体性出发,高标准、高质量推进系统治水,打造安全、清新、宜居、健康、韧性的水系网络。

一、雄安新区设立前水系情况及主要水问题

1.雄安新区设立前水系情况

雄安新区地处大清河流域腹地,区域内水系分为北支水系和南支水系。北支水系主要支流有南拒马河、北拒马河、白沟河、小清河、琉璃河、中易水、北易水等,白沟河与南拒马河在白沟镇汇合后,始称大清河;北支洪水经新盖房分洪道汇入东淀。南支水系主要支流有瀑河、漕河、府河、唐河与潴龙河等,均汇入白洋淀;南支洪水经白洋淀调蓄后,由赵王新河汇入东淀,分别经独流减河和海河干流注入渤海。雄安新区水系受地质运动、古黄河改道等自然因素影响,后又经人类活动持续塑造,尤其是新中国成立以来受到高强度人为干预影响,上游河道修建了王快、西大洋、安格庄、龙门、横山岭、口头6座大型水库,总计库容34.3亿m3,用以调蓄上游洪水、综合利用水资源;同时,建设了枣林庄枢纽,开辟了赵王新河,提高了白洋淀泄洪能力;开挖了白沟引河并设立新盖房枢纽,解决了上游防洪及下游灌溉问题。随着水利工程持续建设,大清河流域水利工程体系逐步成形,形成了以白洋淀为核心的九河下梢基本格局。

2.雄安新区设立前主要水问题

受气候、地理及人类活动因素的复合影响,雄安新区设立前,当地水问题十分突出、水安全形势极为严峻。

(1)河淀显著萎缩

首当其冲的是“华北明珠”白洋淀,淀区水域受人为侵占的情况十分突出,旱地、水田、芦苇、藕塘、鱼塘、村庄和圩堤遍布,淀区水面面积大幅度萎缩且分割严重,水体连通性差,水动力条件弱。同时,萍河、瀑河、漕河、唐河、孝义河、府河、潴龙河、白沟引河、赵王新河9 条通淀河道淤积严重,过流能力严重下降,引排不畅。

(2)洪涝灾害频发

由于白洋淀区域地处大清河蓄滞洪区,系九河下梢的低洼平原,故历史上洪涝灾害频发,新中国成立以来在1956年8月、1963年8月、1996年8月和2012年7月发生过特大洪水,民间亦曾有“白洋淀十年九涝”的说法。白洋淀千里堤的防洪标准不足50年一遇,蓄滞洪区及洼淀堤防不达标,无进退洪控制设施,而雄安新区地面平均高程较白洋淀滞洪水位低3~5 m;流域中游骨干河道未彻底治理,白沟河、新盖房分洪道防洪标准仅为10年一遇,排水管网几无覆盖。

(3)水资源严重短缺

1980—2015年当地多年平均水资源量为1.7亿m3,其中地表水资源量仅为0.08亿m3,当地人均水资源量和亩均耕地水资源量仅为全国平均水平的8%和15%。白洋淀流域水资源过度开发问题极为突出,2001—2015年水资源开发利用率一度高达128%。受气候暖干化、下垫面变化、山区水库拦蓄和河道外用水量持续增长的影响,20世纪80年代以来入淀河流几近枯竭;同时,全域地下水超采,地下水水位大幅度下降,河湖萎缩加剧。1983—1988年白洋淀曾连续“干淀”。

(4)水质污染极为突出

随着人口增长和工农业发展,当地污水排放规模增大,入河入淀污染物显著增大,加之径流补给减少,水体自净能力下降,入淀河流“有河皆干,有水皆污”,白洋淀水质曾一度劣化为Ⅴ类。2015年新区三县化肥施用强度(折纯量)达380 kg/hm2,大幅度超出了生态县(含县级市)建设指标250 kg/hm2的阈值。

(5)水生态大幅度退化

受长期干淀及水质恶化等因素综合影响,水生生物生境恶化,生物多样性大幅度降低。白洋淀淀区浮游植物由129种减少至99种,浮游动物由95种减少至37种,底栖无脊椎动物由35种减少至17种,鱼类由63种减少至25种,维管植物由34种减少为几乎只有芦苇生长,野生鸟类减少至190种,哺乳动物减少至14种。

二、雄安新区水网发展定位和建设目标

为保障雄安新区水安全,支撑新区高质量建设与发展,根据《河北雄安新区规划纲要》《河北雄安新区总体规划》,雄安新区先后出台了《白洋淀生态环境治理和保护规划》《河北雄安新区防洪专项规划》《河北雄安新区水系专项规划》《河北雄安新区起步区排水(雨水)防涝专项规划》《河北雄安新区绿色空间专项规划》等一系列专项规划,明确了雄安新区水网发展定位和建设目标。

1.雄安新区水网发展定位

白洋淀流域水网密布,水生态本底良好,水历史文化积淀丰富,雄安新区具有优良独特的水系建设基础条件。《河北雄安新区总体规划》明确提出,紧扣新区历史文化和战略定位,按照高质量发展要求,打造蓝绿交织、水城共融的绿色生态宜居城区。“蓝绿交织”“水城共融”分别强调了新区水系与城市绿化、城市发展相生相长的根本要求。森林、湿地是当地自然生态系统的两大资源要素,是维持区域生态平衡、确保生态安全的基石,而水系是串联森林、湿地、农田、城镇生态系统的关键要素。“蓝绿交织”体现在大绿色空间、高植被覆盖、多植被种类与高普及性的节水型灌溉,实现生态需水与可供水量间的动态平衡。“水城共融”要求水面适宜舒朗、水深变化有序、水岸蜿蜒曲折,形成合理水系宽度、深度及水动力,构建水系与景观、建筑和谐统一的城市生活空间,展现新区“清风徐来、水波不兴、泽峰景美、城淀相映”的独特气质。

2.雄安新区水网建设目标

根据《河北雄安新区总体规划》等相关上位规划,新区水系建设规划基准年为2019年,近期规划水平年为2022年,远期规划水平年为2035年。新区水网建设的远期目标如下。

(1)格局适宜

新区打造“一核聚心、九河入淀、三水出城”的水系结构。“一核聚心”指充分发挥白洋淀在水源涵养、蓄洪防旱、生物多样性维护等方面的作用,恢复其“华北之肾”的功能;“九河”指汇入白洋淀的南拒马河、白沟引河、瀑河、漕河、府河、唐河、萍河、孝义河、潴龙河;“三水”指赵王新河、大清河及新盖房分洪道。起步区形成以南北向水系为主、东西向水系为辅的水系格局。

(2)洪涝无虞

新区起步区防洪标准为200年一遇,5个外围组团防洪标准为100 年一遇,其他特色小城镇防洪标准原则上为50年一遇;起步区内涝防治标准整体为50年一遇,按100年一遇标准进行校核,5个外围组团内涝防治标准为30年一遇,其他特色小城镇的排涝标准为20年一遇,乡村与农田排涝标准为5年一遇~10年一遇。

(3)量质兼备

白洋淀淀区水位保持在6.5~7.0 m,淀区考核断面水质达到国家地表水环境质量Ⅲ~Ⅳ类标准。起步区近期生态用水采用白沟引河引水与安格庄水库补水解决,远期以再生水补水为主。

三、雄安新区水网建设路径与措施

基于雄安新区面临的主要水问题和城市未来发展规划,进一步明确了新区水网建设路径和措施。

1.构建脉络畅通的基础水网

水网是以自然河湖为基础、引调排水工程为通道、调蓄工程为结点、智慧调控为手段,集水资源优化配置、流域防洪减灾、水生态系统保护等功能于一体的综合体系。雄安新区系统治水,既要充分尊重白洋淀水网演化的历史,又要理性认识当前实际,前瞻性考虑未来发展。要建立新区水网主骨架、畅通水网大动脉、贯穿输排水通道,打造“经纬条贯、脉络相通、泄而不竭、蓄而不盈”的健康水网格局。实施白洋淀生态清淤、开卡除堼、百淀连通、退耕还淀等工程,强化河淀的物理连通性,优化水文节律,恢复白洋淀在水源涵养、蓄洪防旱、生物多样性维护等方面的作用,给清洁的水提供干净的“盆”。通过河道综合整治与堤防加高加固等措施,打通萍河、瀑河、漕河、府河、唐河、孝义河、潴龙河、南拒马河、白沟引河9条入淀河道的水流通道;结合河道整治、防洪堤建设和枢纽工程,如枣林庄枢纽工程及其闸前开卡除堼工程,增加新盖房分洪道、大清河、赵王新河3条出城通道的行洪能力。

2.筑牢可靠协调的防洪安全底线

新区坚持人民至上、生命至上,全面治理、洪涝兼治、分区设防,把防洪工程建设作为新区高质量发展的重要任务。依托大清河流域现有防洪工程体系,统筹流域防洪与区域防洪,兼顾上下游、左右岸和干支流,以骨干河道治理、堤防和蓄滞洪区建设为重点,采取“蓄、疏、固、垫、架”等综合措施,构建可靠协调的防洪保安体系。按200 年一遇防洪标准,加高加固南拒马河右堤与白沟引河右堤以及新安北堤起步区段、萍河左堤和西北围堤;按100年一遇防洪标准,加固新安北堤雄县段、白洋淀千里堤、白沟引河左堤、障水埝、新盖房分洪道和赵王新河堤防;按50年一遇防洪标准,加高加固潴龙河堤防;按20 年一遇防洪标准,加高加固四门堤、淀南新堤,以及唐河、府河、漕河、瀑河与孝义河堤防。按照“高水高排、低水低排、蓄排结合、自排机排相结合”的排涝原则,统筹地表竖向、排水管网、城市河道、调蓄水域、闸泵坝堰等,构建生态措施和工程措施有机结合的系统化排涝体系,实现蓄排结合与科学调控。白洋淀以北区域(淀北区)建设容乌高速北、干渠北截洪渠,逐步建设区域外围泵站群,形成“北截、中疏、南蓄、适排”的排涝格局,淀东区打造以6条骨干排涝通道为纲的“两片六带”布局,确保高铁站、雄东安置区等城市重要洪涝保护对象安全无虞。

3.构建多源互补的水资源调配体系

大力实施蓄水、引水、调水与供水工程建设,构建多源互补、丰枯调剂的水资源调配体系。在不影响防洪安全的前提下,千方百计将本地水与过境水有效留置在域内,“蓄水于河、藏水于地”。从两个方面做好蓄水工作:一方面蓄住河道内的水,通过修建蓄水坝、溢流堰,科学实施水位和水量调节,实现河淀洪水资源汛末科学拦蓄与疏导,由以往单一防洪向兼顾防洪与洪水资源综合利用转变;另一方面要贯彻“水岸一体”理念,利用蓝绿空间蓄住降水,贯彻落实海绵城市建设理念,通过建设下沉式绿地、雨水花园、雨水调蓄池等,提高雨水资源就地利用效率。在科学调控和集约利用当地水资源和过境水资源的基础上,还要通过再生水利用与多源引水实现“开源”,保障白洋淀和重要城市景观水系生态用水需求并构建良好的水动力条件。规划建设新区供水专线雄安干渠,构建南水北调受水区城镇配套管网,科学利用地下水,大力提升供水保障能力,确保新区生产生活用水。

4.打造清洁健康的水环境水生态

完善城镇污水管网建设,推进城镇污水处理厂(再生水厂)建设与扩容提标;严格区域产业化准入,推进涉水企业入园进区,加强工业污染集中治理设施建设,提高工业污染全链条治理水平;综合防控农业种植污染,提高畜禽养殖粪污综合利用水平,发展生态健康渔业;实施淀中村、淀边村生态搬迁与污染治理工程,深入推进白洋淀流域入河排污口清理整治和规范化建设,开展白洋淀退耕还淀还湿工程,科学推进河道生态清淤和内源污染治理等。在此基础上,科学实施河湖生态补水,通过多源配水、补水有效维系白洋淀适宜生态水位,保护动植物生存家园。完善河湖生态保护与修复体系,加强河湖生态保护治理和水源涵养,建设入淀河道绿色生态廊道,实施兰沟洼湿地以及府河、孝义河、漕河等河口湿地修复工程,建设白洋淀鸟类栖息地。

四、雄安新区水网初步建设成效

基于雄安新区当前面临的区域水问题,紧扣水网建设目标,根据《河北雄安新区总体规划》等上位规划的顶层设计,按照高质量、高标准的建设要求,统筹控源截污、内源治理、水利调控、生态修复等综合治理措施,经过6年的大规模、高投入建设,新区水旱灾害基本可控,可用水资源量显著增加,河淀水质稳定向好,水生态环境有效改善,构建了水资源“引得进、蓄得住、流得动、排得出”的开发利用格局,蓝绿交织、水城共融的风貌逐渐显现。

1.流域与城市水系网络基本形成

围绕白洋淀实施了水网连通工程,包括白沟引河入淀口清淤疏浚工程、王家寨村清淤疏浚工程、圈头片区进村道路管涵工程、藻苲淀至安新码头疏通工程、采蒲台村进村道路管涵工程等,为解决“河湖不通、水流不畅”的突出瓶颈及复苏河淀生机奠定了基础。打通了入淀河道白沟引河、瀑河、漕河、府河、唐河、萍河、孝义河、潴龙河的过流通道,提高了出城河道新盖房分洪道、赵王新河、大清河的过流能力。建成了淀北区郊野、悦容、金湖、民俗、中央绿谷、东部溪谷等六大城市公园水系,完善了“闸-坝-堰-泵”相结合的城市水系调控体系。雄安新区已建成水系和2035 年规划水系分布如图1所示。

图1 雄安新区已建成水系和2035年规划水系分布示意图

2.流域和城市防洪防涝能力显著提升

目前,起步区、容城、安新组团防洪标准已基本达到200 年一遇,雄县、昝岗组团防洪标准已基本达到100 年一遇。截至目前,已建和在建防洪工程共计13 项,已开展前期论证的防洪工程共计9 项,包括南拒马河、白沟引河、萍河、新盖房分洪道、大清河与赵王新河等防洪治理工程,新安北堤、寨里西堤与障水埝等堤防加高加固工程,唐河河谷郊野公园、白洋淀淀区开卡除堼、赵王新河治理与西北围堤生态防洪堤等综合治理工程,新盖房枢纽和枣林庄枢纽改扩建工程等。以上工程主要包括堤防、闸门、穿堤建筑物、堤顶道路、堤防景观绿化、分洪堰、河道疏浚、生态护坡、蓄水坝、蓄滞洪区建设等内容,同时还包含配套的非工程措施。新区已建、在建与规划堤防工程分布如图2所示。目前,淀北区已建成荣乌高速北截洪渠,并在截洪渠东侧建设了排涝泵站,排涝流量为50 m3/s。防洪体系建设进程中,坚持系统思维,科学规划,合理安排建设时序,严格控制工程质量,已实施的防洪工程在应对海河“23·7”流域性特大洪水中发挥了重要作用。

图2 雄安新区已建、在建及规划堤防分布示意图

3.初步实现了雨洪综合利用和水体有序流动

雄安新区贯彻新发展理念,积极突破传统治水思路,推动治水创新,将洪水与水量调控有机结合,水量调控思路由单纯防洪保安向雨洪资源综合利用转变,留住用好每一方宝贵的水资源。白沟引河是新区沟通南拒马河和白洋淀的重要河道,以往以防洪为主,河道上游来水直接入淀归海,在保障防洪安全的同时却也造成水资源的浪费。依托南拒马河气盾坝—新盖房枢纽—白沟引河蓄水坝,形成三级梯级拦蓄系统。通过底轴驱动式闸坝梯级蓄水自动化控制技术的创新应用,采用物联感知和蓄水闸坝智能调控,使梯级蓄水调控设施具备迅速自动卧倒能力。目前,该梯级拦蓄工程在不影响白沟引河河道行洪前提下,其雨洪资源利用方面已取得重要成效,经河道三维建模精细统计,增加河道有效调蓄能力1283万m3(相当于1座中型水库),平均每年新增可利用水量约1090万m3。

蓝绿交织、水城共融的前提是充足的源头活水。白洋淀和新区城市水系的活水从何而来,是亟须解决的根本问题。针对新区水资源短缺的情况,在水利部等部门的大力支持下,科学利用引黄入冀补淀、上游水库、当地再生水、南水北调中线等水源,对南拒马河—白沟引河、北拒马河—白沟河、唐河、瀑河、沙河—潴龙河、白洋淀等6处河湖实施生态补水。根据《华北地区地下水超采综合治理行动总结评估报告》,截至2022年年底,已对6处河湖实施生态补水82亿m3,区域地下水水位较补水前抬升约3.1 m。同时,新区统筹外来水、本地水、常规水源与非常规水源(上游城市和当地再生水),按照先节水再调水、先蓄水再引水、先再生水后新鲜水的原则,构建分质运用、丰枯调剂的多水源供水体系。

目前,府河、孝义河、瀑河、白沟引河和引黄入冀补淀5条通道已基本实现稳定补水。府河和孝义河水源主要为再生水,补水能力分别为12 m3/s 和4 m3/s;瀑河水源主要是上游来水和水库水,补水能力为3 m3/s;白沟引河水源主要是上游来水和水库水,非汛期河道平均流量为11 m3/s;引黄入冀补淀水源主要是黄河,依靠大树刘泵站向白洋淀补水,其补水能力为30 m3/s。白洋淀二维水动力精细化数值模拟结果显示,5 条补水通道同时发挥补水能力情况下,淀区超过44%的水域拥有较好流态,有73%的水域能够流动起来(图3)。目前,白洋淀淀区水位动态保持在6.5~7.0 m,水面面积维持在100 km2以上。

图3 白洋淀常态化补水水流流速分级示意图

雄安新区淀北区自北向南地面高差近10 m。为尽可能地随形就势、因势利导、自流活水,新区根据需要在城市水系上构建了闸-坝-堰-泵梯级调控系统。以中央绿谷-东部溪谷水系为例。一是践行多源补水、双向引水。充分利用雨洪资源,近期采用南拒马河、白沟引河、南水北调、白洋淀(退水)等水源补水,远期采用再生水补水,补水流向以北水南补为主,以南水北引为备(环岛水系可利用白洋淀退水)。二是按需配水、集中动力。截至目前,布设了1个临时引水泵站(未来将利用闸门自流引水)、8个溢流堰和1个排涝闸泵,按照局部河段、河道和片区补水需求,因地制宜实现水利工程联合调度。三是精准调控、有序流动。运用信息化与智能化手段,实现数值模型精准模拟、情景方案预演调试,合理调控水位区间,促进河网水体有序流动。

4.河淀水环境质量与生物多样性明显改善

新区持续推进控源截污、河淀清淤整治和多源补水等综合措施,昝岗片区再生水厂一期、容东片区再生水厂一期和二期、南张水资源再生中心一期等工程已完成建设并投入运行,总规模约14.5 万t/d,起步区2#水资源再生中心一期正在加快建设,规模为7.5万t/d;安新县污水处理厂已开展提标改造工作,处理规模4万t/d;容城县雨污分流加快推进,容东、容西、启动区污水管网、初雨调蓄池建设持续推进。新区有序推进了白洋淀退耕还淀还湿工程、河道生态清淤与内源污染治理工程,分步实施了淀中村、淀边村生态搬迁与污染治理工程,有效整治了白洋淀流域入河排污口,建设了府河、孝义河绿色生态廊道,科学践行了河淀生态补水,有效维系了白洋淀适宜生态水位,实施了府河、孝义河、漕河等河口净化湿地,白洋淀水质提升至Ⅲ~Ⅳ类。建设了白洋淀鸟类栖息地,保护了鱼类与鸟类的生存家园,260 种野生鸟类安家落户。优化了城市公园水系水生态设计理念,多层次布局垂向空间,构建复合水生生境,保证岸线稳定,优化了水岸景观效果。设置常态水位变幅区,布置足够宽度的耐淹植被,适当点缀景观摆石;设置补水水位缓冲区,优先布局海绵设施,发挥水质净化功能;设置弹性调蓄区,以种植耐冲植被为主,打造韧性空间;设置滨水空间休憩区,采用乔、灌、草立体种植方式,形成物种多样的稳定生态系统,创造安全、舒适、宜人的休憩空间。

五、结语

建设雄安新区,是千年大计、国家大事。雄安新区历经6年建设,践行科技治水、智慧兴水,织成了健康水网,引来了源头活水,蓄起了淀泊,滋养了生态,营造了美景,初步实现了“蓝绿交织、水城共融”“湖晏、水清、岸绿、景美、人和”的目标,“华北明珠”重新焕发了生机,使新区走上人水城共兴共荣的高质量发展之路。

在雄安新区水网建设已取得成效的基础上,建议进一步按照《河北雄安新区总体规划》《白洋淀生态环境治理和保护规划》《河北雄安新区防洪专项规划》《河北雄安新区水系专项规划》等要求部署,持续推进水系连通工程建设,在引黄、引江等外部水源支撑下,持续提升生态补水工作质效,保障白洋淀适宜生态水位,强化白洋淀“华北之肾”的生态功能,再现“华北明珠”的璀璨光辉;同时,及时复盘海河“23·7”流域性特大洪水,评估防洪排涝工程薄弱环节,继续完善城市防洪防涝基础设施,优化白洋淀蓄滞洪区建设,构建国际一流的现代化防洪减灾体系;深化水环境治理和水生态保护修复,加强白洋淀水生态系统监测,推动水质达标、生态复苏;以数字孪生技术为重要驱动,大力推进智慧水利建设,提升水网智能感知和调控能力;进一步统筹水与景观、文化的关系,深入推进“经纬条贯、脉络相通、泄而不竭、蓄而不盈”的城市水系建设,形成错落有致、精致细腻并与厚重历史、优秀文化有机融合的城市景观,实现新区水系由“因城而兴”到“以淀兴城、以水润城”的深刻转变。

雄安新区城市公园水系 供图 中国雄安集团生态建设投资有限公司

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