衡水市雨水資源環(huán)境及利用前景分析研究

韓 燕，李海濤

(河北省衡水水文水資源勘測局，河北 衡水 053000)

衡水市位于河北省東南部，由于氣候、地形等因素影響，水資源短缺問題日益顯著，全市人均水資源占有量僅為148 m3，是全省人均水平的47.6%，全國的6.7%和世界的 2%。無論生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、還是第三產(chǎn)業(yè)，對水的需求量越來越大，因此充分開發(fā)利用城市雨水，對城市雨水水質(zhì)狀況進行分析研究，為城市雨水資源利用提供科學依據(jù)，對解決衡水市水資源短缺現(xiàn)狀，滿足衡水市經(jīng)濟和生活的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義[1]。

1 雨水資源

1.1 生態(tài)水

2010年8月，對市區(qū)內(nèi)胡塘排干永興路橋和怡水園分別進行了取樣分析。對照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838－2002)進行評價，市內(nèi)胡塘排干永興路橋和怡水園的水質(zhì)狀況均為劣Ⅴ類水，主要污染物質(zhì)為氨氮、硫化物、高錳酸鹽指數(shù)和氟化物。水質(zhì)級別及評價結(jié)果詳見表1。

表1 衡水市區(qū)生態(tài)水水質(zhì)級別及主要污染物質(zhì)表

對照中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標準《再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標準》(CJ/T95－2000)進行分析評價，兩處景觀水中pH值、總磷、溶解性鐵和揮發(fā)酚均符合景觀水體水質(zhì)標準，而氯化物均超出標準值，(景觀水氯化物標準值為350 mg/L，其中永興路橋氯化物含量為1 270 mg/L、怡水園氯化物含量為489 mg/L)。

1.2 暴雨路面積水

2010年8月19日、2011年7月30日和2013年8月14日，分別對衡水市主要積水地段道路積水采樣分析。根據(jù)各采樣點水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，按水利部頒發(fā)的《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838－2002)分別對2010、2011和2013年結(jié)果進行了水質(zhì)分析評價。

評價結(jié)果為2010年的5處采樣地段均為劣Ⅴ類水，主要超標項目為氨氮、氟化物、總磷和高錳酸鹽指數(shù)四項。2011年7處地點中，除干馬橋為Ⅴ類水外，其余6處均為劣Ⅴ類水。2013年3處地點中，中華大街地道橋為Ⅴ類水，其余兩處為劣Ⅴ類水。暴雨路面積水各采樣點的水質(zhì)評價結(jié)果詳見表2。

1.3 天然雨水

鑒于城市雨水利用對于經(jīng)濟和生活可持續(xù)發(fā)展的重要意義，分別于2010年8月 19日、2011年 7月 30日和 2013年7、8月份降雨過程中，在水文局院內(nèi)和相關(guān)水文站進行了雨水水樣收集和分析工作。檢測結(jié)果按水利部頒發(fā)的《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838－2002)進行水質(zhì)分析評價，2010年天然雨水水質(zhì)狀況較好，水質(zhì)級別為Ⅱ類;2010年雨水狀況較好，檢測結(jié)果還對照中華人民共和國行業(yè)建設(shè)標準《飲用凈水水質(zhì)標準》(CJ94－1999)分析評價，符合飲用凈水標準值。2011年天然雨水水質(zhì)級別較差，為劣ⅴ類，主要超標項目為總氮、氨氮和汞。2013年對水文局院內(nèi)、衡水水文站、衡水湖水文站和實驗站進行了雨水水樣收集和分析工作，除了衡水水文站、實驗站7月10號的水質(zhì)級別為Ⅱ、Ⅲ類，其余均為Ⅳ類或以上，主要超標項目和倍數(shù)詳見表3。

2 可行性與必要性

2.1 必要性分析

2.1.1 年內(nèi)降水分配不均

衡水市多年平均降水量為522.5 mm。降水量的年際變化較大，變差系數(shù)大多在0.3～0.4之間。深州雨量站最大年降水量990 mm(1964年)，最小年降水量166 mm(1965年)。其余各市縣年平均雨量最大、最小之比在3～4之間。不同保證率降水量統(tǒng)計見表4。

降水量的年內(nèi)分配很不均勻，全年降水量的70% ～80%集中在汛期6～9月份，尤其又多集中發(fā)生在7～8兩個月的一場或幾場暴雨中。非汛期降水量較小，時常出現(xiàn)一個月或幾個月無降水。降水量年內(nèi)分配見表5。

表2 暴雨路面積水采樣點水質(zhì)類別及主要污染物質(zhì)表

表3 天然雨水水質(zhì)類別及主要污染物質(zhì)表

2.1.2 供需矛盾突出

平水年我市可供水量為 142 562.30萬 m3，需水量為177 043.46 萬 m3，缺 水 34 481.16 萬 m3，供 需 比 為80.52%。11個縣市區(qū)均缺水。其中缺水量最大的是冀州市和深州市，缺水量分別為5 714.60萬 m3和4 985.99萬 m3，缺水量最小的故城縣缺水量也達 1 408.72萬 m3，供需矛盾相當突出[2]。

2.1.3 水污染嚴重

因滏陽河河水污染，沿河兩岸被迫停灌，造成農(nóng)作物減產(chǎn)。因污水滲透，飲用水井水變壞，損失巨大。滏陽河生態(tài)遭到破壞，魚蝦絕跡，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、運輸業(yè)早已成為歷史。由于河水被污染，再加上干旱，沿河兩岸的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)被迫超量開采地下水，造成地下水連年下降、地下水水質(zhì)惡化、地面沉降，咸水入侵等一系列的環(huán)境地質(zhì)問題。由于過境地表客水逐漸減少，各主要河道非汛期以接納上游和本地污水為主，河道污染嚴重，對河道周圍環(huán)境和水利工程造成嚴重影響;水壩、閘涵、橋墩腐蝕日趨嚴重，縮短了河道工程的使用壽命，直接關(guān)系到工程的正常調(diào)度和安全運行。由于地表水污染程度不斷增加，嚴重影響了地下水水質(zhì)，近年來人們由于飲用受污染的地下水，發(fā)病率逐年增加，因此水質(zhì)污染對人體危害相當嚴重。

2.2 可行性分析

雨水資源屬于比較直接的水資源補充途徑，已經(jīng)逐步被人們認為是解決水資源不足問題的有效途徑。[3]天然水具有硬度低，污染物少等優(yōu)點，因此它在減少城市雨洪危害，開拓水源方面正日益成為主要主題。雨水收集利用對保持水土和改善生態(tài)環(huán)境發(fā)揮了重要的作用。不但減少了地下水開采，而且還可以補充部分地下水，減輕整個自然界水循環(huán)系統(tǒng)的壓力。減少水土流失，對建設(shè)生態(tài)農(nóng)業(yè)、生態(tài)城市，保護環(huán)境都具有十分重大的意義。衡水市水資源短缺問題日益突出，水資源供需矛盾日益突出，充分開發(fā)利用雨水資源，將凈化的雨水用于生活用水，對于緩解水資源供需矛盾有這很重要的意義。增辟水源，提高水資源利用效率雨水是地下水補給的主要方式，利用雨水補給地下水資源是非常經(jīng)濟而有效的方式。衡水市地下水資源日益匱乏，地下漏斗情況日益突出，充分開發(fā)利用天然雨水，補給地下水，為衡水市生活和生產(chǎn)用水提供補充。

3 雨水資源利用前景分析

在自然降雨條件下，自然集水面的徑流產(chǎn)生過程十分復雜，與降雨量、降雨強度、雨型、前期土壤含水量、植被該度和坡度等都有關(guān)系。根據(jù)對衡水市降雨徑流關(guān)系分析，衡水市年降雨徑流系數(shù)為0.18，采用年降雨徑流系數(shù)作為衡水市集流面集流效率計算，則單位面積集水量可用下式計算[4]:

Wa=k×η×Rp×M

式中:k為單位換算系數(shù);M為集水面積，hm2;Rp為對應(yīng)p頻率的降水量，mm;η為集流面集流效率;Wa為天然降水條件下單位面積年集水量，m3/hm2。

按照枯水年計算，年降水量為267.2 mm，降雨徑流系數(shù)采用0.18，則有效降雨為48.1 mm。單位面積集水量為481 m3/hm2。不同保證率降雨情況下單位面積集水量計算結(jié)果見表6。

表4 衡水市各行政分區(qū)不同保證率年降水量統(tǒng)計表 mm

表5 衡水市不同保證率降水量年內(nèi)分配表 mm

表6 衡水市單位面積集水量計算結(jié)果

經(jīng)分析計算衡水市降水量充足，據(jù)國內(nèi)相關(guān)資料表明，一般年平均降雨量大于200 mm的地方都能發(fā)展集雨工程，年降水在300～350 mm以上的地區(qū)經(jīng)濟效益更好[5]。衡水市城區(qū)的多年平均降水量為489.7 mm，降水量較為豐沛，為雨水資源利用提供了有利的保障。

4 雨水利用規(guī)劃對策和建議

1)充分利用現(xiàn)有的引蓄水工程，發(fā)揮工程效益。衡水湖是衡水市最大的蓄水工程，蓄水能力已達1.88億 m3。作為衡水市區(qū)水網(wǎng)的重要組成部分，怡水河、迎賓河、滏陽河，貫通衡水市區(qū)，即是城市水景景觀又是衡水市區(qū)主要行洪河流，承擔衡水市的引蓄水工程和防洪安全。為衡水市雨水集蓄利用等集雨工程的規(guī)劃建設(shè)提供了基礎(chǔ)。

2)加強城市雨水利用規(guī)劃。衡水市各項規(guī)劃都將影響到雨水收集和利用，要有效利用雨水，必須制定適宜的雨水利用方案。充分考慮衡水市的降雨特點和自然地理條件，科學處理雨水在自然循環(huán)和城市中的關(guān)系，大力推行雨水的生態(tài)化綜合利用，使雨水能滲入地下或進行地下雨水儲蓄。在雨水資源時空分布較集中的區(qū)域，采用大型的水利工程攔蓄雨水。在公路兩旁規(guī)劃綠色植物景觀帶，既可攔蓄雨水，涵養(yǎng)水源，又可防止水土流失，形成良好的水循環(huán)[6]。通過雨水資源化與徑流控制可節(jié)省城市排水設(shè)施的投資和運行費用。

3)擴展使用主體及使用途徑。目前，衡水市雨水利用的普及率較低，今后可在企事業(yè)單位、大專院校、新建小區(qū)、公園和體育場等單位，修建集雨池、集雨窖收集雨水。建立雨水利用試點和示范工程，不斷總結(jié)推廣經(jīng)驗。既要考慮雨水利用的直接經(jīng)濟效益又要兼顧環(huán)境與社會效益。拓寬雨水使用途徑，發(fā)揮雨水資源的多重功能，充分將雨水利用于園林澆灌，居民沖廁和保潔等。鼓勵高校和科研單位加強雨水利用的研究工作，探索適合不同雨水利用方式的收集、凈化、儲存技術(shù)與標準，使雨水使用方式多元化[7]。

4)健全政策法規(guī)和管理機制。健全政策法規(guī)和管理機制，明確管理方法和實施細則，使雨水的綜合管理同建筑與小區(qū)的雨水收集利用有機的結(jié)合。加強宣傳強化公眾教育，通過宣傳和實踐進一步提高公眾節(jié)水觀念和雨水資源利用意識，使城市居民認識到雨水資源利用的必要性、可行性、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。

5 結(jié)語

隨著城市化的發(fā)展，許多城市面臨水資源短缺的問題。雨水是一種最根本、最直接、最經(jīng)濟的水資源，是自然界水循環(huán)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，對調(diào)節(jié)、補充地區(qū)水資源和改善及保護生態(tài)環(huán)境起著極為關(guān)鍵的作用，因此雨水利用是實現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展的一條重要途徑，加大科學利用雨水宣傳，普及雨水利用知識，因地制宜地開發(fā)雨水利用模式，有計劃的推進雨水利用行動。

[1]張笑天，李紅艷.衡水市城市雨洪水環(huán)境狀況分析研究[J].地下水.2013，1:86.

[2]河北省衡水水文水資源勘測局.衡水市水資源評價報告[R].2006.

[3]徐佳.衡水市城區(qū)雨水資源利用研究[J].水生態(tài)文明建設(shè)研究與實踐.2013，178 －181.

[4]喬光建.山區(qū)雨水利用技術(shù)及分析計算.區(qū)域水文水資源問題研究.2010.

[5]陳娟.呼和浩特市雨洪資源利用前景[J].內(nèi)蒙古水利.2004(1):112－119

[6]耿俊華.廊坊市城市雨水資源利用分析與對策.水科學與工程技術(shù).2011(2)

[7]閆麗娟，郭慶富.合肥市城區(qū)雨水利用效益分析.南水北調(diào)與水利科技.2011(2):126－129