滨海地区生态建设与雨洪水资源化——以莱州市王河流域为例(刘青勇 杜贞栋 黄继文 李旺林)

1 / 12 滨海地区生态建设与雨洪水资源化 以莱州市王河流域为例 (刘青勇 杜贞栋 黄继文 李旺林 ) 摘要 山东半岛滨海地区的降雨年内分配不均，全年的降雨量有三分之二集中在汛期。该区多年平均河川径流量为74.23 亿 m3，拦蓄量为 25.18 亿 m3，仅为河川径流量的33.92，有 66.08的河川径流量直接流入海洋。滨海地区雨洪水资源化是节水型社会和生态建设的重要内容。以莱州市王河流域为例分析了山东省滨海地区的生态环境问题。利用地表水和地下水的联合运用计算模型，分析了多年入海径流量。提出了拦蓄补源和地下水库集雨利用的工 程模式和流域生态与水资源保护措施。 关键词：水资源；雨洪水资源化；生态建设；王河；莱 州市 1 流域现状与生态问题 1.1 流域基本情况 王河位于莱州市东北部，发源于招远市塔山，在招远市境内河长 2km，流域面积 15km2；王河流经莱州市的三元、驿道、曲家、苗家、平里店、西由、过西、三山岛等乡镇，在三山岛附近注入莱州湾。该河在莱州市境内王河主槽长48km，流域最大宽度 28km，总流域面积 449.19km2。王河流域东与龙泉河相毗邻，西与龙王河接壤，南以沟山、塔山为界，与小沽河分水，北部临渤海莱州湾。 2 / 12 1.拦蓄补源工程 莱州市 19562000 年多年降水量为 601.2mm。王河位于市域东北部，向北流入渤海，是莱州市流域面积 (449.19km2)最大的河流，上游有白云洞、赵家、坎上三座中型水库；小(一 )型水库 l 座，总库容 167 万 m3，兴利库容 62.5 万 m3；小 (二 )型水库 27 座，总库容 686.45 万 m3，兴利库容 384.9万 m3；塘坝、谷坊共 494 座，总库容 682.2 万 m3。全流域累计总库容 5515.65 万 m3，兴利库容 3481.6 万 m3，控制流域面积 147.16km2。王河流域多年平均径流量 6990 万 m3。王 河下游兴建了 地下水库，总库容 5693 万 m3。 1.王河流域生态问题 (1) 王河流域上游现有针叶林类型单一，物种减少，基本上以次生林为主，森林覆盖率低。由于人口增加，农业开垦，以及山丘区水源涵养林因放山砍材、间伐导致林木破坏，林相稀疏，难以涵养水源，造成水土流失，直接影响到下游河道。 (2) 由于多年干旱及王河上游水资源的开发利用，平原区河道长期断流或径流量很小，对平原区地下水补给量减少。 (3) 由于河流为季节性河流，且源短流急，汛期洪水暴涨暴落，大量洪水入海，枯水期则径流量很小，径流量时空分布不均 ，水资源开发利用难度较大。 3 / 12 (4) 河道长期缺水，河道生态遭到破坏。 (5) 王河下游存在海水入侵问题。自上世纪 70 年代，王河流域发生了海水入侵， 2003 年王河地下水库库区内氯离子含量大于 250mg/L 的面积为 27km2，比 2001 年减少近 km2，由于回灌补源及调水至人工湖，王河河床两侧及人工湖周围地下水中氯离子含量减少，其中库区内大沙埠庄冷库井，氯离子含量由 2001年的 468.7mg/L降到 2003年的 290.26mg/L，史家村东北井，由 240.5mg/L 降到 176.68mg/L，人工湖南西尹家村西 北井，由 185.05mg/L 降到 93.39mg/L。虽然近几年海水入侵现 象得到遏制，但仍需加强保护措施。 (6) 王河流域存在着污染问题。主要企业污水年排放量为 48783m3/a,农药使用量为 761 t/a，化肥使用量10707t/a。 流域地表水、地下水联合运用分析 .1 王河流域水资源系统的组成 一个地区的自然水资源可以分成当地降水及其产生的地面径流、当地的地下潜流以及从境外来的水流，前二者可视为主水资源，后者则视为客水资源。王河水资源系统是一个包括来水、出水、用水和排水等子系统构成的综合整体，根据王 河流域境内地貌、地质、土壤质地等自然条件的差异并兼顾行政区划等因素，将该区划分为四个分区，如表 1。 王河流域水资源联合调度模拟模型演算过程如下 1：4 / 12 (1)确定王河流域水资源管理调度方案； (2)数据文件库调入有关基本数据及有关参数； (3)对王河流域各用水部门 (工业、生活等六个用水部门 )需水量进行预测； (4)对粮食作物(小麦、玉米 )灌溉需水进行逐年推求； (5)对王河干流设定断面的逐年逐时段的径流量进行推求； (6)按规划方案对各水库及拦河闸进行地表水的调度计算； (7)配水计算，即根据各分区供需双方情况进行各时段 的配水调度演算； (8)地表水、地下水联合 (优化 )调度计算：在每个时段先对各子区进行垂向的水资源量的 交换计算，再进行各子区之间水平方向的水资源量的交换计算； (9)在计算年进行各时段水资源供需平衡分析； (10)若计算年小于设定的终止计算年份，则继续循环计算，若计算年等于终止计算年份，则程序自动脱离循环计算； (11)对逐年计算成果进行统计，并根据要求存入数据文件库以备查阅或打印输出。 .王河流域地表水、地下水量联合调度模拟方法 在水资源联合调度模拟计算中，是由各自担负着不同计算任务的工作模块来执行的，工作模块化分 为如下几种类型： (1)存储及传递各种基本数据及各种信息的工作模块 (亦称数据文件库 )，如用于存储当地降雨量系列，有关国民经济指标、各种水文地质参数等； (2)计算供需双方可供水量及所需水量的工作模块，主要是对当地降水、河道水库蓄水、地下水补给等的统计计算以及对当地工业、生活、农业等用5 / 12 水部门蓄水量的预测计算； (3)水资源联合调度工作模块；(4)计算成果输出工作模块。可根据需要对各种计算成果进行统计及输出；在水资源联合调度计算中 ，时间系列长度选择主要取决于当地已有的历史降雨系列的长短和计算时段的选择，除在推求粮食作 物灌溉需水采用以日计外，均以月作为最短的计算时间单位。 所建立的计算模型根据要求可进行多方案的演算，每种方案可输出如下主要计算成果：各子区及全区范围内逐年逐时段的水资源供需分析；各子区逐时段地下水位的动态变化；不同灌区粮食作物需水与供水的分析；各水库及各拦河闸水均衡分析；因水资源供需动态变化造成滨海平原区地下水位动态变化对海水入侵影响的分析。通过各种控制指令，可以把各种工作模块联系起来形成统一的动态模拟系统，从而共同完成王河流域长时间系列水资源动态模拟演算的全过程。 .3 计算结果分析 依据多余雨洪水利用工 程规划的要求，对王河流域的水资源供需平衡及地下水动态变化进行了长时间系列的 (31 年 )的模拟分析，对新增拦蓄工程进行了多方案的计算，以 2020年作为规划年，每年新增拦蓄雨洪水资源量 125 万 m3 的条件下，预测王河流域弃水入海量为 3700 万 m3，兴建雨洪利用工程多年平均可增加雨洪资源量 1800 万 m3。因此，在王6 / 12 河建立库容 5000 万 m3 的地下水库不仅可以有效利用汛期雨水资源，还可以引调黄河水补充地下水防治海水入侵。 地下水库集雨利用工程模式 王河地下水库位于莱州市西北 20km 处，西部、北部濒临渤海。库区总面积 68.49km2，干流长 10km。总库容 5693万 m3，最大调节库容 3273 万 m3。 2004 年 6 月完成部分渗井工程和地下北坝、地下西坝，地下水库开始发挥经济效益，2006 年 6 月地下水库工程竣工。其主要工程设计如下： (1) 地下坝工程 地下坝分为北坝、西坝和副坝。北坝为库区的北边界，由仓上向东穿过西由拦河闸再向东延伸一段，然后向南转角53 度至西由镇街西东北岩石裸露处，地下坝最大墙高34.13m，全长 5484m。西坝由仓上向南，经过崔家、武家村至龙王河北岸，地下坝最大墙高 36.81m，全长 7269m。副坝由西由 镇村南沿东北 西南走向截断古河道，全长约 800m。地下坝采用高压喷射板墙，其中北坝、西坝分别采用定喷 (上部 10m 墙高 )、摆喷 (定喷以下旋喷以上 )和旋喷 (墙底入基岩0.5m 内 )，副坝均为摆喷。孔距 1.8m，墙厚 0.18m。 (2) 回灌工程 地下回灌工程包括表面拦蓄补源工程和地下回灌补源工程两部分。表面拦蓄补源工程通过改建西由拦河闸、新建过西橡胶坝和利用现有的院上拦河闸，扩大河道拦蓄水量，7 / 12 增加入渗补给量。地下水回灌补源工程通过新建王河河道内机渗井、人工渗渠和过西引水回灌渠系，加速地表水转化为地下水。 王河 机渗井工程 王河河道内新建机渗井 1068 眼，机渗井沿河道走向布置，布置方式为梅花型，横向井距 50m，纵向排距 12.5m，平均深度 16m，机渗井穿透各含水层至基岩，为完整井。机渗井入渗量根据含水层的特点，参考其他工程试验值，通过现场试验最后确定，初选的机渗井入渗量依含水层厚度的不同分别采用 200499m3/d。 机渗井的结构设计：机渗井直径 900mm，井内埋设外径500mm、内径 420mm的砼滤管，滤管与井壁之间回填直径 14cm的碎石，井口加带有锥形孔的钢筋砼圆形井盖，井盖外径700mm，井底用直径 900mm 的砼底托盘封底。机渗井位于底宽 1.9m、口宽 3.9m、深 1.0m 的倒锥台型集水坑内，坑内回填两层反滤料，其中底层反滤料为高 0.8m、粒径 14cm 的碎石，顶层反滤料为厚 0.3m 的中粗砂。 王河人工渗渠工程 王河河道内新建人工渗渠 65 条，并利用原有的 122 条人工渗渠。人工渗渠间距 25m，每个人工渗渠的入渗量采用实测值 217m3 d。人工渗渠长 80m，宽 2m，深 2m，渗渠两端各设直径 2m、深 49m 的渗井，渗井挖穿地表粘土隔水层，8 / 12 并深入到砂层内 0.5m。渗渠、渗井内回填砂砾石，表层为反滤层。 过西引水回 灌渠系 过西引水回灌渠是从过西橡胶坝向西至尹家人工湖开挖的专用引水入渗回灌渠系，引水回灌渠全长 2.29km，包括引水渠一条、渠内机渗井 142 眼、 100 万 m3 回灌坑一个，其中回灌坑为废弃的砂石坑。 (3) 开采工程 地下水开采工程为库区内农用灌溉井，为 3 万吨的净水厂提供水源的两个水源地的抽水井群 (尹家水源地和院上水源地 )。王河地下水库工程布置图见图 1。 王河流域生态建设与水资源保护措施 (1) 建立现代化水质监测系统。加强地表水、地下水水质监测，王河上游规划布设三个监测点，白云洞水库、赵家水库、坎上水库三 个水库每年 2 次汛前、汛后两次监测水质；王河全流域布设三个断面东周庭拦河闸、平里店婴里拦河闸和西由拦河闸三处分汛前、汛后监测水质。布设地下水水质监测点，上游山丘区监测点可稀疏，王河地下水库库区可增加监测网点，全面掌握王河流域地表、地下水质状况。 通过水质监测网点的建立，规划王河水质生态型目标，使地下地表水功能达标率由现状的 78%达到 2010 年的 85%，2020 年 95%， 2030 年 100%。 9 / 12 (2) 加强城乡水环境综合治理。通过实施河道整治，污水截流，达标排放，确保水体不受污染。在王河中下游考虑增加污水处理设 施，提高污水处理能力，实施清洁生产和污染物总量控制，控制点源污染，禁止向河道直接排放污水和垃圾，加强入河排污口的监测与管理，保证河道水体达到水功能区划目标，同时对非法采金、炼金、围垦河道等违法行为采取严厉措施。规划三山岛街道建一座污水处理厂，处理能力 3 万 t/d。 (3) 通过加强生态农业建设步伐，减少农药、化肥使用量。控制面源污染，保证地表水达到 类水质以上标准。 (4) 植树造林，保持水土。王河上游山丘区是王河主要产水区，水质优良，基本未遭受污染，然而由于人们采石、开矿及砍伐、过度放牧等人类活动，致使 植被破坏，水土流失，不仅原有产水潜力没有得到充分发挥，而且水资源数量和质量呈下降趋势，为此上游山丘区应多途径恢复植被，在浅山、丘陵带宜林地，建成稳定的水源涵养林，一方面改善了流域生态环境，另一方面水源涵养林也是绿色水库，保障和扩大对下游的水源供给，保障河道生态需水。考虑王河流域森林覆盖率和水土流失治理率，作为生态型的一个指标。 (5) 保证河道一定的生态需水量，逐步改善和修复河道生态。 结 语 10 / 12 山东半岛滨海地区由于地下水开采多集中于河流下游冲洪积平原和滨海平原，长时间超采形成区域性地下水位降落漏斗，引起了 海水入侵。山东半岛地区多年平均河川径流量为 74.23 亿 m3，拦蓄量为 25.18 亿 m3，仅为河川径流量的 33.92，有 66.08的河川径流量直接流入海洋。王河流域雨水资源化的实践表明，山东半岛滨海地区地表径流拦蓄利用潜力很大，关键是如何通过地表拦蓄工程将这部分地表水引入地下水库区，实现雨洪水资源化。此外，加强水资源保护和水环境保护，也是滨海地区生态建设和雨洪水资源化的重要内容。 参考文献 1刘青勇，董广青，耿树德，等 . 王河流域防治海水入侵的拦蓄补源及调度技术研究 .水利水电技术 J，1997， 28， 18 20. 2李旺林，束龙仓，殷宗泽地下水库的概念和设计理论 J水利学报， 2006， 37， 613 618 3翁文斌，王忠静，赵建世 .2004.现代水资源规划 理论、方法和技术 .XX:清华大学出版社 . Ecological construction and rainwater utilization in coastal area Exempled at Wanghe river basin in Laizhou Liu1 Qingyong, Du1 Zhendong, Huang1 Jiwen, 11 / 12 LiWangli (1.Water conservancy Research Institute of Shandong province ,2. Shandong provincial water transfer project research center,25001) Abstract: Rain water distribution is uneven in a year in coastal area of Shandong peninsula. Average runoff of the river at the many years is.billion m, the water storage is.billion m, which account for4% of the runoff of the river. Of6% the total runoff is flow to the sea. The rain water utilization and flood control is one of the impor