北京翠湖国家城市湿地公园水量平衡及效益分析（白国营,梁灵君,刘乔木,徐小伟）

时间：2022-02-19 15:25:12 浏览量：次

摘要：通过分析翠湖国家城市湿地公园的生态需水量、项目区可利用来水量及项目发挥的效益,认为从用水角度来看该项目能充分利用地表水、实现污水资源化、改善水质、提高水资源利用率, 是一项具有环境效益、经济效益和明显社会效益的环保工程。

关键词：翠湖湿地水量平衡分析

中图分类号：TV214 文献标识码：A 文章编号：1673- 4673( 2007) 03- 0020- 04

Analysis on water balance and benefit of Cuihu National Wetland Park in Beijing

BAI Guo- ying LIANG Ling- jun LIU Qiao- mu XU Xiao- wei

(Beijing Hydrologic Center, Beijing, 100039, China)

Abstr act :This paper analyzed the eco - environment water requirement of the Cuihu National Wetland Park in Beijing, available water in the project area and the project benefit. Results show that this project can fully use the surface water, realize reuse of sewage water, improve water quality and increase water use efficiency. Therefore, it is an environmental protection project with distinct environmental, economical and social benefits.

Key word :Cuihu National Wetland Park Eco- environment water requirement Analysis

1 项目概况

城市湿地公园是一种独特的公园类型, 是指纳入城市绿地系统规划的、具有湿地生态功能和典型特征的、以生态保护、科普教育、自然野趣和休闲游览为主要内容的公园。2005 年5 月建设部批准修建北京翠湖国家城市湿地公园, 此公园是第一批国家级城市湿地公园, 也是目前北京市唯一的国家级城市湿地公园。翠湖湿地公园规划面积267 hm2, 分为湿地保护区、湿地展示区、湿地游览区和服务管理区4 个功能区, 集湿地研究、环境教育、生态旅游、文化展示等多种功能和经济效益为一体。公园建成后, 水域面积59.8 hm2, 生态环境需水主要利用上庄水库流域的天然雨洪和流域内的生活及工业污水。此项目的建设将直接改善海淀北部地区作为“生态型、田园型、现代化” 的新型城市的建设和投资环境。而湿地公园能否建成并发挥作用关键是有足够的水量。

2 公园的水量平衡分析

2.1 生态环境需水量分析

生态环境需水量是指湿地为维持自身发展过程和保护生物多样性所需要的水量, 主要包括补充蒸发、渗漏损失和维持水质的换水量[1]。由于项目所在区域地质情况为第四纪洪冲积物覆盖层, 岩性以砂土、黏土、粉质黏土为主, 厚度较大, 使得垂向水力联系比较弱, 故不考虑渗漏损失。因此翠湖湿地公园生态需水量主要包括2 部分, 补充蒸发和维持水质的换水量,如式1。

W生态=W换水+W蒸发(1)

式中: W 换水为湿地年换水总量, 万m3; W 蒸发为湿地蒸发年损失量, 万m3。

(1) 湿地换水量计算

翠湖湿地公园范围内的规划实际需要补水的湿地面积59.8 hm2, 按平均补水水深1 m 计算, 公园一次性需水量为59.8 万m3, 根据北京市湖泊换水模型计算,翠湖湿地每年至少换水8 次。由式( 2) 则可计算湿地年换水总量, 计算结果湿地年换水量478.4 万m3。

W换水=H 水深·F·n (2)

式中: H 水深为单位面积湿地补水水深, m; F 为公园实际补水的湿地面积, hm2; n 为湿地年换水次数。

(2) 湿地蒸发损失量计算

根据北京市水文手册资料分析, 北京城近郊区多年平均年水面蒸发量为1 200 mm。由式( 3) 则可计算湿地蒸发损失量, 计算结果湿地蒸发损失量71.8万m3。

W蒸发=E·F (3)

式中: E 为项目区多年平均年水面蒸发量, mm。

根据式(1) 可计算得湿地生态环境需水总量约为550.2 万m3/a。最小生态环境需水量是系统维持自身发展所需的最低水量, 低于这一水量, 对应生态系统就会逐渐萎缩、退化甚至消失。根据湿地生态环境优等需水量与最小生态环境需水量的比例[2], 最小生态环境需水量至少不低于本系统生态环境需水量的50 %。因此, 翠湖湿地公园建设必须保证每年275 万m3 的最小生态环境需水量。

2.2 可利用来水量分析

翠湖湿地公园生态环境用水水源主要是上庄水库流域汛期降水和生活及工业污水。流域内的径流原来主要由雨洪和山前泉水组成, 由于80 年代以来北京地区地下水位急剧下降, 流域内的山泉已经干枯, 目前水库来水主要为流域内汛期的天然雨洪和生活、工业污水。

(1) 上庄水库流域天然雨洪产生的地表径流量分析计算

本次计算采用降雨径流系数法推求地表径流量。选取上庄水库流域内的温泉站和流域邻近的阳坊及沙河站3 个雨量站1956 — 2005 年的降水量年系列资料计算其算术平均值作为上庄水库流域的面雨量。则上庄水库流域多年平均面雨量为563.6 mm, 采用P- Ⅲ曲线进行频率分析, 可知丰水年流域面雨量为694 mm,平水年为543 mm, 枯水年为444 mm。根据《北京市地表水资源调查评价报告》查得该流域所在区域多年平均及丰、平、枯水年的径流系数, 按照式( 4) 可计算其多年平均及不同保证率的地表径流量, 计算结果见表1。

W多年=P 多年·!F 上庄水库( 4)

式中: W多年为上庄闸流域多年平均降水产生的地表径流量, 万m3; P 多年为上庄水库流域多年平均降水量,mm; ! 为上庄水库流域多年平均或不同保证率的径流系数; F 上庄水库为上庄水库流域面积, km2。

(2) 上庄水库流域内的生活、工业废污水排放量海淀北部地区的污水95 %以上都通过排洪沟进入南沙河水系。流入南沙河上庄水库上游的排洪沟有:沙涧排洪沟、柳林排洪沟、周家巷排洪沟、东埠头排洪沟以及前章村排洪沟。根据《北京市海淀区“十一五”污水排除与处理规划》报告, 上庄水库流域现状废污水总排放量为210 万m3 / a。

(3) 流域年来水总量

流域年来水总量包括地表径流量和生活、工业污水量, 按照式( 5) 计算年来水总量, 计算结果多年平均年来水总量2 410 万m3。同理丰水年来水总量2 898万m3, 平水年年来水总量2 041 万m3, 枯水年年来水总量1 554 万m3。

W来水=W多年+W污水(5)

2.3 水量平衡分析

通过以上计算得到上庄水库流域内多年平均及不同保证率的年径流量均可以满足翠湖湿地公园550.2万m3 的生态环境年用水量需求。虽然本流域范围内的降水多分布在汛期, 但经上庄水库调蓄, 可供翠湖湿地公园生态环境用水, 且流域内的生活和工业污水排放量年内各月基本均衡, 所以现状条件下上庄水库的来水量无论在汛期还是非汛期都可以满足翠湖湿地公园生态环境年用水量的用水要求。

3 湿地公园综合效益分析

3.1 社会效益

湿地公园将充分利用雨洪, 缓解水资源短缺的压力, 与上庄水库之间形成循环用水、互相调蓄、涵养地下水源。翠湖湿地公园范围内可供调蓄的湿地面积59.8 hm2, 按平均水深1 m 计算, 公园一次性可蓄水量为59.8 万m3。汛期可将上庄水库部分洪水引进湿地公园, 并通过公园内的河道、坑塘、沼泽等设施拦蓄雨洪产生的地表径流, 集蓄雨水, 充分利用雨洪资源,可减缓洪峰、滞留洪水, 则翠湖湿地可作为上庄水库的蓄洪水库。

根据近几年的资料统计, 上庄水库由于雨季泄洪每年下泄水量约569 万m3, 见表2。利用翠湖湿地的调蓄功能, 可将雨季这部分下泄水量中的大部分用于湿地水源涵养, 减少上庄水库汛期下泄量, 使其错峰下泄, 全年下泄量总量保持不变, 满足下游用水要求,符合温榆河整体防洪规划要求。

另外公园建成后, 将成为北京市青少年环境教育基地。将促进该地区产业结构调整, 带动周边区域旅游度假、休闲娱乐等产业的发展, 也可为湿地科学研究提供范例。

3.2 生态环境效益

湿地公园的建设增加了区域水面面积, 可改善区域生态景观、调节小气候; 通过对该地区湿地资源的人工修复, 可增加生态系统的稳定性和景观多样性,保护生物多样性; 通过湿地对水质的净化, 改善水环境质量, 缓解环境压力。

湿地对水质的净化是一个复杂的过程, 是湿地、生物作用综合效应的结果。包括沉淀、吸附、离子交换、络合反应、硝化、反硝化、营养元素吸收、生物转化和微生物分解等过程。翠湖湿地公园根据现有沟渠的地形特征, 合理改善底质和岸带环境, 在环境条件比较适宜的区域, 因地制宜地进行植被的保护、恢复, 提高生态系统的生物多样性和环境功能, 并通过人工参与的方式, 合理布局、配水, 增强湖泊自净功能和对富营养化的控制能力。

根据2004 年及2005 年春季对翠湖湿地一期的水质检测结果( 表3) 可知, 目前公园内荷花池和芦苇荡水质符合Ⅳ 类标准[3], 人工湿地出水水质可达Ⅲ类标准。由图4 可以看出经过湿地处理后, 水中的氮、磷和COD 等水质指标均呈明显下降趋势,可见项目运行对周边水环境具有明显改善作用。

3.3 经济效益

湿地公园与西侧中关村教育园、体育休闲园以及南侧的稻香湖酒店设施建设区一起, 将形成“海淀区稻香湖国际休闲区与城市公共中心”, 有力地促进北部新区的城市化进程, 促进产业结构调整, 带动区域整体发展。通过生态旅游接待游人、餐饮、国际湿地会议和住宿等服务项目, 预计年总收入将达到4 850 万元。

4 结论与建议

4.1 结论

(1) 本项目的实施充分利用地表水、实现污水资源化、节省地下水资源, 提高水资源利用率, 有利于整个水环境和水资源的可持续发展, 是一项具有环境效益、经济效益和明显社会效益的环保工程。

(2) 通过水量平衡分析可知, 无论是丰水年还是枯水年, 上庄水库年来水量都能满足翠湖湿地公园生态环境年用水量550.2 万m3、最小生态环境用水量275 万m3 的用水要求, 其用水量是可靠的。

(3) 根据翠湖湿地一期的水质检测结果, 生态环境用水经湿地植物和微生物处理过滤后, 可使其水质提升并达到地表水Ⅲ类标准, 湿地公园出水进入上庄水库, 从而可达到改善上庄水库整体水质的效果。

(4) 公园内的湿地可以作为上庄水库的调蓄水库。利用湿地公园内的河道、坑塘、沼泽等设施拦蓄地表径流, 集蓄雨水, 作为湿地的生态环境的水源, 符合现代水务发展理念和建立节约型社会的要求, 在汛期将部分雨洪调往湿地起到了减缓洪峰和滞留洪水的作用。

4.2 建议

根据《北京市海淀区“十一五”水务发展规划》,翠湖湿地周边将规划建设翠湖、稻香湖2 个日处理能力共2.5 万m3 中水处理厂, 其年处理量可达912.5万m3, 出水达到一级B 的标准。污水处理厂出水具有水量、水质稳定的特点, 因此将来可引用污水处理厂的出水进入湿地, 通过湿地植物及微生物的过滤及生物处理, 提升水质后排入上庄水库, 可以更好地改善上庄水库水质; 公园建成后对周边的防洪安全将造成一定影响, 建议做区域洪水评价, 保证湿地周边设施安全; 建议安装水量、水质和地下水监测系统, 制定监测方案, 及时提供信息, 以保证水资源的合理利用。

参考文献

[1] 张丽.水资源承载能力与生态需水量理论及应用[M].郑州:黄河水利出版社, 2005.

[2] 姚平录, 刘卓澄.生态需水量理论、方法与实践[M].北京: 科学出版社, 2003.

[3] GB 3838 - 2002 地表水环境质量标准[S].国家环保总局,2002.

作者简介: 白国营( 1973 — ) , 男, 工程师。

来源：《北京水务》2007.3

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