城市化、半城市化河流水量水质联合调度关键技术研究
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2273.4
工业 (t/a) 51.41 38.26 6.38 16.02 42.51 1.64 15.70 1.24 173 —— 42.59
215.59
氨氮排放 农业 (t/a) 828.50 123.80 731.10 2081.40 882.00 205.00 0.00 14.00 4866 —— 478.49
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
2000年、2008年北运河流域土地利用面积
2000年 类型 面积（km2） 耕地 园地 林地 草地 工矿仓储用地 住宅用地 公共管理与公共服务用 地 特殊用地 4139.88 4.45 1411.46 3.08 31.78 1826.87 43.09 0.82 比例（%） 53.91% 0.06% 18.38% 0.04% 0.41% 23.79% 0.56% 0.01% 面积（km2） 3464.47 2.77 1377.08 0.98 23.76 2460.29 97.15 0.54 比例（%） 45.12% 0.04% 17.93% 0.01% 0.31% 32.04% 1.27% 0.01% 2008年 面积变化 （km2） -675.42 -1.69 -34.39 -2.10 -8.02 633.42 54.06 -0.28 动态度（%）
32956.23
合计 11179.07 2398.08 6142.72 20029.52 8071.51 4821.73 40.96 130.59 52814 10543.4 6484.75
69842.15
生活 (t/a) 597.15 111.63 103.55 589.54 215.30 354.47 0.00 4.10 1976 —— 297.4
一、研究概况
（一）研究区域
北运河发源于北京市昌平县，通县北关闸以上称温榆河，北关闸以下 始称北运河，穿河北省香河县、天津市武清，至天津大红桥入海河。河 长186km，面积6166km2，是区域重要的行洪排涝、景观河道。 北运河水系共有干流和一级支流20条，主要二级、三级支流110 条。北运河干流有防洪、节制闸17座，其中北京市5座，天津市11座，
河北1座。
一、研究概况
（二）北运河水生态问题
北运河主要河流水系水质评价表明，多数河流水质较差，均是劣Ⅴ类 或Ⅴ类水质，主要影响指标是是NH3-N、COD、TN、TP等指标；部分河
流水华爆发，严重影响河流生态功能。
一、研究概况
（二）北运河干流水生态问题
20%
14.0 13.0 2008 年 年 2000 12.0
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
北运河流域污染源特征
流域年排放COD总量6.98万吨，其中：生活源2.26万吨，工业源 0.37万吨，农业源2.74万吨。氨氮总量0.79万吨，其中：生活 源0.23万吨，工业源0.022万吨，农业源0.53万吨。
行政区 昌平 朝阳 顺义 通州 大兴 海淀 石景山 丰台 北京合计 河北 天津 合计 生活 (t/a) 5932.12 1111.13 1034.21 5894.09 2145.44 3542.71 0.00 40.95 19701 —— 2918
比例（%）
45.0
12 8 4 0 2003 2004 2005 2006 年份 2007 2008 2009
流域农业用水特征
50 40 供水总量 地表水 地下水 雨水及再生水
北京市污水排放量变化图
5 4 供水总量 地表水 地下水
30 20 10 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 年份 北京供水特征
-2.04% -4.74% -0.30% -8.53% -3.15% 4.33% 15.68% -4.27%
交通运输用地
水域及水利设施用地 其它土地
13.49
125.16 78.81
0.18%
1.63% 1.03%
26.68
138.94 86.23
0.35%
1.81% 1.12%
13.19
13.78 7.42
地表水资源变化： 一是城市化面积增加，洪水资源增加； 二是暴雨径流污染加剧；
二、主要进展 一、研究概况
（二）北运河干流水生态问题
随着流域社会经济的不断发展，水资源供需矛盾突出，水资 源过度开发利用，造成部分河段断流（土门楼-筐儿港），生 态基流难以保障。
北运河断流天数统计
年代
60年代 70年代 年平均河道干涸 天数（天） 8 118 年平均河道干涸 总长度（km） 18 100 年平均河道断流 天数（天） 99 270
适用性管理模式，提出保障以改善水质为核心目标的水质水流联合调度方案。
二、主要进展
流域数据采集
二、主要进展
流域采样点方案
35个监测断面
二、主要进展
流域采样点方案
沥青混行道 1575m2、不 透水铺装人
行道1125m2，
总面积约
居民区径流小区 通州新城径流小区
2700m2
Baidu Nhomakorabea
在新城区域选取的径流小区范围在1km2左右，区域土地利用类型包括农
8 6 4 2 0 北京
河北
天津
10
2007 行政区 工业用水 农业用水 生活用水
流域供水量（亿方）
8 6 4 2 0 北京
河北
天津
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
北运河水资源演变特征
北运河降雨量变化特征
流域分区 山区 平原 全流域 最大（mm） 出现 年降水量 年份 992.0 1956 1072.4 1007.0 1959 1959 最小（mm） 年降 出现 水量 年份 339.2 1997 325.2 343.1 1999 1965 多年平均降水量（mm） 1956～ 1956～ 1980～ 1999～ 2000 年 1979 年 2000 年 2007 年 570.9 618.0 517.1 584.9 581.7 626.7 624.7 537.1 532.5 434.5
《海河流域水污染综合治理与水质改善技术与集成示范》项目
城市化、半城市化河流水量水质联 合调度关键技术研究
毛战坡 博士
中国水利水电科学研究院 2011.10.18
汇报内容
1
研究概况 主要进展 标志性成果
2
3 4
建议
一、研究概况
（一）研究区域
随着我国城市化不断发展，由于产业结构、人口结构、土地利用等发生 变化，使得区域河流的水源补给、水资源开发利用等受到影响，使得水文情 势、水环境、水生态的水源补给、闸坝调控、河流富营养化、生态系基流保 障等环境问题突出。 如何充分利用北方城市化区域的河流水资源（洪水、再生水、污水），改 善河流水质和抑制水华，保障河流生态流量，维持河流生态健康？
供水量/亿方
供水量/亿方
3 2 1 0 2006 年份 天津区域供水特征 2007 2008
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
2007年，北京市中心城己建成高碑店等14座污水处理厂，日处理能力268万 m3，污水处理率达90%。天津市北运河流域已有污水处理厂1座，污水总处理 能力18.3万m3/d。流域污水部分用水河道生态用水、农业灌溉；再生水用水 景观用水、工业和农业，再生水已经成为流域重要的水资源。
70.0 60.0 50.0 用水量 农业用水 比例 49.0 48.0 47.0 46.0
20 16
污水排放量/亿方
污水总量
工业污水量
生活污水量
用水量（亿m3）
40.0 30.0 20.0 10.0
44.0 43.0 42.0 41.0 40.0 0.0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 39.0
田、道路、村落、草地等，居于半城市化特征
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
2007年，北运河流域地表水天然径流量3.72亿m3，地下水开采量14.37 亿m3，再生水量4.6亿m3，用水量22.69亿m3，污水排放量10.6亿m3。
10 2007 工业污水 农业退水 生活污水
流域排水量（亿方）
北运河平均水量（万m3/a）
北运 河
地表水资源变化呈现三大趋势： 一是水资源量锐减； 二是来水中污水量逐年增加； 三是上游至下游来水中污水比例逐年增加。
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
农业用水不断降低，生活用水量不断增加；生活污水排放量连续增加，环境用 水主要依赖于污水、再生水和天然径流。
增加比例（ % ）
15%
20 年一遇 50 年一遇
10%
11.0 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 清河 坝河 通惠河 凉水河
5%
0%
地
地
地
地
地
地
地
地
地
地
耕
园
林
草
用
用
用
用
用
用
宅
务
殊
施
储
住
服
特
设
仓
运
矿
共
通
工
公
交
与
流域土地利用类型面积比例变化
公
共
管
水
-10%
理
域
及
水
利
其
-5%
输
它
土
地
主要河流径流变化特征
北运河河流水质特征
2007年北运河水系各河段水质基本都是劣V类水体，主要污染指 标是CODMn、BOD5、氨氮、LAS、石油类。
河流名称 温榆河上段 蔺沟 东沙河 北沙河 通惠河上段 凉水河上段 莲花河 北运河 温榆河下段 清河下段 通惠河下段 凉水河中下段 凤河 新凤河 凤港减河 港沟河 北运河（牛牧屯-土门楼） 北京排污河（马头 ～东堤 头） 目标水质 类别 IV IV IV IV IV IV IV V V V V V V V V V V V 现状水质 类别 >V3 >V4 >V3 >V4 >V3 >V3 无水 >V3 >V3 >V3 >V3 >V3 >V4 无水 >V3 >V3 >V >V BOD5(>V3)、 NH3N(>V3)、石油类(>V2)、 LAS(>V2) BOD5(>V3)、 NH3N(>V3)、石油类(>V2)、 LAS(>V1) NH3N(63%)、CODCr(13%)、BOD5(10%)和 CODMn (7%) CODCr、BOD5、 NH3N，As 主要污染指标及类别 CODMn (V)、BOD5 (>V2 )、NH3 N(>V3 ) CODCr(>V4)、BOD5(>V4)、 NH3N(>V3) CODMn(V)、BOD5 (>V3 )、NH3 N(>V3 )、LAS(>V1) DO(>V1 )、CODCr(>V4)、 BOD5(>V4)、NH3N(>V4)、LAS(>V2) CODMn(V)、BOD5(>V3)、 NH3N(>V2)、LAS(>V1) BOD5(>V2)、 NH3N(>V3) CODCr(>V2)、 BOD5(>V3)、 NH3N(>V3)、 石油类(>V3)、 LAS(>V1) BOD5(>V3)、 NH3N(>V3)、石油类(>V2) CODCr(>V3)、BOD5(>V3)、 NH3N(>V3) BOD5(>V3)、 NH3N(>V3)、LAS(>V1) BOD5(>V3)、 NH3N(>V3)、石油类(>V3)、 LAS(>V2) BOD5(>V4)、 NH3N(>V3)、石油类(>V3)、 LAS(>V3)
22619
工业 (t/a) 271.95 526.95 279.51 724.43 904.07 138.02 40.96 18.64 2905 —— 819.52
3724.52
COD 排放 农业 (t/a) 4975.00 760.00 4829.00 13411.00 5022.00 1141.00 0.00 71.00 30209 —— 2747.23
12.22%
1.38% 1.18%
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
北运河不同补给水源特征
污水处理厂出水水质为劣V类水体，主要超标污染物为化学需氧量、氮和 磷；天然径流水质良好，而城区暴雨径流污染严重，使得河道水源补给
水质呈现明显差异。
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
5344.49
合计 (t/a) 1477.06 273.69 841.03 2686.96 1139.81 561.11 15.70 19.34 7015 83.3 818.48
7916.78
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
2007年流域非点源污染特征
SWAT模型水文单元
二、主要进展
80年代 90年代
2000年
126 202
310
107 91
74
242 358
340
一、课题概况
（三）研究目标与定位
针对流域特征问题，以再生水为主线，系统研究流域分质水量时空分异
特征；研发以防洪为重要约束条件以流域分质来水优化调控为对象的流域水量 水质联合调控模型平台；研究非常规水源补给河流生态需水量，研究河流生态
工业 (t/a) 51.41 38.26 6.38 16.02 42.51 1.64 15.70 1.24 173 —— 42.59
215.59
氨氮排放 农业 (t/a) 828.50 123.80 731.10 2081.40 882.00 205.00 0.00 14.00 4866 —— 478.49
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
2000年、2008年北运河流域土地利用面积
2000年 类型 面积（km2） 耕地 园地 林地 草地 工矿仓储用地 住宅用地 公共管理与公共服务用 地 特殊用地 4139.88 4.45 1411.46 3.08 31.78 1826.87 43.09 0.82 比例（%） 53.91% 0.06% 18.38% 0.04% 0.41% 23.79% 0.56% 0.01% 面积（km2） 3464.47 2.77 1377.08 0.98 23.76 2460.29 97.15 0.54 比例（%） 45.12% 0.04% 17.93% 0.01% 0.31% 32.04% 1.27% 0.01% 2008年 面积变化 （km2） -675.42 -1.69 -34.39 -2.10 -8.02 633.42 54.06 -0.28 动态度（%）
32956.23
合计 11179.07 2398.08 6142.72 20029.52 8071.51 4821.73 40.96 130.59 52814 10543.4 6484.75
69842.15
生活 (t/a) 597.15 111.63 103.55 589.54 215.30 354.47 0.00 4.10 1976 —— 297.4
一、研究概况
（一）研究区域
北运河发源于北京市昌平县，通县北关闸以上称温榆河，北关闸以下 始称北运河，穿河北省香河县、天津市武清，至天津大红桥入海河。河 长186km，面积6166km2，是区域重要的行洪排涝、景观河道。 北运河水系共有干流和一级支流20条，主要二级、三级支流110 条。北运河干流有防洪、节制闸17座，其中北京市5座，天津市11座，
河北1座。
一、研究概况
（二）北运河水生态问题
北运河主要河流水系水质评价表明，多数河流水质较差，均是劣Ⅴ类 或Ⅴ类水质，主要影响指标是是NH3-N、COD、TN、TP等指标；部分河
流水华爆发，严重影响河流生态功能。
一、研究概况
（二）北运河干流水生态问题
20%
14.0 13.0 2008 年 年 2000 12.0
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
北运河流域污染源特征
流域年排放COD总量6.98万吨，其中：生活源2.26万吨，工业源 0.37万吨，农业源2.74万吨。氨氮总量0.79万吨，其中：生活 源0.23万吨，工业源0.022万吨，农业源0.53万吨。
行政区 昌平 朝阳 顺义 通州 大兴 海淀 石景山 丰台 北京合计 河北 天津 合计 生活 (t/a) 5932.12 1111.13 1034.21 5894.09 2145.44 3542.71 0.00 40.95 19701 —— 2918
比例（%）
45.0
12 8 4 0 2003 2004 2005 2006 年份 2007 2008 2009
流域农业用水特征
50 40 供水总量 地表水 地下水 雨水及再生水
北京市污水排放量变化图
5 4 供水总量 地表水 地下水
30 20 10 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 年份 北京供水特征
-2.04% -4.74% -0.30% -8.53% -3.15% 4.33% 15.68% -4.27%
交通运输用地
水域及水利设施用地 其它土地
13.49
125.16 78.81
0.18%
1.63% 1.03%
26.68
138.94 86.23
0.35%
1.81% 1.12%
13.19
13.78 7.42
地表水资源变化： 一是城市化面积增加，洪水资源增加； 二是暴雨径流污染加剧；
二、主要进展 一、研究概况
（二）北运河干流水生态问题
随着流域社会经济的不断发展，水资源供需矛盾突出，水资 源过度开发利用，造成部分河段断流（土门楼-筐儿港），生 态基流难以保障。
北运河断流天数统计
年代
60年代 70年代 年平均河道干涸 天数（天） 8 118 年平均河道干涸 总长度（km） 18 100 年平均河道断流 天数（天） 99 270
适用性管理模式，提出保障以改善水质为核心目标的水质水流联合调度方案。
二、主要进展
流域数据采集
二、主要进展
流域采样点方案
35个监测断面
二、主要进展
流域采样点方案
沥青混行道 1575m2、不 透水铺装人
行道1125m2，
总面积约
居民区径流小区 通州新城径流小区
2700m2
Baidu Nhomakorabea
在新城区域选取的径流小区范围在1km2左右，区域土地利用类型包括农
8 6 4 2 0 北京
河北
天津
10
2007 行政区 工业用水 农业用水 生活用水
流域供水量（亿方）
8 6 4 2 0 北京
河北
天津
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
北运河水资源演变特征
北运河降雨量变化特征
流域分区 山区 平原 全流域 最大（mm） 出现 年降水量 年份 992.0 1956 1072.4 1007.0 1959 1959 最小（mm） 年降 出现 水量 年份 339.2 1997 325.2 343.1 1999 1965 多年平均降水量（mm） 1956～ 1956～ 1980～ 1999～ 2000 年 1979 年 2000 年 2007 年 570.9 618.0 517.1 584.9 581.7 626.7 624.7 537.1 532.5 434.5
《海河流域水污染综合治理与水质改善技术与集成示范》项目
城市化、半城市化河流水量水质联 合调度关键技术研究
毛战坡 博士
中国水利水电科学研究院 2011.10.18
汇报内容
1
研究概况 主要进展 标志性成果
2
3 4
建议
一、研究概况
（一）研究区域
随着我国城市化不断发展，由于产业结构、人口结构、土地利用等发生 变化，使得区域河流的水源补给、水资源开发利用等受到影响，使得水文情 势、水环境、水生态的水源补给、闸坝调控、河流富营养化、生态系基流保 障等环境问题突出。 如何充分利用北方城市化区域的河流水资源（洪水、再生水、污水），改 善河流水质和抑制水华，保障河流生态流量，维持河流生态健康？
供水量/亿方
供水量/亿方
3 2 1 0 2006 年份 天津区域供水特征 2007 2008
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
2007年，北京市中心城己建成高碑店等14座污水处理厂，日处理能力268万 m3，污水处理率达90%。天津市北运河流域已有污水处理厂1座，污水总处理 能力18.3万m3/d。流域污水部分用水河道生态用水、农业灌溉；再生水用水 景观用水、工业和农业，再生水已经成为流域重要的水资源。
70.0 60.0 50.0 用水量 农业用水 比例 49.0 48.0 47.0 46.0
20 16
污水排放量/亿方
污水总量
工业污水量
生活污水量
用水量（亿m3）
40.0 30.0 20.0 10.0
44.0 43.0 42.0 41.0 40.0 0.0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 39.0
田、道路、村落、草地等，居于半城市化特征
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
2007年，北运河流域地表水天然径流量3.72亿m3，地下水开采量14.37 亿m3，再生水量4.6亿m3，用水量22.69亿m3，污水排放量10.6亿m3。
10 2007 工业污水 农业退水 生活污水
流域排水量（亿方）
北运河平均水量（万m3/a）
北运 河
地表水资源变化呈现三大趋势： 一是水资源量锐减； 二是来水中污水量逐年增加； 三是上游至下游来水中污水比例逐年增加。
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
农业用水不断降低，生活用水量不断增加；生活污水排放量连续增加，环境用 水主要依赖于污水、再生水和天然径流。
增加比例（ % ）
15%
20 年一遇 50 年一遇
10%
11.0 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 清河 坝河 通惠河 凉水河
5%
0%
地
地
地
地
地
地
地
地
地
地
耕
园
林
草
用
用
用
用
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务
殊
施
储
住
服
特
设
仓
运
矿
共
通
工
公
交
与
流域土地利用类型面积比例变化
公
共
管
水
-10%
理
域
及
水
利
其
-5%
输
它
土
地
主要河流径流变化特征
北运河河流水质特征
2007年北运河水系各河段水质基本都是劣V类水体，主要污染指 标是CODMn、BOD5、氨氮、LAS、石油类。
河流名称 温榆河上段 蔺沟 东沙河 北沙河 通惠河上段 凉水河上段 莲花河 北运河 温榆河下段 清河下段 通惠河下段 凉水河中下段 凤河 新凤河 凤港减河 港沟河 北运河（牛牧屯-土门楼） 北京排污河（马头 ～东堤 头） 目标水质 类别 IV IV IV IV IV IV IV V V V V V V V V V V V 现状水质 类别 >V3 >V4 >V3 >V4 >V3 >V3 无水 >V3 >V3 >V3 >V3 >V3 >V4 无水 >V3 >V3 >V >V BOD5(>V3)、 NH3N(>V3)、石油类(>V2)、 LAS(>V2) BOD5(>V3)、 NH3N(>V3)、石油类(>V2)、 LAS(>V1) NH3N(63%)、CODCr(13%)、BOD5(10%)和 CODMn (7%) CODCr、BOD5、 NH3N，As 主要污染指标及类别 CODMn (V)、BOD5 (>V2 )、NH3 N(>V3 ) CODCr(>V4)、BOD5(>V4)、 NH3N(>V3) CODMn(V)、BOD5 (>V3 )、NH3 N(>V3 )、LAS(>V1) DO(>V1 )、CODCr(>V4)、 BOD5(>V4)、NH3N(>V4)、LAS(>V2) CODMn(V)、BOD5(>V3)、 NH3N(>V2)、LAS(>V1) BOD5(>V2)、 NH3N(>V3) CODCr(>V2)、 BOD5(>V3)、 NH3N(>V3)、 石油类(>V3)、 LAS(>V1) BOD5(>V3)、 NH3N(>V3)、石油类(>V2) CODCr(>V3)、BOD5(>V3)、 NH3N(>V3) BOD5(>V3)、 NH3N(>V3)、LAS(>V1) BOD5(>V3)、 NH3N(>V3)、石油类(>V3)、 LAS(>V2) BOD5(>V4)、 NH3N(>V3)、石油类(>V3)、 LAS(>V3)
22619
工业 (t/a) 271.95 526.95 279.51 724.43 904.07 138.02 40.96 18.64 2905 —— 819.52
3724.52
COD 排放 农业 (t/a) 4975.00 760.00 4829.00 13411.00 5022.00 1141.00 0.00 71.00 30209 —— 2747.23
12.22%
1.38% 1.18%
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
北运河不同补给水源特征
污水处理厂出水水质为劣V类水体，主要超标污染物为化学需氧量、氮和 磷；天然径流水质良好，而城区暴雨径流污染严重，使得河道水源补给
水质呈现明显差异。
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
5344.49
合计 (t/a) 1477.06 273.69 841.03 2686.96 1139.81 561.11 15.70 19.34 7015 83.3 818.48
7916.78
二、主要进展
（一）北运河流域分质水资源时空分异特征
2007年流域非点源污染特征
SWAT模型水文单元
二、主要进展
80年代 90年代
2000年
126 202
310
107 91
74
242 358
340
一、课题概况
（三）研究目标与定位
针对流域特征问题，以再生水为主线，系统研究流域分质水量时空分异
特征；研发以防洪为重要约束条件以流域分质来水优化调控为对象的流域水量 水质联合调控模型平台；研究非常规水源补给河流生态需水量，研究河流生态