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从另一角度看,受长期干旱、缺水而超采地下水影响,北京地区地下水位不断下降(平均每年>1 m),导致透水地表土壤含水率大为降低。在此情况下,土壤吸水能力反而变强,会有更多雨水被土壤吸收而渗入地下,进而致使透水地面地表径流系数显著减少。
研究表明,密云水库从建库以来因汇水区流域面积内径流系数不断减小而致蓄水量持续减少。目前,密云水库流域内径流系数已从上世纪60年代的0.2~0.3已基本减至上世纪末的0.03左右,即,40年间减少了近10倍,如图3所示。
图3 密云水库多年径流系数变化趋势
在此基础上,研究人员又分析了北京近50年来水文要素变化数据如表2所示,结论也与上述分析相同。
表2 北京近期水文要素变化
表2数据显示,尽管城市不透水路面比例近十多年来不断增加,但是,北京疆域综合径流系数却在显著减少,从1956~2000年间的0.18降到了2001~2009年的0.09。
与此同时,北京疆域土地的整体透水能力并未因路面硬化而导致下降,反而是上升趋势,入渗的地下水量占水资源总量的比例竟提升了约13%(由52.69%增加到了65.40%)。
这就是说,以径流形式流失北京域外的实际水量正在减少,而蓄存本地的水量逐渐增加,相当于每年夏季大约有10.56 亿m3雨水通过下渗而补给地下水,即,在目前现状下65 mm的降雨可以补充地下水。
这对夏季<90 mm的降雨径流深来说已完成>70%的滞留、储存量,只需考虑将剩余<25 mm(即,1英寸)降雨深储存或排放。
其实,储蓄仅25 mm的降雨深对于北京疆域内广阔的非硬化路面来说还是很容易实现的。
北京地形在整体向东南倾斜的地貌作用下,山区降雨顺坡形成的径流将逐渐转移到平原地带,与平原地表径流汇合后无疑最终将会被永定河、潮白河等天然河道水体所接纳,只要人类秉承“用后即还”的理念,这部分径流量则有可能在下游因地制宜地储蓄并加以利用。
即使下游无储水空间可用,直接放总水资源量不足6%的雨水归海也是自然归宿,难道不应该吗?相比之下,在木已成舟的城市区域以自然或人工吸水方式截留这部分水资源与巨额投入(约1~1.5亿元/km2)相比,便显得投入与产出不成比例,只不过暴雨时节被“吸”走的这部分降雨深理论上可缓解城市内涝而已。
显然,与其在木已成舟的城市区域费九牛二虎之力在大都已经硬化了的路面拆、建渗水、储水设施,倒不如强化各类排水基础设施,将城市暴雨形成的短时强径流量及时引出城外,在城市以外的非硬化区域利用地形,因地制宜地截流、下渗、储水,甚至可以直接放水归海。因此,以快速排涝为主、郊外储存为辅的策略应该是北京聚水、排涝的上策。
4 北京聚水、排涝策略分析
从自然水循环的“面”上来说,陆面降雨经过蒸发/蒸腾、入渗之后的剩余水量才是地表径流产生的原因,也是上述北京聚水、排涝总径流量计算的根本出发点。但是,从单次降雨过程的“点”上来看,雨水蒸发与下渗则是一个相对缓慢的过程,尤其遭遇降雨历时短,雨量大的极端天气时这一弊端便显得尤为突出。
这就是说尽管上述平均25 mm径流深才是北京需要消纳的水资源量,但是,在城区硬化地面上短时内产生的径流总量几乎等于全部瞬时降雨量,这就造成一场暴雨需要消纳的径流深就远远大于25 mm。
在此情形下,排水设施欠缺或滞后于城市地上建筑的发展规模与速度,必然导致“逢雨必涝”与“城中看海”现象。因此,有必要在上述总径流量计算的基础上,再以单次降雨过程对上述北京聚水、排涝策略进行分析。
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