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北京地下水庫建庫條件初步分析

2014-02-18 07:58姚旭初
關(guān)鍵詞:潮白河調(diào)蓄庫容

姚旭初

北京地下水庫建庫條件初步分析

姚旭初

(北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 北京 100048)

北京市是嚴(yán)重缺水的國際大都市,目前人均水資源量僅106m3,遠(yuǎn)低于國際人均水資源占有量1000m3的重度缺水標(biāo)準(zhǔn),長期主要靠超采地下水來保證城市供水,造成地下水位持續(xù)下降,2011年末平原區(qū)地下水平均埋深約25m,比1960年下降了21.75m,地下水~儲(chǔ)量減少了110多億m3,在北京5大水系的山前沖洪積扇中上部均形成了儲(chǔ)存空間巨大的地下水庫。本文分析了北京地下水庫條件、調(diào)蓄庫容、回灌方式和入滲能力等,并提出了北京建立地下水庫的有關(guān)建議。

地下水庫 人工回灌 南水北調(diào) 涵養(yǎng)地下水

利用南水北調(diào)通水初期沿線省份配套工程滯后的契機(jī),北京急需建立地下水庫,加大北京調(diào)水量回補(bǔ)地下水,補(bǔ)多年地下水嚴(yán)重超采的“欠賬”,提高水資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備、供水安全保證率,實(shí)現(xiàn)地表水與地下水聯(lián)合調(diào)蓄,以及水環(huán)境生態(tài)修復(fù)。本文就北京地下水庫建庫條件、調(diào)蓄庫容、回灌方式和入滲能力等進(jìn)行分析,并提出了北京建立地下水庫的有關(guān)工程建議,以便為北京市多水資源聯(lián)合調(diào)蓄的相關(guān)規(guī)劃、設(shè)計(jì)提供參考。

1 北京建立地下水庫的必要性

北京市是國際上為數(shù)不多的以地下水作為主要供水水源的國際大都市,地下水占全市供水總量的60~80%,即使南水北調(diào)引水進(jìn)京后,地下水仍占50%以上。北京人均水資源量僅106m3,南水北調(diào)水進(jìn)京后,按目前的人口計(jì)算,人均水資源量也僅154 m3,大大低于國際人均1000m3的嚴(yán)重缺水標(biāo)準(zhǔn)。尤其自1999年開始遭遇多年枯水年份,降水量減少19%,水資源總量減少43%,入境水量減少77%,官廳和密云兩庫來水減少79%,可用水資源急劇減少。為保證供水安全,北京市不得大量超采地下水。2011年末平原區(qū)地下水平均埋深約為25m,比1960年地下水位下降21.75m,儲(chǔ)量減少110億m3。

建立地下水庫是北京水資源調(diào)控的最主要手段之一,充分發(fā)揮地下水庫儲(chǔ)存量大、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的特點(diǎn),以“以豐補(bǔ)欠”的原則對北京安全供水進(jìn)行調(diào)蓄。因此,建立地下水庫是保證北京市安全供水,維持社會(huì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。

2 北京地下水庫條件概況

2.1地質(zhì)、水文地質(zhì)條件11

北京山前沖洪積扇群組成了儲(chǔ)水量巨大、水質(zhì)優(yōu)良的地下水庫,具有與地表水庫相類似的多年水源調(diào)蓄功能,且調(diào)蓄能力較強(qiáng)。尤其永定河、潮白河、溫榆河、大石河及平谷泃河洳河沖洪積扇中上部屬極富水區(qū)(單井出水量大于5000m3/d),含水層主要由單、雙層砂卵石組成,顆粒粗、厚度大,富水性好,具備理想的地下水儲(chǔ)存空間,各地下水庫根據(jù)所在水系分別稱為永定河地下水庫、潮白河地下水庫、溫榆河地下水庫、大石河地下水庫以及泃河洳河地下水庫。各地下水庫的平面分布范圍見圖1。

2.2地下水庫調(diào)蓄庫容

以2010年6月地下水為下線水位,以1983地下水位為上限水位計(jì)算,永定河地下水庫面積330km2,調(diào)蓄庫容為9億m3;潮白河地下水庫面積400 km2,庫容為25億m3,地下水位漏斗形態(tài)見地下水位等值線圖2(地下水位降落漏斗在水源八廠附近)。潮白河地區(qū)近年來由于懷柔應(yīng)急水源、水源八廠及新打的潮白兩河水源地的超負(fù)荷開采,地下水庫庫容持續(xù)增大,估算到2014年底庫容不小于30億m3;溫榆河地下水庫面積173km2,調(diào)蓄庫容為3億m3;大石河地下水庫面積106km2,調(diào)蓄庫容為1億m3;泃河洳河地下水庫面積136km2,調(diào)蓄庫容為7億m3。

圖1 平原區(qū)地下水庫分布范圍圖

將上述5大地下水庫面積、庫容統(tǒng)計(jì)于表1。

表1 北京地下水庫基本情況統(tǒng)計(jì)一覽表

圖2 潮白河地下水庫地下水位等值線圖(2011年)

3 回灌水源條件分析

雖然北京5大水系沖洪積扇上游均具備建設(shè)地下水水庫具體的庫容,但建地下水庫還有一個(gè)必要條件,即回灌水源。根據(jù)目前的南水北調(diào)水資源配置規(guī)劃成果,2014年底南水北調(diào)水開始進(jìn)京供水,初期每年供水10.5億方,但城區(qū)集中水廠僅能消納7.2億方水,密云水庫可消納1.3億,尚有約2億方多余來水可用來回灌地下,這保證了地下水庫建設(shè)所必須的水源要求。根據(jù)北京1724~2010年280多年的觀測資料,年降水量有明顯的周期性變化規(guī)律,短周期以2~3年為主,中周期約11年,中長周期為80~86年。北京自1999年進(jìn)入枯水年份,已連續(xù)10多年干旱,倘若北京由枯轉(zhuǎn)豐,多余雨洪便是建設(shè)地下水庫的重要回灌水源之一。

4 回灌方式與入滲能力初步分析

4.1永定河地下水庫

永定河地下水庫回灌方式包含永引渠渠道入滲、南旱河河道入滲、砂石坑(西黃村、阜石路和北塢村)入滲以及大口井入滲。利用河西支線將南水北調(diào)多余來水從大寧水庫調(diào)入三家店水庫,從三家店引水到永引渠、南旱河、砂石坑以及大口井(沿南旱河和永引渠共布置60眼),河道和砂石坑自然入滲能力估算為6 m3/s,60眼大口井(深度25m、直徑8m)入滲能力為9m3/s,總?cè)霛B能力估算約15 m3/s,年入滲量約為4.7億m3。

4.2潮白河地下水庫

潮白河地下水庫回灌方式包含潮白河(牛欄山橡膠壩~京承高速路段)河道入滲、小東河河道入滲、沙河河道入滲、砂石坑(潮白河和小東河兩岸)入滲以及大口井入滲。可利用南水北調(diào)多余來水調(diào)入密云水庫調(diào)蓄工程引客水到潮白河地下水庫。上述河道入滲能力初布估算為20m3/s,年回灌量約為6.3億m3;潮白河砂石坑分布廣,面積大,總?cè)霛B能力達(dá)60m3/s,年回灌量約為19億m3。因此,潮白河地下水庫人工回灌工程合計(jì)入滲能力約為80m3/s,年入滲量約25億m3。

4.3泃河、洳河地下水庫

平谷泃河、洳河地下水庫可利用的入滲場地包括泃河河道和洳河河道,回灌工程劃分為兩部分:泃河河道入滲工程和洳河河道入滲工程。泃河河道入滲工程主要引海子水庫水,可由溢洪道直接向泃河河道內(nèi)放水,同時(shí)可考慮引南水北調(diào)多余來水回灌。河道總?cè)霛B能力約17 m3/s,年回灌量約為5.4億m3。洳河河道入滲工程可利用的地表水源包括南水北調(diào)多余來水、西峪水庫水、山區(qū)及山前雨洪水,可利用洳河河道作為主要引水途徑引地表水入滲。洳河河道入滲能力初布估算為1.9m3/s,年回灌量約為0.6億m3。因此,平谷泃河、洳河地下水庫人工回灌工程合計(jì)入滲能力約為19 m3/s,年入滲量約6億m3。

4.4溫榆河地下水庫

溫榆河地下水庫可利用的入滲場地包括狻猊東岸的大型砂石坑、土樓村西的砂石坑和大口井,回灌地表水源可利用南水北調(diào)多余來水、雨洪水和水庫棄水。砂石坑自然入滲能力估算為9 m3/s,20眼大口井(深度25m、直徑8m)入滲能力為3m3/s,總?cè)霛B能力約12m3/s,年入滲量約為3.8億m3。

4.5大石河地下水庫

大石河地下水庫可利用的入滲場地包括大石河河道和砂石坑,回灌地表水源可利用南水北調(diào)多余來水和雨洪水,總?cè)霛B能力約11 m3/s,年入滲量約為3.5億m3。

將上述5個(gè)地下水庫人工回灌工程方式和入滲能力統(tǒng)計(jì)于表2。

表2 北京地下水庫人工回灌工程方式和入滲能力一覽表

5 地下水庫下邊界初步分析

如上所述,北京市地下水庫庫容大、人工回灌工程入滲能力強(qiáng),即北京地下水庫具有“灌得進(jìn)”的特點(diǎn),但能否“存得住”,需要分析地下水庫的下邊界,而地下水庫的下邊界是與水文地質(zhì)條件、調(diào)蓄水位密切相關(guān)的動(dòng)態(tài)邊界,結(jié)合各水庫離市界的距離,初步分析得出,潮白河、永定河和溫榆河地下水庫在興利庫容蓄水條件下地下水不會(huì)流出北京市界,平谷泃河、洳河地下水庫和大石河地下水庫下邊界可能會(huì)下移到河北省。

6 結(jié)論與建議

(1)北京山前沖洪積扇中上部屬極富水區(qū),具備理想的地下水庫建庫條件,初步分析可建永定河地下水庫、潮白河地下水庫、溫榆河地下水庫、大石河地下水庫和泃河、洳河地下水庫5大地下水庫。

(2)北京地下水庫面積大(1145km2)、庫容巨(45億m3)以及人工回灌入滲能力強(qiáng)(137m3/s、年可入滲量43億m3)。

(3)南水北調(diào)來水初期,至少有2億方多余來水可用于地下,這是北京市地下水庫建設(shè)所需的水源重要保障,另外,豐水年份的雨洪也可用于回灌地下。

(4)鑒于天然河道和砂石坑初期天然入滲能力大,但其入滲能力隨著時(shí)間淤塞而衰減非常嚴(yán)重,因此,建議地下水庫建設(shè)時(shí)需考慮預(yù)留人工回灌工程措施(如建設(shè)大口井)以及進(jìn)行專項(xiàng)回灌試驗(yàn)。

(5)建議利用南水北調(diào)通水初期沿線省份配套工程滯后的契機(jī),盡快建立地下水庫,加大北京調(diào)水量回補(bǔ)地下水,提高水資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備、供水安全保證率,實(shí)現(xiàn)地表水和地下水聯(lián)合調(diào)蓄,以及水環(huán)境生態(tài)修復(fù)。

(6)建議優(yōu)先建設(shè)潮白河和泃河、洳河地下水庫,潮白河地下水庫現(xiàn)有開采和輸水設(shè)施齊全,水源地總開采量約3億m3/a,具備“可灌、可存、可取、可?!钡挠欣麠l件,適宜大規(guī)模地下水回灌,同時(shí)可以改善懷柔、密云新城地表水環(huán)境;泃河、洳河地下水庫現(xiàn)有中橋和王都莊應(yīng)急水源地,總開采量約1億m3/a,輸水設(shè)施齊全,適宜較大規(guī)?;毓啵院B(yǎng)平谷盆地地下水。

(7)永定河地下水庫現(xiàn)有三廠、楊莊水廠、四廠、七廠,水源地總開采量約1億m3/a,輸水設(shè)施齊全,但考慮到水質(zhì)和次生災(zāi)害問題,不宜大規(guī)模回灌,但可適當(dāng)回灌,以涵養(yǎng)北京西郊地下水。

1. 北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,北京市水文地質(zhì)工程大隊(duì). 北京地下水. 中國大地出版社,2008:205-227.

2. 北京市水務(wù)局. 北京市水資源公報(bào). 2011.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.03.011

TV213

A

1672-2469(2014)03-0029-04

姚旭初(1973年—),男,高級工程師。

北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目“密懷順地下水庫調(diào)蓄及水質(zhì)保障研究。項(xiàng)目編號:Z121100000312036

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