北京地下水庫(kù)建庫(kù)條件初步分析

姚旭初

北京地下水庫(kù)建庫(kù)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(guó)際大都市，目前人均水資源量?jī)H106m3,遠(yuǎn)低于國(guó)際人均水資源占有量1000m3的重度缺水標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)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(kù)。本文分析了北京地下水庫(kù)條件、調(diào)蓄庫(kù)容、回灌方式和入滲能力等，并提出了北京建立地下水庫(kù)的有關(guān)建議。

地下水庫(kù) 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(kù)，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(kù)建庫(kù)條件、調(diào)蓄庫(kù)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(kù)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(kù)的必要性

北京市是國(guó)際上為數(shù)不多的以地下水作為主要供水水源的國(guó)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?jī)H106m3，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(guó)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?gòu)d和密云兩庫(kù)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(kù)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(kù)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(duì)北京安全供水進(jìn)行調(diào)蓄。因此，建立地下水庫(kù)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(kù)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(kù)，具有與地表水庫(kù)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(kù)根據(jù)所在水系分別稱為永定河地下水庫(kù)、潮白河地下水庫(kù)、溫榆河地下水庫(kù)、大石河地下水庫(kù)以及泃河洳河地下水庫(kù)。各地下水庫(kù)的平面分布范圍見圖1。

2.2地下水庫(kù)調(diào)蓄庫(kù)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(kù)面積330km2，調(diào)蓄庫(kù)容為9億m3；潮白河地下水庫(kù)面積400 km2，庫(kù)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(kù)庫(kù)容持續(xù)增大，估算到2014年底庫(kù)容不小于30億m3；溫榆河地下水庫(kù)面積173km2，調(diào)蓄庫(kù)容為3億m3；大石河地下水庫(kù)面積106km2，調(diào)蓄庫(kù)容為1億m3；泃河洳河地下水庫(kù)面積136km2，調(diào)蓄庫(kù)容為7億m3。

圖1 平原區(qū)地下水庫(kù)分布范圍圖

將上述5大地下水庫(kù)面積、庫(kù)容統(tǒng)計(jì)于表1。

表1 北京地下水庫(kù)基本情況統(tǒng)計(jì)一覽表

圖2 潮白河地下水庫(kù)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(kù)具體的庫(kù)容，但建地下水庫(kù)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(kù)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(kù)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(cè)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(zhǎng)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(kù)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(kù)

永定河地下水庫(kù)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(kù)調(diào)入三家店水庫(kù)，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(kù)

潮白河地下水庫(kù)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?？衫媚纤闭{(diào)多余來水調(diào)入密云水庫(kù)調(diào)蓄工程引客水到潮白河地下水庫(kù)。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(kù)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(kù)

平谷泃河、洳河地下水庫(kù)可利用的入滲場(chǎng)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(kù)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(kù)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(kù)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(kù)

溫榆河地下水庫(kù)可利用的入滲場(chǎng)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(kù)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(kù)

大石河地下水庫(kù)可利用的入滲場(chǎng)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(kù)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(kù)人工回灌工程方式和入滲能力一覽表

5 地下水庫(kù)下邊界初步分析

如上所述，北京市地下水庫(kù)庫(kù)容大、人工回灌工程入滲能力強(qiáng)，即北京地下水庫(kù)具有“灌得進(jìn)”的特點(diǎn)，但能否“存得住”，需要分析地下水庫(kù)的下邊界，而地下水庫(kù)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(kù)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(kù)在興利庫(kù)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(kù)和大石河地下水庫(kù)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(kù)建庫(kù)條件，初步分析可建永定河地下水庫(kù)、潮白河地下水庫(kù)、溫榆河地下水庫(kù)、大石河地下水庫(kù)和泃河、洳河地下水庫(kù)5大地下水庫(kù)。

（2）北京地下水庫(kù)面積大（1145km2）、庫(kù)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(kù)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(kù)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(kù)，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(kù)，潮白河地下水庫(kù)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(kù)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)模回灌，以涵養(yǎng)平谷盆地地下水。

（7）永定河地下水庫(kù)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(guó)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(jí)工程師。

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