大寧調(diào)蓄水庫“7·20”暴雨影響分析

孫昊蘇

1 水庫概況

大寧調(diào)蓄水庫位于北京市房山區(qū)大寧村北，與其下游的稻田水庫及馬廠水庫組成永定河滯洪水庫，共同滯蓄永定河超過2500 m3/s的洪水。南水北調(diào)中線工程總干渠由大寧調(diào)蓄水庫庫區(qū)穿過，水庫庫容、水位等工程條件具備調(diào)蓄南水北調(diào)來水、提高北京城市供水保證率的條件。因此，大寧調(diào)蓄水庫在承擔(dān)原設(shè)計(jì)防洪任務(wù)的基礎(chǔ)上，增加作為南水北調(diào)調(diào)蓄水庫的功能，以充分發(fā)揮水庫防洪、供水效益[1]。2011年水庫改造完成工程內(nèi)容主要包括庫區(qū)防滲、新建泵站及庫尾橡膠壩、改造及維護(hù)庫區(qū)中堤、西堤、主副壩、扶壁擋墻等建筑物[2]。

隨著南水北調(diào)中線工程建成通水，大寧調(diào)蓄水庫在繼續(xù)肩負(fù)永定河泄洪功能的同時，更多地?fù)?dān)負(fù)起南水北調(diào)水“多時蓄水、少時供水”的重任，解決南水北調(diào)水與本地用水流量不匹配以及南水北調(diào)工程故障或檢修時的調(diào)蓄問題，是北京市供水安全的重要保障。水庫的防洪及運(yùn)行安全關(guān)系到北京市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定，及時在暴雨過后梳理水庫存在的潛在風(fēng)險，采取相應(yīng)措施對水庫進(jìn)行有效管理意義重大。

2 “7·20”暴雨情況

2016年7月19～20日，北京市遭遇特大暴雨，降水歷時2 d，全市平均降水量203.0 mm，城區(qū)平均降水量291.0 mm，位于大寧調(diào)蓄水庫橡膠壩雨量站和大寧調(diào)壓池雨量站記錄降雨開始時間為19日06:00，結(jié)束時間為21日00:00，總降雨時長42 h，降水量分別為333.5和340.0 mm，降水特征值見表1。

表1 大寧調(diào)蓄水庫7月19～20日降水特征值

7月19～8月1日，由于降雨和匯流，西堤北端小啞叭河158.88萬m3洪水入庫，大寧調(diào)蓄水庫水位由52.46 m升至53.9 m，距最高蓄水位58.50 m尚有距離，在水量上并未對水庫造成重大威脅。小啞叭河洪水入庫引起水庫水質(zhì)發(fā)生了一定的變化，有一定量的有機(jī)污染物隨著洪水進(jìn)入了水庫，對水庫水質(zhì)造成了一定的影響，可能威脅到水生生物的生存并加劇水體富營養(yǎng)化[3]。同時，水庫水工建筑物眾多，有必要通過安全監(jiān)測數(shù)據(jù)對比防滲墻、主副壩、西堤扶壁擋墻等水工建筑物的變化趨勢，以全面掌握暴雨造成的水庫安全風(fēng)險。

3 水庫安全監(jiān)測分析

2016年初至今，大寧調(diào)蓄水庫常規(guī)監(jiān)測、內(nèi)觀監(jiān)測、外觀檢測頻次為1次/旬，由于7月19～21日強(qiáng)降雨，內(nèi)觀監(jiān)測加密一次。2016年7月16日和2016年7月23日進(jìn)行了2次大寧調(diào)蓄水庫安全監(jiān)測工作，抽取這兩次安全監(jiān)測數(shù)據(jù)并進(jìn)行對比分析。

3.1 地下水位井觀測數(shù)據(jù)分析

大寧調(diào)蓄水庫環(huán)庫一周設(shè)置了7眼地下水位觀測井，2016年7月16日和23日的地下水位情況見圖2。

圖2 16、23日水庫地下水位情況圖

位于永定河河道內(nèi)的G3、G6、G8、G9，副壩聯(lián)通橋附近的G11以及南側(cè)堤路上的G12這6口地下水位井水位變化較小，位于西堤北端小啞叭河河道旁的地下水位井G2變化較大，受暴雨影響，23日地下水位明顯高于16日。

3.2 主壩測壓管觀測數(shù)據(jù)分析

大寧調(diào)蓄水庫主壩共設(shè)置測壓管8支，位于主壩背水面，上下兩層各布置4支。16、23日監(jiān)測結(jié)果表明，主壩區(qū)地下水位受到降雨影響，各測點(diǎn)水位均增大到約47.0 m。

圖3 16、23日主壩測壓管情況圖

3.3 防滲墻沉降監(jiān)測分析

根據(jù)2016年7月16日和23日防滲墻沉降觀測數(shù)據(jù)對比，各測點(diǎn)沉降值變化較小，極值位于ZD3+100測點(diǎn)，23日沉降測值為-1.89 mm。監(jiān)測結(jié)果表明防滲墻各測點(diǎn)垂直位移穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯沉降變形，16、23日監(jiān)測情況見圖4。

圖4 16、23日防滲墻沉降情況圖

3.4 主副壩壩頂沉降監(jiān)測分析

根據(jù)2017年7月16日和23日主副壩壩頂沉降觀測數(shù)據(jù)對比，各測點(diǎn)沉降值變化較小，極值位于ZB-004和FB-008，16日沉降測值為2.24 mm和-1.64 mm。監(jiān)測結(jié)果表明主副壩壩頂各測點(diǎn)垂直位移穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯沉降變形，16、23日監(jiān)測情況見圖5、圖6。

圖5 16、23日主壩壩頂沉降情況圖

圖6 16、23日副壩壩頂沉降情況圖

3.5 主壩壩坡沉降監(jiān)測分析

根據(jù)2017年7月16日和23日主壩壩坡沉降觀測數(shù)據(jù)對比，各測點(diǎn)沉降值變化較小，極值位于下1，23日沉降測值為2.05 mm。監(jiān)測結(jié)果表明主壩壩坡各測點(diǎn)垂直位移穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯沉降變形，16、23日監(jiān)測情況見圖7。

圖7 16、23日主壩壩坡沉降情況圖

3.6 泄洪閘沉降監(jiān)測分析

根據(jù)2017年7月16日和23日泄洪閘沉降觀測數(shù)據(jù)對比，各測點(diǎn)沉降值變化較小，極值位于XHZ-003點(diǎn)，23日沉降測值為-1.3 mm。監(jiān)測結(jié)果表明泄洪閘未出現(xiàn)明顯垂直位移，閘室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，16、23日監(jiān)測情況見圖8。

圖8 16、23日泄洪閘沉降情況圖

3.7 西堤扶壁擋墻沉降監(jiān)測分析

根據(jù)2017年7月16日和23日扶壁擋墻沉降觀測數(shù)據(jù)對比，各測點(diǎn)沉降值變化較小。監(jiān)測結(jié)果表明扶壁擋墻未出現(xiàn)明顯垂直位移，16、23日監(jiān)測情況見圖9。

圖9 16、23日扶壁擋墻沉降情況圖

3.8 西堤扶壁擋墻傾斜監(jiān)測分析

根據(jù)2017年7月16日和23日扶壁擋墻傾斜觀測數(shù)據(jù)對比，各測點(diǎn)傾斜值變化較小。監(jiān)測結(jié)果表明扶壁擋墻未出現(xiàn)明顯傾斜變形，16、23日監(jiān)測情況見圖10。

圖10 16、23日扶壁擋墻傾斜情況圖

由安全監(jiān)測數(shù)據(jù)對比情況來看，23日大寧調(diào)蓄水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)中地下水位井G2水位較16日明顯增大，其他水工建筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)值較為穩(wěn)定。這表明“7·20”暴雨未對庫區(qū)水工建筑物造成明顯破壞，但對于地下水位井G2水位迅速升高，應(yīng)引起足夠的重視，在暴雨過程中如不采取相應(yīng)措施任由其發(fā)展，可能對水庫運(yùn)行安全造成威脅。

4 大寧調(diào)蓄水庫暴雨風(fēng)險點(diǎn)分析

4.1 小啞叭河橡膠壩以北河道整治不徹底，暴雨時威脅水庫安全

大寧調(diào)蓄水庫上游小啞叭河匯流面積約20 km2，匯水區(qū)內(nèi)涉及居民區(qū)較多。小啞叭河已完成河道疏浚等整治工作，雨污管網(wǎng)鋪設(shè)于河道護(hù)欄內(nèi)側(cè)，周邊生活污水大部分已匯入管網(wǎng)內(nèi)，但東沿河村、杜家坎7號院等處仍有生活污水排入河道，生活污水囤積于河道內(nèi)，汛期暴雨徑流會匯合這部分生活污水，以污染團(tuán)的形式由小啞叭河進(jìn)入大寧調(diào)蓄水庫，威脅水庫安全[4]。

4.2 西堤林地排水不暢，威脅水庫運(yùn)行安全

大寧調(diào)蓄水庫西堤北端扶壁擋墻外為平原造林林地，土質(zhì)較軟，地勢低洼，且無專用排水管網(wǎng)，本次暴雨造成西堤北端地下水位井G2水位急劇升高。G2正位于西堤北端小啞叭河河道西側(cè)，南接西堤林地，東臨扶壁擋墻(圖11)。急劇上漲的地下水位說明西堤土壤含水率在暴雨中飽和，任其發(fā)展會在林地里形成積水，浸泡樹木造成損失。如果暴雨持續(xù)，積水劇增，會增大扶壁擋墻側(cè)向壓力，引發(fā)擋墻傾覆，威脅水庫運(yùn)行安全。

圖11 地下水位井G2位置圖

5 建議措施

（1）建設(shè)人工潛流濕地。延長生活污水在濕地中的停留時間，便于泥沙等顆粒物沉降；利用植物和土壤微生物轉(zhuǎn)化、降解水體中的污染物。小啞叭河匯水區(qū)內(nèi)的暴雨徑流也可采用人工濕地的處理方式，通過自然植被攔截過濾后進(jìn)入水庫。

（2）完善污水管網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)河道污水全面截污納管，將收集的污水送至污水處理廠或相關(guān)的污水處理設(shè)施，實(shí)現(xiàn)污水收集、處理和達(dá)標(biāo)排放[5]。

（3）完善西堤排水管網(wǎng)工程建設(shè)，沿西堤圍網(wǎng)鋪設(shè)覆蓋整個西堤林區(qū)的排水管網(wǎng)，減小林地排水壓力；在適合位置布置排水井與水庫聯(lián)通，減小扶壁擋墻壓力；暴雨過程中加強(qiáng)巡查，加密觀測地下水井水位，及時抽排林地積水，做好應(yīng)急處置。

（4）汛期隨時關(guān)注天氣預(yù)報，做好預(yù)警，及時啟動應(yīng)急預(yù)案；暴雨時加強(qiáng)巡視，尤其是西堤北端位置，觀察是否有因雨水沖刷引起的壩體破壞和擋墻傾斜；做好設(shè)備設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)，暴雨時加強(qiáng)巡視；加密安全監(jiān)測頻次，尤其是西堤北端小啞叭河、扶壁擋墻一線，更要及時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時報告。

6 結(jié)語

大寧調(diào)蓄水庫是構(gòu)成北京市南水北調(diào)配套工程“26213”供水格局的重要組成部分之一。2016年“7·20”大暴雨威脅到水庫運(yùn)行安全，進(jìn)而關(guān)系到北京市的供水安全。雖然本次暴雨沒有對水庫運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，但是這是一次重要的警示。應(yīng)當(dāng)在汛期加強(qiáng)預(yù)報預(yù)警、加強(qiáng)巡查巡視、加密安全監(jiān)測；及時采取措施限制污染物入庫；完善西堤排水管網(wǎng)建設(shè)；采取必要手段妥善處理突發(fā)事件，做好應(yīng)急處置；加強(qiáng)水庫及上游河道建設(shè)以確保水庫運(yùn)行安全。

[1]孫昊蘇.城市備用水源地保護(hù)方法芻議——以大寧調(diào)蓄水庫為例[C].中國水利學(xué)會.中國水利學(xué)會2014學(xué)術(shù)會議論文集.南京:河海大學(xué)出版社,2014:1193-1197.

[2]北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.北京市南水北調(diào)配套工程大寧調(diào)蓄水庫工程初步設(shè)計(jì)報告[R].2016.

[3]孫昊蘇,王昕然,馬寅男等.大寧調(diào)蓄水庫“7·20”洪水入庫影響分析[J].北京水務(wù),2017,(05):30-33.

[4]孫昊蘇,趙磊,徐華山,等.大寧調(diào)蓄水庫水生態(tài)文明建設(shè)芻議[C].水利部南水北調(diào)規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局.跨流域調(diào)水與區(qū)域水生態(tài)文明建設(shè)論文集.北京:中國水利水電出版社,2016:12-18.

[5]徐華山,周文軍,趙磊,等.大寧調(diào)蓄水庫飲用水源水質(zhì)安全保障措施研究[J].南水北調(diào)與水利科技,2016,14(2):45-48.