大寧調(diào)蓄水庫低水位運行期水質(zhì)保障措施

孫昊蘇 趙 磊 胡國金

(北京市南水北調(diào)大寧管理處，北京 102442)

2014年12月12日，南水北調(diào)中線一期工程全面通水。5年來，累計調(diào)水255億m3，沿線受益人口超過5800萬。北京市是南水北調(diào)中線主要受水區(qū)之一。南水北調(diào)已逐漸成為北京城市供水的主力，主城區(qū)自來水供水量的73%來自南水北調(diào)供水，5年來中心城區(qū)供水安全系數(shù)由1.0提升到1.2。2019年密云水庫蓄水量自2000年以來首次突破26億m3。

2014年底，南水北調(diào)工程全面通水，截至2019年12月16日，大寧調(diào)蓄水庫已累計蓄水9615.67萬m3，為“五湖一線”補(bǔ)水869.56萬m3，向稻田水庫生態(tài)蓄水5398.78萬m3。大寧調(diào)蓄水庫正發(fā)揮著其防洪、調(diào)蓄的重要功能。

為保證北京市南水北調(diào)河西支線中堤泵站工程的建設(shè)安全，水庫按照上級管理部門的要求，控制蓄水水位，自2018年12月2日至2019年10月15日，大寧調(diào)蓄水庫連續(xù)10個多月沒有蓄水，水庫水位從47.85m降至最低45.95m，水庫最低蓄水量585.80萬m3，水庫水面面積銳減，部分灘地裸露。

大寧調(diào)蓄水庫是北京城市飲用水水源地，水質(zhì)安全是水庫保護(hù)的重要方向之一[1]。而水庫長期低水位運行，可能改變水庫原有的生態(tài)平衡，威脅水庫水質(zhì)安全。為做好水庫低水位運行期間水庫水質(zhì)保護(hù)工作，水庫管理部門周密部署，通過分析其潛在的水質(zhì)安全風(fēng)險，采取了一系列保障措施保障了水庫水質(zhì)安全。北京市南水北調(diào)水質(zhì)監(jiān)測中心水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2018年12月至2019年10月，大寧調(diào)蓄水庫水質(zhì)總體穩(wěn)定，基本保持在地表水Ⅱ類及以上標(biāo)準(zhǔn)(見表1)。因此，本文梳理總結(jié)了大寧調(diào)蓄水庫低水位運行期間水質(zhì)保障的措施和方法，以期為其他類似水庫和工程低水位運行期水質(zhì)保護(hù)工作提供參考和借鑒。

表1 大寧調(diào)蓄水庫水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

監(jiān)測及評價依據(jù)為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)、《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法》(環(huán)辦〔2011〕22號文附件)。

1 大寧調(diào)蓄水庫低水位運行期水質(zhì)風(fēng)險

1.1 水庫改造及功能改變引起的外部條件變化

大寧水庫位于北京市房山區(qū)大寧村北，建于1985年，原開發(fā)定位是永定河的滯洪水庫，任務(wù)是當(dāng)永定河盧溝橋斷面發(fā)生洪水流量為2500～6200m3/s時，盧溝橋攔洪閘控泄2500m3/s，大寧水庫、稻田水庫、馬廠水庫滯蓄超過2500m3/s的洪量[2]。

大寧水庫建設(shè)以來，永定河盧溝橋尚未發(fā)生超2500m3/s洪水，滯蓄洪水啟用的概率較低。而南水北調(diào)倒虹吸由大寧水庫庫區(qū)穿越，大寧水庫的地理條件、水庫庫容具備調(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，大寧水庫在承擔(dān)原設(shè)計防洪任務(wù)的基礎(chǔ)上，增加了作為南水北調(diào)調(diào)蓄水庫的功能，以充分發(fā)揮其防洪、供水效益。

大寧調(diào)蓄水庫工程是北京市南水北調(diào)配套工程的一部分，水庫于2011年底改造完成，改造完的大寧調(diào)蓄水庫在承擔(dān)原設(shè)計防洪任務(wù)的基礎(chǔ)上，增加了作為南水北調(diào)調(diào)蓄水庫的功能，一定程度上提高了北京城市供水保證率。水庫新舊水位、庫容情況見表2。水庫設(shè)計洪水位61.01m，校核洪水位61.21m，最大可調(diào)蓄庫容汛期為1006萬m3、非汛期為3753萬m3，總庫容4611萬m3。改造后原防洪調(diào)度原則維持不變，防洪片區(qū)面積維持不變，待河西支線工程建設(shè)完成后，大寧調(diào)蓄水庫將作為水源地，為豐臺第一水廠、豐臺河西第三水廠、門城水廠、首鋼水廠供水，總計供水規(guī)模66.5萬m3/d[3]。

表2 大寧調(diào)蓄水庫新舊水位、庫容對照

1.2 交通運輸風(fēng)險

大寧調(diào)蓄水庫北至京周路盧溝新橋，南接稻田水庫，東臨永定河河道，西至京港澳高速。水庫西側(cè)和北側(cè)緊鄰公路，社會車輛和人員較多；永定河右堤中段，水庫東側(cè)壩坡上，河西支線工程的中堤泵站及其附屬管道工程正在施工。這些因素，均為大寧調(diào)蓄水庫低水位運行期間水質(zhì)安全的外部交通風(fēng)險。

1.3 水庫功能改變帶來的衍生變化

水庫增加調(diào)蓄功能后，可能會在一年中頻繁調(diào)蓄。庫水位降低，水面面積減小時，會使水庫灘地裸露，水草、樹木以及土壤中的動植物腐敗可能影響水庫水質(zhì)安全。水面漂浮物和垃圾長期堆積可能造成區(qū)域水質(zhì)指標(biāo)改變，同時也影響水庫工程形象。適宜的光照和溫度會促進(jìn)水庫水生生物的增殖，在炎熱的夏季水庫可能面臨富營養(yǎng)化的風(fēng)險[4]。長期的水面靜止不利于水庫水質(zhì)安全，可能加劇水庫淺水區(qū)域水質(zhì)惡化。在建工程的施工活動也可能影響水庫水質(zhì)安全。同時，因為水庫蓄水量變化頻繁，可能打亂原有的水庫生態(tài)系統(tǒng)功能，使得水庫自凈能力降低，在夏季調(diào)節(jié)小區(qū)域微氣候的能力也會隨著水庫水量的增減而發(fā)生變化，匯水區(qū)域地表雨水徑流的生態(tài)自凈能力也會隨之減弱。

2 大寧調(diào)蓄水庫低水位運行期間水質(zhì)保障措施

2.1 低水位運行期間采取的水質(zhì)保障直接措施

2.1.1 封閉管理保安全

大寧調(diào)蓄水庫環(huán)庫8km建有2m高硬質(zhì)圍網(wǎng)，圍網(wǎng)上固定防跳刺網(wǎng)，實現(xiàn)了水庫封閉管理。在圍網(wǎng)外重點部位設(shè)置了4個流動崗、9個固定崗，保安人員24小時值守，防止無關(guān)人員和車輛進(jìn)入水庫，有效保障庫區(qū)安全。在水庫橡膠壩、中堤路北口、副壩觀望臺、退水節(jié)制閘、水庫泵站、西堤扶壁擋墻等重點部位配置了16組攝像監(jiān)控設(shè)備，實現(xiàn)24小時不間斷監(jiān)控。

2.1.2 加密巡查嚴(yán)管控

水庫管理部門統(tǒng)一部署，建立專門的巡查管理制度和辦法，明確巡查責(zé)任人，每天至少開展兩次全面巡查工作，并詳細(xì)填寫記錄和臺賬。施工區(qū)域由水政巡查人員專門盯守，每日記錄施工情況，及時制止危害或可能危害水庫水環(huán)境安全的行為。

2.1.3 優(yōu)化美化凈水質(zhì)

2019年對大寧調(diào)蓄水庫庫尾區(qū)域(即小啞叭河洪水入庫區(qū)域)進(jìn)行坡面平整和植物種植，通過種植沉水植物、挺水植物，逐步增加水庫庫尾的水生植物蓋度，利用植物的凈化、過濾作用，防御小啞叭河汛期洪水?dāng)y帶的污染物，保障大寧調(diào)蓄水庫的生態(tài)環(huán)境安全。

2.1.4 庫區(qū)保潔美環(huán)境

水庫管理部門建立了專業(yè)的運維隊伍開展水庫水環(huán)境保潔維護(hù)工作。至少每日1次對水面的垃圾、雜草進(jìn)行清理。每周兩次對壩坡、灘地的水草、樹枝進(jìn)行清理，水草生長旺季(5—10月)每日1次。至少每月1次對壩體兩側(cè)壩坡、灘地、邊溝、灘地的雜草、灌木等高于80cm部分進(jìn)行割除,清理過的地面雜草高度不超過15cm。

2.1.5 增殖放流保生態(tài)

增殖放流是大寧調(diào)蓄水庫保護(hù)水質(zhì)、維護(hù)水生態(tài)平衡的重要手段之一。自2013年起已向水庫投放魚苗9次，有效地維持了水庫水體生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定。有研究表明，增殖放流是有效應(yīng)對大寧調(diào)蓄水庫潛在風(fēng)險，防范藻類暴發(fā)和富營養(yǎng)化聚集的重要手段[5]。大寧調(diào)蓄水庫中的魚類，在水庫的生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)著重要的生態(tài)位，它們主要以藻類和水草為食，水中的氮、磷通過營養(yǎng)轉(zhuǎn)化，最終以漁獲物的形式得到固定并移出水體[6]。采用適合規(guī)格的漁網(wǎng)合理捕撈成魚，跟蹤監(jiān)測氮、磷的轉(zhuǎn)移效果，適時調(diào)整放魚的種類、數(shù)量、時間，有助于保障水庫水質(zhì)、水生態(tài)的安全。

2.1.6 水質(zhì)指標(biāo)常監(jiān)測

北京市南水北調(diào)水質(zhì)監(jiān)測中心負(fù)責(zé)大寧調(diào)蓄水庫的水質(zhì)監(jiān)測工作，自2014年底南水北調(diào)中線工程全面通水后，連續(xù)監(jiān)測至今，大寧調(diào)蓄水庫泵站北側(cè)平臺位置為水庫水質(zhì)監(jiān)測取水點，監(jiān)測頻次為每月1次。大寧調(diào)蓄水庫水生態(tài)監(jiān)測頻次為每月1次(部分月份因冰凍等原因停測)，汛期加密。水庫泵站地下一層裝有水質(zhì)自動監(jiān)測站，對水庫COD、BOD5、TN、TP等7項指標(biāo)進(jìn)行實時監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)異常，自動報警，有效保障了水庫水質(zhì)安全。

2.1.7 應(yīng)急調(diào)水促流動

大寧調(diào)蓄水庫泵站位于水庫南端，總裝機(jī)容量3200kW，安裝潛水混流泵4臺，水泵揚程8～12m，電壓等級為10kV，輸水采用兩根直徑為2.4m的鋼管，最大工況輸水流量可達(dá)20m3/s。

退水渠出口位于泵站東側(cè)約300m位置，臨近稻田水庫進(jìn)水閘，而進(jìn)水閘附近高程較高，底板高程48m，此處水體較少且不易流動，結(jié)合前期水生態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，該位置水生態(tài)監(jiān)測指標(biāo)在特定環(huán)境下可能發(fā)生突變。因此，適時啟動水庫泵站將水庫南岸西側(cè)的庫水應(yīng)急調(diào)至退水閘側(cè)，有利于水庫水質(zhì)保護(hù)，也能在一定程度上促進(jìn)水庫水體流動，改善區(qū)域水環(huán)境。2018—2019年已累計啟動水庫泵站3次，累計運行56h。

2.2 大寧調(diào)蓄水庫水質(zhì)保護(hù)的遠(yuǎn)期規(guī)劃

構(gòu)建一個水草適度生長分布、魚類多樣性豐富、浮游生物數(shù)量適量的健康水生態(tài)系統(tǒng)，對于大寧調(diào)蓄水庫來說非常重要。一個健康的水生態(tài)系統(tǒng)足以抵御低水位運行的威脅，甚至能夠凈化少量的入庫污染物?，F(xiàn)階段大寧調(diào)蓄水庫對于增殖放流的研究和實踐較多，形成了一定的成果，積累了部分經(jīng)驗。下一步可嘗試?yán)盟畮斓撞坑休^豐富泥沙的特點，恢復(fù)性地種植水草及一些沉水植物，如苦草、金魚藻等，利用沉水植物在生長過程中吸收水體中的營養(yǎng)物質(zhì)的特點，以及植物通過光合作用產(chǎn)生氧氣，抑制有害藻類繁殖的能力，遏制底泥營養(yǎng)鹽向水中的再釋放。并定期收割沉水植物以轉(zhuǎn)移水體中過量的營養(yǎng)物質(zhì)，實現(xiàn)凈化水體的積極作用。

從水庫管理和城市供水保障的角度來說，水庫調(diào)蓄洪水的次數(shù)和調(diào)蓄洪水的量越少，越有利于大寧調(diào)蓄水庫飲用水水源地的水質(zhì)保護(hù)。因此，加快推進(jìn)小啞叭河改道工程建設(shè)，也有利于大寧調(diào)蓄水庫未來的水質(zhì)保護(hù)。

3 結(jié) 語

大寧調(diào)蓄水庫是北京市重要的飲用水水源地，做好水源地的水質(zhì)保護(hù)工作意義重大。 在城鄉(xiāng)用水持續(xù)增長，生態(tài)補(bǔ)水力度持續(xù)加大的大背景下，預(yù)計未來3年，大寧調(diào)蓄水庫還會經(jīng)歷2～3次較長時間的低水位運行期。這就要求水庫管理部門及時總結(jié)經(jīng)驗，豐富技術(shù)手段，加大監(jiān)測力度，保護(hù)水庫水質(zhì)安全。北京市南水北調(diào)河西支線工程建成后，大寧調(diào)蓄水庫將成為河西支線工程的取水水源地，直接為門頭溝、石景山、豐臺河西地區(qū)數(shù)百萬居民供水，多蓄水、多調(diào)水將成為水庫未來發(fā)展的主線。而低水位期的水質(zhì)保障措施仍將發(fā)揮其保護(hù)水源安全的重要作用。fffffb