官厅水库水资源现状分析（陈月平）

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摘要：官厅水库上游流域受人类活动和近几年干旱的影响, 官厅水库入库水量不足, 水体受到一定程度污染。严峻的水资源状况逐渐成为水库发展的瓶颈, 影响水库综合效益的发挥。针对目前水库水资源存在问题, 进行水量和水质分析, 建议开源节流, 加强流域管理力度, 实施跨流域输水措施,提高流域水资源承载能力, 以实现水资源可持续利用。

关键词：官厅水库水资源现状分析

中图分类号：TV62+2; TV211.1 文献标志码A 文章编号1673- 4637(2007)06- 0007- 05

1 水库基本情况

1.1 水库上游流域概况

官厅水库是新中国成立后兴建的第一座大型水库,坝址位于北京市西北约80 km 处的永定河山峡入口处,控制上游流域面积4 万3 402 km2, 占永定河总流域面积的92.8%, 是一座兼防洪、供水、发电和灌溉等多种功能的综合利用工程, 是根治永定河及其流域开发的大型控制性工程, 是首都北京主要供水水源之一。库区由永定河库区和妫水河库区组成, 跨河北省怀来县和北京市延庆县。

官厅水库上游流域主要由洋河、桑干河、妫水河及其支流汇集而成。流域自然地理复杂, 绝大部分属于黄土高原和黄土丘陵, 植被覆盖度差, 水土流失严重, 属大陆性季风气候, 干燥寒冷多风, 少雨, 多年平均降水量401.8 mm ( 1955 — 2006 年) , 年际分配中经常出现连续枯水年现象。

水库上游流域主要行政区域包括北京、河北、山西、内蒙古4 省市、自治区的32 个县市, 现有人口651 万, 其中近70%是农业人口, 耕地约103.6 万hm2。70 年代以前, 该流域经济活动以农业为主, 有引洪漫灌的习惯。80 年代以后, 采煤、电力、化工、造纸、制药等工业发展很快, 占总产值的88.93%。

1.2 水库工程概况

水库枢纽工程始建于1951 年10 月, 1953 年拦洪, 1954 年完工, 1955 年蓄水运用。主要水工建筑物由拦河坝、溢洪道、泄洪洞、水电站引水隧洞组成。原设计库容22.7 亿m3, 坝顶高程485.27 m。1975 年河南“75·8 洪水”以后, 经过对官厅水库洪水复核,水库防洪能力降低到370 a 一遇。1987 年官厅水库枢纽工程的大坝、溢洪道开始改扩建。改建后, 水库坝顶高程为492 m, 库容增到41.6 亿m3, 调洪库容为29.9 亿m3, 防洪能力提高到1 000 a 一遇, 可能最大洪水校核。

1.3 水库效益

水库建成以来, 基本上免除了永定河洪水对下游地区灾害, 拦蓄>1 000 m3/s 的洪水8 次, 削减洪峰流量70%～96%, 为保障京津冀地区防洪安全方面发挥了显著的作用。

截至2006 年底, 水库累计向下游地区供水406亿m3; 官厅山峡自1954 年开始, 相继建成官厅、下马岭、下苇甸3 个梯级水电站, 累计发电84 亿kW·h,为首都工农业发展, 改善城市生活环境发挥了重要的作用。

2 水库水资源分析

最近20 a, 流域发生枯水年份偏多, 造成水资源紧缺、水质污染, 严重影响水库运行环境。

2.1 水库水量现状

官厅水库从1955 年建成蓄水, 到2006 年底, 共拦蓄地表入库水量396.14 亿m3 ( 扣除白河堡水库补水, 下同) , 平均每年入库水量为7.62 亿m3。最大入库水量发生在1959 年25.48 亿m3, 最小入库水量发生在2002 年0.36 亿m3。最大入库水量是最小入库水量的70.8 倍。目前, 官厅水库坝前蓄水位为469.80 m, 蓄水量仅有1 亿m3 左右, 蓄水量达到历史最低。

2.1.1 降水分析

降水是产生径流的首要因素, 水库上游流域地表径流主要来源于降水。水库建成以来, 上游流域平均降水量呈现下降趋势, 见图1。

从图1 可以看出, 水库50 年代属于丰水年, 60年代属于平水年, 70 年代属于平偏丰水年, 80 年代属于枯水年, 90 年代属于平水年, 从90 年代后期直到现在一直处于连续枯水年。

2.1.2 水量分析

根据官厅水库入库水量分析, 50 年代水库来水量平均值为19.97 亿m3, 60 年代水库来水量平均值为13.21 亿m3, 70 年代水库来水量平均值为8.31 亿m3,80 年代水库来水量平均值为4.19 亿m3, 90 年代水库来水量平均值为3.13 亿m3, 2000 — 2006 年水库来水量平均仅为1.13 亿m3。

官厅水库入库水量锐减不能满足水库运行和下游地区用水需求。水库历年入库水量过程线见图2。

由于上游地区连续枯水年, 入库径流减少, 水资源紧缺, 水库供水能力得不到保证, 2002 年水库向下游供水总量只有0.36 亿m3, 低于水库供水保证率95%时的2.17 亿m3 水量, 水库调节能力降低, 供需矛盾极为尖锐, 影响水库供水效益的发挥。为缓解水库供水的供需矛盾, 从2003 年起, 连续4 a 从上游流域水库向官厅水库集中输水, 累计入库水量1.619 5 亿m3。

2.1.3 降水量和入库水量回归分析

因流域面积大, 调节能力强, 流域当年降水量不仅影响本年度水库来水量, 还影响未来第2 甚至第3 a 的来水量。比如: 1997 年流域平均降水量为317.7 mm,属于枯水年, 当年入库水量为2.29 亿m3, 受1995 年对流域地下水补充的影响( 1995 年流域平均降水量为593.4 mm) ; 而1999 年流域平均降水量为316.5 mm,与1997 年相差无几, 但当年入库水量仅为1.43 亿m3。

做流域平均降水量和水库来水量回归分析, 以及两者相关系数的显著检验。根据上游流域平均降水量和水库来水量, 做两者相关关系曲线, 见图3, 两者关系具有带状趋势。

根据最小二乘法原理, 做流域平均降水量和水库来水量的相关检验。当а=0.01 时, n=50, rа=0.354。r=0.505 > 0.354, r 为总体相关系数, rа为临界相关系数, r > rа , 证明流域平均降水量和水库来水量具有直线的相关关系, 可以推断总体是相关的。从流域平均降水量和水库来水量关系上看, 来水量越来越少。

2.2 水库水质分析

随着上游地区经济发展, 官厅水库水质自1972年开始发生重金属污染, 属于无机污染型。80 年代以后重金属污染得到控制, 有机污染加重, 主要污染指标为COD、BOD、氨氮、总磷、总氮, 水质出现富营养特征。90 年代水库水体有机污染更加严重, 水体呈富营养化, 水质类别为V 类或超V 类, 1997 年官厅水库退出首都饮用水供水系统。经过近5 a 的综合治理,水库水质有明显好转。

2.2.1 入库水质状况

八号桥是永定河( 桑干河、洋河) 入库水质监测断面。根据1992 — 2006年水质监测资料分析, COD、BOD、氨氮、总磷、总氮、氟化物、大肠杆菌、悬浮物等监测指标超过国家地表水环境质量标准Ⅲ类水要求。

延庆桥是妫水河的入库水质监测段面。根据1992 — 2006 年水质监测资料分析, 延庆桥BOD、氨氮、总磷、总氮、大肠杆菌等监测指标超过国家地表水环境质量标准Ⅲ类水要求。

2.2.2 库区水体受到污染, 呈现富营养化

妫水河库区蓄水约站水库总蓄水量的2 / 3。妫水河库区妫大桥表层水质状况, 基本反映水库妫水河库区整体水质。根据1992 — 2006 年水质监测资料分析,妫大桥表层除总氮外, COD、BOD、氨氮、总磷、氟化物等监测指标均能满足国家地表水环境质量标准Ⅲ类水要求, 水质较好。目前该库区蓄水约占水库总蓄水量的2 / 3, 能够及时补充和稀释水库永定河库区的蓄水。

官厅水库永定河库区永1000 水质监测断面水质状况, 基本反映水库永定河库区整体水质。根据1992 — 2006 年水质监测资料分析, 氨氮、氟化物、总氮、大肠杆菌等监测指标超过国家地表水环境质量标准Ⅲ类水要求, 水质受到一定程度的污染。

全库区水体富营养化评价结果为富营养, 妫水河库区水质略好于永定河库区水质。

2.2.3 水库供水质量有所好转

官厅水库供水水质主要通过出库站水质监测断面进行监测, 根据该站1992 — 2006 年资料分析,BOD、氟化物达到Ⅰ类水标准; COD、总磷达到Ⅱ类水; 氨氮达到Ⅳ类水标准; 总氮、大肠杆菌达到Ⅴ类水标准。

最近几年, 虽然上游地区处理污水能力不断增强,水库周边地区综合治理措施逐步实施( 湿地、库滨带、禁渔) , 水库的自净化能力提高, 出库水质有所好转。

2.3 水量和水质关系

官厅水库永定河库区永1 000 水质监测断面水质状况, 基本反映水库永定河库区整体水质。以该断面1992 — 2006 年水质监测成果, 分析各监测项目与入库水量的关系。该断面各项监测标准指数过程线与入库水量过程线, 见图4。

由图4 可见, 由于上游地区农业用水多, 面源污染严重, 氨氮监测项目为严重污染, 且该项目与入库水量关系密切, 尤其在入库水量偏少情况下, 两者关系良好。在丰水年, 由于水量对污染物的稀释作用,该指标明显下降趋势。水库水体对污染物的稀释作用和本身自净能力与水量成正比。而且水库水量的多少直接影响水库污染状况。

3 人类活动对水库水资源的影响

3.1 对水量的影响

3.1.1 农业用水量增大

由于近几年持续干旱, 流域内有效灌溉面积自2001 年以来呈下降趋势, 截至2006 年底上游地区有万亩以上灌渠32 处, 其中大( 二) 型灌区5 处, 中型灌区6 处, 设计灌溉面积18.45 万hm2, 有效灌溉面积15.48 万hm2, 每年农业总用水量约8.05 亿m3 ( 含地下水与地表水) 。农业用水量是解放初期的2 亿m3 的4 倍。

农业生产主要以大田种植( 玉米、高梁、葵花)为主, 约占农业种植面积的70%, 水稻、蔬菜和水果等经济作物为次, 约占30%。垦荒、发展种植业, 植物吸收大量水分, 增加了叶面蒸发和地下径流, 相应的地表径流减少; 同时, 在农业生产中多施用有机肥和化肥, 无机肥施用少, 广泛使用农药和杀虫剂、除草剂等, 加剧面源污染; 农业用水形式粗放, 一般多为大田漫灌, 导致水资源浪费, 用水效率低下。

3.1.2 水利工程拦蓄作用增强

为减少水土流失, 六七十年代, 上游地区开展了农林、水利、水土保持相结合, 治坡、治沟相结合的流域综合治理工程, 修滞洪水库和支流水库, 引洪淤灌, 加强河道治理, 植树造林, 梯田建设等措施。截至目前, 水库上游地区建蓄水工程245 座, 总库容12.555 亿m3, 有效地防止水库的淤积和流域内水土流失, 但在另一方面也提高拦蓄作用, 减少官厅水库的入库水量。

由于上述人类活动的影响, 导致相近的流域平均降水量与官厅水库来水量相差很大; 相差很大的流域平均降水量水库来水量接近。以单年为个例: 1971 年流域平均降水量为311 mm, 入库水量为8.11 亿m3;

1987 年流域平均降水量为307 mm, 入库水量为2.25亿m3。类似的降水量, 官厅水库年入库水量相差5.86亿m3, 相差3.60 倍。又如: 1972 年流域平均降水量295.6 mm, 入库水量4.80 亿m3, 而1998 年流域平均降水量为420.5 mm, 而当年入库水量只有3.01 亿m3。

3.2 社会经济发展对水环境的影响

80 年代开始, 采煤、电力、化工、造纸、制药、皮革等工业得到迅猛发展, 工业用水量大幅度增加,也加剧了点源污染。随着上游地区经济和城市建设发展, 城镇人口不断增加, 人均水资源占有量逐渐减少,但水污染处理建设相对滞后, 导致水资源利用率低下,水污染逐渐加剧, 影响水库水环境安全。

由于官厅水库水质不断恶化, 自2002 年开始在上游地区和库区周边地区开展综合治理。措施一, 在官厅水库永定河入库口附近, 充分利用有利地形, 运用生态工程原理, 采用无污染、效率高的人工湿地技术, 处理受污染的永定河入库水体; 措施二, 为了探索官厅水库库滨带与库岸生态防护治理措施, 在官厅水库黑土洼沟口右侧, 把水资源保护与水源涵养结合起来, 开展了库滨带生态工程。目前水体的简单综合污染指数综合治理后与综合治理前有所降低, 证明水库水体污染现状有所好转。

4 建议

由于降水量减少, 地区经济发展, 导致用水需求增加, 水质恶化, 不能满足水库供水需求。就此提出如下建议。

(1) 保护水源, 增强水资源忧患意识。从源头上, 加快水污染处理建设步伐, 提高污水利用率, 改善水环境, 正确把握经济发展、城市建设与环境保护的关系。

(2) 统一管理水资源, 保障水资源的可持续利用。对涉水事物进行统一管理, 提高用水效率, 推动全流域的水资源合理开发和可持续利用。

(3) 开源节流, 建设节水型社会。加快产业结构调整, 建立与水资源承载能力相适应的城市经济结构和产业结构, 完善科学灌溉措施, 挖掘节水潜力, 合理调整用水制度, 共同建设节水型社会。

(4) 加强流域管理力度, 科学控制上游水资源利用工程的建设, 在水权制度建设基础上合理分配全流域水量, 达到水资源优化配置、流域河道水生态良性循环的目标。

(5) 实施跨流域调水是水资源区域宏观配置的重要手段, 也是提高流域水资源承载能力的措施之一。根据2007 年上游流域用水调查分析, 由于持续干旱,流域内水量不能满足当地用水需求, 水资源不足问题在本流域不好解决。建议尽快推动万家寨水库引黄济京方案的落实, 提高流域水资源承载力, 促进上游地区经济建设, 发挥官厅水库综合效益。

作者简介: 陈月平( 1968 —) , 女, 工程师。

来源：《北京水务》2007.6

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