北京地下水库建库条件初步分析

姚旭初

北京地下水库建库条件初步分析

姚旭初

（北京市水利规划设计研究院 北京 100048）

北京市是严重缺水的国际大都市，目前人均水资源量仅106m3,远低于国际人均水资源占有量1000m3的重度缺水标准，长期主要靠超采地下水来保证城市供水，造成地下水位持续下降，2011年末平原区地下水平均埋深约25m，比1960年下降了21.75m，地下水～储量减少了110多亿m3，在北京5大水系的山前冲洪积扇中上部均形成了储存空间巨大的地下水库。本文分析了北京地下水库条件、调蓄库容、回灌方式和入渗能力等，并提出了北京建立地下水库的有关建议。

地下水库 人工回灌 南水北调 涵养地下水

利用南水北调通水初期沿线省份配套工程滞后的契机，北京急需建立地下水库，加大北京调水量回补地下水，补多年地下水严重超采的“欠账”，提高水资源战略储备、供水安全保证率，实现地表水与地下水联合调蓄，以及水环境生态修复。本文就北京地下水库建库条件、调蓄库容、回灌方式和入渗能力等进行分析，并提出了北京建立地下水库的有关工程建议，以便为北京市多水资源联合调蓄的相关规划、设计提供参考。

1 北京建立地下水库的必要性

北京市是国际上为数不多的以地下水作为主要供水水源的国际大都市，地下水占全市供水总量的60～80%，即使南水北调引水进京后，地下水仍占50%以上。北京人均水资源量仅106m3，南水北调水进京后，按目前的人口计算，人均水资源量也仅154 m3，大大低于国际人均1000m3的严重缺水标准。尤其自1999年开始遭遇多年枯水年份，降水量减少19%，水资源总量减少43%，入境水量减少77%，官厅和密云两库来水减少79%，可用水资源急剧减少。为保证供水安全，北京市不得大量超采地下水。2011年末平原区地下水平均埋深约为25m，比1960年地下水位下降21.75m，储量减少110亿m3。

建立地下水库是北京水资源调控的最主要手段之一，充分发挥地下水库储存量大、调节能力强的特点，以“以丰补欠”的原则对北京安全供水进行调蓄。因此，建立地下水库是保证北京市安全供水，维持社会稳定、经济可持续发展的重要措施之一。

2 北京地下水库条件概况

2.1地质、水文地质条件11

北京山前冲洪积扇群组成了储水量巨大、水质优良的地下水库，具有与地表水库相类似的多年水源调蓄功能，且调蓄能力较强。尤其永定河、潮白河、温榆河、大石河及平谷泃河洳河冲洪积扇中上部属极富水区（单井出水量大于5000m3/d），含水层主要由单、双层砂卵石组成，颗粒粗、厚度大，富水性好，具备理想的地下水储存空间，各地下水库根据所在水系分别称为永定河地下水库、潮白河地下水库、温榆河地下水库、大石河地下水库以及泃河洳河地下水库。各地下水库的平面分布范围见图1。

2.2地下水库调蓄库容

以2010年6月地下水为下线水位，以1983地下水位为上限水位计算，永定河地下水库面积330km2，调蓄库容为9亿m3；潮白河地下水库面积400 km2，库容为25亿m3，地下水位漏斗形态见地下水位等值线图2（地下水位降落漏斗在水源八厂附近）。潮白河地区近年来由于怀柔应急水源、水源八厂及新打的潮白两河水源地的超负荷开采，地下水库库容持续增大，估算到2014年底库容不小于30亿m3；温榆河地下水库面积173km2，调蓄库容为3亿m3；大石河地下水库面积106km2，调蓄库容为1亿m3；泃河洳河地下水库面积136km2，调蓄库容为7亿m3。

图1 平原区地下水库分布范围图

将上述5大地下水库面积、库容统计于表1。

表1 北京地下水库基本情况统计一览表

图2 潮白河地下水库地下水位等值线图（2011年）

3 回灌水源条件分析

虽然北京5大水系冲洪积扇上游均具备建设地下水水库具体的库容，但建地下水库还有一个必要条件，即回灌水源。根据目前的南水北调水资源配置规划成果，2014年底南水北调水开始进京供水，初期每年供水10.5亿方，但城区集中水厂仅能消纳7.2亿方水，密云水库可消纳1.3亿，尚有约2亿方多余来水可用来回灌地下，这保证了地下水库建设所必须的水源要求。根据北京1724～2010年280多年的观测资料，年降水量有明显的周期性变化规律，短周期以2～3年为主，中周期约11年，中长周期为80～86年。北京自1999年进入枯水年份，已连续10多年干旱，倘若北京由枯转丰，多余雨洪便是建设地下水库的重要回灌水源之一。

4 回灌方式与入渗能力初步分析

4.1永定河地下水库

永定河地下水库回灌方式包含永引渠渠道入渗、南旱河河道入渗、砂石坑（西黄村、阜石路和北坞村）入渗以及大口井入渗。利用河西支线将南水北调多余来水从大宁水库调入三家店水库，从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渗能力估算为6 m3/s，60眼大口井（深度25m、直径8m）入渗能力为9m3/s，总入渗能力估算约15 m3/s，年入渗量约为4.7亿m3。

4.2潮白河地下水库

潮白河地下水库回灌方式包含潮白河（牛栏山橡胶坝～京承高速路段）河道入渗、小东河河道入渗、沙河河道入渗、砂石坑（潮白河和小东河两岸）入渗以及大口井入渗。可利用南水北调多余来水调入密云水库调蓄工程引客水到潮白河地下水库。上述河道入渗能力初布估算为20m3/s，年回灌量约为6.3亿m3；潮白河砂石坑分布广，面积大，总入渗能力达60m3/s，年回灌量约为19亿m3。因此，潮白河地下水库人工回灌工程合计入渗能力约为80m3/s，年入渗量约25亿m3。

4.3泃河、洳河地下水库

平谷泃河、洳河地下水库可利用的入渗场地包括泃河河道和洳河河道，回灌工程划分为两部分：泃河河道入渗工程和洳河河道入渗工程。泃河河道入渗工程主要引海子水库水，可由溢洪道直接向泃河河道内放水，同时可考虑引南水北调多余来水回灌。河道总入渗能力约17 m3/s，年回灌量约为5.4亿m3。洳河河道入渗工程可利用的地表水源包括南水北调多余来水、西峪水库水、山区及山前雨洪水，可利用洳河河道作为主要引水途径引地表水入渗。洳河河道入渗能力初布估算为1.9m3/s，年回灌量约为0.6亿m3。因此，平谷泃河、洳河地下水库人工回灌工程合计入渗能力约为19 m3/s，年入渗量约6亿m3。

4.4温榆河地下水库

温榆河地下水库可利用的入渗场地包括狻猊东岸的大型砂石坑、土楼村西的砂石坑和大口井，回灌地表水源可利用南水北调多余来水、雨洪水和水库弃水。砂石坑自然入渗能力估算为9 m3/s，20眼大口井（深度25m、直径8m）入渗能力为3m3/s，总入渗能力约12m3/s，年入渗量约为3.8亿m3。

4.5大石河地下水库

大石河地下水库可利用的入渗场地包括大石河河道和砂石坑，回灌地表水源可利用南水北调多余来水和雨洪水，总入渗能力约11 m3/s，年入渗量约为3.5亿m3。

将上述5个地下水库人工回灌工程方式和入渗能力统计于表2。

表2 北京地下水库人工回灌工程方式和入渗能力一览表

5 地下水库下边界初步分析

如上所述，北京市地下水库库容大、人工回灌工程入渗能力强，即北京地下水库具有“灌得进”的特点，但能否“存得住”，需要分析地下水库的下边界，而地下水库的下边界是与水文地质条件、调蓄水位密切相关的动态边界，结合各水库离市界的距离，初步分析得出，潮白河、永定河和温榆河地下水库在兴利库容蓄水条件下地下水不会流出北京市界，平谷泃河、洳河地下水库和大石河地下水库下边界可能会下移到河北省。

6 结论与建议

（1）北京山前冲洪积扇中上部属极富水区，具备理想的地下水库建库条件，初步分析可建永定河地下水库、潮白河地下水库、温榆河地下水库、大石河地下水库和泃河、洳河地下水库5大地下水库。

（2）北京地下水库面积大（1145km2）、库容巨（45亿m3）以及人工回灌入渗能力强（137m3/s、年可入渗量43亿m3）。

（3）南水北调来水初期，至少有2亿方多余来水可用于地下，这是北京市地下水库建设所需的水源重要保障，另外，丰水年份的雨洪也可用于回灌地下。

（4）鉴于天然河道和砂石坑初期天然入渗能力大，但其入渗能力随着时间淤塞而衰减非常严重，因此，建议地下水库建设时需考虑预留人工回灌工程措施（如建设大口井）以及进行专项回灌试验。

（5）建议利用南水北调通水初期沿线省份配套工程滞后的契机，尽快建立地下水库，加大北京调水量回补地下水，提高水资源战略储备、供水安全保证率，实现地表水和地下水联合调蓄，以及水环境生态修复。

（6）建议优先建设潮白河和泃河、洳河地下水库，潮白河地下水库现有开采和输水设施齐全，水源地总开采量约3亿m3/a，具备“可灌、可存、可取、可保”的有利条件，适宜大规模地下水回灌，同时可以改善怀柔、密云新城地表水环境；泃河、洳河地下水库现有中桥和王都庄应急水源地，总开采量约1亿m3/a，输水设施齐全，适宜较大规模回灌，以涵养平谷盆地地下水。

（7）永定河地下水库现有三厂、杨庄水厂、四厂、七厂，水源地总开采量约1亿m3/a，输水设施齐全，但考虑到水质和次生灾害问题，不宜大规模回灌，但可适当回灌，以涵养北京西郊地下水。

1. 北京市地质矿产勘查开发局，北京市水文地质工程大队. 北京地下水. 中国大地出版社，2008:205-227.

2. 北京市水务局. 北京市水资源公报. 2011.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.03.011

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A

1672-2469（2014）03-0029-04

姚旭初（1973年—），男，高级工程师。

北京市科技计划项目“密怀顺地下水库调蓄及水质保障研究。项目编号：Z121100000312036