北塘水库库水咸化预测分析

赵考生

（天津水文水资源勘测管理中心，天津300061）

科研与管理

北塘水库库水咸化预测分析

赵考生

（天津水文水资源勘测管理中心，天津300061）

北塘水库位于滨海新区，土壤、地下水含盐量较高，作为南水北调的调节备用供水水库，库水咸化是影响水库水质的关键问题。通过水质咸化预测分析发现南水北调中线通水后，库水氯化物含量有所增加，但含量低于GB3838—2002《地表水环境质量标准》，水库咸化满足应用要求。

南水北调；水库库水；咸化预测

1 水库概况

北塘水库东临渤海，属海积、冲积平原，主要由海侵和现代河流冲积而成，属第四系沉积层，厚度较大，底板埋深约400m。区域内地貌特征为滨海洼地、泻湖湿地，属于典型的滨海地貌。土壤以潮土、盐土为主，黏性大、渗透性较差。

北塘水库位于天津市塘沽区北塘镇以北2km处，占地7.5km2，属于平原水库。水库北依永定新河右堤，南临杨北公路，东面有京山铁路，西面与地方公路宁车沽道为邻，始建于1974年，系利用天然洼淀挖取截渗沟土筑堤封闭而成。水库建成后，蓄水面积7.08km2，设计水位4.50m（大沽高程，下同），总库容1580万m3，围堤长11.28km。1976年唐山大地震时，围堤曾遭到破坏，1983年进行了除险加固，2002年进行了增容扩建。

水库属温带季风型大陆海洋过度性气候，春季干旱多风，夏季湿热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷少雪。多年平均气温19.3℃，降水年内年际分布不均，年内汛期降水量占全年的70%。

水库区位于海侵地带的滨海平原咸淡水混合区。地表水因受感潮影响，水质类型为CL-K.Na型水，总矿化度为10.4g/L；地下水为潜水和微承压水，水质类型为CL-K.Na型水，总矿化度24g/L，氯离子含量在500mg/L以下。

1999～2004年，由于上游来水量较少，水库连续5年干涸。期间对水库底泥进行了取样化验分析，库周内侧底泥全盐含量为0.25%～0.815%，属于中度～重度盐渍化土。

2 南水北调通水后库水咸化分析

2.1 入库水影响分析

从水库建成至南水北调通水之前，入库水源一直是潮白河汛期来水。1985～2005年，潮白河汛期氯化物浓度普遍较高，为75.9～398mg/L，部分年份来水中氯化物含量已超过GB3838—2002《地表水环境质量标准》规定的集中式生活饮用水源地标准（250mg/L），故此时上游来水含盐量高是造成当时库水咸化的主要原因。但由于南水北调中线通水后，北塘水库作为存续调节中线来水的专用水库，中线来水成为水库的唯一入库水源，而中线来水的氯化物含量为20～27mg/L，远低于GB3838—2002《地表水环境质量标准》中规定的集中式生活饮用水水源标准（250mg/L）。因此，在南水北调中线通水之后，其入库水质不会造成库水咸化。

2.2 地下水渗漏补给影响分析

2.2.1 库水位高于周边地下水位时

根据对库区周围的水文地质勘测，库区周围地面高程为2.77～5.52m，北侧地势较高，其他方位地势均较低，按照多次对地下水位动态观测，库周地下水位变化在0.3～4.74m之间，除北侧外，东、南、西3个方位，地下水位一般在2.5m以下。如果水库在其设计最低运行水位5.60m以上运行时，由于库水位高于周边地下水位，故不存在地下水补给水库情况，地下水不会对库水咸化造成威胁。

2.2.2 库水位低于周边地下水位时

当水库运行到死水位左右时，库水位低于周边地下水位，就存在水库北侧地下水补给水库的情况，使库水咸化。实验分析得到库周土渗透系数平均值为3.96E-05，北侧渗透系数8.74E-09～7.18E-05。 按照北侧地下水位4.74m，库内水位为死水位2.8m进行计算，年渗流量7.4万m3，库内氯离子平均含量增加3.6mg/L。南水北调中线通水后，库内水体在水库死水位以下运行时，库内水体氯离子浓度会达30.6mg/L，远低于集中式生活饮用水水源标准（250mg/L）。故此时虽然地下水造成了库水的咸化，使库水水体氯离子浓度增加，但其离子浓度仍远低于饮用水水源标准。

2.3 底泥盐分释放影响分析

2.3.1 实验室模拟实验

通过对库区20个点的底泥样品分析，底泥中盐分（氯离子）含量分布不均，库区西部含量较高，为0.043%；库区中部和引水闸附近含量较低，为0.012%；库区南部含量居中，为0.021%。

2.3.1.1 含盐量高、中、低3种情况的盐分释放

为了研究底泥含盐量分别为高、中、低3种情况下氯离子释放量和释放强度，拟通过实验室模拟，对比分析水体中盐分浓度变化。由于南水北调中线水氯离子含量很低，只有20～27mg/L，为了偏于安全地模拟南水北调通水后的底泥释放情况，实验中采用上覆水为去离子水进行模拟实验，上覆水深为1.0m。

模拟结果为：到第60d，3个底泥实验柱中释放的氯离子浓度达到最大并趋于稳定，底泥含盐量高者释放到水中的氯离子量为53.7mg，单位面积释放量13.80g/m2，释放强度0.28g/m2/d；底泥含量为中低者，释放到水中的氯离子量十分接近，为44.1mg，单位面积释放量11.33g/m2，释放强度0.23g/m2/d。

2.3.1.2 水位、温度、底泥扰动等对底泥盐分释放作用的影响

（1）水位变化。上覆水深1.0m时，稳定后最大释放量51.3mg；上覆水深1.5m时，稳定后最大释放量8.8mg；稳定时间均为50d；说明水深增加对底泥释放的抑制作用非常明显。

（2）温度变化。在实验室将直径为75mm的塑料桶装上底泥样品和上覆11cm深去离子水的式样，分别放入温度为5，10，30℃的恒温箱中按规定进行培养，之后进行实验。实验表明，在实验初始15d，温度对释放影响明显，温度越高释放越快，但到实验后期，温度影响越来越小。模拟结果如表1。

表1 不同水温氯离子释放量

为了模拟南水北调通水后，水库经常换水对氯离子释放的影响，实验中，模拟了在第15d和第65d换水后，不同温度的释放情况，结果表明，每换水1次，释放量都有明显下降，且温度影响减弱。结果如表2和表3。

表2 第15d换水后不同温度氯离子释放量

表3 第65d换水后不同温度氯离子释放量

（3）底泥扰动。在实验室制作水库底泥表层0～40cm混合底泥样品，加入10cm深去离子水，每隔2h扰动1次，模拟底泥被扰动情况下氯离子释放情况。模拟结果为，到10d以后，氯离子浓度趋于稳定，最大释放量为262.8mg，单位面积释放量115.8g/m2，释放强度为11.6g/m2/d。经计算，样品中的氯离子基本全部释放。

2.3.2 底泥释放对水库水质影响预测分析

南水北调中线通水后，北塘水库将存蓄中线来水。根据对丹江口水库的取样化验，中线来水的氯离子浓度为20～27mg/L。为了偏于安全，按照中线来水氯离子含量27mg/L进行预测分析。

按照库内存续水深1.0m（为了充分利用实验室模拟实验结果）库水位3.0m进行预测分析。底泥释放60d达到稳定时，库水氯离子平均含量增加13.8mg/L，总含量为40.8mg/L。用水温30℃、释放15d的氯离子释放量预测分析水库夏季高温情况下库水氯离子含量，预测结果为95.5mg/L。

由于库区濒临渤海，库区多年平均风速4.6m/s，最大风速达到27m/s，根据室内扰动模拟实验，假定库内水深1m，库底0～40cm底泥全部充分扰动，底泥中氯离子全部释放，水体中氯离子含量将增加115.85mg/L，达到142.85mg/L。

按照饮用水标准，水体氯离子含量标准为250mg/L。根据前面的预测分析，上述各种情况下，水库水体中氯离子含量均明显低于饮用水标准。

3 结语

（1）南水北调中线通水后，通过对北塘水库周边地下水水位、水质及与水库互补关系和渗透情况的分析及对底泥各种可能情况下盐分释放情况预测分析，表明虽然库水含盐量会有所增加，但其增加量均在饮用水标准之内，不影响其作为饮用水水源地的功能。

（2）南水北调中线通水后，北塘水库库水氯离子含量30.1～30.8mg/L，相应库水位3.1m，与预测结果吻合。

［1］天津国际工程咨询公司.天津市南水北调配套工程总体规划［R］.2004.

［2］GB3838-2002，地表水环境质量标准［S］.

［3］南开大学环境科学与工程学院.水库水质预测专项报告书［R］.2005.

［4］天津市水文水资源管理中心.北塘水库蓄水期水质变化趋势研究工作报告［R］.2005.

［5］天津市水利科学院，天津市水文水资源管理中心.北塘水库作为南水北调调节及事故备用水库水质状况预测分析［R］.2004.

［6］河海大学.天津市南水北调配套工程北塘水库水质安全可行性研究报告［R］.2006.

（责任编辑：姜彤宇）

The forecast analysis of Beitang reservoir water salinization

ZHAO Kao-sheng
（Tianjin Hydrology and Water Resource and Survey Management Center， Tianjin 300061，China）

Beitang Reservoir is located in the Binhai New Area， the salt content is higher in the soil and groundwater nearby.Beitang Reservoir is a standby water supply reservoir in South-to-North Water diversion，the salinization is a key problem of reservoir water quality.Through the salinization prediction analysis，it obtains the water content of the chloride increased after the operation of middle line of South-to-North Water diversion，but the content is much lower than the surface water environment quality standard，the reservoir salty is to meet the application requirements.

South-to-North Water diversion；reservoir water； forecast of salinization

TV697

B

1672-9900（2017）03-0080-03

2017-03-31

赵考生（1963-），男（汉族），河北任县人，高级工程师，主要从事水利水电工程技木管理工作，（Tel）13502109302。