北京地下水庫建庫條件初步分析

姚旭初

北京地下水庫建庫條件初步分析

姚旭初

（北京市水利規劃設計研究院 北京 100048）

北京市是嚴重缺水的國際大都市，目前人均水資源量僅106m3,遠低于國際人均水資源占有量1000m3的重度缺水標準，長期主要靠超采地下水來保證城市供水，造成地下水位持續下降，2011年末平原區地下水平均埋深約25m，比1960年下降了21.75m，地下水～儲量減少了110多億m3，在北京5大水系的山前沖洪積扇中上部均形成了儲存空間巨大的地下水庫。本文分析了北京地下水庫條件、調蓄庫容、回灌方式和入滲能力等，并提出了北京建立地下水庫的有關建議。

地下水庫 人工回灌 南水北調 涵養地下水

利用南水北調通水初期沿線省份配套工程滯后的契機，北京急需建立地下水庫，加大北京調水量回補地下水，補多年地下水嚴重超采的“欠賬”，提高水資源戰略儲備、供水安全保證率，實現地表水與地下水聯合調蓄，以及水環境生態修復。本文就北京地下水庫建庫條件、調蓄庫容、回灌方式和入滲能力等進行分析，并提出了北京建立地下水庫的有關工程建議，以便為北京市多水資源聯合調蓄的相關規劃、設計提供參考。

1 北京建立地下水庫的必要性

北京市是國際上為數不多的以地下水作為主要供水水源的國際大都市，地下水占全市供水總量的60～80%，即使南水北調引水進京后，地下水仍占50%以上。北京人均水資源量僅106m3，南水北調水進京后，按目前的人口計算，人均水資源量也僅154 m3，大大低于國際人均1000m3的嚴重缺水標準。尤其自1999年開始遭遇多年枯水年份，降水量減少19%，水資源總量減少43%，入境水量減少77%，官廳和密云兩庫來水減少79%，可用水資源急劇減少。為保證供水安全，北京市不得大量超采地下水。2011年末平原區地下水平均埋深約為25m，比1960年地下水位下降21.75m，儲量減少110億m3。

建立地下水庫是北京水資源調控的最主要手段之一，充分發揮地下水庫儲存量大、調節能力強的特點，以“以豐補欠”的原則對北京安全供水進行調蓄。因此，建立地下水庫是保證北京市安全供水，維持社會穩定、經濟可持續發展的重要措施之一。

2 北京地下水庫條件概況

2.1地質、水文地質條件11

北京山前沖洪積扇群組成了儲水量巨大、水質優良的地下水庫，具有與地表水庫相類似的多年水源調蓄功能，且調蓄能力較強。尤其永定河、潮白河、溫榆河、大石河及平谷泃河洳河沖洪積扇中上部屬極富水區（單井出水量大于5000m3/d），含水層主要由單、雙層砂卵石組成，顆粒粗、厚度大，富水性好，具備理想的地下水儲存空間，各地下水庫根據所在水系分別稱為永定河地下水庫、潮白河地下水庫、溫榆河地下水庫、大石河地下水庫以及泃河洳河地下水庫。各地下水庫的平面分布范圍見圖1。

2.2地下水庫調蓄庫容

以2010年6月地下水為下線水位，以1983地下水位為上限水位計算，永定河地下水庫面積330km2，調蓄庫容為9億m3；潮白河地下水庫面積400 km2，庫容為25億m3，地下水位漏斗形態見地下水位等值線圖2（地下水位降落漏斗在水源八廠附近）。潮白河地區近年來由于懷柔應急水源、水源八廠及新打的潮白兩河水源地的超負荷開采，地下水庫庫容持續增大，估算到2014年底庫容不小于30億m3；溫榆河地下水庫面積173km2，調蓄庫容為3億m3；大石河地下水庫面積106km2，調蓄庫容為1億m3；泃河洳河地下水庫面積136km2，調蓄庫容為7億m3。

圖1 平原區地下水庫分布范圍圖

將上述5大地下水庫面積、庫容統計于表1。

表1 北京地下水庫基本情況統計一覽表

圖2 潮白河地下水庫地下水位等值線圖（2011年）

3 回灌水源條件分析

雖然北京5大水系沖洪積扇上游均具備建設地下水水庫具體的庫容，但建地下水庫還有一個必要條件，即回灌水源。根據目前的南水北調水資源配置規劃成果，2014年底南水北調水開始進京供水，初期每年供水10.5億方，但城區集中水廠僅能消納7.2億方水，密云水庫可消納1.3億，尚有約2億方多余來水可用來回灌地下，這保證了地下水庫建設所必須的水源要求。根據北京1724～2010年280多年的觀測資料，年降水量有明顯的周期性變化規律，短周期以2～3年為主，中周期約11年，中長周期為80～86年。北京自1999年進入枯水年份，已連續10多年干旱，倘若北京由枯轉豐，多余雨洪便是建設地下水庫的重要回灌水源之一。

4 回灌方式與入滲能力初步分析

4.1永定河地下水庫

永定河地下水庫回灌方式包含永引渠渠道入滲、南旱河河道入滲、砂石坑（西黃村、阜石路和北塢村）入滲以及大口井入滲。利用河西支線將南水北調多余來水從大寧水庫調入三家店水庫，從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滲能力估算為6 m3/s，60眼大口井（深度25m、直徑8m）入滲能力為9m3/s，總入滲能力估算約15 m3/s，年入滲量約為4.7億m3。

4.2潮白河地下水庫

潮白河地下水庫回灌方式包含潮白河（牛欄山橡膠壩～京承高速路段）河道入滲、小東河河道入滲、沙河河道入滲、砂石坑（潮白河和小東河兩岸）入滲以及大口井入滲。可利用南水北調多余來水調入密云水庫調蓄工程引客水到潮白河地下水庫。上述河道入滲能力初布估算為20m3/s，年回灌量約為6.3億m3；潮白河砂石坑分布廣，面積大，總入滲能力達60m3/s，年回灌量約為19億m3。因此，潮白河地下水庫人工回灌工程合計入滲能力約為80m3/s，年入滲量約25億m3。

4.3泃河、洳河地下水庫

平谷泃河、洳河地下水庫可利用的入滲場地包括泃河河道和洳河河道，回灌工程劃分為兩部分：泃河河道入滲工程和洳河河道入滲工程。泃河河道入滲工程主要引海子水庫水，可由溢洪道直接向泃河河道內放水，同時可考慮引南水北調多余來水回灌。河道總入滲能力約17 m3/s，年回灌量約為5.4億m3。洳河河道入滲工程可利用的地表水源包括南水北調多余來水、西峪水庫水、山區及山前雨洪水，可利用洳河河道作為主要引水途徑引地表水入滲。洳河河道入滲能力初布估算為1.9m3/s，年回灌量約為0.6億m3。因此，平谷泃河、洳河地下水庫人工回灌工程合計入滲能力約為19 m3/s，年入滲量約6億m3。

4.4溫榆河地下水庫

溫榆河地下水庫可利用的入滲場地包括狻猊東岸的大型砂石坑、土樓村西的砂石坑和大口井，回灌地表水源可利用南水北調多余來水、雨洪水和水庫棄水。砂石坑自然入滲能力估算為9 m3/s，20眼大口井（深度25m、直徑8m）入滲能力為3m3/s，總入滲能力約12m3/s，年入滲量約為3.8億m3。

4.5大石河地下水庫

大石河地下水庫可利用的入滲場地包括大石河河道和砂石坑，回灌地表水源可利用南水北調多余來水和雨洪水，總入滲能力約11 m3/s，年入滲量約為3.5億m3。

將上述5個地下水庫人工回灌工程方式和入滲能力統計于表2。

表2 北京地下水庫人工回灌工程方式和入滲能力一覽表

5 地下水庫下邊界初步分析

如上所述，北京市地下水庫庫容大、人工回灌工程入滲能力強，即北京地下水庫具有“灌得進”的特點，但能否“存得住”，需要分析地下水庫的下邊界，而地下水庫的下邊界是與水文地質條件、調蓄水位密切相關的動態邊界，結合各水庫離市界的距離，初步分析得出，潮白河、永定河和溫榆河地下水庫在興利庫容蓄水條件下地下水不會流出北京市界，平谷泃河、洳河地下水庫和大石河地下水庫下邊界可能會下移到河北省。

6 結論與建議

（1）北京山前沖洪積扇中上部屬極富水區，具備理想的地下水庫建庫條件，初步分析可建永定河地下水庫、潮白河地下水庫、溫榆河地下水庫、大石河地下水庫和泃河、洳河地下水庫5大地下水庫。

（2）北京地下水庫面積大（1145km2）、庫容巨（45億m3）以及人工回灌入滲能力強（137m3/s、年可入滲量43億m3）。

（3）南水北調來水初期，至少有2億方多余來水可用于地下，這是北京市地下水庫建設所需的水源重要保障，另外，豐水年份的雨洪也可用于回灌地下。

（4）鑒于天然河道和砂石坑初期天然入滲能力大，但其入滲能力隨著時間淤塞而衰減非常嚴重，因此，建議地下水庫建設時需考慮預留人工回灌工程措施（如建設大口井）以及進行專項回灌試驗。

（5）建議利用南水北調通水初期沿線省份配套工程滯后的契機，盡快建立地下水庫，加大北京調水量回補地下水，提高水資源戰略儲備、供水安全保證率，實現地表水和地下水聯合調蓄，以及水環境生態修復。

（6）建議優先建設潮白河和泃河、洳河地下水庫，潮白河地下水庫現有開采和輸水設施齊全，水源地總開采量約3億m3/a，具備“可灌、可存、可取、可保”的有利條件，適宜大規模地下水回灌，同時可以改善懷柔、密云新城地表水環境；泃河、洳河地下水庫現有中橋和王都莊應急水源地，總開采量約1億m3/a，輸水設施齊全，適宜較大規模回灌，以涵養平谷盆地地下水。

（7）永定河地下水庫現有三廠、楊莊水廠、四廠、七廠，水源地總開采量約1億m3/a，輸水設施齊全，但考慮到水質和次生災害問題，不宜大規模回灌，但可適當回灌，以涵養北京西郊地下水。

1. 北京市地質礦產勘查開發局，北京市水文地質工程大隊. 北京地下水. 中國大地出版社，2008:205-227.

2. 北京市水務局. 北京市水資源公報. 2011.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.03.011

TV213

A

1672-2469（2014）03-0029-04

姚旭初（1973年—），男，高級工程師。

北京市科技計劃項目“密懷順地下水庫調蓄及水質保障研究。項目編號：Z121100000312036