北塘水庫庫水咸化預測分析

趙考生

（天津水文水資源勘測管理中心，天津300061）

科研與管理

北塘水庫庫水咸化預測分析

趙考生

（天津水文水資源勘測管理中心，天津300061）

北塘水庫位于濱海新區，土壤、地下水含鹽量較高，作為南水北調的調節備用供水水庫，庫水咸化是影響水庫水質的關鍵問題。通過水質咸化預測分析發現南水北調中線通水后，庫水氯化物含量有所增加，但含量低于GB3838—2002《地表水環境質量標準》，水庫咸化滿足應用要求。

南水北調；水庫庫水；咸化預測

1 水庫概況

北塘水庫東臨渤海，屬海積、沖積平原，主要由海侵和現代河流沖積而成，屬第四系沉積層，厚度較大，底板埋深約400m。區域內地貌特征為濱海洼地、瀉湖濕地，屬于典型的濱海地貌。土壤以潮土、鹽土為主，黏性大、滲透性較差。

北塘水庫位于天津市塘沽區北塘鎮以北2km處，占地7.5km2，屬于平原水庫。水庫北依永定新河右堤，南臨楊北公路，東面有京山鐵路，西面與地方公路寧車沽道為鄰，始建于1974年，系利用天然洼淀挖取截滲溝土筑堤封閉而成。水庫建成后，蓄水面積7.08km2，設計水位4.50m（大沽高程，下同），總庫容1580萬m3，圍堤長11.28km。1976年唐山大地震時，圍堤曾遭到破壞，1983年進行了除險加固，2002年進行了增容擴建。

水庫屬溫帶季風型大陸海洋過度性氣候，春季干旱多風，夏季濕熱多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷少雪。多年平均氣溫19.3℃，降水年內年際分布不均，年內汛期降水量占全年的70%。

水庫區位于海侵地帶的濱海平原咸淡水混合區。地表水因受感潮影響，水質類型為CL-K.Na型水，總礦化度為10.4g/L；地下水為潛水和微承壓水，水質類型為CL-K.Na型水，總礦化度24g/L，氯離子含量在500mg/L以下。

1999～2004年，由于上游來水量較少，水庫連續5年干涸。期間對水庫底泥進行了取樣化驗分析，庫周內側底泥全鹽含量為0.25%～0.815%，屬于中度～重度鹽漬化土。

2 南水北調通水后庫水咸化分析

2.1 入庫水影響分析

從水庫建成至南水北調通水之前，入庫水源一直是潮白河汛期來水。1985～2005年，潮白河汛期氯化物濃度普遍較高，為75.9～398mg/L，部分年份來水中氯化物含量已超過GB3838—2002《地表水環境質量標準》規定的集中式生活飲用水源地標準（250mg/L），故此時上游來水含鹽量高是造成當時庫水咸化的主要原因。但由于南水北調中線通水后，北塘水庫作為存續調節中線來水的專用水庫，中線來水成為水庫的唯一入庫水源，而中線來水的氯化物含量為20～27mg/L，遠低于GB3838—2002《地表水環境質量標準》中規定的集中式生活飲用水水源標準（250mg/L）。因此，在南水北調中線通水之后，其入庫水質不會造成庫水咸化。

2.2 地下水滲漏補給影響分析

2.2.1 庫水位高于周邊地下水位時

根據對庫區周圍的水文地質勘測，庫區周圍地面高程為2.77～5.52m，北側地勢較高，其他方位地勢均較低，按照多次對地下水位動態觀測，庫周地下水位變化在0.3～4.74m之間，除北側外，東、南、西3個方位，地下水位一般在2.5m以下。如果水庫在其設計最低運行水位5.60m以上運行時，由于庫水位高于周邊地下水位，故不存在地下水補給水庫情況，地下水不會對庫水咸化造成威脅。

2.2.2 庫水位低于周邊地下水位時

當水庫運行到死水位左右時，庫水位低于周邊地下水位，就存在水庫北側地下水補給水庫的情況，使庫水咸化。實驗分析得到庫周土滲透系數平均值為3.96E-05，北側滲透系數8.74E-09～7.18E-05。 按照北側地下水位4.74m，庫內水位為死水位2.8m進行計算，年滲流量7.4萬m3，庫內氯離子平均含量增加3.6mg/L。南水北調中線通水后，庫內水體在水庫死水位以下運行時，庫內水體氯離子濃度會達30.6mg/L，遠低于集中式生活飲用水水源標準（250mg/L）。故此時雖然地下水造成了庫水的咸化，使庫水水體氯離子濃度增加，但其離子濃度仍遠低于飲用水水源標準。

2.3 底泥鹽分釋放影響分析

2.3.1 實驗室模擬實驗

通過對庫區20個點的底泥樣品分析，底泥中鹽分（氯離子）含量分布不均，庫區西部含量較高，為0.043%；庫區中部和引水閘附近含量較低，為0.012%；庫區南部含量居中，為0.021%。

2.3.1.1 含鹽量高、中、低3種情況的鹽分釋放

為了研究底泥含鹽量分別為高、中、低3種情況下氯離子釋放量和釋放強度，擬通過實驗室模擬，對比分析水體中鹽分濃度變化。由于南水北調中線水氯離子含量很低，只有20～27mg/L，為了偏于安全地模擬南水北調通水后的底泥釋放情況，實驗中采用上覆水為去離子水進行模擬實驗，上覆水深為1.0m。

模擬結果為：到第60d，3個底泥實驗柱中釋放的氯離子濃度達到最大并趨于穩定，底泥含鹽量高者釋放到水中的氯離子量為53.7mg，單位面積釋放量13.80g/m2，釋放強度0.28g/m2/d；底泥含量為中低者，釋放到水中的氯離子量十分接近，為44.1mg，單位面積釋放量11.33g/m2，釋放強度0.23g/m2/d。

2.3.1.2 水位、溫度、底泥擾動等對底泥鹽分釋放作用的影響

（1）水位變化。上覆水深1.0m時，穩定后最大釋放量51.3mg；上覆水深1.5m時，穩定后最大釋放量8.8mg；穩定時間均為50d；說明水深增加對底泥釋放的抑制作用非常明顯。

（2）溫度變化。在實驗室將直徑為75mm的塑料桶裝上底泥樣品和上覆11cm深去離子水的式樣，分別放入溫度為5，10，30℃的恒溫箱中按規定進行培養，之后進行實驗。實驗表明，在實驗初始15d，溫度對釋放影響明顯，溫度越高釋放越快，但到實驗后期，溫度影響越來越小。模擬結果如表1。

表1 不同水溫氯離子釋放量

為了模擬南水北調通水后，水庫經常換水對氯離子釋放的影響，實驗中，模擬了在第15d和第65d換水后，不同溫度的釋放情況，結果表明，每換水1次，釋放量都有明顯下降，且溫度影響減弱。結果如表2和表3。

表2 第15d換水后不同溫度氯離子釋放量

表3 第65d換水后不同溫度氯離子釋放量

（3）底泥擾動。在實驗室制作水庫底泥表層0～40cm混合底泥樣品，加入10cm深去離子水，每隔2h擾動1次，模擬底泥被擾動情況下氯離子釋放情況。模擬結果為，到10d以后，氯離子濃度趨于穩定，最大釋放量為262.8mg，單位面積釋放量115.8g/m2，釋放強度為11.6g/m2/d。經計算，樣品中的氯離子基本全部釋放。

2.3.2 底泥釋放對水庫水質影響預測分析

南水北調中線通水后，北塘水庫將存蓄中線來水。根據對丹江口水庫的取樣化驗，中線來水的氯離子濃度為20～27mg/L。為了偏于安全，按照中線來水氯離子含量27mg/L進行預測分析。

按照庫內存續水深1.0m（為了充分利用實驗室模擬實驗結果）庫水位3.0m進行預測分析。底泥釋放60d達到穩定時，庫水氯離子平均含量增加13.8mg/L，總含量為40.8mg/L。用水溫30℃、釋放15d的氯離子釋放量預測分析水庫夏季高溫情況下庫水氯離子含量，預測結果為95.5mg/L。

由于庫區瀕臨渤海，庫區多年平均風速4.6m/s，最大風速達到27m/s，根據室內擾動模擬實驗，假定庫內水深1m，庫底0～40cm底泥全部充分擾動，底泥中氯離子全部釋放，水體中氯離子含量將增加115.85mg/L，達到142.85mg/L。

按照飲用水標準，水體氯離子含量標準為250mg/L。根據前面的預測分析，上述各種情況下，水庫水體中氯離子含量均明顯低于飲用水標準。

3 結語

（1）南水北調中線通水后，通過對北塘水庫周邊地下水水位、水質及與水庫互補關系和滲透情況的分析及對底泥各種可能情況下鹽分釋放情況預測分析，表明雖然庫水含鹽量會有所增加，但其增加量均在飲用水標準之內，不影響其作為飲用水水源地的功能。

（2）南水北調中線通水后，北塘水庫庫水氯離子含量30.1～30.8mg/L，相應庫水位3.1m，與預測結果吻合。

［1］天津國際工程咨詢公司.天津市南水北調配套工程總體規劃［R］.2004.

［2］GB3838-2002，地表水環境質量標準［S］.

［3］南開大學環境科學與工程學院.水庫水質預測專項報告書［R］.2005.

［4］天津市水文水資源管理中心.北塘水庫蓄水期水質變化趨勢研究工作報告［R］.2005.

［5］天津市水利科學院，天津市水文水資源管理中心.北塘水庫作為南水北調調節及事故備用水庫水質狀況預測分析［R］.2004.

［6］河海大學.天津市南水北調配套工程北塘水庫水質安全可行性研究報告［R］.2006.

（責任編輯：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

趙考生（1963-），男（漢族），河北任縣人，高級工程師，主要從事水利水電工程技木管理工作，（Tel）13502109302。