大寧調蓄水庫“7·20”暴雨影響分析

孫昊蘇

1 水庫概況

大寧調蓄水庫位于北京市房山區(qū)大寧村北，與其下游的稻田水庫及馬廠水庫組成永定河滯洪水庫，共同滯蓄永定河超過2500 m3/s的洪水。南水北調中線工程總干渠由大寧調蓄水庫庫區(qū)穿過，水庫庫容、水位等工程條件具備調蓄南水北調來水、提高北京城市供水保證率的條件。因此，大寧調蓄水庫在承擔原設計防洪任務的基礎上，增加作為南水北調調蓄水庫的功能，以充分發(fā)揮水庫防洪、供水效益[1]。2011年水庫改造完成工程內容主要包括庫區(qū)防滲、新建泵站及庫尾橡膠壩、改造及維護庫區(qū)中堤、西堤、主副壩、扶壁擋墻等建筑物[2]。

隨著南水北調中線工程建成通水，大寧調蓄水庫在繼續(xù)肩負永定河泄洪功能的同時，更多地擔負起南水北調水“多時蓄水、少時供水”的重任，解決南水北調水與本地用水流量不匹配以及南水北調工程故障或檢修時的調蓄問題，是北京市供水安全的重要保障。水庫的防洪及運行安全關系到北京市經濟發(fā)展和社會穩(wěn)定，及時在暴雨過后梳理水庫存在的潛在風險，采取相應措施對水庫進行有效管理意義重大。

2 “7·20”暴雨情況

2016年7月19～20日，北京市遭遇特大暴雨，降水歷時2 d，全市平均降水量203.0 mm，城區(qū)平均降水量291.0 mm，位于大寧調蓄水庫橡膠壩雨量站和大寧調壓池雨量站記錄降雨開始時間為19日06:00，結束時間為21日00:00，總降雨時長42 h，降水量分別為333.5和340.0 mm，降水特征值見表1。

表1 大寧調蓄水庫7月19～20日降水特征值

7月19～8月1日，由于降雨和匯流，西堤北端小啞叭河158.88萬m3洪水入庫，大寧調蓄水庫水位由52.46 m升至53.9 m，距最高蓄水位58.50 m尚有距離，在水量上并未對水庫造成重大威脅。小啞叭河洪水入庫引起水庫水質發(fā)生了一定的變化，有一定量的有機污染物隨著洪水進入了水庫，對水庫水質造成了一定的影響，可能威脅到水生生物的生存并加劇水體富營養(yǎng)化[3]。同時，水庫水工建筑物眾多，有必要通過安全監(jiān)測數(shù)據(jù)對比防滲墻、主副壩、西堤扶壁擋墻等水工建筑物的變化趨勢，以全面掌握暴雨造成的水庫安全風險。

3 水庫安全監(jiān)測分析

2016年初至今，大寧調蓄水庫常規(guī)監(jiān)測、內觀監(jiān)測、外觀檢測頻次為1次/旬，由于7月19～21日強降雨，內觀監(jiān)測加密一次。2016年7月16日和2016年7月23日進行了2次大寧調蓄水庫安全監(jiān)測工作，抽取這兩次安全監(jiān)測數(shù)據(jù)并進行對比分析。

3.1 地下水位井觀測數(shù)據(jù)分析

大寧調蓄水庫環(huán)庫一周設置了7眼地下水位觀測井，2016年7月16日和23日的地下水位情況見圖2。

圖2 16、23日水庫地下水位情況圖

位于永定河河道內的G3、G6、G8、G9，副壩聯(lián)通橋附近的G11以及南側堤路上的G12這6口地下水位井水位變化較小，位于西堤北端小啞叭河河道旁的地下水位井G2變化較大，受暴雨影響，23日地下水位明顯高于16日。

3.2 主壩測壓管觀測數(shù)據(jù)分析

大寧調蓄水庫主壩共設置測壓管8支，位于主壩背水面，上下兩層各布置4支。16、23日監(jiān)測結果表明，主壩區(qū)地下水位受到降雨影響，各測點水位均增大到約47.0 m。

圖3 16、23日主壩測壓管情況圖

3.3 防滲墻沉降監(jiān)測分析

根據(jù)2016年7月16日和23日防滲墻沉降觀測數(shù)據(jù)對比，各測點沉降值變化較小，極值位于ZD3+100測點，23日沉降測值為-1.89 mm。監(jiān)測結果表明防滲墻各測點垂直位移穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯沉降變形，16、23日監(jiān)測情況見圖4。

圖4 16、23日防滲墻沉降情況圖

3.4 主副壩壩頂沉降監(jiān)測分析

根據(jù)2017年7月16日和23日主副壩壩頂沉降觀測數(shù)據(jù)對比，各測點沉降值變化較小，極值位于ZB-004和FB-008，16日沉降測值為2.24 mm和-1.64 mm。監(jiān)測結果表明主副壩壩頂各測點垂直位移穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯沉降變形，16、23日監(jiān)測情況見圖5、圖6。

圖5 16、23日主壩壩頂沉降情況圖

圖6 16、23日副壩壩頂沉降情況圖

3.5 主壩壩坡沉降監(jiān)測分析

根據(jù)2017年7月16日和23日主壩壩坡沉降觀測數(shù)據(jù)對比，各測點沉降值變化較小，極值位于下1，23日沉降測值為2.05 mm。監(jiān)測結果表明主壩壩坡各測點垂直位移穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯沉降變形，16、23日監(jiān)測情況見圖7。

圖7 16、23日主壩壩坡沉降情況圖

3.6 泄洪閘沉降監(jiān)測分析

根據(jù)2017年7月16日和23日泄洪閘沉降觀測數(shù)據(jù)對比，各測點沉降值變化較小，極值位于XHZ-003點，23日沉降測值為-1.3 mm。監(jiān)測結果表明泄洪閘未出現(xiàn)明顯垂直位移，閘室結構穩(wěn)定，16、23日監(jiān)測情況見圖8。

圖8 16、23日泄洪閘沉降情況圖

3.7 西堤扶壁擋墻沉降監(jiān)測分析

根據(jù)2017年7月16日和23日扶壁擋墻沉降觀測數(shù)據(jù)對比，各測點沉降值變化較小。監(jiān)測結果表明扶壁擋墻未出現(xiàn)明顯垂直位移，16、23日監(jiān)測情況見圖9。

圖9 16、23日扶壁擋墻沉降情況圖

3.8 西堤扶壁擋墻傾斜監(jiān)測分析

根據(jù)2017年7月16日和23日扶壁擋墻傾斜觀測數(shù)據(jù)對比，各測點傾斜值變化較小。監(jiān)測結果表明扶壁擋墻未出現(xiàn)明顯傾斜變形，16、23日監(jiān)測情況見圖10。

圖10 16、23日扶壁擋墻傾斜情況圖

由安全監(jiān)測數(shù)據(jù)對比情況來看，23日大寧調蓄水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)中地下水位井G2水位較16日明顯增大，其他水工建筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)值較為穩(wěn)定。這表明“7·20”暴雨未對庫區(qū)水工建筑物造成明顯破壞，但對于地下水位井G2水位迅速升高，應引起足夠的重視，在暴雨過程中如不采取相應措施任由其發(fā)展，可能對水庫運行安全造成威脅。

4 大寧調蓄水庫暴雨風險點分析

4.1 小啞叭河橡膠壩以北河道整治不徹底，暴雨時威脅水庫安全

大寧調蓄水庫上游小啞叭河匯流面積約20 km2，匯水區(qū)內涉及居民區(qū)較多。小啞叭河已完成河道疏浚等整治工作，雨污管網鋪設于河道護欄內側，周邊生活污水大部分已匯入管網內，但東沿河村、杜家坎7號院等處仍有生活污水排入河道，生活污水囤積于河道內，汛期暴雨徑流會匯合這部分生活污水，以污染團的形式由小啞叭河進入大寧調蓄水庫，威脅水庫安全[4]。

4.2 西堤林地排水不暢，威脅水庫運行安全

大寧調蓄水庫西堤北端扶壁擋墻外為平原造林林地，土質較軟，地勢低洼，且無專用排水管網，本次暴雨造成西堤北端地下水位井G2水位急劇升高。G2正位于西堤北端小啞叭河河道西側，南接西堤林地，東臨扶壁擋墻(圖11)。急劇上漲的地下水位說明西堤土壤含水率在暴雨中飽和，任其發(fā)展會在林地里形成積水，浸泡樹木造成損失。如果暴雨持續(xù)，積水劇增，會增大扶壁擋墻側向壓力，引發(fā)擋墻傾覆，威脅水庫運行安全。

圖11 地下水位井G2位置圖

5 建議措施

（1）建設人工潛流濕地。延長生活污水在濕地中的停留時間，便于泥沙等顆粒物沉降；利用植物和土壤微生物轉化、降解水體中的污染物。小啞叭河匯水區(qū)內的暴雨徑流也可采用人工濕地的處理方式，通過自然植被攔截過濾后進入水庫。

（2）完善污水管網建設，實現(xiàn)河道污水全面截污納管，將收集的污水送至污水處理廠或相關的污水處理設施，實現(xiàn)污水收集、處理和達標排放[5]。

（3）完善西堤排水管網工程建設，沿西堤圍網鋪設覆蓋整個西堤林區(qū)的排水管網，減小林地排水壓力；在適合位置布置排水井與水庫聯(lián)通，減小扶壁擋墻壓力；暴雨過程中加強巡查，加密觀測地下水井水位，及時抽排林地積水，做好應急處置。

（4）汛期隨時關注天氣預報，做好預警，及時啟動應急預案；暴雨時加強巡視，尤其是西堤北端位置，觀察是否有因雨水沖刷引起的壩體破壞和擋墻傾斜；做好設備設施的維護保養(yǎng)，暴雨時加強巡視；加密安全監(jiān)測頻次，尤其是西堤北端小啞叭河、扶壁擋墻一線，更要及時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時報告。

6 結語

大寧調蓄水庫是構成北京市南水北調配套工程“26213”供水格局的重要組成部分之一。2016年“7·20”大暴雨威脅到水庫運行安全，進而關系到北京市的供水安全。雖然本次暴雨沒有對水庫運行造成嚴重影響，但是這是一次重要的警示。應當在汛期加強預報預警、加強巡查巡視、加密安全監(jiān)測；及時采取措施限制污染物入庫；完善西堤排水管網建設；采取必要手段妥善處理突發(fā)事件，做好應急處置；加強水庫及上游河道建設以確保水庫運行安全。

[1]孫昊蘇.城市備用水源地保護方法芻議——以大寧調蓄水庫為例[C].中國水利學會.中國水利學會2014學術會議論文集.南京:河海大學出版社,2014:1193-1197.

[2]北京市水利規(guī)劃設計研究院.北京市南水北調配套工程大寧調蓄水庫工程初步設計報告[R].2016.

[3]孫昊蘇,王昕然,馬寅男等.大寧調蓄水庫“7·20”洪水入庫影響分析[J].北京水務,2017,(05):30-33.

[4]孫昊蘇,趙磊,徐華山,等.大寧調蓄水庫水生態(tài)文明建設芻議[C].水利部南水北調規(guī)劃設計管理局.跨流域調水與區(qū)域水生態(tài)文明建設論文集.北京:中國水利水電出版社,2016:12-18.

[5]徐華山,周文軍,趙磊,等.大寧調蓄水庫飲用水源水質安全保障措施研究[J].南水北調與水利科技,2016,14(2):45-48.