大寧調蓄水庫高水位蓄水影響分析

金良澤 佟 玲 王靖宇

(北京市南水北調大寧管理處，北京 102442)

1 水庫基本情況

大寧水庫初建于1985年，屬中型水庫，主副壩為土石壩，坐落于豐臺區和房山區交界處，水庫北起京周路主路，南連稻田水庫，東至永定河右堤路，西抵京港澳高速公路主路，與其下游的稻田、馬廠水庫，共同組成永定河蓄滯洪區，滯蓄永定河超過2500m3/s的洪水。隨著南水北調工程的實施，大寧水庫作為北京市南水北調工程的調蓄庫于2009年進行了改建。

改建后的大寧調蓄水庫總庫容4611萬m3，正常蓄水位為56.40m，相應調蓄庫容3116萬m3；最高蓄水位為58.50m，相應調蓄庫容為3753萬m3，汛限水位為48.00m，設計洪水位為61.01m，校核洪水位為61.21m。

2014年南水北調中線工程正式通水以來，大寧調蓄水庫的應用日益頻繁，調蓄功能的效益已經顯現，大寧調蓄水庫已經成為北京城市水資源調度中不可或缺的一環[1]，極大程度地解決了南水北調來水與本地用水流量不匹配時的調蓄問題，并成為永定河生態補水以及相關工程檢修時的調蓄通路。

2 2021年大寧調蓄水庫高水位蓄水情況

為配合團城湖至第九水廠輸水工程二期等相關工程檢修并做好向永定河生態補水準備工作，2021年9—12月期間，南水北調中線干線北京段工程向大寧調蓄水庫退水，自2021年9月1日至11月25日，大寧調蓄水庫累計接收南水13876.88萬m3，水庫水位由47.76m提升至57.53m，超過正常蓄水位(56.40m)，達到改建以來的最高水位。

3 高水位蓄水影響分析

水庫水位短時快速上漲，可能影響水庫運行安全和建筑物結構穩定[2-3]，且會帶來水庫水質的變化[4-5]，本文主要從這兩個方面分析高水位蓄水對大寧調蓄水庫的影響。

3.1 水庫高水位蓄水期間安全監測情況分析

大寧調蓄水庫工程安全監測項目主要包括：水工建筑物(防滲墻、主壩、副壩、泵站、節制閘)沉降觀測，地下水位觀測，應力應變觀測等。

防滲墻及主、副壩沉降觀測點共21個，其中主壩壩頂4個、副壩壩頂9個、中堤5個、西堤3個。泵站及節制閘沉降觀測點共6個。

防滲墻應變計和無應力計總計48支，埋設于防滲墻內部。采用基康BGK-4200型儀器，測量范圍3000×10-6，分辨率1.0×10-6，精度2.0%FSR，線性度2.0%FSR。

地下水位監測分為地下水位井監測和測壓管監測，水庫周邊設置地下水位井8眼，主壩埋設測壓管8支。

3.1.1 沉降變化分析

a.防滲墻沉降觀測。水庫蓄水可能引起地質條件變化，進而對水工建筑物造成影響，通過沉降觀測能夠直接了解防滲墻的可靠程度和穩定性。選取蓄水期部分時間防滲墻沉降監測結果進行整理分析，見表1。2021年9月至11月期間，防滲墻各測點沉降變化穩定，未出現趨勢性沉降。

表1 防滲墻沉降觀測結果

b.主、副壩壩頂沉降觀測。水庫蓄水可能引起地質條件變化，進而引起主、副壩壩頂沉降，通過沉降觀測能夠直接了解主、副壩的可靠程度和穩定性[6-7]。選取蓄水期部分時間主、副壩壩頂沉降觀測結果進行整理分析，見表2。2021年9月至11月期間，主、副壩壩頂各測點沉降變化穩定，未出現趨勢性沉降。

表2 主、副壩壩頂沉降觀測結果

c.泵站沉降觀測。水庫蓄水可能引起地質條件變化，進而引起泵站結構發生沉降變化，通過沉降觀測能夠直接了解泵站結構的可靠程度和穩定性[8]。選取蓄水期部分時間泵站沉降監測結果進行整理分析，見表3。2021年9—11月期間，泵站各測點沉降變化穩定，未出現趨勢性沉降。

表3 泵站沉降觀測結果

d.節制閘沉降觀測。水庫蓄水可能引起地質條件變化，進而引起節制閘結構發生沉降變化，通過沉降觀測能夠直接了解節制閘結構的可靠程度和穩定性。選取蓄水期部分時間節制閘沉降觀測結果進行整理分析，見表4。2021年9—11月期間，節制閘各測點沉降變化穩定，未出現趨勢性沉降。

表4 節制閘沉降觀測結果

3.1.2 地下水位監測分析

3.1.2.1 地下水位井監測數據分析

環大寧調蓄水庫一周，共設置地下水位井8眼，其中7眼在蓄水期間連續監測。2021年9—11月期間，地下水位變化總體穩定，但G10、G11地下水位變化明顯，均較前次監測分別上漲近2m(見圖1)。至2021年11月末，G10、G11區域地下水位約為48.30m，仍明顯低于庫區水位。

圖1 地下水位井水位監測結果

3.1.2.2 測壓管監測數據分析

水庫主壩背水面共設置測壓管8支，分上下兩層布置。主壩測壓管水位變化總體穩定，見圖2。

圖2 主壩測壓管水位監測結果

3.1.3 應力應變監測分析

應力應變監測主要利用埋設在防滲墻內部的應變計和無應力計進行，總計48支。

對監測數據進行分析，結果表明，2021年9—11月期間，各防滲墻塑性混凝土監測斷面應變值穩定。各測點應變值均未超過塑性混凝土的允許應變值(±1300×10-6)。

3.2 水庫高水位蓄水期間水質狀況

在2021年9月之前，大寧調蓄水庫每月所測溶解氧、高錳酸鹽指數、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、總氮濃度等數值保持平穩。在9—12月期間，南水北調中線干線北京段工程持續向大寧調蓄水庫退水，隨著蓄水量增加，水位升高，水庫蓄水前后對比，溶解氧、高錳酸鹽指數、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷濃度保持相對平穩，但總氮濃度隨著蓄水量增加而不斷上升，見表5。

表5 蓄水前后水質指標變化情況對比

3.3 影響原因分析

上述分析表明，本次水庫高水位蓄水的影響主要表現為：水庫部分區域地下水位上升；水庫部分水質指標變化。

G11地下水位上漲原因：副壩采用帷幕灌漿方式進行防滲，相對于塑性混凝土防滲墻，防滲效果稍差。G10地下水位上漲原因：該區域臨近水庫泄洪閘，泄洪閘兩深孔閘門止水老化，密封不嚴，致使水庫存水緩慢滲漏，導致地下水位抬升。

總氮指標上升原因：水庫內坡的土壤、植物根系及枯枝敗葉等有機營養物受水浸泡后進入水體，導致營養物質富集，從而引起總氮指標的變化。

4 水庫高水位蓄水運行管理對策及建議

4.1 加強蓄水前檢查和處置力度

通過原因分析，發現本次高水位蓄水影響主要表現為部分區域地下水位上升和水質變化，除因工程原因引起的G11地下水位上升外，G10地下水位上升和總氮指標上升均可通過蓄水前檢查發現和處理，并可在一定程度上消除或減弱影響。因此，在蓄水前應及時檢查、更換閘門止水，及時撿拾、清理庫區垃圾和枯枝敗葉，在一定程度上減小高水位蓄水的影響，保障水庫運行安全。

4.2 加密巡查和監測頻次

按照相關規范及大寧調蓄水庫往年調度運行情況，規定防滲墻應力應變和水庫水位觀測頻次為1次/6天，測壓管和水位井觀測頻次為1次/10天，防滲墻和主、副壩垂直位移觀測頻次為1次/10天，其他變形觀測頻次為1次/月。而在2021年9—12月期間水庫蓄水量快速增加，為及時掌握水庫工程變化情況，應對庫水位、地下水位和測壓管水位及部分區域沉降位移進行加密觀測，待蓄水結束后，恢復原觀測頻次。同時，加密人工巡查次數，以便及時發現問題。

4.3 加強水質檢測和庫區管理

高水位蓄水期間，水庫部分水質指標可能因為上游來水、邊坡植被入水發生變化，應及時采水樣檢測，及時發現水質指標異動，采取措施，保障水庫水質安全；水庫水位變化期間，水庫景觀會不斷發生變化，勢必吸引更多游人的目光，在此期間，應加強庫區管理，禁止釣魚、戲水愛好者違規入庫，保障水庫蓄水安全。