北京市西郊雨洪調蓄工程高水位運行風險分析及對策措施

劉 琦，張文陽，何沛洋，張 瑞

(北京市城市河湖管理處，北京 100144)

1 基本情況

北京市西郊雨洪調蓄工程(簡稱西蓄工程)位于北京市海淀區西五環與阜石路交叉口東南。主要包括永引渠杏石路分洪樞紐、阜石路砂石坑分洪暗涵，阜石路砂石坑等內容。其中主體工程阜石路砂石坑占地面積約66.7hm2，設計蓄洪庫容680萬/m3，有效避免北京西部八大處溝流域及北八排溝、瑯璜溝流域27km2的100年一遇洪水下泄至中心城區，是北京“西蓄、東排、南北分洪”的城市防洪體系中的重要組成部分。

西蓄工程于2014年2月開工，2017年4月25日順利通過北京市水務局組織的竣工驗收，工程主要承擔了防洪、回補地下水、改善生態環境3大功能。西蓄工程內坡面防護采取工程護坡與植物護坡相結合的方式，工程護坡以漿砌石、干砌石、混凝土框架梁為主；植物護坡針對陰坡、陽坡選擇了適宜植物種類，以密林、宿根地被+灌木組合、濕生植物+灌木組合的形式，做到了喬灌草有機結合、科學搭配，在形成綠化景觀的同時又防止了水土流失。

2019年9月24日西蓄工程正式向市民開放，成為首個向市民開放的水利工程，每年接待市民超過100萬人次，目前已經累計超過300萬人次。西蓄已經成為最佳的宣傳水務文化、水務科技、水務政策的窗口，并以最適宜的方式秉承了北京水務“安全、潔凈、生態、優美、為民”的發展目標。

2 高水位成因

2.1 地表水補水

西蓄工程水源主要為地表水和雨洪水。為開展地下水回補工作，自2021年9月起，通過永引渠杏石口閘分洪樞紐向阜石路砂石坑內補給地表水，2022年3月補水工作結束。期間，2021年10月的補水量到達最高值497.06萬m3，2021年11月水位達到最高值50.66/m，水面面積達到40.60萬m2，庫容量410.8萬m3。為保障西蓄工程進入汛期后仍然能夠發揮蓄滯洪水的功能，2022年4月起停止了補給地表水，隨后，阜石路砂石坑在持續回補地下水與水面蒸發的作用下，2022年5月水位下降至本年度最低值45.03m，水面面積下降至32.58萬m2，庫容量201.6萬m3，具體補水量見表1。

表1 西蓄工程2021年9月—2022年5月期地表水補給量統計

2.2 汛期內降雨

2022年6月1日，北京進入汛期，截至9月30日，北京降雨量為393mm，汛期內北京西部地區共經歷42次降雨過程，其中暴雨3次、大雨2

次、中雨8次、小雨29次，最大降雨出現在7月3日，降雨量為93mm[1]。汛期內西蓄工程承接永定河引水渠分洪6.05萬m3，通過排水集團雨水管網收集雨水超過120萬m3，2022年9月下旬阜石路砂石坑水位基本保持在46.6m左右，水面面積為36.27萬m2，庫容量為257.10萬m3，由于阜石路砂石坑退水閘的作用僅為超高洪水的下泄，同時該區域地下水經長期回補，地下水水位已回升至45m水位線。因此，阜石路砂石坑最低運行水位將長與地下水位基本持平。今后西蓄工程將長期保持水位45m以上的高水位運行狀態。

3 高水位運行管理存在的風險

3.1 邊坡土體結構穩定性存在風險

阜石路砂石坑建設時大致為東開挖，西填筑，通過開挖擴大開口面積，填筑降低坡度。坡面使用500mm厚石籠及500mm厚種植土經綠化固坡，下設置防水毯防滲，坡比在1∶3～1∶5之間。柴學銳[2]等研究分析水位上升對邊坡穩定性的影響，結果表明隨著水位上升，孔隙氣壓力、孔隙水壓力、毛細壓力和水飽和度均逐漸增加，土坡的安全系數先呈現輕微減少趨勢后開始逐漸增加，當水位穩定后，土坡安全系數逐漸降低。同時由于此處地質條件較為特殊，建設初期的地質勘探測量至西坡基底下127m沒有穿越卵礫石層，所以西蓄工程持續高水位運行會給岸坡及土體結構的穩定性產生影響。

3.2 水體存在爆發藻類水華的風險

西蓄工程在降雨過程中發揮了蓄滯洪水的功能，但雨水匯流過程中會攜帶大量污染物，并且當降雨量達到中到大雨時，城市排水管網會出現雨污水混流入阜石路砂石坑內的問題，導致水體質量明顯下降，由于工程蓄滯的特殊性，水體匯入砂石坑后，無法流出，形成了以蒸發滲透為主的相對封閉緩流水體。經過2022年4—9月期間對西蓄工程水質的檢測，4—6月水體質量為Ⅳ類，7—9月水體質量為劣Ⅴ類，高錳酸鹽指數、總磷、總氮數值顯著上升，水質監測數值見表2[3]。曹江兵[4]研究表明，藻類水華爆發機理主要受水體中營養鹽含量過高、水體流動緩慢、光照強度和適宜水溫4個方面的影響。根據目前西蓄工程水體質量情況，以及水體缺乏流動性現狀，預測當光照強度增加，水溫處于25～35℃區間時，存在爆發水華的風險。

表2 2022年4—9月西蓄工程水質監測數據 單位：mg/L

3.3 水面作業存在安全隱患風險。

阜石路砂石坑水位由37.5m的低水位上升至46.6m的高水位，水深增加了9m，同時水面面積由7.7萬m2增長至36萬m2，當作業人員開船進行打撈作業時，如突遇強陣風，不易及時靠岸停船，如人員落水，雖穿著救生衣，但水面寬廣，很難自救，如未及時發現人員落水，易形成安全事故。

4 高水位運行管理對策

4.1 提高人員應對險情能力

全面總結2021—2022年高水位運行的工作經驗與不足，進一步完善西蓄工程保障運行方案，細化責任清單，明確日常巡查頻次、路線、內容及要求。組織管理人員開展專業技術培訓工作，使全體人員認識西蓄工程高水位運行的新常態、新形勢、新要求，提升對險情的認識，熟悉險情應對工作流程，并且開展險情的處置演練，確保每名工作人員掌握每個環節的具體要求，可沉著、科學、有序應對險情。

4.2 增加土體結構與浮游藻類的監測

4.2.1岸坡土體結構監測

西蓄工程已對外開放，由于景色優美，節假日期間每天吸引近萬名市民進入工程內賞景游玩，所以邊坡的穩定性直接關系著工程效益和廣大市民的人身安全。目前西蓄工程內多處臺階、步道出現了一定程度裂縫和塌陷，建議今后的日常管理工作中可增加邊坡穩定性的自動化監測和風險警報系統，可選擇線型檢測的Gnss定位、線式絕對值位移、土壓力集成檢測系統，和面型檢測的insar干涉雷達監測系統，對地質數據進行全面、有效的分析，掌控風險趨勢，確保在塌坡、滑坡等地質災害的發生前進行預警并采取有效防護措施，提高西蓄工程安全保障性。

4.2.2水體中浮游藻類監測

浮游藻類個體微小、種類繁多，是生態系統的基礎和初級生產力的代表，對水生態系統的生態平衡起著重要作用，淡水水體中常見藻類大致分為：藍藻門、裸藻門、金藻門、甲藻門、隱藻門、硅藻門、綠藻門、黃藻門等。當某一藻門在水體中過量繁殖，會對水體產生不同影響，如綠藻門成為水體中優勢種群后會導致水綿問題的出現，由于其以絲狀體斷裂再生或行接后生殖，繁殖速度迅速，使水體透明度下降，水質惡化；如藍藻門成為水體優勢種群后，會消耗水體中大量溶解氧，其死亡后會在水體表面或水體中凝聚形成一層藍綠色懸浮物，即出現較為常見的水華問題。所以應在現有水質監測的基礎上，增加水體中浮游藻類的監測工作，掌握不同時期水體中優勢藻門以及藻類密度值，當藻類呈現快速增長趨勢時，能夠及時進行預警，避免水華問題爆發后進行被動治理。

4.3 加強水質治理工作

4.3.1利用水生植物凈化水質

水生植物可以通過自身的新陳代謝改變水體的透明度、PH和堿度，調節水生生態系統的結構，起到凈化水質的作用。根據目前西蓄工程水面面積及水深的現狀，可采用生態浮島形勢，增加水生植物的種植量，水生植物的品種可混合搭配，例如千屈菜、香蒲具有廣泛氮磷濃度的適應性，旱傘草、美人蕉、蘆葦、鳳眼蓮在北方地區應用較多，對各種水體均有較好的凈化功能[5]。并且不同類型的水生植物根莖長度也有所差異，在生態浮島下可形成分層分布的根系，能從不同深度對水體中懸浮物及污染物起到過濾和吸附作業，擴大凈化范圍。生態浮島的設立不僅起到水質凈化的作業，還為鳥類提供了棲息地，構建良性循環的生態圈。同時不同類型的水生植物形成優美的景觀帶，也起到了美化環境的作用。

4.3.2利用生物制劑改善水體質量

西蓄工程水體質量的高低，直接影響了市民進入工程內游玩的感受，以及對工程效果的評價，針對水體質量的改善工作，可以借鑒目前較為成熟的生物治理措施，王敏等人研究表明[6]利用微生物控制途徑可對藻類起到明顯抑制作用，例如利用芽孢桿菌、酵母菌等益生菌的溶藻作用可以直接殺滅藻細胞，降低藻類密度，降低水華問題的發生，生物復合酶可促進水中的大分子化合物分解成小分子化合物，同時釋放出結合氧，增強水體復氧功能。今后水體治理過程中結合水質監測數值，多種微生物混合使用，改善水體的微生態系統，提高水體自凈能力，并且此方法簡單易行，不會對水體產生二次污染問題。

4.4 推進智能化設備的應用

西蓄工程水面情況區別于城市河道，由于沒有開放水上娛樂項目，同時市民無法進行垂釣活動，所以水面作業過程中如使用無人智能保潔船進行作業，不會有外界因素對設備進行干擾，同時船體搭載高清攝像頭系統實時監測水面漂浮物，進行自主作業打撈，作業時長與作業效率均比人工作業有大幅度提高，在節約人工成本的同時能夠避免水面作業事故的發生。

5 結語

本次是西郊雨洪調蓄工程首次經歷長時間高水位運行，既是一次考驗，也是一次積累寶貴管理經驗的歷程，在今后的的管理工作中要充分認識工作任務的艱巨性和工程安全運行的重要性，強化責任意識，抓好工作落實，做好高水位期間西調蓄工程的運行管理，最大化的實現工程的多重社會效益和生態效益。