北京十三陵水库应急补水工程的建设与管理

　　摘要：十三陵水库应急补水工程采用水库下游水源地，由下而上对水库补水。在运行过程中，分别对水库、补水水源地从水量水质两方面进行监测, 并进行数据分析, 适时调整补水进度及方式, 从而科学合理地调配水资源，满足水库蓄水要求，实现水库功能的发挥。

　　关键词：水资源十三陵水库应急补水

　　中图分类号 TV68 文献标志码B 文章编号1673-4637(2009)03-0037-03

　　1 工程建设背景

　　1.1水库概况

　　水库概况

　　十三陵水库位于北京市昌平区温榆河支流东沙河上, 属北运河水系, 流域面积223km2, 总库容7310万m3, 死水位85m。水库于1958年建成, 主要承担防洪、灌溉和发电的功能。伴随着社会、经济、自然条件等大环境的变化, 水库的功能逐渐演变为防洪、旅游、保障蓄能电厂发电用水等。

　　20世纪80年代北京地区开始出现干旱, 水库上游天然来水减少。由于长年无基流, 1984年水库曾出现干库现象。为恢复水库职能, 1984-1986年, 实施了由延庆县的白河堡水库向十三陵水库跨流域补水工程, 有效地增加了水库蓄水。

　　1.2电厂修建

　　1991年, 以十三陵水库为下池, 在蟒山顶部修建了华北电网最大的抽水蓄能电厂—十三陵蓄能电厂,具有调峰填谷以及“黑启动”等功能。电厂上池设计最高水位566m, 蓄水445万m3。

　　1998年以后北京地区连续干旱, 白河堡水库为了保障北京地表水重要饮用水源地密云水库蓄水,2004年停止了向十三陵水库补水。至此, 十三陵水库既无天然来水, 又无上游补水来源, 加之水库蒸发渗漏损失, 造成水库蓄水严重不足。为了保障蓄能电厂正常发电, 应北京电网公司的要求, 经市政府批准,2004年6月至10月, 实施了十三陵水库应急补水工程。

　　2 工程概况

　　十三陵水库应急补水工程由于水源限制, 采取由下游向上游的补水方式, 在水库下游开发水源地, 通过两级泵站管道加压补入水库。一级泵站(原半壁街泵站位于沙河水库北侧, 选用5台泵, 总装机容量620kw。一级泵站至二级泵站之间管道长13.9km, 其中, 干管管径900mm, 设计输水流1.0m3/s, 支管管径700mm, 设计输水流量0.7m3/s。

　　二级泵站位于京密引水渠东沙河倒虹吸处的南侧,选用离心泵3台, 单机流量约为600m3/h, 扬程,83m,配套电机功率为220kw, 最大动力负荷660kw。二级泵站至水库管道采用DN600mm玻璃钢管, 管线长7.5km, 设计输水流量0.5m3/s。二级泵站蓄水池水位与水库平均水位高差约37m。

　　3 供水管理

　　3.1供水水源

　　应急供水工程建成后, 有地表水和地下水两水源用于十三陵水库补水。

　　3.1.1浅层地下水

　　浅层地下水井群共分2个区域, 一是沙河水库一级泵站附近, 共打6眼井, 总出水量约5500m3/d。二是京密引水渠二级泵站附近, 共打13眼井, 总出水量约1万4500m3/d。在京密引水渠南岸修建1座蓄水600m3的蓄水池, 2个区域抽取的地下水经一泵站及输水管进人蓄水池, 由二级泵站向水库供水。

　　经过对浅层地下水的初步检测, 水质除总磷、总氮2个指标有时超标外, 基本上符合补水要求。

　　3.1.2京密引水渠

　　京密引水渠以密云水库为水源, 主要以城市生活、工业、河湖用水为主。京密引水渠水量充足, 在满足市区正常供水任务的前提下, 可直接通过二级泵站向十三陵水库补水。京密引水渠水质良好, 平均达到类水质标准, 在十三陵水库水质达不到规划要求时,可通过补充京密引水渠优质水, 有效改善水库水质,保障水库正常运行。

　　3.2水库运行对水量水位及水质的要求

　　3.2.1对水量水位的要求

　　十三陵水库蓄水必须满足电厂正常发电对水量、水位的要求, 水库蓄水水位不能低于高程85m。水库与电厂天池总蓄水量合计要求至少达到1146万m3;6月1日至8月31日用电高峰期, 上下库总蓄水量不能少于1209万m3。2008年汛期, 为保障奥运赛事顺利进行, 要求8月1日至8月19日水库最高水位不能超过86.5m, 蓄能电厂需为水库预留防洪库容100万m3。

　　3.2.2对供水水质的要求

　　水库水质规划为地表水类标准。从2005年起,十三陵水库水面作为国际级铁人三项赛赛事场地, 特别是2008年奥运会铁人三项赛, 对水库水质提出了更高的要求。按照国际铁联和奥运会的赛场标准, PH值在6~9之间;每100nl淡水中E大肠杆菌的含量不超过200个;每100ml水中肠球菌不超过35个。

　　3.3供水管理

　　工程自2004年11月开始启用以来, 水库管理处加强管理, 优化调度, 根据实际需要, 分别采用了单独浅层地下水补水、单独京密引水渠渠水补水、地下水与渠水联合补水3种方式, 保证不同时期水库运行对水量水质的需求。

　　截至2008年底, 通过应急补水工程补水总量万,2072m3,, 平均日补水1.8万m3。

　　3.4工程运行成果分析

　　(1)水库水质满足要求。2004年补水至今, 水库平均水质达到地表水环境质量标准》（GB3838-2002)Ⅲ类标准, 满足规划要求同时奥运期间水库水质始终保持Ⅱ类以上, 完全符合国际铁联水质标准。

　　(2)水库水量满足要求。水库的水量不仅保障了2008年奥运会铁人三项赛、铁人三项世界杯等赛事的成功举办。同时, 由于水库周边天然的地理优势, 水库蓄水为地区的旅游开发奠定了客观基础。

　　(3)水质变化分析。十三陵水库上游几乎无天然来水, 周边无污水排放, 是相对比较封闭的水域生态系统。外来水源主要是该补水工程来水。因此, 水库水质变化与补水水源水质情况联系较为密切。

　　水库水质主要影响指标为总磷、总氮。对2006年1月至2007年6月水库水质数据中总磷、总氮2项指标进行分析结果见表1。

表1 水库补水前后及补水水质对比表　　mg/l

 注:水质采样点位于坝前对应长廊处平均值为各月数据算术平均.

　　从表1看出, 水库水质平均值符合Ⅲ类标准, 但有下降的趋势, 个别时间有超标现象。经分析, 是由于水源地水质超标引起。东沙河浅层地下水, 主要来自沙河水库渗漏区, 水质为Ⅴ类甚至劣Ⅴ类水体, 给十三陵水库的水质带来了一定影响, 对水库的富营养化具有潜在的威胁。

　　但由于京密引水渠优质水源的及时补充和稀释,根据污染物质量守衡原理, 通过不同补水方式的组合,加之蓄能电厂抽放水对水体产生流动, 对水体水质有一定的“曝气”作用, 十三陵水库整体水质能够达到规划水平。

　　(4)根据水量调整补水进度。2008年奥运比赛前期, 通过对库水位的调节, 库水位在高程(85~86.5)m之间运行, 既保证了电厂的运行, 又满足了奥运比赛的要求。

　　在补水运行过程中, 按照水库每天蒸发渗漏损失2.5万m3计算, 做出补水计划, 并根据水库实际蓄水情况, 及时调整补水进度。

　　4 存在问题与解决思路

　　4.1存在的问题

　　(1)工程运行成本过高。水源紧张时, 二级泵站3台离心泵满负荷运转。但长期通过该工程补水, 过高的供水成本对水库的运行管理会造成一定影响。

　　(2)浅层地下水抽水量有下降的趋势。如果地区持续干早, 地下水位继续下降, 水量将不能满足补水要求。

　　(3)东沙河地区浅层地下水水质不容乐观。2003-2007年水库水质化验结果显示, 水质有恶化的趋势, 主要是总氮、总磷2项指标超标, 个别时期项指标达到Ⅴ类。通过排查, 主要是由于补人的浅层井水水质不达标。长期下去, 水库水质有可能得不到保证。

　　(4)应急补水工程为单管路供水, 管材为玻璃钢

　　管, 较为脆弱。补水期间, 曾出现管道破裂现象, 查找与维修漏点耗费时间较长, 在恢复期内, 无法补水。由此可见, 管线一旦出现问题, 补水工程应急的作用会受到影响。

　　4.2解决问题的思路与构想

　　(1)泵站抽水能力不足时, 在泵站附近寻求其他水源。根据水源地情况适当变换补水方式, 浅层地下水、京密引水渠渠水、马池口水源地井群3个水源地不同组合补水, 可减轻单一水源地的供水压力, 保证水库水量供应。

　　(2)应急补水工程作为备用水源, 在遇紧急情况时启用。建议在南水北调工程供水后, 恢复由白河堡水库跨流域补水。

　　(3)做好水质保障措施, 一方面严格控制外来水源水质, 对外来水源及库区水质实施实时监测, 一旦发现有污染水源进人库区, 对库区水质造成威胁, 立即停止补水另一方面, 利用水生植物或生物(如鱼类)对库区水质进行净化。沙河水库水源主要来自生活污水及工业废水, 水质情况恶劣。浅层地下水水质与沙河水库蓄水有密切联系。如继续采用沙河水库地下水补水, 可扩大二泵站蓄水池的蓄水容积, 增加补水水源在池内停留时间, 针对某项超标指标有针对性的在池内采取生物或化学措施对水质进行净化, 净化后再补人水库。

　　5 结语

　　十三陵水库应急补水工程是解决十三陵水库水资源问题的重要手段。工程建成以来, 在北京地区连续干旱的情况下, 满足了蓄能电厂运行水位要求, 为多次国际性的铁人三项比赛, 特别是2008年奥运铁人三项比赛提供水质、水量保障。根据规划, 水库地区被列为北京市六大体育休闲聚集区之一。因此, 进一步挖掘库区水资源, 更加科学、合理地利用水库应急补水工程, 降低成本, 提高效益, 保证水量, 控制水质,对实现北京城市规划, 促进区域经济社会发展具有重要意义。

　　作者简介：李红刚（1981一）, 男, 助理工程师。