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摘要：闡述了十三陵水庫的流域基本狀況和水庫蓄水情況，對實施水庫補水工程情況進行了說明，在此基礎上提出生態補水即恢復白河堡水庫對十三陵水庫跨流域補水、實現水資源優化配置的展望及管理建議。

關鍵詞：生態補水；水資源狀況；水質；十三陵

水庫北京十三陵水庫流域面積223km2，控制東沙河84％的流域面積，占溫榆河上游山區流域面積1/4。流域形狀呈扇形，起于燕山山脈延慶區西二道河山區，止于昌平區城區東北約4.6km十三陵水庫主壩，下游連接溫榆河北支東沙河。水庫在規劃初期具備防洪排澇、發電供水等多重效益，承擔著北京市部分城市生活用水與工農業用水的任務，是一座綜合利用的中型水庫。歷經60年變遷，現主要功能為防洪和保障蓄能電站發電用水需求。水庫壩址以上主溝長30km，平均坡降16‰，上游有德勝口、錐石口、上下口及老君堂4條溝道，4條溝道于十三陵七孔橋上游匯合后入十三陵水庫，其中主溝德勝口溝長30km，平均坡降36‰，為4條溝道中最長、最陡的一支，上有德勝口水庫；德勝口水庫為一座小（2）型水庫，設計總庫容70萬m3，控制流域面積48.9km2；另有8座小塘壩，總蓄水能力約為28萬m3。

一、水庫蓄水情況

1.基本現狀水庫防洪標準按100年一遇的洪水進行設計，按2000年一遇的洪水進行校核，總庫容7450萬m3，正常蓄水位93.0m，死水位85.0m，建成后平水年汛期及非汛期基本沒有基流進入水庫，現狀庫水位接近死水位。水庫上建有十三陵抽水蓄能電站，設計上池正常運行水位566m，總庫容445萬m3；對下池（十三陵水庫）設計運用水位85.0～93.0m，現狀上下池總蓄水量1200萬m3左右。

2.面臨的主要問題建庫以來，由于上游來水逐年減少，人類活動干擾嚴重，流域下墊面發生較大變化，河道干枯或被占用現象頻發，加之庫底部分區域存在透水層，滲漏損失較大，僅靠天然來水很難保證水庫正常運行，蓄水不足成為水庫較為突出的問題。特別是1995年以水庫為下池的十三陵抽水蓄能電站投入運行以后，維持水庫蓄水穩定、保障電站發電用水需求成為水庫的主要功能，同時也對水庫蓄水能力提出了更高要求。為此，水庫采取多項措施，有效緩解了水資源緊張的問題，提高了水庫的蓄水能力，同時盡可能兼顧了水庫水質穩定，實現水庫的持久穩定發展。

3.采取的主要工程措施（1）白河堡水庫補水工程白河堡水庫補水工程始建于1983年，二期工程于1986年建成，補水渠全長66km，共分為3段：上段從延慶區白河堡水庫至白河堡灌區南干渠八家村分水閘，全長35km；中段從八家村分水閘至德勝口水庫，全長24.5km，其中德勝口溝長18km，隧洞長6.5km；下段從德勝口水庫至七孔橋，全長6.5km。上段工程設計引水流量10～14m3/s，中下段工程設計引水流量4.3m3/s，年平均最大補水量為3000萬m3。（2）沙河應急補水工程沙河應急補水工程建成于2004年6月，同年年底正式通水。考慮水質下降和水量供應能力，補水方案采用抽取井群地下水和沙河水庫地表水混合補給，后轉為引京密引水渠水補給的方式向上游的十三陵水庫反向輸水。補水工程設兩級泵站，一級泵站為位于沙河閘北部的原昌平區半壁街泵站，二級泵站設置位于京密引水渠東沙河倒虹吸處，輸水管道為玻璃鋼圓管，一級泵站至二級泵站長13.9km，二級泵站至水庫大壩下游閘閥室長7.9km，通過十三陵水庫輸水系統進入水庫，補水工程合計揚程83m，設計補水流量0.5m3/s，日補水量4.32萬m3。但經過多年運行，現狀補水能力已無法達到設計標準，實際日補水量約為2萬m3。（3）防滲工程受上游古河道地質條件的影響，庫區末端黏性土層埋深約為20～40m，平均滲透系數在10-6cm/s以下，而上部為滲透系數較大的砂卵石層，對庫區滲漏損失影響較大。1991年，水庫采取防滲補漏的方式在庫尾適宜位置設計修建了一道庫尾防滲墻，以解決庫尾淺層滲漏問題。工程為盡可能保留水庫蓄水面積，選址于大壩上游2.8km處，防滲墻中心線長1300m，設計控制水位90m，為將防滲墻以上蓄水水位提高到設計控制水位，地上修筑了3.0～3.5m的小堤，此時水庫的水面面積為302萬m2，庫容為1964萬m3。施工同期修通了由七孔橋至防滲墻下游的補水暗涵，全長1200m，為2Ф1.6m的鋼筋混凝土結構，進口與白河堡補水工程終點明渠相接，出口設陡坡跌水與河床順接，溝通了因防滲墻修建而抬高的入庫水位，保證上游徑流能夠順利入庫。據測算，建庫尾防滲墻后水庫的滲漏量為246.55萬m3/a，僅為建墻前的16%～17%，當水位在89.0m時水庫滲漏量可基本控制在300萬m3/a。此外，解決水庫滲漏問題的工程還有：1970年修建完成的壩基防滲墻，解決了大壩建成后便出現的嚴重滲流，工程修建較早，對后期人工補水的研究沒有影響；2004年完成了對大壩主體及上下游壩坡進行的除險加固，進一步減少了壩下滲流損失，對庫容及蓄水面積產生了部分影響。

二、水資源管理效果分析

1.水庫補水情況概述水庫建成至今60年間，上游天然來水較少，來水主要集中在前20年，1974年出現歷史最大入庫流量3180萬m3。1980年以前的22年，共計天然來水21491萬m3，僅有1年無來水，占60年總來水量的85.38%。后38年中僅有12年有天然來水，且來水量明顯偏小，在1984—1988年間還出現長期空庫，該階段最大入庫流量為1998年的1750萬m3，僅為1974年的55.0%。1998年以后幾乎沒有天然來水入庫。因此可以推斷，隨著時間的推移，在無外界補水的情況下，僅靠流域內天然來水將越來越難以維持水庫的正常蓄水，人工對周邊流域的水資源進行合理調度與配置是解決水庫蓄水不足的有效途徑和必要手段。十三陵水庫于1958年建成后開始蓄水，1984年開始利用工程進行補水至2017年的34年中，共有30個年份進行了補水，補水水源共有3個，即白河堡水庫、沙河水庫及周邊井群、京密引水渠，補水水量共計15075萬m3，水庫天然來水及補水情況見圖1。

2.水資源調配情況分析從圖1中可以看出，對十三陵水庫人工補水始于1984年，利用白河堡水庫工程進行補水共計17年，最大補水流量為1087萬m3/a（1995年），累積補水量為8048萬m3，據統計白河堡補水工程使用年間向十三陵水庫輸水共計2.021億m3，據此計算在此期間白河堡水庫補水工程補水效率約為40%。基于密云水庫對白河堡水庫的調水量需求，十三陵水庫于2005年起開始全面利用沙河應急補水工程進行補水，至今共13年，累計補水量為7027萬m3，受工程的實際輸水能力影響，除最多年份（2014年）補水700萬m3和最少年份（2008年）補水385萬m3以外，其余11年的補水量均在（550±40）萬m3/a的范圍內。2005—2010年，水庫主要補水水源為沙河水庫和周邊井群，由于沙河水庫水質較差而抽取了大量地下水進行補充，受沙河水庫及周邊井群水質較差、地下水超采的影響，水庫于2010年起停止了一級泵站運行，將流經二級泵站附近的京密引水渠水引入二級泵站調節池向水庫輸水，與抽取周邊地下水補充的方式并行。京密引水渠中水源在南水北調進京前主要為上游懷柔水庫；2014年年底南水北調工程通水后，渠道水為南水，減少了對地下水的開采，這使得十三陵水庫的水質水量得到了保障，同時減少泵站級數和補水揚程，大幅度降低了補水成本和補水工作難度。需要指出的是，對補水成本的計算中，無論利用沙河應急補水工程的兩級泵站還是僅利用二級泵站向水庫補水，均為反向提水，就工程本身而言，除常規養護維護費用外，兩者均會產生一定數額用于提水的電費，而白河堡水庫補水工程僅靠自流就可以完成補水，在不考慮水資源自身費用的情況下，補水幾乎不產生其他費用。結合白河堡水庫水源充足、水質條件較好，南水北調工程成功通水極大減輕其對密云水庫水源地的輸水保障壓力的現狀，恢復白河堡水庫對十三陵水庫跨流域補水是今后優化配置水資源可以考慮的方向。

3.水質情況分析水庫主要入庫水源有白河堡水庫、沙河水庫及泵站周邊井群、京密引水渠正向補水水源和反向補水水源。根據《十三陵水庫志》記載，十三陵水庫水質監測起始于1981年，監測頻率為每季度一次，取樣點為水庫庫中，2001年11月起監測頻率為每月一次，取樣點為水庫庫中、輸水洞進口、二泵站等。本文收集整理了從1991年起的水庫庫中水質監測數據，通過簡單分析，可以發現其氨氮、總磷、生化需氧量和溶解氧等指標總體滿足地表Ⅱ類水標準，金屬離子基本滿足地表Ⅰ類水標準，而總氮變化幅度較大，基本決定了水庫每次監測水質評價結果，總氮多年變化情況見圖2。在特定時期，十三陵水庫由于補水水源單一，水質的多年變化情況在一定程度上受補水水源水質影響，但不同補水方式對短期水質變化的影響則較為復雜，上游白河堡水庫補水期間，與水庫水質年內變化的相關性較小，下游利用管道進行補水期間基本為連續補水（不考慮因防汛、檢修等引起短期停水），對水質的年內變化影響較大。白河堡水庫向十三陵水庫補水期間每年補水一次，對水庫水質年內變化的相關性較小，而在此期間，水庫水質也較為穩定，總氮含量基本符合Ⅲ類水標準，在2002年開始趨向于Ⅱ類水標準（≤0.5mg/L）。沙河水庫及周邊井群補水期間基本為連續補水（不考慮因防汛、檢修等引起短期停水），由于沙河水質較差而頻繁交替補水水源使得水庫總氮含量在Ⅲ、Ⅳ類（≤1.5mg/L）水質標準間浮動較大，且存在短期超Ⅴ類水（≤2.0mg/L）的情況，綜合水質評價無法達到Ⅲ類水標準。可以看出，改為京密引水渠補水后，總氮含量明顯降低，基本滿足Ⅲ類水標準，水質情況得到改善，尤其是在反向補水期間總氮含量均優于Ⅳ類水標準。由此可以看出，在利用不同水源補水的條件下，白河堡水庫補水對水庫水質保障程度最高，其次為京密引水渠反、正向補水，而沙河水庫及周邊井群供水最不利于保障水庫水質。總的來說，上游正向補水對水庫水質的影響優于下游反向補水。

三、結論與建議

1.恢復上游對十三陵水庫正向補水的展望通過以上分析討論，可以看出恢復上游對十三陵水庫的正向補水有以下5點優勢。①安全性。十三陵水庫大壩防洪標準較高，現狀庫水位較低，具備較好的調蓄功能以接納上游來洪和補水，且相比于沙河應急補水工程全程利用有壓管道進行輸水，十三陵水庫從上游補水所利用的渠道或暗涵（無壓）工程較為安全可靠也便于維修養護。②可行性。2014年南水北調進京極大滿足了密云水庫的補水需求，白河堡水庫可減少或不再向密云水庫補水，繼續維持白河堡水庫的正常運行管理，可以充分保證向十三陵水庫補水的水質水量。③工程效益。白河堡水庫補水工程在停止向十三陵水庫補水前，共使用了21年，總計補水8048萬m3，對十三陵水庫的運行起到了很大幫助，對水庫水質也起到了良性影響，相比沙河應急補水工程成本優勢也較為突出，充分利用已有工程加以修繕進行調水，可以減少工程建設成本，收獲較好的工程效益。④生態效益。從流域上游對水庫進行補水，能夠有效解決流域內溝道多年干涸的狀態，并適當回補地下水，促進流域內部及流域與外界的地表、地下水文循環，改善流域生態環境。⑤水庫功能發展。未來昌平水務發展規劃將十三陵水庫作為地表備用水源地，恢復生態補水對將來真正實現水源地功能方面將提供水源和水質的保障

2.加強對十三陵水庫進行治理管理的建議①修繕補水工程。白河堡水庫補水工程修建至今已有30余年，停止補水也有10余年，期間缺乏有效的管理和保護，工程損毀情況及所利用的天然河道變遷情況不可忽視，恢復使用前需進行必要的維護和治理。②提高蓄水位。通過上游跨流域補水涵養流域地下水，提高流域整體蓄水量，從而提高補水工程的輸水效率；現狀蓄水位情況下，庫尾有大片灘地，游客游玩及露天燒烤等現象屢禁不止，將水位抬高至庫尾防滲墻的控制水位90m高程，淹沒庫區內灘地，杜絕了游人在庫區內活動，降低管理難度，此時的水面面積約為現狀的150%，蓄水量提高約1倍，水庫生態調節能力得到提高，水庫環境得以改善，是最佳的生態蓄水水位。③加強流域生態建設。借助河長制的實施加強對整個流域內的生活污水和生活垃圾、耕地林地流失的化肥、畜禽養殖污染物排放等問題的系統治理，控制流域點源和面源污染，從而進一步提高水庫蓄水水質，為其日后成為飲用水水源地打下基礎。

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作者：王嘉航；楊啟濤；王萌；趙帥；趙鵬云；楊智；徐振亮 單位：北京市十三陵水庫管理處