北京市怀柔应急水源地运行风险研究孙颖1,2,何政伟1,张有权3,邢国章2,许辉熙4,薛万蓉4 (1.成都理工大学信息工程学院,四川成都610059;2.北京市水文地质工程地质大队,北京100195;3.首都师范大学,北京100048;4.四川建筑职业技术学院测量工程研究所,四川德阳618000)摘要 以北京市怀柔应急水源地为例,在分析由于应急水源地运行,而造成的各种问题及其对周边环境的影响基础上,对水源地及其影响范围内进行了运行风险分区评价,为水源地的运行管理和周边环境的保护提供了依据,同时可作为建设同类大型应急地下水源地的参考。
关键词 应急水源地;安全供水;运行风险评价中图分类号 T V674 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)15-07167-02Study on the Operation R isk E valu ation of Em ergency W ater R esources in H u airou District of B eijingSUN Ying et al (C ollege of In form ation Engineering ,Chengdu University of Techn ology ,Chengdu ,S ichuan 610059)Abstract T aking the em ergency water res ource in Huairou District of Beijing as an exam ple ,based on analyzing the operation of the em ergence water re 2s ource and its in fluences on the surrounding environm ent ,the operational risk of the water res ource and the im pact area were evaluated.It provided the ba 2sis for protecting the surrounding environm ent and the operation m anagem ent of the water res ource ,as well it could be used as a reference for constructing large -size em ergence water res ource.K ey w ords Em ergency water res ource ;Safety water supply ;O perational risk evaluation资助项目 国家高技术研究发展计划(863计划)课题“基于3S 技术的首都应急水源地运行风险监控”(2006AA12Z 111)。
作者简介 孙颖(1973-),男,北京人,博士,高级工程师,从事水资源与信息技术研究。
收稿日期 2009202227 所谓应急供水系统,是指在非常情况下(如发生战争、开采水源发生大面积污染、连续干旱及地震等自灾害情况下),常规供水不足或受阻中断时,能够快速启用并在一定时间段内提供城镇居民低水平饮用水的需求,以保障城市安全供水的水源系统[1]。
北京地处华北平原北部,多年平均降水量600mm 左右,人均水资源不足300m 3,约为全国人均水资源占有量2639m 3的1/8,属严重的资源型缺水城市[2],遇枯水年份,水资源供需矛盾十分突出。
北京的城市供水水源危机不仅会影响城市经济发展和社会生活等方面,还会对国家权力平稳运行、政治生活和政治关系的相对稳定造成诸多负面影响[3]。
因而南水北调进京前,建设应急水源地,增加地下水开采,是保障城市供水安全的重要措施之一[4]。
北京市怀柔两河应急备用地下水源地于2003年8月30日开始并网运行[5],按照原水源地的设计规划,应于2005年8月之后进入水源涵养阶段,但为保证城市供水安全,水源地在未进行涵养的条件下不得不持续开采。
对应急水源地持续开采给区域地下水资源、环境带来的问题急需进行评价,以完善北京市应急供水的模式,指导应急水源地的合理利用,具有重大的现实意义。
由于我国特殊的水资源状况,建立大型的城市应急地下水源地在国际上并无现成的例子可寻,目前,对应急地下水源地大规模、高强度、集中式开采条件下的地下水系统变化及其引发的区域生态环境地质安全风险还没有进行深入的研究,对应急地下水源地开采后如何调控、恢复、保护等还缺乏详细的论证,相关的研究还只停留在前期的勘察论证方面。
对于应急水源地的运行产生的一系列生态环境地质问题还缺乏系统的研究,对于如何确保应急地下水源地运行安全、维护供水能力等问题需求也缺乏良好的研究手段[6]。
1 研究区概况怀柔应急水源地是北京市第一个建设完成并利用的应急备用地下水源地,水源地位于潮白河冲洪积扇的中上部,距离京密引水渠、第九水厂怀柔水库取水口较近,水源地位置详见图1。
应急水源地开采含水层为第四系孔隙水,该水源地的设计日供水能力为33.5×104m 3,开采井沿怀河、沙河和雁牺河两岸成倒人字分布,共有21组42眼井,为深浅结合开采井,浅层水源井的取水深度45～120m ,设计单井开采量为10000～11000m 3/d ;深层水源井的取水深度120～250m ,设计单井开采量为5000～5500m 3/d。
图1 工作区位置Fig.1 The location o f the w orking zone研究区属潮白河冲洪积扇中上部,位于北京市平原区北部地区,面积645km 2,包括密云、怀柔的平原地区及顺义的北部地区。
安徽农业科学,Journal of Anhui Agri.Sci.2009,37(15):7167-7168,7194 责任编辑 胡剑胜 责任校对 傅真治研究区东北、西北和北部三面环山,南部为平原区。
总趋势北部狭窄,南部开阔,地面由北向南倾斜,平均坡度3‰左右。
区域地下水主要接受大气降水入渗补给、侧向径流补给、水库渗漏、河流入渗补给、京密引水渠渗漏以及灌溉回渗补给。
地下径流条件北部地区优于南部地区,地下水总的流向是由北向南,受近些年降水量减少和集中开采影响,局部地区流向发生改变,形成降落漏斗。
地下水的排泄方式主要有2种:①自然排泄,主要是指地下水的溢出、蒸发及流向下游的侧向流出。
研究区王化、南房、两河、杨宋庄、大林庄、北府、东府及汉石桥一带,均为冲洪积扇中部地区的潜水溢出带,地下水溢出后汇入怀河、潮白河;地下水溢出量、蒸发量与潜水水位关系密切,1999年后由于地下水位下降严重,溢出量逐渐消失,蒸发量逐渐减小。
②人工开采,包括应急水源地、区县水源地及工农业自备井开采。
图2 工作流程Fig.2 The w orkingflow图3 应争水源地运行风险评价区划Fig.3 The operation risk evalu ation zoning o f em ergency w atersources2 存在问题分析地下水应急水源地与常规水源地相比,具有暂时动用地下水储存量应急、备用的特点,按照原设计方案,目前应急水源地应该进入水源涵养阶段,连续9年干旱的特殊条件出现及南水北调水源未到的实际情况,为保障城市供水安全,应急水源地不得不进入持续开采的阶段。
但是,作为特殊情况下的应急措施,应急水源地的开采必然比常规水源地开采具备更大的风险,尤其是连续干旱条件下地下水的掠夺式开发,无疑会使存在严重问题的北京市地下水资源和环境雪上加霜。
怀柔应急水源地处于冲洪积扇中上部,是下游地下水的重要补给区,应急开采在动用当地地下水储量的同时,在一定程度上也袭夺了区域及下游的补给量,开采影响范围将会逐渐扩大,必然对地下水资源产生更大的破坏性,造成地下水资源亏损、水位的持续下降的加剧,地下水位降落漏斗持续向外扩展,对区域工业、农业、生活开采井、集中供水水源地、环境等以及下游地区的地质环境产生了一定的影响。
同时,应急水源地本身也出现了一系列问题,例如:怀柔两河应急水源地连续大泵量超负荷开采,地下水位出现大幅下降,开采井出水能力下降,水源井的动水位加大,浅井的矿化度和硬度升高等等。
怀柔应急地下水源地多年的研究工作,经过了可行性调研、勘探、地质灾害评价、环境评价、水资源论证、开发及运行后监测等阶段,运用传统方法与数值模拟法相结合,确定了应急水源地开发利用方案并提出了涵养调蓄的方案和水源地保护建议,形成了一套相对完善的体系。
但是,以往的研究工作是在应急水源地没有开采或开采时间较短的情况下开展的,缺乏应急水源地开采后产生资源、环境问题等的风险性评价工作。
为总结应急水源地利用经验,需应用应急水源地开采后区域地下水变化的实际数据,从资源、环境角度,建立评价方法研究应急水源地的持续开采风险。
另外,随目前枯水期延续,地下水开采量的增加、开采时间的持续,地下水位持续下降,工作区的水文条件已发生了一定变化,浅层局部水位已处于应急水源地数值模型刻画的底板之下,为提出应急水源地的合理利用建议或方案,需补充开采后的新的资料、改善模型结构。
3 应急水源地的运行风险评价3.1 评价方法 针对应急地下水源地的特殊性与重要性,采用3S 及数值模型技术,在对地下水应急开采造成的生态环境地质灾害风险以及垃圾场、滑雪场、自备井开采等人为扰动风险进行监测分析基础上,建立区域地下水流及生态水文模型,建立水源地运行风险评价指标体系,结合多源信息与评价模型,综合用水需求与运行风险,进行运行风险评价与,进行地下水开采合理调控,及应急开采预案和开采恢复方案的研究。
3.2 应急水源地运行风险分区评价 应急水水源地的运行风险主要存在于两个方面,一个是对水源地本身的影响,如果出水量降低,水质恶化,设施、开采井的效低下降和运行成本提高等;再一个是对水源地周边环境的影响,如本地区的水资源开采条件、生态环境质量、资源变化等。
综合以上影响因素,建立应急水源地运行风险评价指标体系,采用层次分析决策法(AHP ),结合遥感图像解译与实地调查、专家评估等方法,研究不同指标的风险评价权重,确定评价等级,进(下转第7194页)分析理论,制作出气味优化改良正交实验,参见表3。
表3 气味优化改良正交实验结果T ab le3 The orthogonal test resu lts o f odor optimization and improvem ent实验号T est N o.因素Factors仙人掌汁∥A/(g)Cactus juice砂仁汁∥B/(g)Fructus amomi juice香精∥C/(%)Essence比容∥m l/gS pecific v otum e高∥cm/得分Height色泽C olour andluster表面结构Sur facestructure弹性E lasticity气味Od or总分T otalscore1 70 25 0.2 1.8215 5.81281313 1365.3 270300.4 1.7714 5.111713131260.9 370350.6 1.9216 5.51271313960.2 490250.4 1.9016 5.812812131364.6 590300.6 1.8515 6.313713121262.5 690350.2 1.9316 5.311671313960.0 7110250.6 1.8215 6.01371313960.2 8110300.2 1.8815 5.51271313959.8 9110350.4 1.8315 5.51271313959.3 K1186.4190.1182.1K2187.1183.2184.8K3179.5179.5185.9R7.620.6 3.8 由表3极差计算可得知:各因素之间的关系为砂仁汁>仙人掌汁>柠檬酸。