摘要:本文采用1956~1997年径流量资料系列,对拒马河流域的地表水资源作了评价,并在此基础上对北京引拒工程的可引水量进行了计算。依据拒马河流域水资源及开发利用现状和供需水预测,论证了北京引拒工程实施,将造成下游地区水资源供需矛盾加剧、白洋淀干淀几率增加和水质恶化等一系列严重问题。本文就北京引拒工程对下游地区影响问题作了较为全面的分析。
关键词:拒马河 北京引拒工程 地表水资源 白洋淀
1 前言
北京引拒工程自拒马河张坊引水至房山第八处理水厂,同官厅和密云二水库联合调节运用,向北京供水。北京引拒工程多年平均引水量为1.4亿3。目前,拒马河流域的水资源开发利用程度已较高,如北京引拒工程实施,将对下游地区产生非常不利的影响。
2 拒马河流域地表水资源
2.1 山区地表水资源量
张坊以上流域的天然径流量即为所求山区的地表水资源量。为保证天然径流量系列资料的一致性,必须对实测径流量系列进行水量还原。张坊以上山区的还原项目包括农业灌溉用水、工业生活用水及跨流域引水等。天然径流量为断面实测径流量与还原水量的代数和。依据此计算方法,对张坊以上流域1956~1997年的天然径流量逐年进行了还原计算。通过计算可知,张坊站多年平均径流量为6.47亿m3。对张坊站天然径流量系列进行频率计算,所得统计参数见表1。
2.2 平原区地表水资源量
张坊下游平原即为淀西清北平原。依据山前平原区以地下水埋深为参数的降水径流关系,进行平原区地表水资源量的计算。首先收集年降水量和时段降水量资料及相应年份6月份地下水平均埋深h6月资料,然后以h6月作参数查平原区降水径流关系,计算出逐年平原区的地表水资源量。
经对淀西清北平原1956~1997年的天然径流量系列计算可知,该区多年平均地表水资源量为0.71亿m3。
用图解适线法,对平原区地表水资源量系列进行频率计算,所得统计参数及不同保证率径流量见表1。
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拒马河流域地表水资源量成果表 |
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表1 |
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分 区 |
面积 |
年径流量均值 |
Cv |
Cs/Cv |
不同保证率年径流量(亿m3) |
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(km2) |
(mm) |
(亿m3) |
50% |
75% |
95% |
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山区 |
张坊以上 |
4810 |
134.5 |
6.47 |
0.67 |
2.5 |
5.33 |
3.31 |
1.84 |
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平原区 |
淀西清北 |
2284 |
31.1 |
0.71 |
1.30 |
2.0 |
0.37 |
0.10 |
0.01 |
3 张坊来水量及北京引拒工程可引水量预测
北京引拒工程多年平均引水量为1.4亿m3。为论证张坊设计来水量及可引水量的合理性,本文对张坊的来水量及引拒工程可引水量作了预测分析。
3.1 上游用水量
拒马河上游是革命老区,涞源是新兴工业基地,矿藏资源丰富,今后将有较大发展,因此,应充分考虑面上国民经济发展对用水的增加,否则北京引拒工程的实际来水量就可能比设计值差别较大。依据“河北省水中长期供求计划“,2010年张坊以上流域保证率p=50%、75%、95%耗水量见表2。
2010年张坊以上流域不同保证率耗水量统计表
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表2 单位:亿m3 |
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项目 |
农村 |
城镇生活 |
工业 |
合计 |
|
P=50% |
0.477 |
0.024 |
0.065 |
0.566 |
|
P=75% |
0.456 |
0.024 |
0.065 |
0.545 |
|
P=95% |
0.424 |
0.024 |
0.065 |
0.513 |
3.2 上游引水量
张坊上游三处引水工程为五一渠、官道岭引水渠、胜天渠。其中,五一渠设计引水流量25 m3/s。在考虑了安各庄水库调节能力和下游需水量后,2010年五一渠多年平均引水量为1.372亿m3。官道岭引水渠设计引水流量6 m3/s。2010年多年平均引水量为0.472亿m3。胜天渠设计引水流量2 m3/s。2010年引水量多年平均为0.22~0.25亿m3,本次计算按0.22亿m3计。2010年张坊上游引水工程引水量见表3。
2010年张坊上游引水工程引水量表
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表3 单位:亿m3 |
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保 证 率 |
多年平均 |
50% |
75% |
95% |
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五一渠 |
1.372 |
1.379 |
0.957 |
0.553 |
|
官 道 岭 |
0.472 |
0.243 |
0.170 |
0.068 |
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胜 天 渠 |
0.220 |
0.220 |
0.220 |
0.220 |
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合 计 |
2.064 |
1.841 |
1.347 |
0.841 |
3.3 张坊来水量
从1956~1997年系列张坊天然年径流量多年平均值和不同保证率的引水量中,扣除2010年张坊上游相应保证率的耗水量和引水工程引水量,即可得到2010年水平来水量,见表4。
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2010年张坊来水量计算表 |
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表4 |
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项 目 |
多年平均 |
50% |
75% |
95% |
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天然年径流量 (亿m3) |
6.47 |
5.33 |
3.31 |
1.84 |
|
上游引用水量 (亿m3) |
2.63 |
2.41 |
1.89 |
1.35 |
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来 水 量 (亿m3) |
3.84 |
2.92 |
1.42 |
0.49 |
由表4可知,张坊2010年水平来水量多年平均仅3.84亿m3,平水年为2.92亿m3,枯水年和特枯水年仅为1.42亿m3和0.49亿m3。
3.4 引拒工程可引水量
根据北京从拒马河引水“维持现状、丰枯有别”的原则及有关省、市协商精神,北京引拒工程可引水量按下面引水方式进行分析。即在灌溉期间(3~6月和11月)北京不引水,非灌溉季节和汛期,给下游留有不少于4.0m3/s的基流,引拒工程最大引水规模10m3/s。按此方案计算得北京引拒工程实际可引水量多年平均1.09亿m3,平水年为0.82亿m3,偏枯水年为0.25亿m3,特枯水年无水可引,达不到北京引拒工程多年平均引水量1.4亿m3要求。
4 北京引拒工程对下游的影响分析
河北省在拒马河流域张坊站下游的流域面积为4850km2,包括九个县(市)。据1998年统计,该区总人口322.19万人,其中城镇人口41.48万人。总耕地面积454.91万亩,其中水田4.21万亩,水浇地391.96万亩,旱地58.74万亩。粮食产量206.47 万t,人均粮食641kg/人·年。工农业总产值417.22亿元,其中工业产值325.19亿元,农业产值92.03亿元。长期以来,这些地区依靠拒马河的水资源作为工农业经济发展的主要条件。但是,如果实施引拒工程向北京调水,将给该地区带来一系列严重问题,造成巨大影响。
4.1 对下游地区水资源供需影响
河北省拒马河张坊下游平原供水区包括淀西清北平原和淀东清北平原。两平原区人均地表水资源量分别为39 m3和49 m3,亩均地表水资源量分别为34 m3和32 m3。人均水资源总量234 m3和170 m3,亩均水资源总量分别为202m3和109 m3,低于北京市水平,是严重贫水区。上述情况表明这两个平原区水资源短缺程度相当严重。
根据“河北省水中长期供求计划”, 在不考虑实施北京引拒工程从本流域调走水资源的情况下,保证率p=50%和p=75%时,2010年两平原区的供水量分别为8.84亿m3和8.20亿m3。但同时2010年两平原区的需水量也较大,即使不考虑维持白洋淀生态平衡所需水量,保证率p=50%和p=75%时,两平原区需水量分别为13.80亿m3和14.26亿m3。
由以上两平原区供需水量对比可知,即使不考虑实施北京引拒工程从本流域调走水资源的情况,2010年该区各种保证率缺水量仍然很大。平水年缺水4.96亿m3、枯水年和特枯水年分别缺水6.06亿m3及6.37亿m3,见表5。
由此可见,张坊下游地区是海河流域中严重缺水地区之一,供水量远满足不了需水量要求。如实施北京引拒工程必将进一步加剧该地区水资源供需矛盾。
4.2 对下游水利工程的影响
根据预测的张坊站2010年来水量,按北京引拒工程引水量1.40亿m3计算,则下游地区75%以上年份将断流。见表6。
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表6 |
张坊下游水量减少情况统计表
单位:亿m3 |
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项 目 |
多年平均 |
p=50% |
p=75% |
p=95% |
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张坊来水量 |
3.84 |
2.92 |
1.42 |
0.49 |
|
北京引水量 |
1.40 |
1.40 |
1.40 |
1.40 |
|
余 水 量 |
2.44 |
1.52 |
0.02 |
0.00 |
|
下游减少水量 |
1.40 |
1.40 |
1.40 |
0.49 |
目前,一般年份张坊站径流量已被下游地区充分利用,特别是平枯年份利用率就更高。实施引拒工程,将造成枯水和特枯水年份下游地区河道断流,使该区现有的万亩以上灌溉工程及众多的扬水站点因无水源而失效。按保证率p=75%枯水年实灌面积计算,将有102.3万亩水浇地变为旱地。
近年来,由于地表径流的减少,用水量的增加,该区已发生大面积地下水超采,地下水位降低,导致机井报废现象。若北京引拒工程实施,张坊下泄水量进一步减少,将造成机井报废情况更为严重。
4.3 对下游平原区地下水的影响
拒马河张坊下游平原区地下水的主要补给来源除降水入渗补给外,还包括山前侧向径流补给、河道渗漏补给和地表水灌溉补给等。这三项补给量之和约占该区地下水资源量的25%,是该区地下水不可忽视的补给来源。
由于张坊下游平原区1980~1997年地下水位呈下降趋势,1997年浅层地下水埋深为7.77m,比1980年同期增加2.36m,地下水位平均每年下降0.11m。
该区地下水补给项中,多年平均情况下河道渗漏每年对地下水的补给量为0.67亿m3,补给量最多的年份达1.90亿m3;地表水体灌溉对淀西清北平原区地下水的补给量平均每年为0.09亿m3,对淀东清北平原区地下水的补给量平均每年为0.45亿m3。
若北京引拒工程实施,下游地表水来量将减少,保证率p=50%年份河道对淀西清北平原区地下水的补给量每年将减少0.13亿m3,保证率p=75%以上年份河道对地下水无补给。与此同时必然会导致加大地下水的开采量,届时淀西清北平原区的浅层地下水位将以大于每年0.27m的速率下降,造成地下水位降落漏斗和地下水深埋区等地质环境问题。
4.4 对白洋淀的影响
白洋淀被誉为“华北明珠”,对华北地区的生态环境起着特殊的调节作用。大清河北支张坊以上径流是白洋淀的重要补给水源,并对减轻淀区污染起着重要作用。
据1970~1997年实测资料分析,总入淀水量181.8亿m3,年均6.49亿m3。其中,大清河北支入淀量88.58亿m3,年均3.16亿m3,占总量的48.7%,并且大多数枯水年份北支入淀量所占比重更大。据分析,1991~1997年白洋淀年平均蒸发渗漏损失1.28亿m3,也就是说白洋淀不放水和周边农业不用水的情况下,维持其不干淀水平,每年入淀水量不得低于1.28亿m3。如引拒工程实施,北京市每年平均引走水量1.4亿m3,将增加白洋淀干淀机遇,加剧白洋淀的退化。
根据1997年白洋淀水质监测资料分析,北支入淀水量监测点留通水质评价类别为Ⅳ类水质,综合污染指数0.3。南支入淀水量监测点如安新桥水质评价类别为超Ⅴ类,综合污染指数2.9。由此可以看出,北支入淀水量的水质状况远远好于南支。另外,从淀区综合评价看,水质最好的区域在北支白沟引河入淀口留通一带。
综上所述,如北京引拒工程实施,不仅增加干淀机遇,同时减少了清水入淀量,届时必将加大白洋淀水质污染,恶化白洋淀生态环境,使近年来国家投巨资对白洋淀水环境综合治理成效付之东流。
4.5 对下游拒马河冲积扇的影响
京广路西的拒马河冲积扇,地下水补给条件较好。地下水贮存形式为孔隙水,广泛分布于表层土下的砾石孔隙间,呈潜流形式。该区表层为粉砂、亚砂土淤泥。覆盖层薄,一般厚1~3m,最薄处仅0.3~0.75m。下部为含漂砾、卵砾石层,厚度在5~43.9米,呈片状分布。
拒马河冲积扇地下水主要补给来源除降雨入渗外,山前潜流、河道及灌溉补给均与拒马河有直接关系。北京引拒工程实施将使地下水位下降。由于很薄的表层沙土得不到地表水和地下水的湿润而日渐干结,风吹日晒,暴雨冲刷,必将引起水土流失,土质沙化。
可能沙化范围土地,分布着涿州市16个乡、12万村民,耕地面积20余万亩。还可能影响到高碑店、涞水、定兴等县(市)。北京引拒工程实施,造成土地资源恶化,12万群众的生产、生活无法安排,将会带来一些社会问题。
另外,清北灌区北靠永定河,西临白沟河,属风沙严重地区,沿永定河故道,宽数公里、长70余公里为风沙地带。历史上清北地区有风沙地159万亩,占这一地区总土地面积的50%。经多年水利及其它措施综合治理,风沙已基本得到控制。如北京引拒工程实施,灌区失去重要水源,地下水位下降,将有可能重新引起永定河风沙南移,掩盖清北灌区的大片耕地,其后果十分严重。
5 结语
八十年代以来,拒马河山区流域下垫面条件发生了很大变化,中小水年份同样降水量地表产水量较以前减少。同时依据“河北省水中长期供求计划”,2010年张坊上游流域引用水量有较大增加。按预测的张坊站来水量计算得到引拒工程多年平均可引水量为1.09亿m3,平水年为0.82亿m3, 偏枯水年为0.25亿m3,特枯水年无水可引,达不到北京引拒工程多年平均引水量1.4亿m3要求。
北京引拒工程只是将拒马河流域已利用的水资源进行一次重新分配,是以牺牲下游地区的利益为代价的。如实施北京引拒工程,将造成下游地区水资源供需矛盾加剧等一系列问题,带来人力、物力和财力的巨大浪费。为从根本上解决京津冀地区的水资源短缺问题,应增加引黄水量,同时力争尽早实施引江工程。