潮白河调蓄区 地下水开发利用及资源量变化特征

肖子龙

北京市怀柔区水务局（怀柔区河长事务管理中心）

摘要：密怀顺平原区-潮白河地下水库地区作为北京市重要的地下水水源地，分布有怀柔应急地下水源地、水源八厂、潮怀水源地以及区县水源地等。同时密怀顺地区作为南水北调来水之后地下水-地表水联合调蓄重点布置区，本文通过对该区域地下水集中开采动态、地表水引水回补地下水情况、区域地下水位、资源储量的变化进行分析得到，南水北调中线工程通水运行以来，在怀柔应急备用地下水源地按照平均不高于10万m³/d，水源八厂水源地按照10-12万m³/d规模减采涵养的条件下，区域地下水位恢复态势明显，地下水资源储量得到一定恢复，2015年9月-2020年底，潮白河地下水库范围内潜水储变量增加了3.833×10⁸m³，在回补过程中，地下水常规水质指标硬度、溶解性总固体、硝酸盐氮随水位波动的变化明显，总体呈现稳中向好的趋势。

1地下水集中开采情况

1.1 怀柔应急备用地下水源地

北京市怀柔应急备用地下水源地于2003年8月30日开始并网运行，作为北京市第一个应急备用水源地，与常规水源地不同，开采只是暂时动用地下水储存资源，采用深浅井结合的方式布设，设计日开采量33.5万m³。设计采取“开二养三”的模式，但由于北京市供水需要，自2003年8月启动后一直开采至今，累计供水已突破14亿m³。

该水源地自2003年8月底至2005年8月总供水量2.41×10⁸m³，完成了两年的设计供水任务后，根据北京市城市供水的需求续采，至2008年底累计供水5.92×10⁸m³；

2014年底，南水北调中线通水后，北京市生活刚性需水得到基本满足，水资源紧张状态有所缓解，怀柔应急水源地得以有条件进入热备涵养阶段，发挥应急备用作用，怀柔应急水源地2015年9月热备涵养前，年均开采地下水10513.5万m³。

自2015年9月份正式进入热备涵养阶段，日均开采规模不高于10万m³，根据实际需要进行调整。至2020年12月底累计开采14.4691×10⁸m³，其中怀柔应急水源地12.9795×10⁸m³，潮怀水源地1.4896×10⁸m³，2003年~2020年水源地开采量见图1。

图1 怀柔应急水源地及潮河怀河水源地多年开采量柱状图

1.2 水源八厂

水源八厂位于北京市怀柔应急备用地下水源地下游牛栏山地区，是目前潮白河冲洪积扇上最大的地下水源地，设计供水能力48×10⁴m³/d。2000年以前，其年开采量大约为1.64×10⁸m³/a。由于连续干旱，区内地下水位的大幅下降造成区内水源井出水能力逐年下降。通过部分浅井更新后，至2008年年开采量为0.73×10⁸m³/a，日均供水22×10⁴m³/d，较设计供水量衰减了55%。2014年开采量为4603.9×10⁴m³，日均供水12.6×10⁴m³/d。2015年开采量合计2733.7×10⁴m³，2016年开采量合计3563×10⁴m³，2017年上半年基本保持日均10×10⁴m³的开采规模持续开采，2017年开采量合计4561×10⁴m³，较2016年度增加了998×10⁴m³，之后一直处于减采热备状态，开采量10~12万m³/d，开采量约4000×10⁴m³。

2区域地下水回补情况

潮白河水源回补工程包括：一部分是南水北调的水经京密引水渠李史山分水闸放水后，通过小中河、牤牛河、怀河，最后进入潮白河牛栏山橡胶坝上游，回补水源地地下水；另一部分是上游水库汛期放水入河道，补给地下水。

潮白河冲洪积扇地区2015年8月开始回补地下水，通过小中河向怀河及潮白河牛栏山地区补水，通过北台上水库及大水峪水库对潮白河地区进行实验性补水，2015年~2020年底潮白河区域地下水回补累计引南水量45463.631万m³，具体见表1，主要回补区域见图2。

表1 2015-2020年潮白河区域地下水回补情况表

图2 南水北调水和水库弃水向河道补水典型路线图

3地下水动态变化

3.1 地下水位多年变化特征

潮白河冲洪积扇地区地下水动态变化与降水、河道行洪及开采关系密切。在冲洪积扇的扇顶部和扇中部大型水源地区域，水位的变化主要受地下水开采影响，见图3。1999年之前地下水位基本处于稳定状态，1999年之后由于干旱及水源地开采量的增大，使得该区域地下水大致从1999年开始水位有一明显的转折下降，且下降速度较大，平均每年下降2-4m，为水位下降最为严重的区域。

2014年底南水进京后，浅层水位由于降水偏多且南水北调来水，减少开采，水位下降得到控制，水位有缓慢回升的趋势，尤其是2018年水位上升幅度较大，2019年水位持续上升。近5年来，深层地下水位基本平稳，2019年略有回升。

图3 潮白河中上部地区地下水位多年动态曲线图

3.2 地下水位变幅特征

2001-2014年北京经历了多年连续干旱，区域地下水位持续下降。从潜水水位变幅图（图4）可以看出，该区域潜水水位降幅大于15米。其中，怀柔应急水源地和水源八厂最大水位降幅达40余米。

图4 2001-2014年潮白河中上部地区地下水位变幅图

南水进京后，在降水入渗补给量增大、地下水压采和回补的作用下，北京平原区地下水位整体呈上升趋势，尤其在潮白河上游、西部山前、平谷地区水位上升明显，累计上升超过10m，见图5。

图5 2015-2019年潮白河中上部地区地下水位变幅图

4地下水储存量变化特征

在20世纪70年代以前，北京平原区地下水开采基本上处于均衡状态，20世纪70年代城近郊出现了超采现象；20世纪80年代初期，由于出现了连续枯水年，加上永定河、潮白河断流，地下水补给量减少，地下水开采量较大，地下水逐年亏损，累计储变量在逐年加大；20世纪80年代中期到90年代末地下水进入新的平衡期，亏损减缓。

1999-2010年北京市遭遇了有史以来历时最长的连续枯水年，地表水可用水量逐渐减少，地下水补给量也在减少。与此同时，怀柔应急水源地启动，地下水开采量增大，造成地下水储存量严重亏损。1998-2015年间，第四系地下水储存量累计亏损25.35×10⁸m³。2015年南水北调中线工程进京，怀柔应急水源地进入热备涵养状态，2016年和2017年连续两年的丰水年，2018年为平水年，充沛的降雨量加上南水进京和各种减采回补措施的共同影响，使得第四系地下水储存量终于出现了明显的盈余，2015年9月-2020年底，潜水储变量增加了3.833××10⁸m³，其中2015年9月-2018年12月潜水储变量增加了约3.513××10⁸m³，2018年储变量增加2.176××10⁸m³，2019年储变量然增加了0.679××10⁸m³，2020年区域地下水位整体下降，储变量减少了0.395××10⁸m³。

自南水北调水进京以来，在水源地减采，地表水-地下水联合调蓄等条件下，地下水恢复态势明显，南水北调进京后，怀柔平原区、怀柔应急水源地以及水源八厂减采量基本稳定，区域地下水储变量的变化与回补量和降雨量正相关，由图6可以看出，2018年度回补力度空前，且降水充足，储变量增加2.176××10⁸m³，2019年度回补力度有所减少，但回补量仍比较可观，在降水偏少的情况下，储变量仍然增加了0.679××10⁸m³。2020年南水向潮白河地区累计补水4005.691万m³，较2019年南水回补量11949万m³减少了66.47%，较2018年南水回补量18733.8万m³减少了78.6%，主要原因为随着南水北调水利用配套工程的逐步完善，加之2020年降雨量仍然偏少，区域地下水位整体下降，储变量减少了0.395××10⁸m³，可见潮白河地下水库地下水-地表水联合调蓄效果明显，潮白河地下水库水资源调蓄能力强的特点，建议在南水充足情况下，加大在潮白河地区的回补，涵养地下水。

图6 潮白河地区储变量变化分析图

5 回补区常规水质指标变化特征

选取雁栖河附近2眼水质监测井WR-76、WR-78，以及潮白河附近2眼水质监测井HJ-492、HJ-493，分析2019年不同月份的水质监测情况，监测井水质均符合《地下水质量标准》（GBT 14848-2017）地下水III类标准，监测井的溶解性总固体、硬度、硝酸盐氮等指标浓度在2019年度出现先上升后下降的趋势（图7-图9）。是由于2019年丰水期南水北调工程通过雁栖泄洪闸向雁栖河补水以及通过小中河向潮白河补水，使部分区域的水位上升明显，导致包气带中的累积的成分部分淋溶进入地下水，指标含量上升；后期随着水质较好的南水不断回补，水质变好，浓度下降。

图7 水质监测井2019年硬度变化

图8 水质监测井2019年溶解性总固体变化

图9 水质监测井2019年硝酸盐氮变化

6.结论

1、2015年以来，区域内以怀柔应急备用地下水源地和水源八厂为代表的集中水源地，减采涵养，减采幅度达50%以上，加之地表水回补地下水的规模持续加大，区域地下水水位上升明显，资源恢复显著，2015年9月-2020年底，潜水储变量增加了3.833××10⁸m³。随着南水北调中线稳定输入、引黄济京工程常态化，越来越多的地表水资源参与到水资源配置中，建议水源地根据实际供水规模，适当调建热备开采规模，增大回补力度，确保水源地战略储备稳步增加。

2、在回补过程中，地下水溶解性总固体、硬度、硝酸盐氮等指标浓度出现先上升后下降的趋势，主要是由于部分区域的水位上升，导致包气带中的累积的成分部分淋溶进入地下水，指标含量上升；后期随着水质较好的南水不断回补，水质变好，浓度下降。随着回补的持续，水位的上升，地下水回补区污染风险增高，建议加大水源地保护，根据潮白河生态补水计划，适时加密地下水回补区水质动态监测。