大宁调蓄水库“7·20”暴雨影响分析

孙昊苏

1 水库概况

大宁调蓄水库位于北京市房山区大宁村北，与其下游的稻田水库及马厂水库组成永定河滞洪水库，共同滞蓄永定河超过2500 m3/s的洪水。南水北调中线工程总干渠由大宁调蓄水库库区穿过，水库库容、水位等工程条件具备调蓄南水北调来水、提高北京城市供水保证率的条件。因此，大宁调蓄水库在承担原设计防洪任务的基础上，增加作为南水北调调蓄水库的功能，以充分发挥水库防洪、供水效益[1]。2011年水库改造完成工程内容主要包括库区防渗、新建泵站及库尾橡胶坝、改造及维护库区中堤、西堤、主副坝、扶壁挡墙等建筑物[2]。

随着南水北调中线工程建成通水，大宁调蓄水库在继续肩负永定河泄洪功能的同时，更多地担负起南水北调水“多时蓄水、少时供水”的重任，解决南水北调水与本地用水流量不匹配以及南水北调工程故障或检修时的调蓄问题，是北京市供水安全的重要保障。水库的防洪及运行安全关系到北京市经济发展和社会稳定，及时在暴雨过后梳理水库存在的潜在风险，采取相应措施对水库进行有效管理意义重大。

2 “7·20”暴雨情况

2016年7月19～20日，北京市遭遇特大暴雨，降水历时2 d，全市平均降水量203.0 mm，城区平均降水量291.0 mm，位于大宁调蓄水库橡胶坝雨量站和大宁调压池雨量站记录降雨开始时间为19日06:00，结束时间为21日00:00，总降雨时长42 h，降水量分别为333.5和340.0 mm，降水特征值见表1。

表1 大宁调蓄水库7月19～20日降水特征值

7月19～8月1日，由于降雨和汇流，西堤北端小哑叭河158.88万m3洪水入库，大宁调蓄水库水位由52.46 m升至53.9 m，距最高蓄水位58.50 m尚有距离，在水量上并未对水库造成重大威胁。小哑叭河洪水入库引起水库水质发生了一定的变化，有一定量的有机污染物随着洪水进入了水库，对水库水质造成了一定的影响，可能威胁到水生生物的生存并加剧水体富营养化[3]。同时，水库水工建筑物众多，有必要通过安全监测数据对比防渗墙、主副坝、西堤扶壁挡墙等水工建筑物的变化趋势，以全面掌握暴雨造成的水库安全风险。

3 水库安全监测分析

2016年初至今，大宁调蓄水库常规监测、内观监测、外观检测频次为1次/旬，由于7月19～21日强降雨，内观监测加密一次。2016年7月16日和2016年7月23日进行了2次大宁调蓄水库安全监测工作，抽取这两次安全监测数据并进行对比分析。

3.1 地下水位井观测数据分析

大宁调蓄水库环库一周设置了7眼地下水位观测井，2016年7月16日和23日的地下水位情况见图2。

图2 16、23日水库地下水位情况图

位于永定河河道内的G3、G6、G8、G9，副坝联通桥附近的G11以及南侧堤路上的G12这6口地下水位井水位变化较小，位于西堤北端小哑叭河河道旁的地下水位井G2变化较大，受暴雨影响，23日地下水位明显高于16日。

3.2 主坝测压管观测数据分析

大宁调蓄水库主坝共设置测压管8支，位于主坝背水面，上下两层各布置4支。16、23日监测结果表明，主坝区地下水位受到降雨影响，各测点水位均增大到约47.0 m。

图3 16、23日主坝测压管情况图

3.3 防渗墙沉降监测分析

根据2016年7月16日和23日防渗墙沉降观测数据对比，各测点沉降值变化较小，极值位于ZD3+100测点，23日沉降测值为-1.89 mm。监测结果表明防渗墙各测点垂直位移稳定，未出现明显沉降变形，16、23日监测情况见图4。

图4 16、23日防渗墙沉降情况图

3.4 主副坝坝顶沉降监测分析

根据2017年7月16日和23日主副坝坝顶沉降观测数据对比，各测点沉降值变化较小，极值位于ZB-004和FB-008，16日沉降测值为2.24 mm和-1.64 mm。监测结果表明主副坝坝顶各测点垂直位移稳定，未出现明显沉降变形，16、23日监测情况见图5、图6。

图5 16、23日主坝坝顶沉降情况图

图6 16、23日副坝坝顶沉降情况图

3.5 主坝坝坡沉降监测分析

根据2017年7月16日和23日主坝坝坡沉降观测数据对比，各测点沉降值变化较小，极值位于下1，23日沉降测值为2.05 mm。监测结果表明主坝坝坡各测点垂直位移稳定，未出现明显沉降变形，16、23日监测情况见图7。

图7 16、23日主坝坝坡沉降情况图

3.6 泄洪闸沉降监测分析

根据2017年7月16日和23日泄洪闸沉降观测数据对比，各测点沉降值变化较小，极值位于XHZ-003点，23日沉降测值为-1.3 mm。监测结果表明泄洪闸未出现明显垂直位移，闸室结构稳定，16、23日监测情况见图8。

图8 16、23日泄洪闸沉降情况图

3.7 西堤扶壁挡墙沉降监测分析

根据2017年7月16日和23日扶壁挡墙沉降观测数据对比，各测点沉降值变化较小。监测结果表明扶壁挡墙未出现明显垂直位移，16、23日监测情况见图9。

图9 16、23日扶壁挡墙沉降情况图

3.8 西堤扶壁挡墙倾斜监测分析

根据2017年7月16日和23日扶壁挡墙倾斜观测数据对比，各测点倾斜值变化较小。监测结果表明扶壁挡墙未出现明显倾斜变形，16、23日监测情况见图10。

图10 16、23日扶壁挡墙倾斜情况图

由安全监测数据对比情况来看，23日大宁调蓄水库监测数据中地下水位井G2水位较16日明显增大，其他水工建筑物监测数据数值较为稳定。这表明“7·20”暴雨未对库区水工建筑物造成明显破坏，但对于地下水位井G2水位迅速升高，应引起足够的重视，在暴雨过程中如不采取相应措施任由其发展，可能对水库运行安全造成威胁。

4 大宁调蓄水库暴雨风险点分析

4.1 小哑叭河橡胶坝以北河道整治不彻底，暴雨时威胁水库安全

大宁调蓄水库上游小哑叭河汇流面积约20 km2，汇水区内涉及居民区较多。小哑叭河已完成河道疏浚等整治工作，雨污管网铺设于河道护栏内侧，周边生活污水大部分已汇入管网内，但东沿河村、杜家坎7号院等处仍有生活污水排入河道，生活污水囤积于河道内，汛期暴雨径流会汇合这部分生活污水，以污染团的形式由小哑叭河进入大宁调蓄水库，威胁水库安全[4]。

4.2 西堤林地排水不畅，威胁水库运行安全

大宁调蓄水库西堤北端扶壁挡墙外为平原造林林地，土质较软，地势低洼，且无专用排水管网，本次暴雨造成西堤北端地下水位井G2水位急剧升高。G2正位于西堤北端小哑叭河河道西侧，南接西堤林地，东临扶壁挡墙(图11)。急剧上涨的地下水位说明西堤土壤含水率在暴雨中饱和，任其发展会在林地里形成积水，浸泡树木造成损失。如果暴雨持续，积水剧增，会增大扶壁挡墙侧向压力，引发挡墙倾覆，威胁水库运行安全。

图11 地下水位井G2位置图

5 建议措施

（1）建设人工潜流湿地。延长生活污水在湿地中的停留时间，便于泥沙等颗粒物沉降；利用植物和土壤微生物转化、降解水体中的污染物。小哑叭河汇水区内的暴雨径流也可采用人工湿地的处理方式，通过自然植被拦截过滤后进入水库。

（2）完善污水管网建设，实现河道污水全面截污纳管，将收集的污水送至污水处理厂或相关的污水处理设施，实现污水收集、处理和达标排放[5]。

（3）完善西堤排水管网工程建设，沿西堤围网铺设覆盖整个西堤林区的排水管网，减小林地排水压力；在适合位置布置排水井与水库联通，减小扶壁挡墙压力；暴雨过程中加强巡查，加密观测地下水井水位，及时抽排林地积水，做好应急处置。

（4）汛期随时关注天气预报，做好预警，及时启动应急预案；暴雨时加强巡视，尤其是西堤北端位置，观察是否有因雨水冲刷引起的坝体破坏和挡墙倾斜；做好设备设施的维护保养，暴雨时加强巡视；加密安全监测频次，尤其是西堤北端小哑叭河、扶壁挡墙一线，更要及时监测，发现异常及时报告。

6 结语

大宁调蓄水库是构成北京市南水北调配套工程“26213”供水格局的重要组成部分之一。2016年“7·20”大暴雨威胁到水库运行安全，进而关系到北京市的供水安全。虽然本次暴雨没有对水库运行造成严重影响，但是这是一次重要的警示。应当在汛期加强预报预警、加强巡查巡视、加密安全监测；及时采取措施限制污染物入库；完善西堤排水管网建设；采取必要手段妥善处理突发事件，做好应急处置；加强水库及上游河道建设以确保水库运行安全。

[1]孙昊苏.城市备用水源地保护方法刍议——以大宁调蓄水库为例[C].中国水利学会.中国水利学会2014学术会议论文集.南京:河海大学出版社,2014:1193-1197.

[2]北京市水利规划设计研究院.北京市南水北调配套工程大宁调蓄水库工程初步设计报告[R].2016.

[3]孙昊苏,王昕然,马寅男等.大宁调蓄水库“7·20”洪水入库影响分析[J].北京水务,2017,(05):30-33.

[4]孙昊苏,赵磊,徐华山,等.大宁调蓄水库水生态文明建设刍议[C].水利部南水北调规划设计管理局.跨流域调水与区域水生态文明建设论文集.北京:中国水利水电出版社,2016:12-18.

[5]徐华山,周文军,赵磊,等.大宁调蓄水库饮用水源水质安全保障措施研究[J].南水北调与水利科技,2016,14(2):45-48.