南水北调通水前北京市水资源情势及应对措施

'南水北调通水前北京市水资源情势及应对措施第9卷第2期2011年4月南水北调与水利科技South-to-NorthWaterDiversionandWaterScience&TechnologyVol_9No.2Apr.2011doi:10.3724/SPJ.1201.2011.02060南水北调通水前北京市水资源情势及应对措施田雨,雷晓辉,孙甲岚,蒋云钟(1.天津大学建工学院,天津300072;2.中国水利水电科学研究院水资源研究所,北京100038)摘要:北京是严重缺水的特大城市,为满足人口增长和城市规模不断扩大的用水需求,北京市的发展不得不靠超采地下水来维系,而现有的水资源开发模式,造成水资源的过度开发,已经引起了严重的水生态问题.且北京市供水水源构成逐渐多样化,再生水利用率加强,地下水开采量得到有效控制,地表水供水量呈减少趋势,大量通过外调水来缓解用水压力,应急水源按照常规水源利用等趋势显现.通过详细阐述北京市水资源情势及供需水分析,提出了南水北调通水前的相应的应对措施,而对水资源合理配置,调整产业结构以使之与当地水资源承载能力相匹配,才是势在必行的根本措施.关键词:水资源情势;供用水结构;应对措施;北京市中图分类号:TV211文献标识码:A文章编号:1672—1683(2011)02—0060—04CurrentSituationandCorrespondingSolutionsofWaterResourceCarryingCapacity inBeUingbeforetheCompletionofSouth—to-NorthWaterDiversionProjectTIANYu一,LEIXiac~hui,SUNJia—lan一,J1ANGYun-zhong(1.SchoolofCivilEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China;2.ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing100038,China)Abstract:Beijingsuffersfromsevereproblemsofwatershortage.Inordertosatisfyanrapidgrowthofcitypopulationandunceasinglyurbaniza—tionexpansionofurbanscale,ithastorelyonover-extractionofgroundwatertosustainmunicipalwaterdemandswhichcausesexcessiveexploi—tationofwaterresourcesandseverewaterecologicalproblemsaccordingtocurrentmodeofwaterresourcesdevelopment.Somenewtrendshasappeared,suchasthediversifiedcategoriesofmunicipalwatersupplysourcesinBeijing,thestrengthenedutilizationofrecycledwater,andtheeffectivecontro1ofexploitationOfgroundwaterresources,reducedsupplyofsurfacewater,intra-basindiversionusedtoeasewaterpressure,andemergencywaterusedasconventionalwater.ThispaperputforwardthecorrespondingcountermeasuresbeforethecompletionofSouth-to—NorthWaterDiversionProject.Reasonableallocationofwaterresources,theadjustoftheindustrialstructuretomatchthecarryingcapacityoflocalwaterresources.arefundamentalwaysKeywords:waterresourcessituation;structureofwatersupplyandconsumption;correspondingsolutions;Beijing1北京市水资源形势北京是严重缺水的特大城市,1956年至2000年长系列多年平均降水585mm,形成多年平均可利用水资源量37.4亿in3.1999年以来,北京遭遇连续干旱,年均降水量450mm,比多年平均减少了1/4,年均形成的可利用水资源量只有26亿rn3,水资源紧缺矛盾不断加剧.北京市水资源主要来源于天然降水,山前迎风坡多年平均降水量在700mm以上,为高值区;南部平原和背山区递减为6001Tlln至450 mm.年均降水总量98亿m3,形成地表水资源14亿m3,地下水资源24亿m3,水资源多年平均总量37.39亿rn3,以2007年北京市常住人口1633万人为基数,全市人均水资源量229rn3,属资源型重度缺水地区.2009年全市地表水资源量6.76亿rn3,地下水资源量15.08亿Hl3,水资源总量为21.84亿m.,比2008年的34.21亿m3少36,比多年平均37.39亿m={少42[.北京市可用地下水资源量从1998年之后开始减少,后表现出相对稳定的波动状态.1999年以来,北京及周边地区发生持续干旱,北京地区1999年至2009年降水量见图1,下横线为1999年至2009年l1年平均降水量470.9inln,仅为多年平均降水量(ix横线)的80.5.收稿日期:2010—12—18修回日期:2011—02—27基金项目:国家自然科学基金创新研究群体科学基金资助项目(50721006);"十一五"国家科技支撑计划项目(2006BABO4A072008BAB29B08)作者简介:田雨(1985一),女,天津人,博士,主要从事水文水资源,水库调度方面的研究工作.E-mail:sweetrain511@163.COrn.c,..爱l0&|容瀛田雨等?南水北调通水前北京市水资源情势及应对措施降水持续减少造成北京市水资源严重短缺.1999年至2009年,官厅,密云水库平均来水(含上游调水)分别为0.86亿m.和2.95亿iTI..到2009年底,官厅,密云水库水库蓄水分别只有1.2亿m.和10.6亿rn3,官厅,密云水库近年来水,蓄水量变化情况见图2和图3.如图3所示,自1999年起,北京市密云,官厅两库可用来水量锐减,和多年平均值有很大差距,对北京城市供水提出了严峻考验.E 删*世199920002001200220032O042005200620072O082009年份图1北京市1999年至2009年降水量变化图Fig1TemporalvariationofprecipitationinBeijingduring1999～2009一图31999年至2009年官厅,密云两库可用来水情况Fig.3AvailablewaterresourceofGuantingandMiyunreservoirduring1999—20092北京市水资源开发利用现状及承载能力分析2.1北京市水资源开发利用程度建国以来,为满足经济社会发展需要,北京市开展了大规模的水利基础设施建设,建成了相对完善的供水工程体系,基本保障了北京经济社会发展.全市截止2008年建有水库82座,总库容93亿rn3,其中大中型水库21座,蓄水14.85亿m3,小型水库61座,大中型水闸63座,橡胶坝8O座.市区建设污水处理厂9座,日污水处理能力248万m3,污水处理率93,市区排水管网3800km.为满足人口增长和城市规模不断扩大的用水需求,北京市的发展不得不靠超采地下水来维系.而现有的水资源开发模式,造成水资源的过度开发,已经引起了严重的水生态问题.1991年至2000年北京市平原区多年平均地下水开发利用率为109.2003年与1980年同期相比,全市平原区地下水已累计亏损约56.78亿m3.1999年一2003年,平原区地下水埋深由11.8m下降到目前的18.33rrl,形成了以规划市区东部为中心的地下水降落漏斗面积达796km2,并以20km2/a的扩展速度在继续扩大.漏斗中心地下水埋深35 iTI,20世纪9O年代地下水下降速率为1.5m/a.地下水超采引起平原区地下水位大幅度下降,水质恶化,局部地区出现地面下沉,市政设施破坏.全市现有地面沉降面积1800kmz,最大沉降量850rnm,最大沉降速度35mm/a.从图4中可以看出,北京市平原区地下水位埋深逐年加大,某些地段地下水已接近极限,地下水资源形势极其严峻.年份l960l9801985199019952000200320052006200720082009图4北京市地下水埋深变化Fig.4Long-termvariationofBeijinggroundwaterdepth2.2供用水量分析2.2.120O9年北京市供用水情况2009年全市总供水量为35.5亿in..其中地表水为4.6亿m.,占总供水量的13;应急调水2.6亿m3,占总供水量的7%;地下水21.8亿,占总供水量的62;再生水6.5亿rn3,占总供水量的18.2009年全市总用水量为35.5亿rn3.其中生活用水14.7亿rn3,占总用水量的41;环境用水3.6亿m3,占1o;工业用水5.2亿rn3,占15;农业用水12.0亿rn3,占34%.2.2.22O世纪8O年代以来的供用水趋势1980年以来,北京市用水结构发生较大变化,出现两增两减的局面,刚性需求比例加大,生活用水成为第一大用水户.1990年以前由于采取节水用水总量呈逐年下降趋势,1980年至1985年用水总量减少9.55亿rn3,以年均4.36的速度下降,1985年至1990年用水总量下降1.67亿rn3,下降速度减缓,年均下降率0.89.1990年至2000年,由于城市规模的扩大,人口的增长,以及生活水平的提高,用水总量呈上升趋势,1990年一1995年用水总量增加3.05亿rn., 年均增长率1.62.1995年至2OO0年用水总量增加0.89亿rn3,年均增长率0.44%.2004年至2009年,随着节水灌溉面积的逐年提高,北京市农业用水量由13.5亿m3降为12亿,用水比例由39降为34,逐年减少;生活用水比例由1980年的9%增为2009年的41.41,2004年至2009年生活用水比例总体呈逐渐升高趋势,但随着阶梯水价等一系列措施的实施,人们的节水意识逐渐增强,生活用水比例的激增趋势得到缓解;工业用水比例由1980年的27降为2009年的14.65,2004年至2009年工业用水量逐年减少,工业用水比例亦逐年降低;随着再生水利用率的提高,污水处理技术的发展以及人们提高生态环境质量的迫切需求,生态环境用水比例自2004年至2009年逐渐提高,由1.7增至9.12.历年供水构成及变化图见图5所示.g芰采l凑穗.61.om珈瑚剥瑚枷湖枷瑚抛0第9卷总第53期?南水北调与水利科技?2011年第2期5040E3o咖*20蝼100-再生水应怎调水 地下求一地表水1980198519901995200020052009年份图5北京市1980年至2009年供水量变化Fig.5WatersupplyinBeijingduring1980—2009从供水构成来看,北京市供水水源构成逐渐多样化,再生水利用率加强,地下水开采量得到有效控制,地表水供水量呈减少趋势,大量通过外调水来缓解用水压力,应急水源按照常规水源利用等趋势显现.北京市2009年利用再生水6.5亿,再生水已占全市总用水量的18.3,连续两年超过地表水用水量,成为本市稳定可靠的新水源.随着近几年的连续干旱,上游水库来水量逐年减少,地表水可利用量减少趋势明显,目前,北京市正处于历史最长枯水期;大量通过外调水缓解供水压力已成为一个重要趋势,北京市积极实行流域水资源管理,加强与周边省市合作,连续7年从河北,山西集中输水,累计4亿m3.利用南水北调工程从河北黄璧庄,王快等水库向北京应急输水,共收水3.4亿m3;目前已建成怀柔,张坊,平谷,马池口四处应急水源地,日供水能力100万方,2004年至2009年应急水源供水共计16亿m3,占中心城区新水用量的9,最高年份占新水用量的11.27,确保了城市生产,生活用水.5040E3020旺l001980195819901995200020052009 ■生态用水农业用水生插用水■工业用水图6北京市1980年至2009年用水量变化Fig.6WaterconsumptioninBeijingduring1980—20091980年以来用水构成发生较大变化,农业用水比例由1980年的64降为2009年的34,生活用水比例由1980年的9增为2009年的41,工业用水比例由1980年的27降为2009年的l5%,生态用水占的比例一直很小,到2009年也仅有1O,如图6所示.2.3水资源供需形势及承载能力分析北京水资源紧缺问题在20世纪6O一7O年代已经暴露出来,那时还主要表现为工程型缺水.进入8O年代,资源型缺水逐步成为主要矛盾.北京以超采地下水,加大节水管理为主要手段缓解不断加剧的水供需矛盾.这一时段,北京降水处于丰枯交替的小周期变化状态,基本可以维持水资源供需的表面平衡_2].1999年以后,北京进入连续枯水期,除2008年降水量638mm高于多年平均值外,其他年份均远小于多年平均值.由于连续枯水,1999年至2008年各项资源量均较多年平均值有大幅度衰减:1999年至2008年平均与多年平均相比,降水量衰减19.1,地表水资源量衰减58.6,地下水资源量衰减37%,水资源总量衰减44,出境水量衰减56.5,入.62.承丈l采磊4境水量衰减76.8.连续干旱使北京的水资源状态指数越过警戒线,处于重度缺水状态,水资源的表面平衡被打破.为应对连续干旱, 北京不得不采取动用水库库存,超采地下水等措施,保证城市供水安全l_3].1O年间,密云,官厅两大水库蓄水量减少20亿m3,全市地下水储量减少58亿,为保障城乡供水安全,付出了巨大的水资源代价.目前,全市大中型水库蓄水量14.0亿rn3,可利用量8.2亿.平原区地下水平均埋深24.1m,比1999年的11.6m下降了12.5m.承担城市供水任务的各水源地由于连年开采,水位加速下降,目前水位埋深均在33m至39m左右,已接近设计可开采极限45m至5Om-.水源地取水能力也大幅度衰减,水源八厂由日48万m3减少到23万,水源三厂由日40万减少到2O万m3.现有水源地取水能力持续衰减,城市水源风险进一步加大.2.4南水北调工程通水前对于北京水源安全的新挑战按照2002年国务院批复的《南水北调工程总体规划》,原计划2010年南水北凋引1O亿m.水量到京,2009年1O月,南水北调引江水进京时间调整为2014年.为应对南水北调工期变化的新情况,北京市水务局制定了《北京市2014年前水源配置方案》."方案"预设2009年至2014年仍为连续干旱年的情况下,年均可利用水资源量24亿,其中官厅,密云年均来水4亿n13.为保障用水安全,把通过南水北调从河北应急输水年引2亿水量,纳入至2014年前的水资源配置计划.北京市的重大问题为水资源量持续衰减的同时,经济社会快速发展,人口数量持续增加对水资源刚性需求不断增长.北京的常住人口在2009年底是1755万人,如果加上流动人口,已经突破了2000万人.这一数字在今后几年内还将以每年50万左右的速度继续增长.今年市区自来水日均供水量比去年增加15万至2O万rn3,夏季高峰日供水量从往年的不超过250万rn3增长到278万rn3,已经接近295万 的最大供水能力.尽管北京的用水水平和用水效率已经大幅度提高,与发达国家本世纪初的水平也逐渐接近.但由于来水锐减,水库蓄水量,地下水埋深持续下降,造成水资源储备严重透支,供水承受较大压力.3应对措施3.1节流按照发展首都经济的要求,调整北京的工业结构和布局,使高新技术产业成为首都经济发展的主导;在科学调整农业种植结构,加强灌溉用水管理的同时,建设节水灌溉工程;加强对城镇生活用水的管理,自来水企业要加快供水设施维修改造,降低输水管网漏失率.3.2开源3.2.1雨洪利用规划市区雨洪利用:随着北京城市建设区面积的不断扩大,降雨径流模数大大提高,洪峰流量也相应增大,但城市排洪河道断面及行洪能力不能无限制地增大[5j.因此城市雨田雨等?南水北调通水前北京市水资源情势及应对措施洪利用的目的不仅仅是开发利用雨洪水,更重要的是消减洪峰流量,确保城市防洪安全_6.].平原区雨洪利用:利用田面,河道和渗井控制降雨就地入渗.规划疏挖河道,排水沟渠500km,整治坑塘200hrn2,维修河道闸门210座,山区雨洪利用:一是结合防洪保安要求,因地制宜建设集雨工程.二是在确保防汛安全的前提下,通过加高西峪,大水峪,杨家台等水库大坝和提高崇青等水库的汛限水位,进一步挖掘现有水库工程的供水潜力_8].3.2.2再生水回用回用再生水是实现北京市水资源供需平衡的重要条件.污水处理与循环利用的状况和水平,不仅是充分利用可再生 资源,实现人类可持续发展的必然要求,同时也是一个国家或城市文明和现代化程度的重要标志_s].在污水处理厂增设中水回用系统,不仅在环境效益方面,而且在社会效益,经济效益方面都具有现实和长远意义.再生水回用可以用于工业,农业,河湖生态环境以及部分居民用水中_1.3.2.3水土保持因地制宜,采取退耕还林,退耕种草,植树造林等生态工程措施,治理密云,怀柔,海子等21座水库上游地区(北京市辖区内)的水土流失;进行工业污染源的治理;官厅水库综合治理,包括水库清淤,清挖拦沙门槛,增建事故闸门,库区周边坍岸护砌和在三家店建立净水工程等.3.2.4应急调水措施①张坊应急供水工程.张坊水源应急供水工程的主要任务是以拒马河沿岸地下水为水源,替代密云水库供水,确保燕化地区工业及生活供水.工程位于北京市西南部,其水源地为房山千河口拒马河河滩.拒马河流经北京房山区境内,是目前流经北京市的唯一尚未建库的大河,其水质在inⅡ类之问,可以作为集中式生活及工业用水水源.平水年可抽取水量1.26亿rn.,偏枯水年可抽取水量1.07亿m.,枯水年可抽取水量0.73亿ITI..②适量开采岩溶水.在北京市西北部西山一带补打或新打岩溶水源井,适当开采岩溶水,向城区供水,规划建设岩溶水源工程,岩溶水源工程供水目标为0.8亿m.,可供城市用水.4展望人口,资源,环境与经济协调发展是我国实现第三步战略目标的前提.城市规模的扩大,经济的增长,人民生活水平和质量的提高都应该同资源的支持相协调,决不能以牺牲环境和制约发展为代价.当前在发展和建设中,一定要量水 而行,量水发展,要以水资源条件为基础,严格控制城市规模,人口规模和经济规模,不断调整和完善产业和产品结构.经验表明,水利工程,供水工程和水环境工程等基础设施必须超前建设,基础设施建设滞后不仅会严重制约发展,还会付出比原来投入要大得多的代价.人无远虑,必有近忧,因此必须从战略的高度,规划南水北调工程水源到京前的水资源保障.一方面要强化水源保护,节水管理,扩大再生水利用等措施,同时还要按照风险管理要求,建设新的开源工程,实施更加严格的水资源管理措施.综上所述,北京市水资源供需矛盾不断加剧,供给环境不断恶化,连续9年的枯水年使得地表水供水衰减,地下水不断开采已经接近基岩,与此同时,外调水源协调遇到诸多困难,水源很难保证;用水方面,用水水平与产业结构存在一定矛盾,用水量与产值并不匹配.北京市的经济发展和人口增长已经超过本地水资源承载能力,水资源利用已呈现恶性循环的趋势,对水资源合理配置,调整产业结构以使之与当地水资源承载能力相匹配,是势在必行的措施.参考文献[1]北京市水务局.北京市水资源公报fz].2009.(BeijingWaterResourcesBureau.BeijingWaterResourcesBulletin[Z].2009.(inChinese))[2]岳娜.北京地区水资源特点及可持续利用对策[J].首都师范大学(自然科学版),2007,1(3):108—114.(YueNa.TheCharacteristicsofWaterResourceandSustainableUtilizationinBeijing[J].Journalofcapitalnornlaluniversity(Naturalsciencesedition),2007,28(3):108—114.(inChinese))[3]张敏秋,龙爱华.北京市水资源可持续利用的对策解析与策略优化分析_J].海河水利,2008,5(4):1—4.(ZHANGMin-qiu,INGAi—hua.StrategyOptimizationAnalysisandCounter— measureAnalysisforWaterResourceSustainableUseinBei—jing[J].HaiheWaterResources,2008,(4):1-4.(inChinese))[4]陈江,聂振龙.北京市地下水资源利用现状评价[J].南水北调一与水利科技,2008,6(6):97—14.(CHENJiang,NIEZhen-long.EvaluationonGroundwaterResourceUtilizationStatusinBeijing_J].South-to—northWaterResourcesandWaterScience8LTechnology,97—114.(inChinese))[5]马东春,汪元元.北京城市雨水利用政策研究[J].生态经济,2009,6(8):181一J_90.(MADong-chun,WANGYuan-yuan.Re—searchonPublicPolicyofRainwaterUtilizationinBeijing[J].Ecologicaleconomy,2009,(8):181—190.(inChinese))[6]解以扬,韩素芹.天津市暴雨内涝灾害风险分析[J].气象科学,2004,24(3):342—348.(XIEYi—yang,HANSu-qin.RiskAnaly—sisofUrbanRainfallWaterlogginginTianiinCity[J].ScientiaMeteorologieasinica,2004,24(3):342—348.(inChinese))[7]胥卫平,李括.雨洪资源利用对国民经济影响评价[J].商业现代化,2009,(9):3-5.(XUWei—ping,LIKuo.ImpactAssess—memontheNationalEconomybyRainwaterUtilization[J].MarketModernization,2009,(9):16.(inChinese))[8]王帧,姚飞.北京市水资源利用现状及对策gJ].资源与环境,2008,4(1):102—103.(WANGZhen,YAOFei.WaterRe—sourcesUtilizationandStrategyinBeijing[J].ResourceandEnvironment,2008,4(1):102—103.(inChinese))[9]甘治国,蒋云钟.北京市水资源配置模拟模型研究[J].水利学报,2008,39(1):91—96.(GANZhiguo,jiANGYun—zhong.Wa—terResourcesDeploymentmodelforBeijingCity[J],JournalofHydraulicEngineering,2008,39(1):91—96.(inChinese))[1O]吴春艳,轩春怡.气候变化对北京市水资源可持续利用的影响及对策口].中国农业气象,2009,30(2):200—204.(WUChun-yan,XUANchun-yi.ImpactandCountermeasuresonWater ResourcesSustainableUtilizationinBeijingCityundertheConditionofClimateChangel-J].ChineseJournalofAgrome—teorology,2009,30(2):200—204.(inChinese))l水支滚|.."%赫强*雄强嘲'