“引温济潮”——实现区域性的水资源跨流域回补.doc

“引温济潮”——实现区域性的水资源跨流域回补

跨流域调水（interbasin water transfer）是指修建跨越两个或两个以上流域的引水（调水）工程，将水资源较丰富流域的水调到水资源紧缺的流域，以达到地区间调剂水量盈亏，解决缺水地区水资源需求的一种重要措施。跨流域调水，关系到相邻地区工农业的发展。同时，还会涉及相关流域水资源重新分配和可能引起的社会生活条件及生态环境变化。
20世纪以来，世界各国建成了许多大型的跨流域调水工程，如美国的中央河谷工程和加州引水工程，苏联中亚细亚的调水工程、澳大利亚的雪山工程等。中国已建成或正在建设的几项跨流域调水工程主要有：天津市和河北省引滦河水到天津、唐山，辽宁省引碧流河水到大连，山东省引黄河水到青岛，广东省从东江引水到深圳，甘肃省引大通河水到秦王川，著名的南水北调三线工程等。
以上跨流域调水工程都是将水从水资源丰富的流域调到水资源匮乏的流域，以满足后者工农业和城市化发展对水资源的需求，从而达到促进经济社会发展的目的。而像“引温济潮工程”，实现水资源的生态回补，通过将温榆河的可调水资源引入潮白河，以改善潮白河流域的水生态环境为首要目的调水工程为数不多。
1 北京市水资源概况
北京市地处温带半干旱、半湿润性季风气候区，多年平均降水量为585毫米，当地水资源人均占有量不足300立方米，是全国的1/8，是世界人均值的1/30。属于重度缺水城市。随着城市化进程的不断深入，北京水资源短缺的形势日益严峻，南水北调的实施，可以在一定程度上缓解北京缺水的状况，但是如此巨大的长线输水工程，在水资源管理和跨区域利用上仍存在诸多不确定因素。北京市本区域内加大非常规水资源的（包括再生水、污水等）利用，仍然是缓解水资源紧缺的重大战略，其中实现对有限的水资源的合理调配尤为重要。
北京境内有潮白河、永定河、蓟运河、大清河、北运河等五大水系，其中有四条水系发源于境外的河北、山西和内蒙古，只有北运河发源于本市，然而北运河流域却承载着北京市中心城及流域内多个重点新城的发展。流域内的人口1300多万，占全市总人口的70%以上，流域经济总量约占全市80%以上，它承担着中心城区90%的排水任务。正是由于流域内经济中心的作用，为满足北运河流域内经济和城市化发展的需要，长久以来，北京形成了其他几个流域向北运河流域不断输调水资源的供水格局。其中潮白河流域每年向中心城输调水资源量最大，约9亿立方米。从而使潮白河流域地下水位急剧下降，导致潮白河断流，河道生态环境日益恶化，这是历史上从未有过的现象。潮白河这样的生态状况，无疑将严重制约北京市确定的“东部发展带”目标的实现。
2 “引温济潮”工程情况
在迎接奥运召开之际，北京市政府为了改善奥运水上运动中心及奥运场馆周边环境组织实施了温榆河（属于北运河流域）至潮白河引水工程，目的是将温榆河的水经净化处理后引入潮白河，以改善奥林匹克水上公园周边及顺义新城的水环境。
2.1 “引温济潮”实施的必要性
潮白河是北京市城市自来水的主要水源基地，上游密云水库有自来水九厂、京密引水渠、白河引水渠向城市供水，下游沿河有自来水八厂、怀柔备用水源地、引潮入城工程、顺义新城、燕京啤酒厂、通州新城、东方化工厂等水源地。长期以来潮白河流域以其有限的水资源支持着北京的城市发展。从本流域将大量水资源调入到北运河流域，造成了潮白河流域水环境严重失调，难以实现水资源的可持续发展。通过对流域水资源进行人工回补，实施“引温济潮”工程，即实现北运河流域水资源向潮白河流域的回补，有利于实现北京市水资源的优化配置，缓解潮白河水资源入不敷出的局面，促进该流域生态环境的改善；同时，有利于全面提升潮白河流域水环境，为北京市东部区域的发展提供良好的生态环境保障，促进北京“东部发展带”建设，促进地区经济社会的发展；解决城北减河和潮白河向阳闸～河南村橡胶坝总长约10公里的河段的河道环境用水，为北京奥运水水上运动公园创造良好的水环境。
2.2 可调水量和调水规模
北运河流域承担着中心城区90%的排水任务，水资源量较为丰沛，每年都有可利用地表水流出北京市界，为北京市的主要出境水河流。而出境水量中很大一部分为潮白河、永定河两大水系进城后的退水。
北运河1999～2005年平均出境水量为6.33亿立方米，其中通过北运河干流出境的水量为4.47亿立方米，通过运潮减河分洪至潮白河出境的水量为0.98亿立方米，通过港沟河、凤河等其他支沟出境的水量为0.88亿立方米。
温榆河是流经北京中心城东北部，北运河流域内的重要的排水河道，由于它承担着北京中心城东北部及周边许多重点发展区域的排水任务，成为北京市少有的水量丰沛的河道，随着温榆河流域污水治理力度的加强，水质逐步改善还清，为温榆河水资源利用创造了条件。
温榆河鲁疃闸断面扣除上游沙河闸引水量1000万立方米，以及沙河闸～鲁疃闸干流河段环境年用水600万立方米后，温榆河鲁疃闸断面的年总来水量为6330万立方米，其中汛期水量为3520万立方米、非汛期水量为2810万立方米。上游清河现状及规划有清河、肖家河和北苑污3座水处理厂，未来污水厂处理能力将达到64万立方米/天。扣除下游河道的环境用水及蒸发量，温榆河辛堡闸断面以上即使在特殊干旱年也能保障20万立方米/天。结合潮白河主要河段近期生态用水需求，经对该调水工程进行综合技术经济评价，确定“引温济潮”工程规模为20万立方米/天，其中一期工程为10万立方米/天。
2.3 水处理工艺
2.3.1 “引温济潮”工程水质分析
根据2006年2月13日至8月9日的采样分析，调水河段非汛期水质指标具体数据见表1，汛期水质指标具体数据见表2。
表1 非汛期温榆河（鲁疃闸上）2006年水质
日 期
水 质 指 标 (mg/l)
CODcr
BOD5
氨氮
悬浮物
总磷
总氮
2月13日
43.6
11.2
23.9
16
1.70
24.5
3月10日
81.7
13.4
22.0
14
2.67
24.8
4月12日
75.4
10.5
25.1
34
2.70
32.5
5月11日
41.6
5.2
23.2
11
2.07
25.2
平均值
60.58
10.08
23.55
18.75
2.29
25.5
最高值
81.7
13.4
25.1
34
2.70
26.75

表2 汛期温榆河（鲁疃闸上）2006年水质
日 期
水 质 指 标 (mg/l)
CODcr
BOD5
氨氮
悬浮物
总磷
总氮
6月5日
53.4
3.0
19.0
12
2.16
26.2
7月4日
48.0
6.0
9.3
22
1.88
24.74
8月9日
53.8
6.8
9.3
32
1.04
12.3
平均值
51.73
5.27
12.53
22
1.69
21.08
最高值
53.8
6.8
19
32
2.16
26.2
从上表可以看出，温榆河水质受雨水影响较大，在汛期时水质明显比非汛期好，但总体说来温榆河水质属地表水Ⅴ类或劣Ⅴ类，主要污染物为CODcr、氮、磷。
由于北京地区降雨量时间分布不均匀，温榆河水质在季节上存在较大差异，根据温榆河鲁疃闸上水质逐月监测情况，水质变化如图1。

图1 温榆河逐月水质变化趋势

从逐月水质变化趋势线可以看出冬季和春季水质较差，随着气温升高和雨季到来，温榆河水质具有逐渐好转，但有机物和总磷的变化趋势不明显。从总体上来说，温榆河在夏秋汛期，在雨水的稀释下水质较好，冬春季由于污染物积累，水质较差。
根据上述情况，为保证引水区的水质安全，选取温榆河非汛期水质最差时的最高值作为本工程进水水质见表3。
表3 引温济潮工程进水水质
项 目
水 质 指 标 (mg/l)
CODcr
BOD5
氨氮
悬浮物
总磷
总氮
色度
数值
≤81.7
≤13.4
≤25.1
≤34
≤2.7
≤32.5
≤20

温榆河劣五类污水经处理后的出水主要用于潮白河景观改善和顺义新城环境用水等综合要求，同时考虑潮白河上游距进水点七、八公里岸边东侧为水源八厂大口井取水处，所以本工程不只是一般意义的水质改善工程，还是一项重要的水源地保护工程，因此，出水指标应以水源保护作为前提，采用高标准。综合考虑国家颁发的《城市污水再生利用 景观环境用水水质》（GB/T18921-2002）标准、《城市污水再生利用 地下水回灌水质》（GB/T19772-2005）标准（地表回灌方式）和《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水体标准，色度和TN参照地表水回灌指标取值，即TN为15mg/l（北京自来水标准中规定硝酸盐氮为10～20mg/l），色度取为10（自来水色度为10），其余指标值取三种标准最严限值，来确定本工程出水水质。最终确定出水水质如表4所示
表4　引温济潮工程出水水质
项 目
CODcr
BOD5
氨氮
总氮
总磷
色度
悬浮物
NTU
大肠菌群
设计出水水质
20
4
1.0
15
0.2
10
5
0.06
≤3
景观用水
（GB/T18921-02）
-
6
5
15
0.5
30
10
10
≤3
地表水回灌
（GB/T19772-05）
40
10
1.0
-
1.0
30
30
-
≤3
III类水体
（GB/T14848-93）
20
4
1.0
1.0
0.2
15
-
3
≤104
2.3.2 “引温济潮”一期工程采用的水处理工艺简介
“引温济潮”一期工程水质改善系统采用“加药絮凝＋膜生物反应器（MBR）”工艺，处理工艺及流程如图2所示。

滤液排至进水泵房
絮凝反应
沉淀
池
送水泵站
贮泥池
脱水机房
鼓风机房
臭氧
接触池
排泥
计量井
潮白河
MBR反应池
进水
人工湿地
污泥外运
脱色
缺氧池
消毒
进水泵站

图2 “引温济潮”一期工程水质处理工艺流程
温榆河来水经过设在进水口处的人工湿地初步去除部分污染物后，进入工艺前端的蓄水池（修正后的于庄取土坑）进行调蓄，再经设在进水泵站前的细格栅，去除杂质和一些漂浮物后进入进水泵站，再经计量井中流量计计量，然后进入加药絮凝单元，进行化学除磷，并去除部分难以降解的有机物；处理后的水进入缺氧池，并与从膜池末端回流的硝化液混合后进行脱氮反应，然后进入MBR反应池，通过生化处理，进一步降低BOD、COD、TP、SS等污染物浓度，再通过抽吸泵将清水通过膜过滤后抽吸出来，进入臭氧接触池进行消毒和脱色，最后进入送水泵站前池，经提升后送至潮白河。
2.3.3 “引温济潮”工程实施效果
“引温济潮”一期工程投入运行后，通过对处理后的水质检测，水质达标且稳定。2007年10月两次检测数据如表5、表6所示。
表5 2007年10月15日工程实际水质检测结果
（北京京城中水有限责任公司再生水水质检测中心）
水质
类别
CODcr
BOD5
SS
TN
NH4+-N
TP
色度
pH
工程进水水质
45.33
6.34
18
16.4
13.6
1.69
32
7.51
工程出水水质
16.92
2
1
7.15
0.14
0.122
2
7.61
处理程度（%）
62.7
68.5
94.4
56.4
99.0
92.8
93.8
/

表6 2007年10月22日工程实际水质检测结果
（北京谱尼测试中心）
水质
类别
CODcr
BOD5
SS
TN
NH4+-N
TP
色度
pH
工程进水水质
31.6
6.9
15
13.0
11.3
1.29
30
7.9
工程出水水质
13.56
2
<5
2.73
0.72
0.14
5
7.9
处理程度（%）
57.1
71.1
66.7
79.0
93.6
89.1
83.3
/
通过水质检测结果可以看出，工程出水水质已经完全达到或优于设计出水水质标准。
一期工程运行以后，城北减河和潮白河河南村橡胶坝以上总长10公里河段实现蓄水，在河道内形成了久违的水面景观，取得了良好的环境效益。工程本身收到到社会各界的认可，收到了良好的社会效果，被北京市政府认定为水资源调度的示范性工程。
4 结论
本文以“引温济潮”工程为关注对象，分析比较了跨流域调水在国内外的实践情况，结合北京市的水资源状况，阐述了区域内部合理调配水资源，实现本区域内跨流域水资源回补的意义；并对“引温济潮”一期工程进行了具体分析和评价，结论如下。
1.通过本一定区域内跨流域调水，实现区域的水资源合理配置，是实现该地区水资源的可持续利用与发展的重要途径。
2.在适当的时候，通过对集中建设区排水下游的污水和劣质河水进行达标处理，实现水资源对调出流域的反向回补，满足调出流域生态等用水需求，缓解水资源入不敷出的局面，改善流域生态环境，促进地区经济社会发展具有重要意义。
3.将温榆河的余量水资源调入潮白河流域，用于潮白河的生态用水，效果良好，该种理念和此类工程值得在一定范围内推广。
4.“加药絮凝＋膜生物反应器（MBR）”工艺水处理工艺用于处理劣Ⅴ类河水，主要去除水中的悬浮固体（SS）、BOD5、CODcr、TN、TP、NH4＋-N等有机污染物，除总氮外其他大部分指标达到Ⅲ类水标准。出水用于一定条件下生态环境用水补给是适合的。