官厅水库库滨带生态修复工程设计研究

为了恢复官厅水库库滨带的生态功能,对现状环境问题进行分析、梳理和整合,介绍库滨带概况、概念界定,提出了研究思路、原则及生态修复措施,通过围网建设、道路建设、生态带保护、截污沟、滩地植被修复与管护设施等措施进行生态修复,将有效改善水库水质、控制水土流失,保障官厅水库生态环境安全等方面发挥重要的作用,同时为同类工程提供设计上的参考和借鉴。

官厅水库清淤关键技术研究

官厅水库淤积已经影响到水库的安全运行,影响战略水资源储备和水库水质。结合官厅水库清淤工程水深大、清淤规模大、周边消纳场地有限等特点,从淤积影响水库的主要问题出发,分析水库清淤的具体需求,并按照淤积影响紧迫性,规划分期实施的清淤方案。通过试点工程,探索不同清淤装备、脱水工艺、底泥资源化利用的技术路线,实施过程中加强监测评估,为北方大型水库高时率、大泥量连续作业提供经验借鉴。

数字孪生官厅水库建设方案探析

智慧水利建设是新阶段水利高质量发展的最显著标志之一。近年来,官厅水库信息化建设取得了一定的成就,但是与数字孪生工程建设要求仍有一定的差距。文章梳理了官厅水库信息化建设的现状,对表对标数字孪生工程建设技术要求,提出了数字孪生官厅水库建设方案,包含数字孪生平台、信息化基础设施、业务应用系统、网络安全体系等内容。数字孪生官厅水库为官厅水库精细化管理提供了新的思路,也为数字孪生水利工程建设探索了新模式。

官厅水库多目标调度规律与方案研究

为探究水文变异和外调水源补给对水电站发电和生态的影响,以官厅水库下游减水河段为例,在计算水文变异下生态流量的基础上,定义了减水河段的生态保证程度,建立了水库发电和生态保证程度多目标优化调度模型,采用非支配遗传算法(NSGA-II)求解多种情景方案。研究结果表明:官厅水库入库径流分别于1971年和1983年发生变异,水文变异后发电和平均生态保证程度显著降低;水电站发电和生态之间多目标关系显著,发电量减少37.4%可增加67.8%的生态效益;外调水源补给后发电量和平均生态保证程度均显著提高,特别是枯水年,分别提高56.9%和40.3%。

官厅水库及上游河流表层水中水溶态多氯萘的污染现状与分布特征

为探究官厅水库及上游河流表层水中水溶态多氯萘(PCNs)的污染状况与分布特征,采用同位素稀释-高分辨气相色谱-高分辨质谱法对官厅水库及上游河流28个点位的表层水样75种PCNs进行分析.结果显示,22种PCN同类物被检出,其中PCN-1的检出率为100%,PCN-5/7、PCN-14/24、PCN42、PCN-37/33/34、PCN-44/47、PCN-45/36、PCN-27/30、PCN-38/40的检出率均高于80%.不同氯代同类物的浓度百分含量依次为:一氯萘占34.2%,二氯萘占35.9%,三氯萘占20.1%,四氯萘占9.7%,五氯萘占0.1%.表层水样中∑PCNs的浓度为0.31—30 ng·L^(-1),中值为7.5 ng·L^(-1),且中值呈现西库区(9.0 ng·L^(-1))>中库区(8.4 ng·L^(-1))>东库区(6.7 ng·L^(-1))>上游河流(5.6 ng·L^(-1))的趋势.与国内外相关文献报道值相比较,官厅水库及上游河流表层水中PCNs的浓度处于中等水平.PCNs的毒性当量计算结果显示∑PCNsTEQ为0.005—0.187 pgTEQ·L^(-1).污染来源分析结果表明,官厅水库及上游河流表层水样中PCNs可能主要源于钢铁冶炼过程和交通排放.

基于最简水质综合评价指数的官厅水库上游河流水质评价

河流水质评价对流域水环境管理具有重要意义。由于具有较强的综合性和可比性,水质综合评价指数(WQI)已成为国内外河流水质评价的主流方法,然而因其需要大量的水质参数,需要耗费大量的物力和财力。采用2018年官厅水库上游河流37个监测点的月度监测数据,运用全子集回归模型分训练和验证两个环节建立了对水质参数数量要求较少的适用于官厅水库上游河流水质评价的最简水质综合评价指数(WQI_(min)),并采用建立的WQI_(min)对官厅水库上游河流水质进行了时空分布特征分析。结果显示:在训练环节,水质参数的数量越多,WQI_(min)的训练效果越好,并且考虑水质参数相对权重的模型效果要优于不考虑相对权重的模型。综合考虑水质评价的准确性和易用性,采用CODMn、DO和TN等3个水质参数,且考虑水质参数权重的最简水质综合评价指数模型(WQI_(min)-b3)是训练环节官厅水库上游流域最佳的WQI_(min)模型。在验证环节,WQI_(min)-b3与WQI有较好的线性关系,证实了建立的WQI_(min)-b3模型可代替WQI模型进行官厅水库上游河流水质评价。官厅水库上游河流水质在秋季最好,夏季次之;由于受到融雪期非点源污染的影响,春季官厅水库上游河流水质最差,因而官厅水库上游流域应对融雪期非点源污染给予充分重视。官厅水库上游各河段WQI_(min)平均值的最高值出现在清水河,其次是南洋河;桑干河上游由于工业废水和生活污水的大量排放,其水质状态最差。该研究可为官厅水库上游及其他流域河流水质管理提供科学参考。

官厅和密云水库水域面积变化及影响因素比较研究

以首都水源涵养功能区内的官厅水库和密云水库为研究对象,评估了两个水库1980年以来的水域面积变化,分析了降水量、植被覆盖度和人为用水量三项因素的影响。利用1980—2022年长时序遥感影像提取了水库水域面积,计算了植被覆盖度,使用Pearson相关分析探讨了影响因素相关关系。研究表明:(1)自2013年以来,两个水库水域面积均持续增加至历史高位,表明水源涵养成效显著。(2)近40 a来,两个水库的水域面积变化过程同步性明显,均表现为上升期-高位保持期-下降期-地物维持期-恢复期5个阶段。(3)水库上游张家口段流域年降水量与水库面积之间没有表现出相关性;与解译影像同期的6—7月降水量与水库面积之间也没有表现出相关性。(4)官厅水库上游张家口段的植被覆盖度整体呈现上升态势,2000年是一个变异点。密云水库上游张家口段的植被覆盖度持续稳定在0.7水平上。相关分析表明,植被覆盖度与水库水域面积之间没有相关性。(5)永定河流域张家口段人为用水量从2000年来整体上逐年减少0.2×10^(8)m^(3),与官厅水库水域面积呈显著负相关,有效增加了水库入库水量。(6)2019年以来流域水库集中输水和引黄补水,对官厅水库水域面积和沿河地区生态补水影响较大,建议对张家口水源涵养成效从地表径流入库量、地下水回升量、生态补水量等方面进行综合评估。

从“水患”到“水利”——官厅水库的建设历程

官厅水库地跨河北省怀来县和北京市延庆区,是新中国修建的第一座大型水库。水库由洋河、桑干河和妫水河三条河流汇聚而成,下游是北京的“母亲河”永定河。中华人民共和国成立前,永定河是一条水患频发的河流。为了治理永定河水患、保障流域内人民的安全,从1951年到1954年,中国共产党带领人民修建官厅水库,成功将肆虐千百年的永定河水患变为造福人民的水利,在新中国建设史上留下了辉煌的一笔。

官厅、密云水库上游流域土壤Sr、Mg、Ca对相关气候要素的指示意义

为探索表生环境下土壤Sr、Mg、Ca对降水量(P)、相对湿度(RH)、气温、日照时长等气候要素的指示意义,本文以官厅、密云水库上游流域为例,利用研究区农用地土壤数据和近20年气候资料,采用多元统计分析等方法研究土壤Sr、Mg、Ca与相关气候要素之间的关系,在0.05水平上建立土壤元素比值与相关气候要素的多元线性回归模型:R_(Mg/Ca)=-1.68+(3.59×P+12.62×RH)×10^(-3),调整后复相关系数R2为0.86;R_(Sr/Ca)=-3.49×10^(-2)+(4.95×P+47.11×RH)×10^(-5),调整后复相关系数R2为0.73。模型的拟合优度均较好。研究结果表明:表生环境下土壤Sr、Mg、Ca呈显著正相关,具有相似的地球化学行为或受类似影响机制控制;降水和相对湿度是影响土壤Sr、Mg、Ca元素分布与分配特征的主要气候要素,其中降水影响更为显著,表现出气候环境越湿润土壤元素含量越低、气候环境越干燥元素含量越高的变化特点;土壤Mg/Ca值、Sr/Ca值对相关气候要素亦有较好指示作用,且效果优于Sr、Mg、Ca,一般情况下元素比值高值区往往反映相对湿润气候环境,而低值区往往反映相对干燥气候环境。

浮托法在官厅水库2.5 WM风机整体拆除的应用

在内陆水库湖泊中,风机整体拆除技术目前在国内属于空白,用于海上风机拆装的常规技术、装备无法使用。为了解决官厅水库金风科技2.5 WM风机拆除的难题,采用岸边挖泥建设临时码头,单体浮箱工厂预制,逐个运输码头拼装,组成浮体平台,在极浅水作业水深,采用浮托法整体拆除技术,提高了施工安全性,节省了材料和施工时间,拆除方便。本文介绍了浮托法整体拆除风机的设计思路和工程实践,为类似项目提供借鉴。

北京官厅水库-永定河水系水体中持久性有机氯农药污染

报道了官厅水库-永定河水系中持久性有机氯农药的污染水平,研究发现在水体中存在六六六(HCHs), 滴滴涕(DDTs), 七氯等在内的有机氯污染物,在所有13个采样点的水样中,18种有机氯农药的浓度为4.2-96.9 ng/L,其中六六六、滴滴涕的含量分别为0.09-53.5ng/L和nd-46.8 ng/L.对污染来源进行分析,发现除了主要是源于历史上农田中有机氯农药的残留外,近期可能有新的农药污染源进入水环境,如林丹和三氯杀螨醇的使用可能造成了新的有机氯农药污染.和国内主要河流相比,官厅水库-永定河水系中有机氯农药的污染属轻度污染.

官厅水库周边不同土地利用方式下氮、磷非点源污染模拟研究

利用小型人工降雨模拟器 ,选择官厅水库周边 4种典型土地利用类型 ,通过进行天然大暴雨实验 ,研究了氮、磷随暴雨径流及径流沉积物的迁移过程 ,同时估算了总氮、总磷在不同土地利用方式下的流失速率 .研究结果表明 ,在相同降雨条件下 ,4种土地利用类型的产流量和沉积物产生量大小顺序均为 :不施肥菜地 >葡萄果园 >施肥玉米地 >海棠果园 ,产流量和沉积物流失量成显著正相关 .氮、磷流失速率和流失量随土地利用类型的不同表现出明显差异 ,地表径流水相TN、TP的流失大小顺序为葡萄果园 >施肥玉米地 >海棠果园 >不施肥菜地 ,其中大部分是以悬浮颗粒态形式流失 .单位面积表层 10cm土壤氮、磷流失量分别高达 17.5 3～ 41 14g·m- 2 和 1 99～ 14 2 5g·m- 2 ,其中随径流沉积物相迁移的氮、磷占绝大部分 .地表径流水相氮、磷的流失速率分别在 2 5 9～ 4 47mg·m- 2 ·min- 1 和 0 43～ 0 63mg·m- 2 ·min- 1 之间 ,而径流沉积物相氮、磷流失速率则分别高达 3 86 42～ 13 61 76mg·m- 2 ·min- 1 和 2 10 5 6～ 5 3 0 19mg·m- 2 ·min- 1 .

官厅水库坝前疏浚底泥的理化特征和土地利用研究

用环保疏浚船抽取官厅水库坝前表层底泥,在田间脱水池进行自然脱水,研究脱水后底泥的理化性质和污染物特征,底泥无害化处理方式和处理后底泥的土地利用效果.结果表明,官厅水库坝前疏浚底泥中黏粒含量高,容重高达1.89 g.cm-3,孔隙度只有23.8%,干后龟裂且非常坚硬,植物不能在上面生长.底泥中含有大量的还原性物质和速效性氮、磷,但重金属和有机氯农药含量均低于二级土壤环境质量标准.通过加入砂性土壤和作物秸杆等材料可以降低底泥容重和还原性物质含量,提高底泥的孔隙度并固持底泥中的速效性氮、磷.经过处理后的底泥可以成为良好的植物生长介质,玉米、苜蓿和杏树苗在上面生长良好.

北京官厅水库水体中挥发性有机物健康风险评价

为研究北京官厅水库水体中挥发性有机物对人体产生的潜在健康危害风险,从9个有代表性的采样点采集水样,用顶空气相色谱法测定了挥发性氯代烃的质量浓度,所检测的5种挥发性氯代烃的质量浓度总量为5.33-97.74 ng/L,同时讨论了其污染水平和分布特点.应用美国环境保护署（US EPA）的健康风险评价方法,对官厅水库水体中挥发性氯代烃通过食入和皮肤接触2种途径进入人体的危害进行了风险计算和初步评价.结果表明：水库中各采样点的非致癌风险和致癌风险均未超标,从位于桑干河八号桥的6号采样点采集的水样中挥发性氯代烃的非致癌风险值达到10^-4数量级,其余采样点的非致癌风险值均在10^-5数量级;各采样点的致癌风险指数远远低于10^-4的数量水平.因此,初步认为目前官厅水库水体中挥发性氯代烃不会对人体产生明显的健康危害.

官厅水库周边土壤重金属空间变异特征及风险分析

在官厅水库周边2—10km范围内系统测定了8种重金属元素的含量，利用GIS技术和地统计分析方法，研究了重金属元素的空间变异特征及环境风险．结果表明，Cd是该区域主要的污染物，检测值（0．68±0．17）mg／kg相当于国家1级标准的3．4倍，40％的区域超过国家2级标准．土壤中7种重金属（Ni除外）的空间变异主要缘自于施肥、耕作及种植制度等人为活动引起的随机性因素，空间格局呈现西高东低，并呈洋河至怀来县区段污染最重的趋势．单因子污染指数和单因子生态危害系数Cd均显著高于其他重金属元素，复合污染指数呈库北高于库南，西部高于东部的空间趋势，复合生态风险指数南北向也有类似分布特征，东西向集中在怀来县、延庆县和中部北辛堡镇3个区域，说明高环境污染区将伴随高的生态风险，人口密集、工业化程度较高的城镇区域更容易引起生态危害．

北京官厅水库轮虫群落结构与水体富营养化状况

于2007年1-12月对官厅水库上游(北京段)进行调查,利用非生物环境因子对水体的营养状况进行了评价,并通过种类组成、优势种、生物量及多样性指数等指标探讨了轮虫群落结构与水体富营养化的关系.结果表明,官厅水库(北京段)已达到了富营养的水平,在轮虫的种类组成中,10个富营养化的指示种类大部分都有出现,其中螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)和针簇多肢轮虫(Polyarthra trigla)为优势种;轮虫密度均在1000ind./L以上,生物量在1mg/L以上,轮虫的密度、生物量的季节分布与水温显著正相关(P<0.05),水平分布与水体的营养状况显著正相关(P<0.05),垂直分布没有明显的规律性;轮虫多样性指数较低,但与水体营养水平显著相关(P<0.05).证明轮虫群落结构与水体富营养化之间存在着密切的关系,富营养化是导致轮虫群落结构变化的主要动因.

潜流人工湿地改善官厅水库水质试验研究

为确定利用人工湿地改善官厅水库水质工程所需的设计参数,在官厅水库岸边建立了人工湿地,开展了潜流人工湿地系统处理官厅水库水的试验研究.试验表明,在水力负荷率为0.15～0.45m/d时,夏季CODMn和NH4+-N的去除率分别为50%和70%;冬季,分别可达到15%和50%,去除率随水力负荷率的提高和水温的下降而降低.由于渗漏和蒸发及植物蒸腾作用,系统的出水量为进水量的60%.研究结果表明,潜流人工湿地系统对微污染地表水有较好的净化效果,该系统在冬季低温条件下仍可以正常运行.

官厅水库水质特征及水体微生物多样性的响应

针对北京市原水源地官厅水库,选择了上下游共6个采样点进行了不同季节的水质及环境因子特征分析.总体看来,4个季节水体氮磷碳营养物质浓度依次为:夏季>秋季>春季>冬季,夏秋季出现明显水华.上游妫水河水质要好于下游水库库区水质,尤其以夏秋季节最为明显.夏季上游妫水河的总碳、总氮、氨氮、总磷平均浓度为26.5,0.95,0.55,0.077mg/L,而水库库区响应平均浓度分别为111.47,4.27,3.16,0.25mg/L.结合PCR-DGGE对不同时期各点水体微生物进行了群落分析,发现上下游水体中细菌群落结构差异很大,水华严重区的细菌群落多样性和丰度要低于比水质较好区域.CANOCA软件分析了夏秋季水华时水体微生物群落变化与环境因子的响应关系,发现细菌群落结构与环境因子(T、p H值、DO、NFR、TP、Fe)之间存在较强的关联.水质较好的上游水体夏秋细菌群落结构主要受温度、DO影响较大;而水质较差的库区水体夏秋季细菌群落结构变化与固氮速率、p H值、总磷的相关性较好.

北京官厅水库周边土壤重金属与农药残留及风险分析

对官厅水库周边土壤中Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、N i、As、Co、HCHs和DDTs 10种污染物进行调查监测,并就其来源及环境风险进行评价,结果表明:Cd是该区域最主要的污染物,检测值为(0.68±0.17)mg.kg-1,相当于土壤环境质量一级标准的3.4倍,洋河和桑干河流域的土样已超过国家二级标准,对土壤造成了严重污染;土壤中仍有一定量的有机氯农药残留,并以DDT为主,约占农药残留总量的93%;历史上上游工业废水的排放以及农业生产中大量使用化肥和农药是该区重金属和农药污染的主要来源;全部样点的综合污染指数值均≥2,构成重度污染的样点超过65%,说明官厅水库周边土壤存在明显的多种污染物的复合污染。

官厅水库及永定河水中挥发性有机物分布规律

以吹扫 捕集方法定量测定了采自官厅水库库区及下游永定河水中的挥发性有机污染物的含量 ,共检测到 2 6种有机污染物 ,其中 9种属于国家地表水环境质量标准 (GHZB 1- 1999)中特定项目 .主要是卤代烃、苯系物、硝基苯、丁酮、氯乙腈等 ,挥发性有机污染物的总含量为 19 37— 10 0 92mg L ,未检出三卤代甲烷类化合物 .根据污染物浓度的空间分布规律 。