潮白河试验性生态补水调度工作实践

2021年春季,潮白河试验性生态补水总体效果良好,实现了预期目标,此次生态补水是一次跨流域、多水源、多工程、干支流联调的大型统筹调度实践.简要介绍了此次生态补水的目的 意义、基本情况和补水成效;全面分析此次调度组织实施过程;提出了工程和调度管理短板及相应改进建议,为潮白河流域水资源管理和精细化、精准化调度提供实操成果经验.     

潮白河试验性生态补水实施效果分析

潮白河生态补水充分利用了流域内密云水库、怀柔水库及北台上水库等本地地表水和南水北调水,通过白河、潮河、雁栖河、怀河及小中河等5条主要支流向潮白河干流补水,累计补水量2.2亿m3,是一次多水源、多路径、干支流联调的试验性生态补水.本次补水河道通水长度158 km,实现了1999年以来潮白河流域内的首次水系连通,补水后地表水面积较补水前增加了1倍以上,河道周边336 km2范围地下水位出现上升,地下水资源量得到了显著增加,生态环境得到了极大改善,同时还进一步提高了应急调度水平,提升了应急管理能力,补水效益显著,对其他河道生态补水与水资源配置等工作具有很好的借鉴和指导作用.     

潮白河生态补水沿线地下水位变化分析

针对春季潮白河生态补水试验,以潮白河补水沿线地下水监测井数据为基础,对补水沿线地下水变化进行分段和分距离分析,并对影响范围及典型井的地下水动态趋势展开分析:此次生态补水约89％的地表水入渗补给地下,向阳闸以上潮白河沿线周边地下水回升明显,距离河道越近,地下水位响应越快回升越明显,影响区域沿河道向两岸扩展,有利于地下水的生态涵养,促进潮白河流域地下水库的恢复.本研究可为制定科学的生态补水方案提供技术参考.     

潮白河试验性生态补水期间问题及对策

2021年春季,潮白河首次实施试验性生态补水,实现了潮白河自1999年以来北京境内首次全线通水,生态补水有效回补了地下水,改善了生态环境.但由于河道常年断流,多年未过水,此次补水对水工建筑物和涉河工程造成一定影响,如局部堤防严重渗水、溯源冲刷导致建筑物受损、多处跨河工程受严重冲刷.梳理了补水期间出现的问题,分析了出险原因,并从河道规划、河道治理、涉河工程保护及应急抢险等方面提出对策和建议.     

潮白河生态补水对周边地下水质影响分析

为探究生态补水对潮白河流域地下水质的影响,选取潮白河补水河段沿线设置地下水监测井开展补水前后地下水质监测,对比分析补水前后水质变化.结果 表明:补水后氯化物、硫酸盐和氨氮浓度下降明显,硝酸盐氮浓度虽有所下降但不明显.氨化物浓度在距河3 km范围内下降最为明显,其他3种指标均在距河3～6 km范围内下降最为明显.生态补水极大改善了潮白河补水河段周边地下水质.     

潮白河春季生态补水及地下水响应

以2021年春季潮白河生态补水为研究基础,利用GMS-Ugrid模块构建非结构地下水流模型,评价生态补水效果和地下水响应。潮白河生态补水总量(至2021年5月27日)为2.06亿m³,补水入渗量为1.57亿m³(约占76%)。补水后1个月内,研究区第一含水层系统储存量增加了1.49亿m³;以水位0为影响范围分界线,补水影响面积达到842.8 km²。距河道不同位置观测井滞后响应时间也不同,离河道3 km观测井水位抬升明显,滞后响应时间较短(3～6 d);远离河道地下水响应的滞后性明显,离河道6 km观测井滞后响应时间较长(18～30 d)。     

潮白河生态补水对通州区水环境的影响分析

分析了潮白河生态补水对通州区河段的地表水质和地下水位的影响,通过对地表水质、地下水位监测数据分析,结果表明:补水初期,上游补水使白庙橡胶坝上段由劣V类提升至V类,水质明显改善,但由于白庙橡胶坝上游存水以及运潮减河蓄水同时下泄至潮白河下段,下游化学需氧量、总磷、氨氮浓度总体均升高;补水后期,由于上游补水量不足,白庙橡胶坝上游水质变差至劣V类,但受运潮减河泄流水量影响,下游氨氮、总磷浓度均有所下降;沿线地下水受生态补水影响不明显,浅层地下水平均埋深维持在15m左右轻微波动,而深层地下水平均埋深累计增加2.38 m,仅前疃村和杜店单点地下水埋深有所减少.分析结果为探索潮白河生态补水对改善地表水质、回补地下水等目标提供参考.     

无人机航测技术在潮白河生态补水中的应用

针对2021年度首次实施的潮白河较大规模试验性生态补水,应用无人机航测技术,对补水区域内的白河、潮河、潮白河潮汇大桥至向阳闸河段、雁栖河及怀河等主要补水河道进行了航测,获取了补水后主要补水河道的水面面积变化、潮白河向阳闸库区三维数字地形,并精确计算了向阳闸库区的河道日入渗量,为科学评估生态补水对潮白河水环境与水生态影响、摸清潮白河地下水回补入渗规律等工作提供了扎实的数据基础.     

潮白河生态补水对密云水库下游河道水质影响分析

为探讨2021年春季潮白河试验性生态补水对密云水库下游河道水质影响,分析了生态补水期间过流河道的水质变化情况,结果表明：潮白河试验性生态补水加快了密云水库下游潮河和白河水体流动速度,有效降低了河道水体温度;补水后期,双井监测站水体溶解氧较补水前期增幅为20.2%;双井及宁村监测站水体化学需氧量降幅分别高达61.1%、51.0%;生态补水降低了潮河水体中无机酸、碱或盐浓度,使潮河河道水体自净能力显著增强。本研究为优化潮白河生态补水长期规划、保障生态补水安全提供技术支撑。     

潮白河生态补水水文要素的演变特征及影响分析

由于潮白河常年少水,对流域地表水、地下水、水环境等水文要素的演变及影响等方面了解不清,为进一步摸清潮白河流域水文要素演变特征及变化规律,本研究以潮白河试验性生态补水为契机,在水文多要素实测数据的基础上,应用数理统计分析方法,开展潮白河地表水水量、地下水回补和水质变化的演变特征及影响分析.结果 表明:受河道沿线坑坝、高坎及河道入渗、蒸发的影响,对沿线各断面的水量演进产生较大影响,其中在白河与潮河汇合口至牛栏山橡胶坝段水量减少明显;与补水前相比,向阳闸以上地下水回升明显,为该区域地下水的主要补给区、向阳闸以下地下水受补水影响不大;地表水水质得到极大改善,污染物浓度降低,均能达到Ⅱ～Ⅲ类水标准.     

潮白河生态补水地下水温的响应分析

根据潮白河生态补水区河道水温、地下水位及地下水温实测资料,通过分析区域地下水温时空变化特征、区域地下水温变化主要影响因素,探索了2021年春季潮白河生态补水期间区域地下水温与地下水埋深变化的关系.通过分析,表明补水期间影响地下水温的要素是河道侧向补给,地下水温与地下水埋深呈正相关关系,地下水温变幅随着水位回升幅度变化.     

水尺智能识别技术在潮白河生态补水中的应用

随着科学技术水平的快速发展,人工智能技术已广泛应用在各行业.在2021年潮白河生态补水中,为了能够自动识别向阳闸闸前水位,部署了智能识别摄像机,此类设备采用了基于深度学习算法的水尺智能识别技术,实现水位数据的"所见即所得".通过数据对比与分析,水尺智能识别技术的水位测量精度完全满足水利部SL 61-2015《水文自动测报系统技术规范》相关要求,利用水尺智能识别技术让监测人员可以进行数据对比,减小人为观测造成的误差,同时可以保存连续性水文数据,提高运行管理能力,完全适用于水务业务领域,具有广阔的应用前景.