北方季节性河流水质水量协同保障技术研究与实践 以北京妫水河为例

第1章 绪论 1.1 概述 改革开放几十年来，我国经济得到了飞速发展，极大地提升了人民的生活水平，但是我国的水环境污染问题也日益突出。根据相关统计数据，我国地表水体在20世纪60年代以前基本不存在严重污染现象，境内重要大中型河流、湖泊的水体污染现象主要出现在20世纪70年代以后。随着我国对水体污染问题的重视，国家和地方政府在水环境质量提升上做出了诸多努力，治理投入日益增大，生活污水、工业废水在内的点源污染在一定程度上得到了有效的控制。根据《2017中国生态环境状况公报》，在全国地表水1940个水质断面(点位)中，有67.9%的水质断面水质已经能够满足地表水Ⅲ类水质标准，但是仍有32.1%的水质断面水质处于地表水Ⅳ类水质标准以下，我国地表水环境质量状况依然不容乐观。 流域水污染是流域社会经济发展、污染排放、气候及水资源循环系统变化等多因素共同作用的结果。李克强在第七次全国环境保护大会上的讲话中强调“坚持在发展中保护，在保护中发展，就是要把经济发展与节约环保紧密结合起来，推动发展进入转型的轨道，把环境容量和资源承载力作为发展的基本前提，同时充分发挥环境保护对经济增长的优化和保障作用、对经济转型的倒逼作用，把节约环保融入经济社会发展的各个方面，加快构建资源节约、环境友好的国民经济体系”。对流域水环境保护与经济社会优化发展而言，实行流域容量总量控制制度，是对我国环境保护总体方针的具体响应。2015年中共中央、国务院发布的《中共中央 国务院关于加快推进生态文明建设的意见》也明确指出，我国生态文明建设水平仍滞后于经济社会发展，资源约束趋紧，环境污染严重，生态系统退化，发展与人口资源环境之间的矛盾日益突出，已成为经济社会可持续发展的重大瓶颈制约。 加强环渤海及京津冀地区经济协作，实现京津冀协同发展是一项重大国家战略，其中区域环保水务协同发展显得尤为重要。从经济合作转向经济发展与生态环境的双赢共享，污染排放治理、水质改善、生态建设是京津冀合作的新亮点。永定河作为京津冀生态发展的主轴，不仅是重要的水源涵养区、生态屏障和生态廊道，更是区域协同发展、可持续发展不可替代的生态文明载体，因此永定河被列为水利部京津冀协同发展专项规划生态修复治理重点河流之首，恢复永定河生态廊道建设已纳入京津冀协同发展国家战略部署，需要加快统筹推进。 妫水河古称沧河、清夷水、清水河，属永定河一级支流，是延庆区的母亲河，也是北京市重要的供水水源河道和水源保护区。妫水河发源于延庆区城东北，自东向西横贯延庆盆地，在大营村北入官厅水库，沿途有古城河、佛峪口河、三里河、蔡家河和季节性河西二道河、小张家口河、西拨子河、帮水峪河和养鹅池河等支流汇入，是官厅水库的三大入库河系之一。 妫水河流域是北京市延庆区的主要社会经济活动发生地，2019年中国北京世界园艺博览会、2022年北京冬季奥运会等国际重大活动均在妫水河流域举办。因此，对妫水河流域进行综合治理，打造清洁优美水环境已成为延庆区生态文明建设活动的重中之重。当前，妫水河流域的水环境问题表现突出，妫水河主河道和支流中，只有妫水河、三里河处于常年有水状态，其余支流基本无水。根据延庆区环境保护局（现延庆区生态环境局）近年来的监测数据，妫水河水质总体上呈现恶化趋势，特别是妫水河新城段水质常年为地表水Ⅳ类到劣Ⅴ类，官厅水库入口断面水质已处于地表水劣Ⅴ类，严重危害了水库周边生产生活用水安全，制约该区域社会经济整体发展。 流域水体修复的目标不仅仅是特定水体的修复，更是流域水环境质量的整体提升。国家“十三五”规划中指出，要加强水生态保护，系统整治江河流域，连通江河湖库水系。国务院2015年发布实施的《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）也提出了水环境保护的指标要求：到2020年，要求地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内。县城、城市污水处理率分别达到85%、95%左右。京津冀、长三角、珠三角等区域提前一年完成。对北京市延庆区来说，达到这个目标任务十分艰巨。而且，2019年中国北京世界园艺博览会和2022年北京冬季奥运会的举办，更加要求延庆区充分发挥其功能，向世界人民展示*好的环境和风景。 《北京城市总体规划（2004年—2020年）》中指出：延庆区是国际交往中心的重要组成部分，联系西北地区的交通枢纽，国际化旅游休闲区，具备旅游、休闲度假、物流等功能。依据《水污染防治行动计划》《国务院关于实行*严格水资源管理制度的意见》相关重要部署，按照新时期“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水方针，延庆区是北京市西北部重要的生态屏障，应以水源保护和生态保育为前提，做好水源保护和生态涵养工作。进一步加强河湖、水系、湿地生态治理和风沙区植树造林工作，涵养水土、改善环境，构筑京西北的绿色生态屏障。加大力度控制城市和企业污染排放，加强农村居民点的整合，改善郊区生态环境，提高公共设施和基础设施的服务水平，推动郊区产业向规模经营集中、工业向园区集中、农民向城镇集中，发展旅游休闲、会议培训和生态农业，调整优化产业布局，构筑“工业一轴、农业一川、休闲业一环、生态涵养一山”的产业发展格局。积极参与京津冀都市圈生产要素的大范围流动和资源的重新配置，建设为首都国际交往服务的重要外事活动基地。 妫水河为延庆区的母亲河，其下游官厅水库为重要的水源地，对水污染治理与生态修复技术提出了更高的要求。因此，针对妫水河流域水情和北方气候特征，研究适合妫水河流域水质目标的水污染治理与生态修复技术，并选择条件相对成熟的区域开展工程示范，将为全面治理妫水河流域提供技术保障，同时为北京市重点流域的水污染控制治理和生态修复提供技术支撑和示范作用。 1.2 妫水河流域概况及主要生态环境问题 1.2.1 自然地理 1.2.1.1 地理位置 妫水河流域位于北京市延庆区，东经115°44′11″～116°21′9″，北纬40°15′12″～40°38′50″。妫水河是永定河一级支流，起自延庆区城东北，自东向西横贯延庆盆地，经过四海镇、刘斌堡乡、香营乡、永宁镇、井庄镇、大榆树镇、沈家营镇、延庆镇，在大营村北入官厅水库。妫水河干流全长74.34km，流域面积为1062.9km2，占延庆区面积的53.3%。妫水河流域地理位置见图1-1。 图1-1 妫水河流域地理位置示意图 延庆区位于北京市西北部，距北京市市区74km，是首都北京市的北大门。东邻怀柔区，南邻昌平区，西、北分别与河北省的怀来、赤城两县接壤。东西*长处为65km，南北*宽处为45.5km，呈东北向西南延伸的长方形。全区总面积1994.88km2。其中，平原面积522.66km2，占全区总面积的26.20%；山区面积1452.27km2，占全区总面积的72.80%。截至2021年，全区有15个乡镇，大部分位于区域西南部的平原上或浅山地区。 1.2.1.2 地形地貌 延庆区北、东、南三面环山，西邻官厅水库，中部凹陷形成山间盆地。流域内山脉统称军都山，属燕山山脉，海拔一般为700～1000m。山脉大致走向为北东向与东西向，由中部北起佛爷顶，经九里梁形成一自然分水岭，分水岭以西为山前平原区，以东为山后区。境内海拔1000m以上高峰80余座，其中海坨山为北京市第二高峰，海拔2241m。大庄科乡旺泉沟东南大庄科河（怀九河）出境处为境内*低点，海拔约300m。 东北部山地地势西高东低，平均海拔约1000m，南部山地地势较低，属低山区，岩石以花岗岩岩类为主，山势缓和，谷地较宽，但干旱缺水，植被稀疏，水土流失严重。 山前盆地边缘地带海拔一般为600～700m，地面坡度较陡，自然坡降1/50，冲沟发育。盆地为一缓倾斜洪冲积平原，海拔500m左右，盆地长35km，宽15km，全部为第四系堆积所覆盖，中部地势平坦开阔，局部有丘陵点缀。 1.2.1.3 气候、气象 延庆区属大陆季风气候区，是温带与中温带、半干旱与半湿润的过渡地带。海拔较高，地形呈口袋形向西南开口，故大陆季风气候较强，四季分明，冬季干冷，夏季多雨，春秋两季冷暖气团接触频繁，对流异常活跃，天气与气候要素波动大，多风少雨。全区多年平均降水量452mm；多年平均气温8.7℃，7月平均气温23.2℃，1月平均气温-8.8℃，*高气温39℃，*低气温-27.3℃。平原区年无霜期180～190天，山区年无霜期150～160天。冻土深1m左右。 延庆区多年地表水水量极不稳定，降水量年际、年内变化大且地域分布不均衡。年内降水主要集中在汛期6～9月，汛期4个月降水量占全年降水量的70%～80%，春季降水量只占全年降水量的10%～15%，可谓十年九春旱。据延庆站降水资料，1959～2017年延庆区多年平均降水量452mm。东部山区降水多于西部川区，山区多年平均降水量为557mm，是全区多年平均降水量的1.23倍。 1.2.1.4 河流水系 妫水河流域内有18条河流（含妫水河干流）。妫水河干流沿途有古城河、佛峪口河、三里河、蔡家河和季节性河西二道河、小张家口河、西拨子河、帮水峪河和养鹅池河等支流汇入。妫水河流域各级河流信息见表1-1。表1-1妫水河流域水系信息序号河流名称河流级别流域面积/km2河流长度/km1妫水河11062.974.342古城河2224.936.283三里河237.210.634蔡家河263.615.455佛峪口河270.518.006养鹅池河28.06.877帮水峪河277.120.798西拨子河248.118.769小张家口河233.212.8510西二道河249.515.1211五里波沟343.113.8512五里波西沟410.64.7213西龙湾河388.117.3414西龙湾河右支一河446.610.1315宝林寺河241.714.0416三里墩沟2129.322.0917孔化营沟344.514.5618周家坟沟319.68.14 1.2.1.5 土壤植被 （1）土壤 延庆盆地整体的土壤环境质量优良。土壤含氟、含砷量少，平原95%区域的土壤质量达到国家一级土壤环境质量标准。目前，平原的土壤环境质量适合建设无公害、绿色和有机食品生产基地。延庆盆地土地资源的利用，受其所处的地形影响，有着明显的空间分布特征。盆地面积大、地势平坦，土层深厚、土质好，水源条件好，种植业发展条件优越；山麓地带的洪积扇土层质地、灌排条件良好，是各种果树的优良种植区；面积广阔的低山区、中山区、深山区山清水秀，人口密度相对较低，耕地资源分散，为林业发展，林产品、干果产品和马铃薯、玉米等多种作物良种繁育，以及优质中药材种植，提供了优越的资源环境条件，也为休闲旅游农业提供了丰富的景点选择余地。 （2）森林植被 妫水河流域盆地、河川、沟谷部分台地的植被为栽培植物，其余山区大部分为针叶林、阔叶林、针阔混交林、杂灌及草本群落。全区林木绿化率为74.5%，森林覆盖率为56.63%，城市绿化覆盖率为68%。 1.2.2 土地利用状况 基于妫水河流域土地利用遥感数据分析可知，妫水河流域土地利用类型主要为耕地、林地等，流域内耕地面积为374.76km2，占全流域土地面积的35.26%；林地面积457.56km2，占全流域土地面积的42.84%；其余类型土地利用占比分别为草地11.2%、城乡建设用地8.25%、水域2.61%、未利用土地0.004%。土地利用类型分布见图1-2。 图1-2 妫水河流域土地类型分布图 1.2.3 社会经济状况 根据《北京市延庆区统计年鉴2018》，2017年延庆区共有15个乡镇（11个镇、4个乡）、3个街道办事处、376个行政村、46个社区居民委员会。户籍总人口28.5万人，常住人口34万人，城镇人口19.2万人，占常住人口的56.5%，其中常住外来人口4.3万人，占常