北大港水庫，位于天津市大港區(qū)。始建時間是1974年，建成時間為1980年。主要功能：分洪、供水、防洪、灌溉等。目錄1簡介2基本資料3主要技術(shù)指標(biāo)4布局規(guī)劃方案5蓄存期水質(zhì)咸化機理分析北大港水庫-簡介北大港水庫北大港水庫北大港水庫位于中國天津市濱海新區(qū)（原屬大港區(qū)），是以供水、灌溉為主要功能的大（二）型水庫。地處獨流減河下游，東臨渤海，距入?？?千米。圍堤總長54.5千米。北大港水庫是引黃濟津工程唯一的調(diào)蓄水庫，是天津市重要備用水源地。北大港濕地于2004年列入國家重點保護濕地名錄北大港水庫是以蓄水為主，魚、葦、藕、林全面發(fā)展，蓄泄兼顧，綜合利用的大型平原水庫。庫區(qū)占地面積為164平方公里，堤頂寬10米泉市。這里魚蝦成群，常年棲息著各種水禽，偶有天鵝浮游飛舞，一幅自然天成的美麗畫面，是垂釣、休閑、游玩的好去處。自開始蓄水至今已運行20余年，近幾年水庫堤壩出出了很多裂縫，對壩體存在著潛在的威脅。1999年11月開始對水庫堤壩裂縫進行了重點探測和評估工作，普查發(fā)現(xiàn)裂縫主要分布在東南和西南圍堤。檢測工作以特探方法為主，采用多種特控手段對裂縫做快速無損的綜合檢測。然后用部分鉆孔和探坑驗證物探結(jié)果，主要方法包括：地震反射波法、多點瞬態(tài)面波法和高密度電法，準(zhǔn)確地確定了堤壩的隱患。并提出了北大港水庫堤壩隱患治理的建議。大港區(qū)北大港水庫是天津市最大的水庫之一，是黃河水進入天津的樞紐，承擔(dān)著引黃濟津的蓄水、供水職能，水庫總庫容5億立方米，庫區(qū)面積152平方公里。圍堤長54公里，堤頂高程9.0米。2002年秋，天津市極度缺水時，引黃濟津調(diào)的水就存在這里，供給全市居民飲水。[1]北大港水庫-基本資料北大港水庫是以蓄水為主，魚、葦、藕、林全面發(fā)展，蓄泄兼顧，綜合利用的大型平原水庫。這里魚蝦成群，常年棲息著各種水禽，偶有天鵝浮游飛舞，一幅自然天成的美麗畫面，是垂釣、休閑、游玩的好去處。北大港水庫是以蓄水為主，魚、葦、藕、林全面發(fā)展，蓄泄兼顧，綜合利用的大型平原水庫。這里魚蝦成群，常年棲息著各種水禽，偶有天鵝浮游飛舞，一幅自然天成的美麗畫面，是垂釣、休閑、游玩的好去處。名稱：北大港水庫位置：天津市大港區(qū)始建時間：1974年建成時間：1980年代碼BCD00000012級別大（二）型水庫水庫位置天津市濱海新區(qū)上游流入獨流減河集水面積150平方千米正常水位7.00米最大庫容5.0億立方米正常庫容4.36億立方米大壩類型復(fù)式均質(zhì)土壩壩頂高程9.50米灌溉面積25.5萬畝開工時間1974年竣工時間1980年總費用7631.97萬元建設(shè)單位：天津市根治海河指揮部設(shè)計單位：天津市水利規(guī)劃設(shè)計院施工單位：北大港工程指揮部工程投資：國家投資4431.2萬元地方自籌3200.77萬元工程等級：一級主要功能：分洪、供水、防洪、灌溉等2002年水庫通過水庫大壩安全鑒定，鑒定結(jié)果為三類壩。尚未進行除險加周。建成后工程效益：合計供水217207萬立方米，其中生活用水189428萬立方米，農(nóng)業(yè)供水27779萬立方米；姚塘子供電站利用變電設(shè)備和輸電線路對企業(yè)周邊地區(qū)的企業(yè)供電。[2]北大港水庫-主要技術(shù)指標(biāo)1、北大港水庫位于海河流域、大清河、南運河、子牙河水系獨流減河下游；水庫集水面積150平方公理；多年平均降水量533.3毫米；多年平均蒸發(fā)量1235.9毫米。2、庫大壩為復(fù)式均質(zhì)土壩，壩基地質(zhì)1千米深的范圍內(nèi)為松散沉積物，表層深約30米為粘性土，上游防滲措施為粘土鋪蓋，下游排水形式為節(jié)滲溝。3、供水情況：水庫灌?K面積25.5萬畝；北大港水庫自1973年至1983年主要保障城市生活和工業(yè)用水，從1988年到2000年主要供給大港周邊地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水和大港油田的生活及工業(yè)用水，2000年11月至2001年9月向市區(qū)供水，2001年9月向市區(qū)供生態(tài)用水。北大港水庫-布局規(guī)劃方案北大港水庫北大港水庫天津市具有獨具特色的山、河、湖、海、泉等自然資源：山區(qū)集中分布在薊縣，面積約651平方公里，包括盤山風(fēng)景區(qū)、八仙山自然保護區(qū)、中上元古界自然保護區(qū)、國家地質(zhì)公園、九龍山國家森林公園等；海河水系由北運河系（包括薊運河、潮白新河）、永定河系、大清河系、子牙河系和南運河系（包括漳河、衛(wèi)河）等5大水系及其干流組成；濕地眾多，包括七里海濕地、北大港濕地、團泊洼濕地、東麗湖和官港濕地等，面積約1718平方公里；海域面積約3000平方公里，大陸海岸線全長約153公里；地?zé)豳Y源豐富，總儲量約1103億立方米。結(jié)合天津市的生態(tài)特征，規(guī)劃形成以“團泊洼水庫一北大港水庫”濕地生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護區(qū)、薊縣山地生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護區(qū)、“七里海一大黃堡洼”濕地生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護區(qū)為主體，以自然保護區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、國家公園為重點，由防風(fēng)固沙林帶、沿河綠化廊道、環(huán)城綠化帶、道路沿線綠化帶、楔形綠地、農(nóng)業(yè)用地等共同構(gòu)筑的多層次、多功能、網(wǎng)絡(luò)化、城鄉(xiāng)一體的市域生態(tài)體系規(guī)劃綜合考慮生物多樣性、水源涵養(yǎng)、水資源、生物鏈、自然資源、城市生態(tài)環(huán)境、生態(tài)廊道等因素，將敏感性較強的生態(tài)系統(tǒng)作為先決條件，劃定禁止建設(shè)區(qū)和控制建設(shè)區(qū)的范圍，保護生態(tài)資源，并制定空間管制規(guī)則，為各類建設(shè)活動設(shè)定“準(zhǔn)入門檻”，合理引導(dǎo)城市發(fā)展，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)生態(tài)城市。禁止建設(shè)區(qū)是指具有重大自然和人文價值的場所與空間，以及如進行建設(shè)可能對生態(tài)環(huán)境造成危害的地區(qū)。包括自然保護區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和國家公園的核心景區(qū)、飲用水水源的一級保護區(qū)、重要濕地、基本農(nóng)田保護區(qū)、行洪通道等?？刂平ㄔO(shè)區(qū)是指對建設(shè)活動具有生態(tài)敏感性的地區(qū)，以及因自然災(zāi)害等因素不適宜建設(shè)的地區(qū)。包括自然保護區(qū)的實驗區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和國家公園的非核心景區(qū)、生態(tài)控制用地、地表水源二級保護區(qū)和地下水源準(zhǔn)保護區(qū)、一般耕地、滯洪區(qū)以及重大基礎(chǔ)設(shè)施控制廊道。為了有效地保護生態(tài)資源，提高市域南北部之間以及中心城市內(nèi)部之間的生態(tài)連通性，避免城市建設(shè)連片蔓延式發(fā)展，豐富和完善市域的大生態(tài)體系，在“南北生態(tài)”的總體戰(zhàn)略下，本次規(guī)劃提出構(gòu)建“三區(qū)、四廊、五帶”的生態(tài)布局結(jié)構(gòu)?！叭齾^(qū)”是指“團泊洼水庫一北大港水庫”濕地生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護區(qū)、薊縣山地生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護區(qū)、“七里海一大黃堡洼”濕地生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護區(qū)?！八睦取笔侵杆臈l縱向貫穿市域南北部的生態(tài)廊道，包括：東部濱海生態(tài)廊道、唐津高速生態(tài)廊道、引灤明渠一貝殼堤生態(tài)廊道和西部防風(fēng)固沙林生態(tài)廊道。“五帶”是指五條橫向連通市域東西部的河流生態(tài)帶，包括：薊運河生態(tài)帶、潮白新河生態(tài)帶、海河一北運河生態(tài)帶、獨流減河生態(tài)帶、子牙新河生態(tài)帶。“團泊洼水庫一北大港水庫”濕地生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護區(qū)是天津市重要的鳥類自然保護區(qū)和濕地保護區(qū)，市域南部重要的生態(tài)防護區(qū)與隔離帶。它主要由獨流減河、團泊洼水庫、北大港水庫、鴨淀水庫、八里臺水庫等組成。規(guī)劃建設(shè)“團泊洼水庫一北大港水庫”濕地生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護區(qū)，通過大清河與河北白洋淀水系相連通，形成以海河流域河流為脈絡(luò)的區(qū)域一體化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)?！皥F泊洼水庫一北大港水庫”濕地生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護區(qū)要通過建立自然保護區(qū)、濕地公園等方式，嚴(yán)格保護飲用水水源地、野生動物主要棲息地和候鳥遷飛停歇地；保護一般水庫和獨流減河等河流廊道。北大港水庫-蓄存期水質(zhì)咸化機理分析表1引水期間“引黃水”與在北大港水庫中蓄存一段時間后的“引黃水”氯離子濃度比較表1引水期間“引黃水”與在北大港水庫中蓄存一段時間后的“引黃水”氯離子濃度比較一、“引黃水”在北大港水庫蓄存前后鹽度變化情況“引黃濟津”工程是國家為解決天津市水資源嚴(yán)重潰缺問題而實施的一項重要應(yīng)急措施，“南水北調(diào)”工程是國家為解決北方缺水問題而制定的一項具有戰(zhàn)略意義的重要決策。北大港水庫作為“引黃濟津”工程和“南水北調(diào)”工程東線備用方案的調(diào)蓄水庫，研究“引黃”、“引江”的淡水（目前只有“引黃水”）在北大港水庫蓄存期咸化機理有重大的現(xiàn)實意義與深遠的戰(zhàn)略意義。北大港水庫是位于天津市大港區(qū)的一座大型平原水庫。大港區(qū)是由退海形成的濱海平原地區(qū)。北大港水庫所在地區(qū)在歷史上為洪瀝水沖積之古瀉湖、逐漸演變?yōu)楹＿M海退鹽堿荒蕪的漬水之地，后經(jīng)人工圍堰建壩形成現(xiàn)存規(guī)模的北大港水庫。“引黃水”在北大港水庫蓄存一段時間后水質(zhì)與原黃河水水質(zhì)有很大的差異，特別是其鹽度（本文只考察氯離子濃度）變化很大。由表1可明顯看出，“引黃水”在北大港水庫蓄存一段時間后，氯離子濃度逐步增加。二、傳質(zhì)理論簡述質(zhì)量傳遞是屬于傳遞現(xiàn)象的范疇，傳遞現(xiàn)象是自然界和工程技術(shù)中普遍存在的現(xiàn)象。質(zhì)量傳遞是物系中一個或幾個組分由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)轉(zhuǎn)移的一種現(xiàn)象，描述質(zhì)量傳遞現(xiàn)象定律為費克定律，表達式如下：表1引水期間“引黃水”與在北大港水庫中蓄存一段時間后的“引黃水”氯離子濃度比較注：（1）摘自天津市環(huán)保局監(jiān)測中心提供的第八次“引黃濟津”沿線水質(zhì)監(jiān)測成果表。(2)地面飲用水ID類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中氯離子濃度0250mg/L=(3)第八次“引黃濟津”于2003年9月22日“引黃水”進入天津市，于2004年1月6日結(jié)束。式中：JA一在y方向上相對于質(zhì)量平均速度的質(zhì)量，kg/s〃m2DAB-物質(zhì)A在物質(zhì)B中的擴散系數(shù)，m2/s；dpA/dy—在y方向的濃度梯度kg/m3〃m圖1北大港水庫水質(zhì)咸化機理模型示意圖----蒸發(fā)濃縮作用與傳質(zhì)作用圖1北大港水庫水質(zhì)咸化機理模型示意圖----蒸發(fā)濃縮作用與傳質(zhì)作用三、“引黃水”水質(zhì)咸化機理分析1、土壤的影響北大港水庫周邊地區(qū)及庫底土壤屬于鹽化土壤，其含鹽量一般在0.2%~1.5%“引黃水”進入北大港水庫后，必然滲入土壤的孔隙中，形成了土壤水。顯然，土壤水與水庫中“引黃水”是連通的。根據(jù)溶解理論，土壤顆粒中所含的鹽分必然溶入土壤水中，這樣在土壤水與水庫中“引黃水”之間就形成了鹽度梯度，根據(jù)質(zhì)量傳遞理論，鹽分將從鹽度高的土壤水中擴散到鹽度低的水庫“引黃水”中，造成“引黃水”鹽度增加。因此，鹽化土壤是“引黃水”水質(zhì)咸化的一個源(圖1)。2、水文地質(zhì)情況的影響大港區(qū)是天津水文地質(zhì)分區(qū)最下游的一個區(qū)，其地下水的埋藏條件、富水性及水質(zhì)等特征，均系最差者。大港區(qū)第四系淺層水，水位埋深為0.82~6.02米，水化學(xué)類型主要為氯化鈉型水，地下水中氯離子濃度高達1500mg/L=北大港水庫庫區(qū)的地下水將會通過土壤孔隙與“引黃水”相連，地下水的含鹽量高于“引黃水”的含鹽量。同樣根據(jù)傳質(zhì)理論，由于存在鹽度梯度，地下水中的鹽將向“引黃水”中擴散，造成“引黃水”鹽度增加。因此，含鹽量高的地下水是“引黃水”水質(zhì)咸化的另一個源。3、氣象條件的影響大港區(qū)瀕臨渤海，處于大陸性與海洋性氣候的過渡帶，屬溫暖帶大陸性季風(fēng)型氣候，季風(fēng)顯著，四季分明，春季多風(fēng)少雨，夏季濕熱多雨，秋季干燥氣爽,冬季寒冷少雪。由圖2知，大港區(qū)年蒸發(fā)量大于年降雨量（年平均差值達1400mm）如果在一年之內(nèi)沒有補充新的“引黃水”，則庫區(qū)水量就會減少。由于蒸發(fā)作用只帶走水，不帶走鹽分，則剩下的水體中的鹽的濃度就會增加，這就是蒸發(fā)濃縮作用。因此，蒸發(fā)濃縮作用是造成“引黃水”水質(zhì)咸化的另一個原因（圖1）。由圖2知,大港區(qū)年蒸發(fā)量大于年降雨量（年平均差值達1400mm）如果在一年之內(nèi)沒有補充新的“引黃水”，則庫區(qū)水量就會減少。由于蒸發(fā)作用只帶走水，不帶走鹽分，則剩下的水體中的鹽的濃度就會增加，這就是蒸發(fā)濃縮作用。因此，蒸發(fā)濃縮作用是造成“引黃水”水質(zhì)咸化的另一個原因（圖1）。（1）蒸發(fā)量與降雨量的影響由圖2知，大港區(qū)年蒸發(fā)量大于年降雨量（年平均差值達1400mm）如果在一年之內(nèi)沒有補充新的“引黃水”，則庫區(qū)水量就會減少。由于蒸發(fā)作用只帶走水，不帶走鹽分，則剩下的水體中的鹽的濃度就會增加，這就是蒸發(fā)濃縮作用。因此，蒸發(fā)濃縮作用是造成“引黃水”水質(zhì)咸化的另一個原因（圖1）。（2）風(fēng)的影響大港區(qū)位于季風(fēng)氣候區(qū)，并且由于大港區(qū)臨海，幾乎每天都有風(fēng)。風(fēng)是引起水體混合的重要因素，當(dāng)風(fēng)吹過水面時，對水面產(chǎn)生剪切應(yīng)力，形成風(fēng)浪，并產(chǎn)生風(fēng)吹流，同時形成垂直環(huán)流和水平環(huán)流。由風(fēng)形成的風(fēng)浪和環(huán)流，對水體產(chǎn)生強烈的攪拌作用，這將會加速鹽從庫底土壤和地下水向“引黃水”中的擴散速度，從而加快“引黃水”水質(zhì)咸化速度。另外，風(fēng)的存在還會加快水分蒸發(fā)的速度，從另一個角度加快“引黃水”水質(zhì)咸化速度。止匕外，風(fēng)還吹起部分水庫周圍的鹽化懸浮土粒進入水庫，也會增加“引黃水”的含鹽量。四、“引黃水”入庫前原存水水質(zhì)及水量的影響由3.1、3.2和3.3的闡述知，在“引黃水”進入水庫前，水庫原存水（或是上次“引黃水”剩余水，或是蓄洪水）的含鹽量必定很高，氯化物含量超過地面水源田類標(biāo)準(zhǔn)（表1中2003年8月17日水樣即為2002年“引黃水”剩余水）。另外，由于北大港水庫是一個天然低洼地經(jīng)人工圍堰形成的水庫，其庫底地形凹凸不平，因此不可能將水庫原存水排盡，這樣原有含鹽量很高的水就會和含鹽量很低的“引黃水”混合，造成“引黃水”水質(zhì)咸化。通過簡單的計算可知，原存水含鹽量越高，水量越大，在總庫容一定的情況下，混合水水質(zhì)咸化程度越大。[3]北大港水庫-管理運行問題的研究北大港水庫北大港水庫北大港水庫作為八次引黃濟津調(diào)水工程的調(diào)蓄水庫，發(fā)揮了重要的作用。但北大港水庫在運用中，也存在一定的問題，其突出的表現(xiàn)為水質(zhì)的咸化問題。其主要原因是，由于蓄水面積大，深度淺，加之氣候特點所決定的，蒸發(fā)水量損失巨大，水體中污染物逐漸的濃縮，水體中污染物濃度上升；另外底泥中污染物富集量較大，同時向水體中釋放影響水質(zhì)。建立了物理模型，模擬了底泥的釋放過程，確立了底泥釋放與時間、溫度、水深的關(guān)系。根據(jù)氣象資料的統(tǒng)計分析計算，估算了北大港水庫的庫面蒸發(fā)損失量。根據(jù)實驗結(jié)果和國內(nèi)外的理論成果，建立了北大港水庫的水質(zhì)模型。水質(zhì)模型反映了水庫水體中，污染物濃度與水體初始濃度、進出水流量、蒸發(fā)濃縮作用、底泥釋放的關(guān)系。依據(jù)上面的研究成果和近期實際運用的情況，確立了分庫方案。確立了主庫、輔庫聯(lián)合調(diào)度運用的方式，實現(xiàn)優(yōu)水優(yōu)用。針對主庫和輔庫的功能，提出了兩種運行模式。對于兩種運行模式，都以保障主庫水質(zhì)為田類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)。依此作為約束條件，以主庫棄水量最小為目標(biāo)，提出了北大港水庫優(yōu)化調(diào)度的問題，并予以求解。北大港水庫在來水水質(zhì)較優(yōu)的情況下，通過研究論證，通過主輔庫聯(lián)合調(diào)度運行的模式，采取調(diào)度措施，供水水質(zhì)是可以滿足田類水水質(zhì)的要求的。北大港水庫-工程措施及建議大港區(qū)北大港水庫是天津市最大的水庫之一，是黃河水進入天津的樞紐，承擔(dān)著引黃濟津的蓄水、供水職能，水庫總庫容5億立方米，庫區(qū)面積152平方公里。大港區(qū)北大港水庫是天津市最大的水庫之一，是黃河水進入天津的樞紐，承擔(dān)著引黃濟津的蓄水、供水職能，水庫總庫容5億立方米，庫區(qū)面積152平方公里。由于“引黃濟津”工程要求實施八個月才能解決天津市供水問題，往年由于北大港水庫水質(zhì)咸化問題到第六或第七個月開始水體中氯離子濃度就超過地表水田類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（0250mg/L）,而不得不提前中止供水，浪費了大量的水資源。根據(jù)上述對“引黃水”在北大港水庫蓄存一段時間后水質(zhì)咸化機理的分析可知，北大港水庫所處的自然地理條件和氣象條件是影響水質(zhì)咸化的主要因素。當(dāng)然，我們不能改變這些客觀條件，但我們可以根據(jù)質(zhì)量傳遞理論，對北大港水庫采取一些工程措施，減緩“引黃水”水質(zhì)咸化的速度，以期達到“引黃濟津”工程要求實施八個月時間內(nèi)對水質(zhì)的要