（农业工程专业论文）昌平区水资源评价与预测研究.pdf

摘要 由于气候变化和人类活动的影响，水资源短缺和水环境污染已成为北京市昌平区社会经济发 展的主要制约因素。本文在收集有关昌平区水文、水文地质等资料的基础上，对该地区水资源的 数量和质量进行了评价和预测。( 1 ) 论文整理和分析了该区的降水、蒸发和径流资料，计算了降 雨量、蒸发量和径流量，评价了地表水资源量。( 2 ) 分析了全区污染源分布状况、各河流的纳污 能力等，利用多指标综合评价方法对地表水水质状况进行了评价。( 3 ) 分析了该区的水文地质条 件，探讨了地下水的历年动态变化趋势和规律及其补给、径流和排泄条件计算了地下水资源量 评价了地下水水质。( 4 ) 预测了本区中、长期的需水量和供水量。研究结果表明，昌平区水资源 总量为3 4 7 1 0 9 7 1 0 4m 3 ，可利用水资源总量为2 2 1 1 2 3 1 1 0 4m 3 ，昌平区已经有一半以上的城镇 属于重度和极度缺水。2 0 1 0 水平年昌平区生活需水量6 0 5 7 x1 0 3 ；到2 0 3 0 水平年增加到7 8 0 2 1 0 4 m 3 。生产需水2 0 1 0 年为1 6 9 4 0 1 0 4 m 3 ；2 0 3 0 年为1 9 8 0 7 1 0 4 m 3 。生态需水2 0 1 0 年为3 5 4 3 1 0 4 m 3 ： 2 0 3 0 年为4 3 3 8 1 0 4 m 3 。 关键词：昌平区，水资振，评价 a b s t r a c t w i t ht h e c h a n g e o fc l i m a t ea n dt h ei n f l u e n c eo fh u m a na c t i v i t i e s ，t h ed e f i c i e n c ya n d c o n t a m i n a t i o no fw a t e rr e s o h a v eb e c o m et h em a i nr e s t r i c t i o n st ot h es o e i a la n de c o n o m i c a l d e v e l o p m e n to f e h a n g p i n gr e g i o n b a s i n go nal o to f d a mo f h y d r o g r a p h ya n dh y d r o l o g yo f c h a n g p i a g t h i sp a p e ra s s e s sa n df o r e c a s tt h ea m o u n ta n dq u a l i t y o f w a t e f “釉u r c ei nt h i sa 嘲t h ep a p e ra n a n z e d a n ds y n t h e s i z e dt h ed a t ao fr a i n f a l l t r a n s p i r a t i o na n dr u n o f f , a s s e s s e dt h es u r f a c ew a t e rf e s o u “：船，a n d i n v e s t i g a t e dt h ed i s t r i b u t i o no f p o l l u t i n go r i g i ni nt h i sa r e aa n dt h ea b i l i t yo f r i v e r st oh o l dt h ep o l l u t i o n ， t h e na s s e s s e dt h eq u a l i t yo fb q l r f a c ew a t e rw i t ht h es y n t h e s i z i n gm e t h o do fp o l y i n d e x t h i sp a p e ra l s o i n v e s t i g a t e dt h eh y d r o l o g yc o n d i t i o n si nt h i sa r e a a n a l y z e dt h eg e n e r a lc h a n g i n gt e n d e n c y o fw a t e f t a b l ew i t ht i m e , i l l u s 自r a t e dt h ec o n d i t i o n so fs u p p l y , p e n e t r a t i o na n dd r a i n a g eo fg r o u n dw a t e r , c a l c u l a t e dt h eh y d r o l o g i c a lp a r a m e t e r , e s t i m a t e dt h er e s o u g e e sa n dt h eq u “1 yo f g r o u n dw a t e r f i n a l l y , t h i sp a p e rf b r e c a s t e dw a t e rr e q u i r e m e n ta n da b i l i t yo fs u p p l yw - a t e ri nm i d d l ea n dl o n gt e r m t h e 咖村 r e v c a l e dt h a tt h et o t a la m o u n to fw a t e rr e s o u r c e si s3 4 7 1 09 7 1 0 m 5 ，a n dt o t a la m o u n to fa v a i l a b l e w a t e rr e s 0 1 n c e si s2 2 1 1 2 3 l 1 0 4m 3 m o r et h a nah a l f o f u r b a na n dr u r a la r e aw a sb a d l ys h o r t a g ei n w a t e rt h ew a t e rr e q u i r e m e n tf o rl i f ew i l lb e6 0 5 7 1 0 a 3b yt h ey e a ro f2 0 1 0 ，a n dw i l li n c r e a s et o 7 8 0 2 1 0 a m 3b y2 0 3 0 ；1 1 1 ew a w rr e q u i r e m e n tf o rp r o d u c t i o nw i l lh e1 6 9 4 0 1 0 4 m 3b y2 0 1 0 ，a n d 1 9 8 0 7 l o a m 3 b y 2 0 3 0 ，f o r e n v i r o n m e n t 3 5 4 3 x 1 0 a 3 b y 2 0 1 0 ，a n d4 3 3 8 1 0 4 m 3 b y2 0 3 0 k e yw a r d s ：c h a n g p i n gr e g i o n , w a t e ri s o u i a s s e s s m e n t 独创性声明 本人声明所呈交的论文足我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 凌讫坠 时间：年月叫日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：缸佗堡 - 毒矽 导师签名： 时间：珈严p 枷 中国农业大学硕士论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的研究意义 水是工农业生产、社会经济发展和生态环境改善不可替代的极为宝贵的资源。随着社会 的发展与进步，社会对水的需求不断增加，而自然界所能提供的可利用的水资源又有一定的 限度并不是取之不竭、用之不尽的。许多地区，特别是干旱地区，水资源的供需矛盾已成 为社会经济发展的重要制约因素。随着全球人口增长和社会经济发展，需水量日益增长水 的问题已经成为严重的社会问题。1 9 9 2 年初有1 5 6 个国家代表参加的“世界水资源与环境 大会”提出了警告：“水资源短缺已成为当今人类面临的最严嫒挑战之一。至本世纪末及2 1 世纪初，此种情况更令人忧虑”。2 0 0 0 年3 月1 7 日国际水问题联合会在荷兰召开了“世界 水问题论坛”会议，就水的安全性问题进一步向人们提出警告“2 3 “。 我国水资源总量约为2 8 1 2 4 亿f ，其中河川年平均总径流量为2 7 1 1 5 亿- 3 ，捧在世界第六 位。但我国人均水资源量并不丰富，河川年径流量仅为2 3 2 7 一，相当于世界人均占有量的 1 4 ，是世界人均水资源最缺乏的1 3 个国家之一“。“”1 。我国水资源空间上分布的不平衡性 与全国的人口和耕地分布上的差异性造成了水资源与人口和耕地不匹配的基本特征。加之 水资源浪费及用水效益低下、水环境进一步恶化的趋势尚未遏制、水资源管理体制亦有待完 善等，使得我国2 1 世纪社会经济发展总目标面临的水资源供求矛盾将进一步加剧“。 北京是世界上严重缺水的大城市之一“”，当地自产水资源量仅3 9 9 9 亿1 3 ，多年平均入 境水量1 6 5 0 亿m 3 ，多年平均出境水量1 6 5 0 亿_ 3 ，当地水资源入均占有量约3 0 0 一( 如不考 虑外来人口，则为不足4 0 0h a ) ，是世界人均的l 3 0 ，远远低于国际公认的人均1 0 0 0 3 的 下限，属重度缺水地区。 昌平区位于北京市北郊，地处平原与山地交接地带，北倚军都山，南部为平原，地跨温 榆河两岸，总面积为1 3 5 2 k m 2 ，其中平原面积为5 5 2k m 2 ，山区为8 0 0k m 2 。作为上风上水， 昌平区是北京地区水资源的主要补给区之一。近2 0 年以来，受气候变化和人类活动的影响， 研究区内的入境水量和出境水量均发生了明显的变化，水资源的消耗曰益增加、补给逐年减 少。尤其是1 9 9 9 年、2 0 0 0 年的降水量比多年平均值5 7 4 7 r a m 分别减少了2 6 和1 6 ；由 于北京地区连续干旱，全市水资源短缺，为了保证北京市城市生活和工业用水，京密引水渠 道于2 0 0 0 年停止向昌平区供水，并且该引水渠实行全线衬砌，从而使昌平区地下水失去了 一个宝贵的补给水源。由于北京城区的扩展和社会经济的发展，需水臼益增加增加，市区地 下水超采范围逐步扩大，本区本的回龙观镇大部、北七家镇南部地下水位下降迅速，已成为 严重超采区。昌平区水环境逐步恶化，工农业和生活正常用水受到严重影响。 进入2 l 世纪以后，社会经济的迅速发展，城市进程的急剧加快，该地区的基本面条件 发生了显著变化，水资源闻题已经成为经济发展的瓶颈，因而急需对该地区水资源的数量和 质量进行新的评价和预测。 本课题采用近年来在研究水资源问题中产生的新技术、新方法对昌平区水资源从量、质 进行评价，对该地区实现水资源优化配置和统一管理、协调。三生”( 生产、生活、生态) 之间的用水和水资源的可持续利用进行深入的研究，从而为昌平区的社会经济可持续发展在 水资源方面提供较为科学的理论依据和技术支持。 中国农业大学硕士论文 第一章绪论 1 2 国内外研究现状 水资源学科是集自然科学、工程科学和社会科学为一体的综合性应用科学，具有悠久的 历史，至今仍在发展之中。1 6 7 4 年法国人p p e r r a u l t 在泉之源论文中，朴素地论述了泉水 的来源是降水，泉水流入海，产生蒸发，为降水来源提出了水文循环论，开创了“水文循环学 说”。由于水资源的广布性和水资源开发利用的局部性间的矛盾，致使人们难以将以各种形 态赋存的水资源作为一个系统进行研究，在相当长的一段时期内，没有形成自身的体系。至2 0 世纪5 0 年代以来，随着二战后的全球经济发展和人口大幅度增长，各类水瓷源问题日益突出， 从而逐步把水资源作为主体进行专门研究。1 9 6 5 年联合国科教文组织成立了国际水文十年 ( i h d ) 机构，1 2 0 多个国家参与了水资源研究，组织了水量平衡、洪涝、干旱、地下水、人类活 动对水循环的影响等方面的大量研究，取得显著成绩，同年美国通过“水资源规划法案”， 同时成立了水资源理事会，负责协调联邦政府各部门有关水资源的规划、管理和开发工作， 并定期进行全美范围的水资源评价活动。1 9 7 2 年由美国水文学家局文德倡议成立的国际水资 源协会，开展了包括水资源的基础理论、评价、规划、设计、施工、运行管理、水旱灾害防 治、河流整治等专题研究，使水资源学科初具雏形。1 9 7 7 年，联合国在阿根廷召开世界水会议， 要求各国进行一次专门的国家水平的综合评价，联合国科教文组织也制定了相应的水资源评 价计划。 近年来，由于社会经济的飞速发展，水资源形势越来越严竣，主要表现在水资源短缺和水 污染两方面，为此关于水资源开发利用与水资源保护之间协调的研究日益日l 起人们的重视。 1 9 9 2 年都柏林宣言、里约热内卢联合国环境与发展大会、1 9 9 6 年北京宣言、1 9 9 6 年安居会议 和1 9 9 7 年摩洛哥第一届世纪水论坛会议精神都将水资源开发利用的合理性和可持续性作为 水资源活动的衡量标准。1 9 9 7 年，“国际水文计划”进入第5 阶段，将这一阶段命名为“水文 学与脆弱环境中的水资源开发”，同年4 月在巴黎举行了“水、城市与城市规划”会议，探讨 世界范围内水与卫生问题的重要性、迫切性及其可操作方式。在近三四十年来，水资源学科 迅速发展，进一步融汇其它学科的有关知识主要在水资源模拟与模型化、水资源系统分析、 水资源信息系统管理、水环境研究、水资源管理及水法等方面取得了较大进展。它汲取了环 境学、生态学、经济学、管理学、工程学、社会学、系统科学的有关原理和方法，从资源利 用、环境保护、经济增长、社会发展之间的相互依存与相互制约的定量关系入手建立了自己 的研究方法，为本学科的发展奠定了坚实的科学基础。 自上个世纪7 0 年代以来，许多部门对昌平区永资源评价作了大量的工作。特别是进入 9 0 年代后，昌平区水资源评价的工作得到进一步的加强，1 9 9 6 年，昌平县水资源局完成了 昌平县昌资源中长期供求计鲻可行性分析与水量分配研究；1 9 9 8 年昌平县水资源局与 中国农业大学水利与土木工程学院共同完成了昌平县山区水资源高效利用规划报告) ：2 0 0 2 年，昌平区水资源局委托北京市水文总站编制了北京市昌平区水资源评价，委托北京市 水利规划设计院编制了北京市昌平区水资源可持续利用规划；此外，2 0 0 2 年，北京市水 文地质工程地质大队编制了北京市郊区饮用水源水赉源劫寨评价报告 ( 昌平区分册) 为了顺应了昌平区社会经济发展的需求，昌平区水资源评价与预测课题的立项势在必 行。经济和社会可持续发展一直是昌平区委、区政府着力研究的问题，而作为制约该地区社 会经济发展瓶颈的水资源问题得到了广泛的关注，区政府相继出台了一系列有关水资源的政 2 中国农业大学硕士论文 第一章绪论 策，区人大、政协多次视察水资源情况，督促水行政主管部门摸清家底，搞好规划。同时 该课题也得到北京市水利局有关处室和区政府相关部门的指导和支持，特别是昌平区水资源 局的大力支持，这都为课题的建立和研究奠定了良好的社会基础。 1 3 研究内容 1 3 1 地表水资源评价与预测 ( 1 ) 地表水资源量的评价 主要包括：降水资料的整理与频率分析；径流资料的收集整理和分析：径流量的计算； 蒸发资料的收集整理以及地表水资源量的计算。 ( 2 ) 地衷水水质评价与预测 主要包括：通过主要河流的水质的监测资料和数据，分析全区污染源分布状况、各河流 的纳污能力等；利用多指标综合评价方法对该区主要河流的地表水水质状况进行评价。 1 3 2 地下水资源评价与预测 ( 1 ) 水文地质条件分折 主要包括：研究区域水文地质概况：地下水位动态分析：水文地质参数的确定：地下水 开发利用现状；地下水补给类型的确定。 ( 2 ) 地下水资源量的计算 主要包括：资料和数据的收集和整理，地下水的补给量、消耗量、多年调节量及可开采 量的分析和计算。 ( 3 ) 地下水水质评价与预测 主要包括：地下水水质监测；地下术水质评价及分析。 1 3 3 水资源供需平衡计算与预测 主要包括：昌平区中长期需水量和供水量的预测；水资源的供需平衡分析。 1 3 4 水资源保护 在以上研究内容的基础上，研究实现水资源供需平衡、解决水环境污染的战略、途径和 措施。 研究内容之框图如图l i 。 中国农业大学硕士论文第一章绪论 图卜1 本课题研究的技术路线 4 中国农业大学硕士论文第二章研究区基本概况 第二章研究区基本概况 2 1 地理位置与行政区划 昌平区位于北京市西北部，是北京市远郊区县之一，位于东经1 1 5 0 5 0 1 7 ”1 1 6 。2 9 4 9 ”，北纬 4 0 0 2 1 8 ”4 0 。2 3 1 3 ”，是首都的北大门。最南端距市区约l o i a n ，区中心距市区德胜门3 4 k i n 。昌 平东接顺义，南邻朝阳、海淀、门头沟区，西与河北怀来县接壤，北靠延庆、怀柔( 见图2 1 ) 。 图2 一l 昌平区位置图 全区总面积1 3 5 2 k m 2 ，其中平原面积5 5 2 1 a n 2 ，占总面积的4 1 ；山区面积8 0 0l 2 ，占总面 积的5 9 * o 。全区有1 6 个镇( 街道办事处) 。 2 2 社会经济概况 据北京市昌平区国民经济统计资料( 2 0 0 0 年) 统计，2 0 0 0 年全区总人口4 3 ，2 3 9 9 万人， 其中非农业人口1 8 2 5 0 1 万人农业人口2 4 9 8 9 8 万人，暂住人口6 7 万人。全年累计实现国内生 产总值5 8l 亿元，其中第一产业实现增加值4 9 5 亿元，占国内生产总值比重的8 5 ；第二产业 实现增加值2 2 2 亿元，占国内生产总值比重的3 8 2 * e ；第三产业实现增加值3 0 9 6 亿元，占国内 生产总值比重的5 33 。2 0 0 0 年末实有耕地面积2 4 0 万h m 2 ，播种面积2 9 2 万h r a 2 ，其中粮食作 物26 0 万h m 2 ，经济作物o 3 2 万h m 2 。粮食产量为1 1 8 万吨。农田有效灌溉面积2 2 6 万l a m 2 ， 农田实灌面积2 1 7 万h m s ，其中水田0 2 7 万h m 2 ，水浇地1 5 8 万h m 2 ，菜田o 3 2 万h m 2 。农牧 渔业用水面积中林果地灌溉o 6 1 万i m a 2 ，鱼塘补水0 1 1 万h r a 2 。牲畜2 0 7 6 5 2 万头，其中大牲畜 5 中国农业大学硕士论文 第二章研究区基本概况 2 0 3 5 8 万头，小牲畜1 8 7 2 9 4 万头。 根据昌平自来水公司资料显示，2 0 0 0 年城市居民生活用水水价为1 3 元m 3 ，工业用水水价 为1 6y c i m 3 ，行政事业用水水价为1 6y r , m 3 ，经营服务业用水水价为1 8 元f _ f f l l l 3 特殊行业用水 水价为27j r , m 3 。根据水资源局几个典型灌区的资料显示，2 0 0 0 年农业灌溉中粮食作物水价为 o 0 3 t o 0 5 元m 3 ，经济作物为o 0 5 o 0 7 元，m 3 ，综合水价为0 0 4 0 0 6 元，m 3 。 2 3 自然地理条件 2 3 1 地形地貌 昌平区地势西北高东南低，以南口关沟为界，西部山区属太行山余脉北部山区属燕山支脉， 称军都山。山区海拔高程一般在4 0 0 m g o o m ，山峰高程一般在8 0 0 m 1 0 0 0 m ，最高峰高楼山海 拔为1 4 3 9 8 m 。山区与平原过度地带的山前地区属低山丘陵，高程一般在1 0 0 3 0 0 r a 。南部与东 南部是由高崖口、南口、德胜口、挑峪口等众沟口的冲洪积扇相互连接成的山前倾斜平原高程 在3 0 1 0 0 m 之间，比降在1 2 0 ，由西北向东南缓慢倾斜。西部山体陡峭，以石灰岩为主t 北部山体分布大面积花岗岩山体较为浑圃。 2 3 2 气候 昌平区属暖温带大陆性季风气候，四季分明。春季干旱多风沙，夏季炎热多雨，秋季多风少 雨，冬季寒冷干燥。冬夏两季温度变化较大，多年平均气温为1 2i c ，最冷的1 月份平均气温一 4 1 ，最热的7 月份平均气温在2 5 7 ，极端最高气温为4 1 2 ( 2 0 0 2 年7 月1 4 日) ，极端 最低气温为一1 96 ( 1 9 6 9 年2 月2 4 日) ，无霜期约为2 0 0 2 0 3 天，多年平均日照2 6 4 14 小时 ，年。 昌平区降水时间分布不均，多年平均降水量5 7 4 m a n ，雨量集中在6 、7 、8 三个月，降雨量 4 4 3 m m ；年际降雨量也很不均匀降雨量最多的是1 9 5 4 年为1 2 5 1 2 r a m ，降雨量最少的1 9 9 3 年 为2 7 2 5 m m 。境内因受地形影响，地区问雨量分布不均匀，东北部山区处于东南气流迎风坡向- 夏季海洋湿润气团遏山上升容易形成降雨，因此下庄乡为区内多雨中心，年平均降雨量为 6 7 0 3 m m ，其它地区年平均降雨量在5 5 0 6 0 0 r a m 。 2 3 3 水系特征 区内河流主要有：北运河水系的温榆河、永定河水系的老峪沟、瀚白河水系的黑山寨沟。北 运河水系的温榆河其支流主要有南沙河、北沙河、东沙河、蔺沟河。温榆河干流是境内的主干排 洪河道，其主流源于八达岭主峰下关沟，东南流经居庸关、南i ：1 ，出关沟与源于西山的塘泥沟、 自羊城沟、高崖口沟、檀峪沟五条大沟的河水汇合后称北沙j 可。北沙河东流至沙河镇，与东沙河、 南沙河相交汇流后称温榆河，主河道在昌平区内长1 9 4 1 m ，境内流域面积为1 2 6 6 4k 一，其它支 流详见表2 - 1 。昌平区内的主要水系见图2 2 。 2 3 4 水利工程现状 截止2 0 0 0 年，区内有水库1 0 座，其中中型水库2 座，为十三陵水库、桃峪口水库，小i 型 水库3 座，小型水库5 座( 见表2 2 ) ；有闸坝1 5 座，其中橡胶坝9 座，拦河闸6 座( 见表2 - 3 ) ； 有机并2 8 2 5 眼，其中水厂水源井3 2 眼，单位自各井8 4 7 眼，农灌溉井1 4 6 6 眼，农村生活井4 8 0 眼。各水利工程的具体位置见图2 - 3 。 6 中国农业大学硕士论文第二章研究区基本概况 表2 1 昌平区主要河流统计表 注：温榆河流域面积、长度均为昌平区境内流域面积、长度。 图22 昌平区水系图 7 中国农业大学硕士论文 第二章研究区基本概况 表2 - 2 昌平区中小水库主要特征统计表 表2 - 3 昌平区部分闸坝统计表 水库名称地点 竣工时问坝体结构 最大坝高坝长蓄水能力 ( m ) ( m ) ( 万m 3 ) 8 中国农业大学硕士论文第二章研究区基本概况 图2 - 3 昌平区水利工程现状图 2 3 5 水文地质概述 本区处于潮白河抻积洪积扇的上、中部，第四系沉积物巨厚，透水性强，降水、河水对地下 水的补给显著，加上来自北部的地下径流，灌溉回渗水与山前基岩水的补给，构成了本区较为丰 富的地下水资源。( 见图2 4 ) 。 图2 4 昌平区水文地质图 中国农业大学硕士论文第二章研究区基本概况 本区地下水化学类型为重碳酸型水且以h c 侥一c a 型水为主，占总监测井数的6 1 9 ，主要 分布在东小口、昌平镇、南口镇；h c 魄一n a 型水占3 8 1 ，主要分布在马池臼、北七家、沙河等地 区。 1 0 中国农业大学硕士论文第三章地表水资源评价 第三章地表水资源评价 根据全国和北京市水资源综台规划技术大纲和技术细则要求与昌平区的实际情况，采用 1 9 5 6 2 0 0 0 年( 4 5 年) 同期水文系列作为水资源评价的基本依据，对该区的降水量、天然径流量 和地表水资源量进行分析研究。同时根据主要河流的近期水质监测数据，对该区的地表水环境质 量进行综合评价 5 1 。 根据水资源评价的需要，从流域、地形地貌和行政区划等方面对昌平进行了分区。按照流域 将昌平分为东沙河、北沙河、南沙河、蔺沟河、温榆河干流、清河、黑山寨、老峪口沟八个区； 按照地形地貌将其分为山区和平原两个区：按照行政区划将其分为1 6 个行政区。 3 1 地表水水量评价 3 1 1 降水量 ( 1 ) 多年平均降水量 收集区内3 0 个雨量站历年( 1 9 5 6 2 0 0 0 年) 降雨资料，做出昌平区多年乎均降水量过程线( 图 3 1 ) 。从图中可以看出多年的降雨分布趋势，年降雨量一般在8 0 0 一4 0 0 m m 之间波动。通过分析 和计算，可得到该区多年平均降雨量为5 7 4 m m ，平水年为5 8 6 ，2 r a m ，枯水年为4 3 3 9 r a m 。全年降 水总量多年平均为8 0 1 0 0 1 0 4 m 3 ，平水年为7 9 8 0 1 1 0 4 m 3 ，枯水年为5 9 3 8 0 x1 0 4 m 3 。降雨量不仅 年际年内变化大，而且会出现连续丰水年、枯水年的现象，如1 9 5 8 年至1 9 5 9 年为连续丰水年；1 9 8 0 年至1 9 8 1 年为连续枯水年。 图3 - 1 昌平区多年平均降水量过程线 ( 2 ) 空间分布 由于区内地形地貌等自然条件的不同，降水量空间分布不均匀，山区降水大于平原，东北多， 西南少，山区最大。全区有高低压降水中心，高压区出现在上庄，多年平均降水量为6 2 0 r a m ；低 压区出现在阳坊，多年平均降水量为5 4 0 m m ，高低压降水值差8 0 m m 左右。年际变化大，最大年 份为1 9 7 3 年德胜口水库的1 0 6 5 m m ，最小年份为1 9 6 5 年沙河闸的2 1 5 m m 。 ( 3 ) 年内分配 以昌平站作为年内分配典型站，统计多年( 1 9 5 0 1 9 9 6 年) 平均的各月内降水量，求其年内 中国农业大学硕士论文第三章地表水资源评价 分配比例，见图3 2 。从图中可以看出，年内各月降水量分配极不均匀，全年降水主要集中在汛期 ( 6 9 月) ，占年降水量的7 8 3 ，最大月份是7 月，占年降水量的3 2 7 * 0 ，日最大降水量也出现在 这段时间，此时常常发生洪涝灾害；最小月份是1 月、1 2 月，各占年降水量的0 3 ，此时正值小 麦生长旺季，需水季节，这时常出现旱灾。 图3 2 昌平站降水量年内分配比例 3 1 2 蒸发量 由于昌平区内没有连续的水面蒸发量观测站，而邻区遥县蒸发量观测站为国家站，观测资料 连续、较全，具有一定的代表性，且水面蒸发量空问变化不大，故借用通县站1 9 5 6 2 0 0 0 年的观 测资料。水面蒸发量以e 6 0 1 型蒸发皿观测值代表大水面蒸发量对部分时段( 含冰期) 使用2 0 e r a 和8 0 e m l 口径蒸发皿观测的观测值，根据实测值换算系数，换算为e - 6 0 1 型蒸发皿观测值。经计算， 全区多年平均水面蒸发量为8 3 5 9 r a m ，昌平区( 1 9 5 6 2 0 0 0 年) 多年平均各月水面蒸发量及年内 各月所占比例见图3 - 3 。 图3 - 3 昌平区多年平均各月水面蒸发量及年内各月所占比例 1 2 中国农业大学硕士论文 第三章地表水资源评价 3 1 3 地表水资源量 昌平区大部分地区属于北运河流域的温榆河水系，境内有南沙河、北沙河、蔺沟河、孟祖河 汇入温榆河。温榆河总流域面积2 4 8 0 k m ：，其中昌平区为1 2 5 6 4k m ：。 ( 1 ) 昌平区地表水特征 因地理、地形、气候诸因素的影响地表水的变化特征与降水特征相类似，地表水年际变化 大，年内分配不均。1 9 5 5 年温榆河平均径流量为3 5o ，s 而7 月份最大流量为1 2 1 0 m 3 ，s ，6 y 份最 小流量只有73 4m 3 s ，最大流量与最小流量比值为1 6 4 倍。 河流之间的径流量不同，其径流特征普遍受降雨因素的显著影响，降雨量增大河流径流量 很快增加，如1 9 5 5 年8 月份温榆河流域降雨3 9 2 4 m m ，最大日降水1 1 7 5 m m ( 8 月1 7 日) 温榆河、 清河、东沙河及其支流普遍漫溢。 昌平区地表水量，不仅年际年内变化大，而且连续丰水年、桔水年现象也较突出，1 9 5 4 年至 1 9 5 6 年为连续丰水年，地表水充沛：1 9 8 0 年至1 9 8 1 年为连续桔水年，干旱少雨，地表水稀少，造 成河水断流水库干涸。 ( 2 ) 平均径流系数的选择 昌平区地表水资源量的计算采用多年平均降水量乘以多年平均径流系数的方法，昌平区由 于没有水文站，径流系数的分析采用两种方法求得1 6 “”。 根据北京水文手册查取：根据北京水文手册查取多年平均径流深据多年平均径 流深与多年平均降水量之比，求得径流系数为0 2 3 由于水文手册资料系列短。只到1 9 7 9 年， 上个世纪8 0 年代以后。受人类活动的影响，年径流系数可能有所减小，故全区采用年径流系数0 2 3 偏大。 按多年平均降水量和多年平均径流深的关系查取：根据北京市水资源评价、北京市 水资源公报，将北运河水系的年降水和年径流深延长到2 0 0 0 年，按多年平均降水量和多年平均 径流深之比，求得径流系数为01 8 ，由于北运河流域的山区面积为1 0 0 0k m 2 ，平原区面积为3 3 4 8 k m 2 山区面积占全流域面积不足i 4 ，平原区占了绝大部分，为此，昌平山区多年平均径流系数 采用02 3 平原区径流系数采用0 1 7 加权平均为0 2 1 。 ( 3 ) 各流域多年平均年径流量 昌平区河流主要为温榆河，由四条支流构成，即北沙河、南沙河、东沙河、蔺沟河，其中南 沙河占一小部分；干流上有通县北关闸水文站，山区的多年平均年径流系数为0 2 3 ，平原区为0 1 7 ， 据此求出昌平各支流和全区的多年平均年径流量，各河多年平均年径流量见表3 ，1 。由表中数据可 知，昌平区多年平均年径流量为1 6 1 7 4 4 x 1 0 4 0 ，黔地表水资源量为1 6 1 7 4 4 x 1 0 4 m 3 。 昌平区山区面积8 0 0 1 a n 2 ，平原区面积5 5 2 1 a n 2 ，经计算得，山区水资源量为1 0 8 0 0 1 0 4 m 3 ，平 原区为5 4 0 0 1 0 4 m 3 。详细情况见表3 - 2 。 根据备乡镇的多年平均降水量、多年平均降永径流系数和各乡镇面积，经计算得到各乡镇地 表水资源量，见表3 - 3 。 中国农业大学硕士论文 第三章地表水资源评价 表3 一i 昌平区各河多年平均年径流量 分区 面积 多年平均降水量多年平均径流系数 多年平均径流深多年平均永资源量 (i_an2)(nun)(nun)( 亿m 3 ) ( 4 ) 水利工程设旌可利用的地表水资源量 水库、沙河闸蓄水量：根据昌平区i o 座中小型水库和沙河闸1 9 8 6 2 0 0 0 年来水总量，扣掉 溢洪量和蒸发、渗漏量，计算出各库多年平均可利用水量总和为2 3 9 34 0 4 m 3 。 河道拦蓄水量及河道抽水量：据统计昌平区河道上现有象站7 2 台，控制灌溉面积0 1 9 万 h m 2 ，按综合定额2 7 0 0 m 3 h m 2 计算，河道拦蓄水量及河遵抽水量为5 1 8 8 5 1 0 4 m 3 。 昌平区蓄水工程 昌平区至目前已兴建塘坝截流蓄水工程4 3 座，设计拦蓄水能力1 0 2 1 7 x 1 0 4 m 3 ，塘坝多年平均 可利用量2 0 4 3 4 1 0 4 m 3 。 昌平区目前兴建的蓄水量在i 1 0 m 3 以上的蓄水池仅3 座：王家园水库下游2 座，蓄水量分别 为3 8 x1 0 4 m 3 和8 1 1 0 4 m 3 ；为了开发锥石口沟内的旅游资源，也适当兼顾沟内部分农田的灌溉， 兴建了石油疗养院蓄水池，蓄水量为i 1 5 i c m 3 。 经以上计算：若不包括蓄水池的地表水资源量，昌平区可利用的地表水资源量为3 1 1 6 5 9 1 0 4 m 3 若包括蓄水池的水量，昌平区的可利用地表水资源量为3 1 2 9 6 4 x1 0 4 m 3 。 ( 5 ) 多年平均入境水量 昌平区有三条河从外区县入境，一条为蔺沟河，由顺义区、怀柔县流入，蔺沟河在顺义、怀 柔县的流域面积为1 3 0 6 7 k m 2 ，入昌平区境内水量为1 3 9 7 x1 0 4 m 3 ；另条为南沙河，该河由海淀 区流入昌平境内，有1 5 8 0 1 0 4 m 3 进入昌平区：第三为白河堡水库补水，据白河燕子口水文站 中国农业大学硕士论文第三章地表水资源评价 面积多年平均年降水量多年平均年径流深多年平均地衰水资源量 乡镇名称年径流系数 一 ( k i n 2 ) ( m m )( r a m )( 万1 t 1 3 ) ( 6 ) 多年平均出境水量 昌平区内有五条河水出境即：温榆河干流、潮白河黑山寨沟、永定河老峪沟、清河和二道 河。其中温榆河干流出境水量为9 5 6 3 3 1 0 4 m 3 ，潮白河黑山寨沟出境水量为5 9 22 x 1 0 4 m 3 ，永定 河老峪沟出境水量为6 8 07 x1 0 4 m 3 ，清河出境水量为3 0 1 6 x1 0 4 m 3 ，二道河出境水t 9 0 3 x1 0 4 m 3 。 昌平区多年平均出境水量为1 1 2 2 8 1 1 0 4 m 3 。 3 2 地表水水质评价 随着昌平区工农业生产发展、城市建设规模的不断扩大及人民生活水平的不断提高，水资源 开发利用规模增大，水体环境质量发生了变化。及时掌握昌平区水环境质量的现状和时空变化规 律，为昌平区水资源的合理开发利用、保护与管理提供质量监测依据显得尤为重要。 由于目前昌平区的污水几乎未傲处理就捧入河道，导致温榆河、上下口沟、锥石口沟、东沙 河、北沙河、南沙河、蔺沟的河道内几乎全部为污水，废污水主要来自昌平城关、第二毛纺厂、 南口镇工业区、沙河镇等，地表水渗入地下造成地下水质变差。 3 2 1 污染源现状分析 ( 1 ) 主要污染源分布 1 5 中国农业大学硕士论文第三章地表水资源评价 昌平区水环境污染主要来 | - r g k 废水和生活污水生活污水主要来自昌平区的城镇以及新建 的开发区和生活区、旅游区、娱乐度假设施。各河系主要污染源分布见表3 - 4 。 表3 4 昌平区各河系主要污染源分布表 河系主要污染源 上下口沟 锥石口沟 东沙河 北沙河 南沙河下段 蔺淘河 温榆河 北京轴承厂、冶金疗养院等 石油疗养院、定陵旅游区、明皇度最山庄、燕寿园宾馆 昌平城关、第二毛纺厂、轮胎翻修厂、第三福利院、铸造厂等1 1 个单位1 4 个排污口 红冶钢厂、北京水泥厂、南口工业群、沙河镇市政、北京第一通用机厂、北京半导体嚣件研究所 等1 6 个单位，2 1 个排污口 毛条厂、碧水庄园、首钢一线厂、第五肉联厂等7 个单位8 个排污口 养殖厂、造纸三厂、秦城监擞、桃峪口沟水库周围并建的娱乐度假设施 造纸厂、马坊开发区等2 0 多个单位3 0 多个排污口 ( 2 ) 各河纳污量 全区各河接纳污水总量为3 0 1 9 8 万妇。其中年接纳污水量最多的河为北沙河最少的河为 上下口沟，据调查，全区主要污染物为化学耗氧量( c o d ) 。c o d 入河总量为5 0 0 18 t a ；年接纳 c o d 量最大的河为北沙河最少的河为上下口沟。具体情况见表3 5 。 表3 5 昌平区各河接纳污水量统计表 3 2 2 地表水水质评价标准和方法 ( 1 ) 评价标准 本次评价标准采用国家环境保护总局发布的地表水环境质量标准( g b z b1 - 1 9 9 9 ) 进行评 价，依据地表水使用目的和保护目标将其划分为五类，即： i 类：主要适用于源头水、国家自然保护区。 类；主要适用于集中式生活饮用永水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等。 类：主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区。 类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区。 1 6 中国农业大学硕士论文第三章地表水资源评价 v 类：主要适用于农业用术区及一般景观要求水域。 同一水域兼有多类功能类别的，依最高类别功能划分。为了统一起见，对本次评价中超出评 价标准v 类标准的水体，均以超v 类计。超标倍数以类为基准计算。 ( 2 ) 评价方法基于变异系数权重的t o p s i s 模型 水质评价是环境质量评价的一项重要内容，目前水质评价的方法主要有单项污染指数法、模 糊评判法等数十种方法。模期评判法应用隶属度函数刻化了水质的分级界限的模糊性比较客观 地反映了实际情况，但该方法强调极值作用，信息损失多，权重值的科学性不够明确。 5 ”j 本 文采用基于变异系数权重的t o p s i s ( t e c h n i q u e f o r o r d e r p r c f 日o n c e b ys i m i l j u i l t t o i d e a ls o l u t i o n ) “”法来综合评价昌平区主要河流的水质情况。 基于变异系数权重的1 d p s i s 模型主要包括如下几个步骤： 设有r 个待评价的监测点每个监测点有m 个评价指标，则有评价指标特征值矩阵爿： a = x i l x 2 l ： 以。 x l 二x l 。i 驯 b - ， i 。) ( 。土 由4 可以构成规范化的矩阵z ，其元素为z f 。 z 1u = x g ( f = l ，2 ，n , j = l ，2 ，) ( 3 2 ) 构造规范化的加权矩阵z ，其元素为z i 。 z = z 口( f = 1 ，2 , - - - , n ；j = l ，2 ，m ) ( 3 - 3 ) 下面利用变异系数法来求各个评价指标的权重矽 计算第个评价指标的变异系数： 6 1 = d | x j 计算第j 个评价指标的权重 w 。= 6 。i 6 。 j = l 式中：占，为第j 个评价指标的变异系数；d 为第- ，个评价指标特征值的均方差。 d =酾 i ，为第_ ，个评价指标特征值的均值。 1 7 ( 3 4 ) ( 3 5 ) ( 3 - 6 ) 一巧 一。d x i = 去磐 b ， 确定理想解和负理想解。设j 代表越大越优型目标集，j 代表越小越优型目标集，则 z ；l 僦z 。i j j j 妊n z 。l _ ，酣f = l 2 ，h j = 2 7 ，z ，z ： ( 3 8 ) z 一：梅n z ，i j 川峄z ，i j 酣i = l 2 ，”j = 留i ，z ；，z ： ( 3 - 9 ) 表3 6 昌平区各河系水质实测数据 堡垒塑运 ! ! 一生土生生三一 i 级 230 , 0 2 0 20 51 0 0 0 i i i 缓 3 3o a 0 30 51 , 0 0 0 5 iii级4 4 o10 60 5 l0 0 0 5 j7鲳86 0 2 f 3 f 以f j 0 0 5 v 级 l ol o 0 21 61 5 1 5 o l 响潭水库l ( 入库) 4 9 3 2 0 20 0 6 0 7 40 0 50 6 3 束检出 响潭水库2 十三陵水库 响潭水库2 ( 左坝前) 响潭水库l ( 入库) 黑山寨( 延寿寺截流左坝头) ；锥石1 2 1 截流( 左坝头放水闸左) 、德胜口桥 ( 桥下) 、东沙坑、碓臼峪( 龙门坝右坝前) 等四处水质为l 级，先后顺序为：锥石口截流 ( 左坝头放水闸左) 碓臼峪( 龙门坝右坝前) 撼胜口桥( 桥下) 东沙坑：小汤山( 三岔口 橡胶埙右坝前) 水质属级；沙河闸( 北小闸) 、温榆河橡胶坝( 右坝头前) 、老牛湾扬水站、 东沙河( 路庄桥南人行轿下) 等四处永质属、级，先后颤序为：温榆河橡胶坝( 右坝头前) 沙河闸( 北小闸) 东沙河( 路庄桥南人行桥下) 老牛湾扬水站。 根据表3 6 的实寝4 水质数据可知：王家固水库( 进水塔南) 监测点的水质监测结果均符合地表 中国农业大学硕士论文第三章地表水资源评价 = = = = = ，= ! e 自j ! = = = = = = ! ! = ! = = = = ! = = 自自= = = ! ! ! = = = = | ! = j ! = = ! o 自e = = = 目- i e e ! ! = = = = 鼍 水环境质量i 级标准，利用该方法综合评价结果为i 级，可见评价结果符合实际情况：沙河闸( 北 小闸) 监测点水质监测结果中有三项超标：分别为总磷( 超1 0 4 倍) 、总氮( 超4 9 倍) 、氨氮( 超