第1部分 Chapter 总论篇
1 密云水库概况
1.1 密云水库自然地理
1 地理位置
密云水库位于京郊密云城北山区，地处40°19′～41°31′N，115°25′～117°33′E，横跨潮河、白河主河道上，距北京中心城区约100 km，是华北地区*大的水库，也是亚洲*大的人工湖。该水库设计是以城市供水、流域防洪、农业灌溉、发电等功能为主的综合型水库，*大库容量为43.75亿m3，*大水面面积为188 km2。水库东南侧靠燕山西端，南侧为军都山，西屏大马群山，北接坝上高原。水库上游所控制流域面积的2/3在河北省承德市、张家口市，涉及沽源、赤城、崇礼、怀来、宣化、丰宁、滦平、兴隆、承德等县（区）；1/3在北京市，包括密云、怀柔、延庆等区。
2 地形地貌
密云水库集水区位于燕山山脉中段，三面环山，山区面积占总面积的90.3%。由于地壳运动加之长期风雨侵蚀等外力作用，使集水区内地表形成了山峦起伏、断裂纵横的侵蚀构造地貌景观。东西两侧高，自北向南倾斜，平均高程约1500 m。水库的东、西、北部为山区，西北部以海拔1000～2290 m的中山为主，山高坡陡，峰峦叠起，沟谷狭窄，遇暴雨容易形成灾害，水土流失较为严重，区内著名的山峰有雾灵山（2118 m）、云雾山（2047 m）、东猴顶山（2293 m）、海陀山（2241 m）等；东南部多为低山、丘陵和平原，水库四周及库南海拔200～350 m为丘陵区，区域内*高山峰为云蒙山，海拔为1414 m。丘陵山地坡度为20°～35°，潮河、白河河岸坡度为70°～90°。河流发育呈树枝状格局，与山脉的走向基本一致。
3 地质
密云水库周边岩石边坡一般较缓，库盆及周边岩石的风化深度一般为数米到十余米，岩石渗透性较小，属微弱透水岩石，断层带多为挤压破碎带，胶结良好，渗透性更小。水库及周边地带第四系覆盖层多为砂质黏土，减少了水库渗漏，水库周围无喀斯特地貌。密云水库周边地区的新构造运动以大面积缓慢升降运动为主，垂直变形幅度相对较小。库区周围基岩裸露，主要是块状坚硬岩石。库区地质环境良好，山间盆地及南部山前平原为第四系沉积物，厚度一般小于50 m，岩土体地壳稳定性相对较好，地表植被覆盖较好，地面基本处于稳定状态。密云水库库区主要为太古代变质岩系及震旦纪中下部地层分布，均由分布范围较广的变质岩组成，个别间有石灰岩层，其中变质岩以片麻岩为主，夹有麻粒岩、混合岩；阳坡地带岩性以花岗岩、片麻岩、石英岩为主。
4 土壤
密云水库集水区内土壤主要为褐土、棕壤、草甸土和栗钙土。其中，以褐土分布*广，主要分布在150～600 m的低山、丘陵地带，面积约8957.3 km2，占流域内土壤总面积的60.23%；棕壤主要分布在600～700 m的低山阴坡，直到2293 m的中低山均有分布，面积约5114 km2，占34.4%；草甸土主要分布在河谷地带，占1.9%；栗钙土主要分布在北部坝根一带，占2.2%。山地丘陵多为壤土，块状结构，通透性差，易板结。土壤垂直分布规律自高而低分别为山地草土、山地棕壤、粗骨性棕壤、淋溶褐土、粗骨性淋溶褐土。高山区土层较厚，土壤肥沃、湿润；而低山丘陵区多为风化岩残屑混合物，土层较薄。土壤pH 5.9～8.5，大多呈中性或微碱性。土壤养分总趋势为氮、磷缺乏，钾较充分，有机质含量山地较平原高。
5 河流和水系
密云水库河流水系中，主要支流有潮河、白河、清水河、安达木河、牤牛河、白马关河、蛇鱼川河、对家河等。其中，潮河位于北京东北，源于河北省丰宁县槽碾沟南山，经滦平县到古北口入北京市密云区境内。密云水库建成后，潮河分为密云水库上游和下游两段，在密云区境内上游长24.2 km，流域面积232.53 km2，为山地；下游长23.4 km，流域面积217 km2，为平原。白河源于河北省沽源县境内，上游长25 km，流域面积203 km2；下游长13.2 km，流域面积117 km2。潮河和白河在密云城区交汇形成一条河——潮白河。另有一条京密饮水渠自密云水库白河出口往北京城区通水，途经怀柔水库直达玉渊潭。
6 气候特征
密云水库流域属暖温带半湿润季风型大陆性气候，无霜期约150天，日照充足，雨热同期。春季干旱多风，夏季湿热多雨，秋季天高气爽，冬季干燥寒冷。流域气候以马营、独石口为界大致可划分为两个气候带，即北部为中湿半干旱森林草原气候带，南部为暖湿半湿润山地气候带。密云水库年均温约10.5℃，昼夜温差大于12℃，春季日较差*大，夏季*小。流域内地形复杂，山峦起伏，沟谷纵横，气候垂直分布明显。海拔700 m以下的山地属暖温半湿润气候，≥10℃年积温在3500℃以上；海拔700～1000 m的山地属中温半湿润气候，≥10℃年积温为1700～3500℃；海拔1000～1900 m的山地属寒温半湿润气候，≥10℃年积温小于1700℃；超过1900 m的亚高山草甸地区属冷温半湿润气候。
7 水文
密云水库集水区主要为海河流域潮白河水系，潮白两河纵贯南北汇合于密云城区西南30 km处，集水区内河网密度约0.3 km/km2。水库净蓄水量与流域内径流量呈正相关。潮白河属季节性河流，其水量变化与降水存在明显的关系，降水的时空分布决定了径流在年际、年内及时段上的分配特征。汛期降雨所形成的地表径流是潮白河的主要补给形式，枯水期则主要靠地下水补给，全年径流量的70%集中在6～9月汛期。丰水年与枯水年变化频繁，交替发生，水量变化较大，偏枯水年及枯水年约占41%，偏丰水年及丰水年占35%，平水年占24%。丰水年连续一般不超过2年。以汛期径流量为例，多年平均为6.55亿m3，而*大年份（1973年）为19.05亿m3，*小年份（2000年）为0.738亿m3，相差24.8倍。
水库流域内土壤侵蚀严重。水库上游为土石山区，表面土壤层薄，侵蚀物质多为大颗粒卵石、砾石，以推移质形式运动，并在沟道、河道内淤积，水库来水量的含沙量低，且多形成于6～9月暴雨。潮河平均含沙量约3.3 kg/m3，白河约2.95 kg/m3，年平均输沙量共计约270万kg/m3。
8 降水与蒸发
密云水库流域内降水量的分布主要受气候和地理环境因素的影响，降水分布一般是从东南向西北递减，年均降水量为300～700 mm。其中，赤城县*小，一般不足400 mm；潮河和白河流域较多，为600～700 mm。降水年内分配极不均匀，流域山脊地形成为东南气流运行的天然屏障，从而形成山前（迎风坡）多雨带，常形成暴雨中心，全年降水量80%以上集中在汛期（6～9月）。暴雨历时短，强度大，夏季雨量多集中在几场降雨之中，有时一次暴雨降水量可占全年降水量的60%～70%。暴雨中心多出现在九松山（密云）、溪翁庄（密云）、枣树林（怀柔）、千家店（延庆）一带。流域内大气的相对湿度年均值约70%。密云水库蒸发量年内分配不均匀，蒸发量随气温、湿度、风速等发生变化。多年平均蒸发量为1192.6 mm，全年*小蒸发量一般出现在1月或12月，占全年蒸发量的5%左右；全年*大蒸发量一般出现在5月或6月，占全年蒸发量的30%左右。
1.2 密云水库历史沿革及其功能
潮白河是流经北京市境内的主要河流之一，在滋润京津大地的同时也给两岸人民带来了严重的灾难。据历史记载，近500年来，潮白河的洪水曾5次灌北京，8次淹天津，总计冲垮房屋2.2万间，38万人受灾，造成了严重的经济损失。中华人民共和国成立后，为了尽快消除潮白河水患，解决京津地区水荒问题，党和国家决定启动密云水库修建工程。密云水库修建始于1958年9月，当时国家经济仍处于困难时期，京津冀20多万建设大军采用“民办公助”的形式参与到水库的建设中。1959年8月，白河和潮河两座主坝及其他5座副坝先后达到或超过拦洪高程，成功实现拦洪。1960年9月，密云水库建成并正式投入使用，实现了一年拦洪、两年建成的宏伟计划。密云水库工程量包括2座主坝、5座副坝、3条隧洞、2条导流廊道、3条溢洪道、2座电站和1个调节池，是当时已拦洪水库中工程量*大的综合水库。这座靠人力一手一脚、一铲一锹、一砖一瓦建设出来的水库，工期之短、工效之高、质量之好堪称新中国成立之后水利建设的楷模。密云水库建设期间，毛泽东、朱德、周恩来、董必武、陈毅等党和国家领导人高度重视，多次亲临水库工地视察，周恩来总理曾先后七次视察指导工作。2009年，密云水库被评为“新中国成立六十周年百项经典暨精品工程”；2012年，被评为“百年百项杰出土木工程”。
密云水库的建设不仅解决了潮河、白河的水患，保护了京津冀千万人口的安全，而且在供水、灌溉、气候调节等方面发挥了巨大作用。水库建成后拦蓄流量大于1000 m3/s的洪峰30余次，减淹土地累计近200万hm2。1949年前，北京市区的地表供给水源仅有西郊的玉泉山，年平均供水量仅为3000万m3，随着首都经济发展和人口的快速增长，水源供给远不能满足需求，水库建成后年平均供水量5.4亿m3，为北京地区提供约2/3的生活用水（王建平等，2006）。
20世纪末，北京市降水和入库水供给资源连年不断减少。20世纪50年代水库大坝处年均入库径流量为15.5亿m3；60、70年代水库年均入库径流量降低，分别为12.1亿m3和13.2亿m3；80年代后入库水量急剧减少，1980～2000年年均入库径流量仅为7.6亿m3。相应地，水库年均供水量从20世纪80、90年代的6.3亿m3，降低到2004～2009年的2.9亿m3，密云水库的供水功能逐年衰减（李万智等，2013）。1999～2015年，密云水库*大蓄水量减少了49%（图1-1）。为了满足人们日益增长的生活与生产用水需求，深层地下水超采问题日益突出，华北地区地下水开采量占全国开采总量的 54.78%（王道波等，2005）。
2015年9月，南水北调来水调入密云水库调蓄工程竣工通水，江水千里驰援，有效缓解了首都水资源供需矛盾，也使得密云水库蓄水量持续增加，首都水资源保障能力进一步增强。按照工程规划，北京平均每年接受调水约10.5亿m3，*高调水量约16亿m3，*低调水量约8亿m3。调水期间蓄水量逐年提升，库区水位不断升高，由2015年调水前的136 m升高至2020年的148 m。库区蓄水量由调水前2015年9月底的8.76亿m3增加到2020年12月的24.8亿m3（图1-2），年平均水位由2015年的133.7 m升高至2020年的147.2 m（图1-3）。南水北调工程有效缓解了北京市水资源短缺的局面，形成了南水北调来水、本地地表和地下水资源联合的多水源供水局面，大幅提高了水资源供给的保障程度，增加了北京市当地水资源的战略储备。
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