簡介
北大港水庫北大港水庫位於中國天津市濱海新區（原屬大港區），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，距入海口6千米。圍堤總長54.5千米。
北大港水庫是引黃濟津工程唯一的調蓄水庫，是天津市重要備用水源地。
北大港濕地於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、林全面發展，蓄泄兼顧，綜合利用的大型平原水庫。庫區占地面積為164平方公里，堤頂寬10米泉市。這裡魚蝦成群，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、休閒、遊玩的好去處。
自開始蓄水至今已運行20餘年，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，普查發現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，採用多種特控手段對裂縫做快速無損的綜合檢測。然後用部分鑽孔和探坑驗證物探結果，主要方法包括：地震反射波法、多點瞬態面波法和高密度電法，準確地確定了堤壩的隱患。並提出了北大港水庫堤壩隱患治理的建議。
大港區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，承擔著引黃濟津的蓄水、供水職能，水庫總庫容5億立方米，庫區面積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，引黃濟津調的水就存在這裡，供給全市居民飲水。
基本資料
北大港水庫是以蓄水為主，魚、葦、藕、林全面發展，蓄泄兼顧，綜合利用的大型平原水庫。這裡魚蝦成群，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、休閒、遊玩的好去處。名稱：北大港水庫
位置：天津市大港區
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
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
大壩類型複式均質土壩
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
建設單位：天津市根治海河指揮部
設計單位：天津市水利規劃設計院
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鑑定，鑑定結果為三類壩。尚未進行除險加固。
建成後工程效益：合計供水217207萬立方米，其中生活用水189428萬立方米，農業供水27779萬立方米；姚塘子供電站利用變電設備和輸電線路對企業周邊地區的企業供電。
主要技術指標
1、北大港水庫位於海河流域、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；多年平均蒸發量1235.9毫米。
2、庫大壩為複式均質土壩，壩基地質1千米深的範圍內為鬆散沉積物，表層深約30米為粘性土，上游防滲措施為粘土鋪蓋，下游排水形式為節滲溝。
3、供水情況：水庫灌溉面積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用水，從1988年到2000年主要供給大港周邊地區的農業用水和大港油田的生活及工業用水，2000年11月至2001年9月向市區供水，2001年9月向市區供生態用水。
布局規劃方案
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：山區集中分布在薊縣，面積約651平方公里，包括盤山風景區、八仙山自然保護區、中上元古界自然保護區、國家地質公園、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、衛河）等5大水系及其幹流組成；濕地眾多，包括七裏海濕地、北大港濕地、團泊窪濕地、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；地熱資源豐富，總儲量約1103億立方米。
結合天津市的生態特徵，規劃形成以“團泊窪水庫—北大港水庫”濕地生態環境建設和保護區、薊縣山地生態環境建設和保護區、“七裏海—大黃堡窪”濕地生態環境建設和保護區為主體，以自然保護區、風景名勝區、國家公園為重點，由防風固沙林帶、沿河綠化廊道、環城綠化帶、道路沿線綠化帶、楔形綠地、農業用地等共同構築的多層次、多功能、網路化、城鄉一體的市域生態體系。
規劃綜合考慮生物多樣性、水源涵養、水資源、生物鏈、自然資源、城市生態環境、生態廊道等因素，將敏感性較強的生態系統作為先決條件，劃定禁止建設區和控制建設區的範圍，保護生態資源，並制定空間管制規則，為各類建設活動設定“準入門檻”，合理引導城市發展，實現可持續發展，建設生態城市。
禁止建設區是指具有重大自然和人文價值的場所與空間，以及如進行建設可能對生態環境造成危害的地區。包括自然保護區的核心區和緩衝區、風景名勝區和國家公園的核心景區、飲用水水源的一級保護區、重要濕地、基本農田保護區、行洪通道等。
控制建設區是指對建設活動具有生態敏感性的地區，以及因自然災害等因素不適宜建設的地區。包括自然保護區的實驗區、風景名勝區和國家公園的非核心景區、生態控制用地、地表水源二級保護區和地下水源准保護區、一般耕地、滯洪區以及重大基礎設施控制廊道。
為了有效地保護生態資源，提高市域南北部之間以及中心城市內部之間的生態連通性，避免城市建設連片蔓延式發展，豐富和完善市域的大生態體系，在“南北生態”的總體戰略下，本次規劃提出構建“三區、四廊、五帶”的生態布局結構。
“三區”是指“團泊窪水庫—北大港水庫”濕地生態環境建設和保護區、薊縣山地生態環境建設和保護區、“七裏海—大黃堡窪”濕地生態環境建設和保護區。
“四廊”是指四條縱向貫穿市域南北部的生態廊道，包括：東部濱海生態廊道、唐津高速生態廊道、引灤明渠—貝殼堤生態廊道和西部防風固沙林生態廊道。
“五帶”是指五條橫向連通市域東西部的河流生態帶，包括：薊運河生態帶、潮白新河生態帶、海河—北運河生態帶、獨流減河生態帶、子牙新河生態帶。
“團泊窪水庫—北大港水庫”濕地生態環境建設和保護區是天津市重要的鳥類自然保護區和濕地保護區，市域南部重要的生態防護區與隔離帶。它主要由獨流減河、團泊窪水庫、北大港水庫、鴨淀水庫、八里台水庫等組成。
規劃建設“團泊窪水庫—北大港水庫”濕地生態環境建設和保護區，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的區域一體化生態網路。“團泊窪水庫—北大港水庫”濕地生態環境建設和保護區要通過建立自然保護區、濕地公園等方式，嚴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。
蓄存期水質鹹化機理分析
表1 引水期間“引黃水”與在北大港水庫中蓄存一段時間後的“引黃水”氯離子濃度比較一、“引黃水”在北大港水庫蓄存前後鹽度變化情況
“引黃濟津”工程是國家為解決天津市水資源嚴重潰缺問題而實施的一項重要應急措施，“南水北調”工程是國家為解決北方缺水問題而制定的一項具有戰略意義的重要決策。北大港水庫作為“引黃濟津”工程和“南水北調”工程東線備用方案的調蓄水庫，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鹹化機理有重大的現實意義與深遠的戰略意義。
北大港水庫是位於天津市大港區的一座大型平原水庫。大港區是由退海形成的濱海平原地區。北大港水庫所在地區在歷史上為洪瀝水沖積之古瀉湖、逐漸演變為海進海退鹽鹼荒蕪的漬水之地，後經人工圍堰建壩形成現存規模的北大港水庫。“引黃水”在北大港水庫蓄存一段時間後水質與原黃河水水質有很大的差異，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後，氯離子濃度逐步增加。
二、傳質理論簡述
質量傳遞是屬於傳遞現象的範疇，傳遞現象是自然界和工程技術中普遍存在的現象。質量傳遞是物系中一個或幾個組分由高濃度區向低濃度區轉移的一種現象，描述質量傳遞現象定律為費克定律，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後的“引黃水”氯離子濃度比較
註：(1)摘自天津市環保局監測中心提供的第八次“引黃濟津”沿線水質監測成果表。
(2)地面飲用水Ⅲ類水質標準中氯離子濃度≤250mg/L。
(3)第八次“引黃濟津”於2003年9月22日“引黃水”進入天津市，於2004年1月6日結束。
式中：JA—在y方向上相對於質量平均速度的質量，kg/s·m2；
DAB—物質A在物質B中的擴散係數，m2/s；
dρA/dy—在y方向的濃度梯度kg/m3·m。
圖1 北大港水庫水質鹹化機理模型示意圖----蒸發濃縮作用與傳質作用三、“引黃水”水質鹹化機理分析
1、土壤的影響
北大港水庫周邊地區及庫底土壤屬於鹽化土壤，其含鹽量一般在0.2%~1.5%。“引黃水”進入北大港水庫後，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，根據質量傳遞理論，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”水質鹹化的一個源(圖1)。
2、水文地質情況的影響
大港區是天津水文地質分區最下游的一個區，其地下水的埋藏條件、富水性及水質等特徵，均系最差者。大港區第四系淺層水，水位埋深為0.82~6.02米，水化學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，地下水的含鹽量高於“引黃水”的含鹽量。同樣根據傳質理論，由於存在鹽度梯度，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”水質鹹化的另一個源。
3、氣象條件的影響
大港區瀕臨渤海，處於大陸性與海洋性氣候的過渡帶，屬溫暖帶大陸性季風型氣候，季風顯著，四季分明，春季多風少雨，夏季濕熱多雨，秋季乾燥氣爽，冬季寒冷少雪。
由圖2知，大港區年蒸發量大於年降雨量(年平均差值達1400mm)，如果在一年之內沒有補充新的“引黃水”，則庫區水量就會減少。由於蒸發作用只帶走水，不帶走鹽分，則剩下的水體中的鹽的濃度就會增加，這就是蒸發濃縮作用。因此，蒸發濃縮作用是造成“引黃水”水質鹹化的另一個原因(圖1)。（1）蒸發量與降雨量的影響
由圖2知，大港區年蒸發量大於年降雨量(年平均差值達1400mm)，如果在一年之內沒有補充新的“引黃水”，則庫區水量就會減少。由於蒸發作用只帶走水，不帶走鹽分，則剩下的水體中的鹽的濃度就會增加，這就是蒸發濃縮作用。因此，蒸發濃縮作用是造成“引黃水”水質鹹化的另一個原因(圖1)。
（2）風的影響
大港區位於季風氣候區，並且由於大港區臨海，幾乎每天都有風。風是引起水體混合的重要因素，當風吹過水麵時，對水面產生剪下應力，形成風浪，並產生風吹流，同時形成垂直環流和水平環流。由風形成的風浪和環流，對水體產生強烈的攪拌作用，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”水質鹹化速度。另外，風的存在還會加快水分蒸發的速度，從另一個角度加快“引黃水”水質鹹化速度。此外，風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”剩餘水，或是蓄洪水）的含鹽量必定很高，氯化物含量超過地面水源Ⅲ類標準（表1中2003年8月17日水樣即為2002年“引黃水”剩餘水）。另外，由於北大港水庫是一個天然低洼地經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”水質鹹化。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，混合水水質鹹化程度越大。
管理運行問題的研究
北大港水庫北大港水庫作為八次引黃濟津調水工程的調蓄水庫，發揮了重要的作用。但北大港水庫在運用中，也存在一定的問題，其突出的表現為水質的鹹化問題。其主要原因是，由於蓄水面積大，深度淺，加之氣候特點所決定的，蒸發水量損失巨大，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。
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、水深的關係。根據氣象資料的統計分析計算，估算了北大港水庫的庫面蒸發損失量。根據實驗結果和國內外的理論成果，建立了北大港水庫的水質模型。水質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、蒸發濃縮作用、底泥釋放的關係。
依據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、輔庫聯合調度運用的方式，實現優水優用。針對主庫和輔庫的功能，提出了兩種運行模式。對於兩種運行模式，都以保障主庫水質為Ⅲ類水質標準為目標。依此作為約束條件，以主庫棄水量最小為目標，提出了北大港水庫最佳化調度的問題，並予以求解。北大港水庫在來水水質較優的情況下，通過研究論證，通過主輔庫聯合調度運行的模式，採取調度措施，供水水質是可以滿足Ⅲ類水水質的要求的。
工程措施及建議
大港區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，承擔著引黃濟津的蓄水、供水職能，水庫總庫容5億立方米，庫區面積152平方公里。由於“引黃濟津”工程要求實施八個月才能解決天津市供水問題，往年由於北大港水庫水質鹹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Ⅲ類水質標準(≤250mg/L)，而不得不提前中止供水，浪費了大量的水資源。
根據上述對“引黃水”在北大港水庫蓄存一段時間後水質鹹化機理的分析可知，北大港水庫所處的自然地理條件和氣象條件是影響水質鹹化的主要因素。當然，我們不能改變這些客觀條件，但我們可以根據質量傳遞理論，對北大港水庫採取一些工程措施，減緩“引黃水”水質鹹化的速度，以期達到“引黃濟津”工程要求實施八個月時間內對水質的要求，或者儘量減少廢棄水量、節約水資源。
建議措施一：建議在保證總蓄水庫容的情況下，縮小水庫面積，增加水庫的水深，將有利於減緩“引黃水”水質鹹化的速度，理由如下：
(1)假設庫底鹽化土壤土質均勻，則其傳質通量為定值。縮小面積可以減少水體與庫底鹽化土壤的接觸面，減少了庫底鹽化土壤傳入水體中鹽的總量，在引黃水總體積一定的情況下，就降低了引黃水中鹽的濃度，也就是減緩水質鹹化的速度。
(2)蒸發量是以mm計，但蒸發損失水的體積與水體表面面積成正比。因此，縮小水庫面積可以減少由於蒸發而損失的水量，減輕蒸發濃縮作用造成的水質鹹化速度。
建議措施二：整平庫底或在庫內挖掘一些導流溝，儘量將“引黃水”入庫前的原存水排盡。也就是說，在“引黃水”與原存水的混合水水量為定值時（即北大港水庫總庫容為定值），高含鹽量的原存水量越小，則“引黃水”水質鹹化的程度越小。
天津轄區內水庫
| 水庫，是起到防洪、蓄水灌溉、供水、發電、養魚等重要作用的水利工程，天津市轄區內各水庫除負擔天津市城鄉供水任務外，也日漸演化為自然景觀資源，成為天津市民釣魚、郊遊、休假的目的地。 |
