圆明园东部湖底防渗工程环境影响报告书 35 3 区域环境概况与圆明园水系变迁 3.1 自然环境概况 3.1.1 地形地貌 圆明园遗址公园位于北京市海淀区境内 , 地理位置如图 3- 1 所示 。 海淀区 位于北京市区西部 , 位于 北纬 39o53'~ 40o09', 东经 116o03'~ 116o23' , 东与 西城 、 朝阳区相邻 , 南与宣武 、 丰台区毗连 , 西与石景山 、 门头沟区交界 , 北与 昌平 区 接壤 。 全区总面积 426km2, 南北长约 30km, 东西最宽处 29 km。 地处华 北平原的北部边缘地带 , 系古代永定河冲积 扇 的一部分 。 地势西高东低 , 西部为 海拔 100m 以上的山地 , 面积约为 66km2, 占总面积 的 15%左右 ; 东部和南部为 海拔 50m 左右的平原 , 面积约 360 km2, 占总面积的 85%左右 。 区内最高峰为阳 台山妙高峰 , 海拔 1278m; 最低处为清河镇东的黑泉村 , 海拔 35m 左右 。 西部 山区统称西山 , 属太行山余脉 , 有大小山峰 60 余座 ; 整个山势呈南北走向 , 只 有香山北面的打鹰洼主峰山峦向东延伸 , 至望儿山止 , 呈东西走向 , 把海淀分割 为两个部分 。 据对圆明园及周边地区卫片解译和地层岩性勘察 , 圆明园位于清河古河道 上 , 见图 3- 2。 古河道宽约 2.5~3.0km, 地势西高东低 。 地面海拔高程一般在 35~48m 之间 , 地面坡降 1‰ 。 3.1.2 地面水系 圆明园所在的海淀区 境内有大小河流 10 条 , 总长度 119.8km, 主要水系有 高粱河 、 清河 、 万泉河 、 南长河 、 小月河 、 南沙河 、 北沙河及人工开凿的永定河 引水渠和京密引水渠 , 还有昆明湖 、 玉渊潭 、 紫竹院湖 、 上庄水库等水面 , 占北 京市湖泊总数的 20%; 水域面积 4 km2, 占北京市水域面积的 41.28%, 湖泊数量 和水域面积均列北京市各区县之首 , 昆明湖是北京市最大的湖泊 , 水域面积 3 区域环境概况与圆明园水系变迁 36 图 3 - 1 项目区地理位置图 红线间为清河 古河道 , 粉 红 色线为圆明园区边界线 圆明园东部湖底防渗工程环境影响报告书 37 图 3- 2 圆明园所在区域古河道分布范围卫片解译图 1.94km2。 尽管海淀区境内的河流数目不少 , 但规模都不大 , 许多河流仅有行洪 功能 。 常年以来像南沙河 、 北沙河 、 南旱河 、 北旱河都是干涸的无水河 , 有水的 河流也仅起一个引水的作用 , 基本无流量 。 根据对监测数据的分析 , 海淀区 2003 年的地表水水质比 2002 年有一定的改 善 。 永定河引水渠水质好转比较突出 , 溶解氧增加 95.8%、 生化需氧量 、 氨氮 、 石油类分别下降 74.6%、 63.5% 和 33.3%, 仅高锰酸钾指数一项比 2002 年上升 2.4%。 三条纳污河清河 、 万 泉河 、 小月河的水质也有所改善 , 溶解氧提高幅度 明显 , 其余指标与上年持平或减少 。 但长河 、 京密引水渠以及各湖泊的水质污染 有上升的趋势 , 均未达到水质规划的要求 , 个别项目超标严重 , 主要表现在有机 物的污染和富营养化方面 。 圆明园 区水系 分布在绮春园 、 长春园和圆明园 , 最大湖面面积分别为 23.6、 30.2 和 49.0 万 m2。 根据 2004 年卫片统计结果 , 绮春园 、 长春园和圆明园 东 区湖 面有水面积分别为 19.07、 11.25 和 35.47 万 m2, 分别占各自湖面总面积的 80.8%、 37.2%和 72.4%。 3.1.3 气象气候 圆明园所处 北京地区属于暖温带大陆性季风气候区 , 四季分明 , 春季干旱 多风 ; 夏季炎热多雨 , 盛行东南风 ; 秋季天高气爽 ; 冬季干燥寒冷 , 盛行西北 风 。 年平均气温 11.6℃ , 月平均气温见表 3- 1; 风向有明显的季节变化 , 冬季 以北和西北风为主 , 夏季多偏南风 , 春秋为南北风向转换季节 , 年平均风速 2.6m/s, 各月风速见表 3- 2。 表 3 — 1 圆明园地区月平均气温 单位 : ℃ 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年平均 气温 - 4.2 - 1.4 5.1 13.0 19.4 23.9 25.6 24.0 19.4 12.7 4.2 - 2.2 11.6 3 区域环境概况与圆明园水系变迁 38 表 3 — 2 圆明园地区各月风速 (1955 - 1980) 单位 : m/s 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 最大风速 风速 3.1 3.0 2.9 3.5 3.1 2.4 1.9 1.6 2.0 2.1 2.5 2.6 2.6 21.0 海淀区降水受季风气候的影响 , 年际间降水量相差悬殊 , 1956 年降水量 1115.7mm, 1965 年降水量 281.4mm, 极值比 4.0。 根据海淀区气象站 1949~2000 年统计 , 多年平均降水量 619mm。 图 3- 3 为海淀区 1990~2004 年降雨量变化 。 年内降水量若以小于 500mm 降水量定偏枯年 , 大于 700mm 降水量定为偏丰年 , 则由降雨量年际变化可见 , 自 1999 年以来 , 海淀区年降雨量明显低于多年平均 降雨量 , 出现多年连续偏枯年 。 1500.0 1700.0 1900.0 2100.0 2300.0 2500.0 1990 1995 2000 年份 蒸发量 ( mm ) 300 500 700 900 1100 降雨量 ( mm ) 总蒸发量 总降水量 图 3- 3 年蒸发量与 降雨量 变化 由于受季风气候的影响 , 降水的季节分配极不均匀 , 年降水量 80%以上集 中在汛期 ( 6~ 9 月份 )。 多年月平均降水量见图 3- 4 所示 。 各月降水量分配极为不均匀 , 7、 8 月份降雨量占全年降水量的 60%以上 。 第一季度与第四季度降水量之和仅占全年降水量的 7%左右 。 圆明园东部湖底防渗工程环境影响报告书 39 0 50 100 150 200 250 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月份 降雨量 (mm) 图 3- 4 多年月平均降雨量分布 据海淀区气象站观测统计资料 , 多年平均蒸发量 1883.1mm, 其中 4- 6 月 份的蒸发量最大 , 累计蒸发量 810.6mm, 占全年蒸发量的 43%; 11- 2 月份蒸 发量最小 , 累计蒸发 量 278.9mm。 3.1.4 土壤 圆 明园地区的土壤主要有褐潮土 、 湿潮土和沼泽土三种类型 。 1. 褐潮土 褐潮土是圆明园地区面积最大的土壤类型 , 分布于本地区 地势较高的地段 , 较其它类型的潮土偏旱 。 褐潮土中的碳酸钙含量通常介于 1.5- 3.5%, 呈微碱性反应 , pH7.5- 8.4。 粘化过程微弱 , 无粘化层形成 。 在约 50cm 以下受地下水作用 , 有明显的潮化特 征 , 锈斑及铁子较多 , 有时可见到砂姜 。 质地以中壤和轻壤为主 , 土层中的养分 比较丰富 , 保肥力较强 。 褐潮土适于生长各种中生植物 。 在圆明园地区 , 各种针叶林 、 阔叶林和灌草 丛都分布在褐潮土上 。 2. 湿潮土 湿潮土主要分布于圆明园地区的洼地 , 面积仅次于褐潮土 , 是潮土向沼泽土 3 区域环境概况与圆明园水系变迁 40 过渡的类型 。 这种土壤通体碳酸钙含量较高 , 多为 5- 8%; 全剖 面为微碱性反应 , pH8.0- 8.5。 湿潮土有明显的发育层次 , 表土即可见到锈纹 、 锈斑 , 往下逐渐增 多 , 心土多为有大量锈纹 、 锈斑及铁子的粘质土层 , 底土为锈黄色壤质土层 , 有 砂姜分布 , 有蓝灰色斑纹的潜育层 。 在圆明园地区 , 湿潮土上主要生长各种湿地草丛 。 各种湿生植物和中生植物 中的一些喜湿种类 , 在这种土壤上生长良好 。 3. 沼泽土 沼泽土分布于水塘 、 水沟的边缘及其附近地段 , 大部分时间为水层覆盖 , 面 积明显较上述两种小 。 由于是在积水条件下形成的 , 土壤长期处于嫌气环境 , 矿 物质铁脱氧还原 , 形成游离态亚铁化合物 , 并在土体内迁移聚积 。 在亚铁土以下 形成浅灰蓝色潜育层 。 在旱季中 , 脱水氧化形成锈斑 , 淀积于结构表面或孔隙中 , 或形成铁结核 。 底土或有砂姜 。 沼泽土中的有机物分解缓慢 , 积累较多 , 因此 , 表土常出现黑色间夹蓝灰色 土层 。 土体中的碳酸钙含量为 4- 6%; 呈微碱性 , pH7.5- 8.5。 这种土壤适于生长各种挺水 、 浮水植物和湿生植物 。 在圆明园 , 水生草本群 落中的挺水植物和浮叶植物 , 都生活在沼泽土上 。 3.1.5 生态概况 在进行湖底防渗工程之前 , 圆明园区处于一种人工维持的半自然状态 。 经过 长期的维护和自然的演替 , 园区 内的水域 、 绿地等景观保持着相对稳定 的格局 , 并形成了水域 、 湿地 、 森林 、 草地等多种生态系统 。 同时随着气候 、 水文条件的 变化 , 园区内的景观类型 、 景观分布格局和相关的生态系统发生了一系列演化 。 近年来北京市干旱少雨的 气候 以及不断开采地下水造成的地下水位下降 , 使 得圆明园各个湖区湖水蒸发和下渗不断加剧 , 从而导致湖泊干涸和河床沙化 , 水 域面积不断减小 , 水生生态系统演替速度加快 。 为此 , 需要不断地从外界引水对 圆明园湖区进行补给 , 以保证园区内水域面积和维持水生生态系统的稳定 。 整个 防渗工程开工之前圆明园区内仅保留中部绮春园 、 福海和长春园西部地区的部分 水面 , 而在园区西 部和长春园东部地区的大部分湖泊都处于缺水状态 , 部分区域 圆明园东部湖底防渗工程环境影响报告书 41 已经退化成为浅水湿地甚至陆地景观 。 园区内大部分陆地被森林 、 草地 等绿地景观所覆盖 , 陆生生态系统中最主要 的是绿地生态系统 , 包括森林生态系统和草地生态系统 。 大面积的绿地具有净化 空气 、 改善空气质量的功能 , 使园区内保持较好的自然环境状况 , 创造舒适的视 觉景观和休闲场所 , 并且为陆生生物提供适宜的栖息地 。 在防渗工程施工之前 , 由于大部分绿地系统处于人工维护的状态下 , 园区内绿地没有因为气候 、 水文的 变化而发生太大的改变 , 仅在局部地区出现植物缺水枯黄 、 生产力下降的情况 。 3.2 社会环境概况 3.2.1 人口 经济 圆明园所在的北京市海淀区是首都著名的科研 、 文教 、 旅游区 , 并且是重要 的副食品生产基地 。 全区面积 426km2, 区政府辖 22 个街道 、 10 个乡 、 1 个镇 , 2001 年末全区 户籍 人口 为 167 万 。 区内有 56 个民族 , 是北京市民族最多的区 。 作为国家重点建设的文化教育科研基地 , 海淀区居民的文化程度较高 , 全区人口 的 36% 拥有大专以上学历 。 海淀区是中央国家机关 、 部队领导机关 、 科研院校 比较集中的地区 。 区内有 286 所中小学 、 60 余 所高等院校 、 213 个科研院 所 。 海淀区的产业格局以高新技术产业为主 , 第三和第一产业为辅 。 2001 年海 淀区国内生产总值完成 598.3 亿元 , 技工贸收入完成 1168.1 亿元 , 社会消费品零 售总额完成 322.4 亿元 。 财政收入完成 35.1 亿元 , 工农业总产值完成 631.2 亿元 。 3.2.2 基础设施 北京市的城市基础设施如水 、 电 、 气 、 热 、 通信 、 道路等 , 主要由市属各专 业职能部门建设和管理 , 区属市政管理部门负责日常协调和配合工作 。 由于海淀 区是科教文化旅游区 , 境内驻有众多的国家机关 、 科研机构和大专院校以及海淀 区所处的地理 位置等原因 , 北京市对海淀区城市基础设施建设历来比较重视 , 许 多项目领先发展 , 在全市占有较大比重 。 3 区域环境概况与圆明园水系变迁 42 3.2.3 燃气供应 海淀区的燃气资源依靠外区 、 外省输入 , 境内现有较为齐全的燃气供应设施 。 由于海淀区处于北京市区的上风位置 , 故燃气设施的发展建设在全市处于优先的 地位 , 其中天然气工程设施在北京市占有较大比重 。 燃气用户发展迅速 , 现有液 化石油气 、 煤气和天然气三种燃气供应设施 , 用户已达 42 万多户 。 其中煤气用 户占 25.51%, 天然气用户占 31.72%, 液化石油气用户占 42.77%。 目前全区除 少部分农村地区外 , 炊用燃料全部 实现燃气化 。 煤气资源由首都钢铁公司焦化厂提供 , 煤气工程设施水平提高较快 , 现有高 中压调压站 4 座 、 中低压调压站 36 座 , 占全市的 18%; 管线 350 公里 , 其中高 压管道 21 公里 , 中压管道 134 公里 , 占全市的 21%; 调压站出口压力合格率达 99%。 天然气资源来自华北油田 , 现有高中压调压站 1 座 , 中低压调压站 60 座 , 市天然气公司向海淀区年供气 3700 万立方米 。 液化石油气资源来自北京市燕山 石化总公司 。 区境内有西郊罐瓶厂 , 负责向本区用户提供气源 。 目前 , 全区有 20 万用户 , 年供气 2 万吨 。 3.2.4 电力供应 近几年来 , 伴随着北京 市电力建设事业的快速发展 , 海淀区的电力设施发展 迅速 , 电力供应充足 , 拉闸限电现象已成为历史 , 电力紧张的状况有了根本性的 改观 。 现有 35 千伏 、 110 千伏 、 220 千伏三个输电电压等级 ; 高压 、 超高压变电 站 17 座 , 其中 35 千伏变电站 5 座 , 容量 15 万千伏安 ; 110 千伏变电站 9 座 , 容量 76 万千伏安 ; 220 千伏变电站 3 座 , 容量 108 万千伏安 。 全区 10 千伏架空 配电线路全长 850 公里 , 10 千伏配电变压器 1700 余台 , 容量 170 万千伏安 , 年 用电量 16 亿千瓦小时 。 3.2.5 给水 、 排水 海淀区境内现有三座自来水厂和两座污水处理厂 , 即北京市第三水厂 、 第九 水厂和田村山水厂 , 清河污水处理厂和肖家河污水处理厂 。 分布见图 3- 5。 圆明园东部湖底防渗工程环境影响报告书 43 图 3 - 5 海淀区水利工程规划示意图 海淀区的自来水 , 一部分由北京市统建管网环流系统提供 , 主要供给城区居 民区和社会公共设施 ; 另一部分由企事业单位所建自备井提供 , 全区共有自备井 600 余眼 , 生活用水 3500 万 m3, 其它用水 560 万 m3, 全区自来水普及率达 100%。 3 区域环境概况与圆明园水系变迁 44 3.2.6 热力供应 海淀区的供热工程设施主要是供热锅炉 , 基本上以燃煤为主 , 现正在对三环 路以内地区和海 淀镇中关村地区的燃煤锅炉实施 “ 煤改气 ” 的改造工程 。 境内的 科研机构 、 大专院校 、 军事机关和一部分企事业单位的供热基本上是由自己解决 , 部分住宅小区的供热由区房屋土地管理局和房地产开发公司负责 。 3.2.7 交通运输 海淀区境内公共交通四通八达 。 共有铁路 5 条 ( 段 ), 总长 48km, 设有西直 门 、 清华园 、 五路 、 清河等 4 个车站 。 轻轨铁路 13 号线横穿海淀 。 3.3 圆明园水系变迁及其缺水原因分析 3.3.1 圆明园水系的历史及变迁 圆明园是在山前冲积扇上建立的皇家园林 。 历史上的圆明园是山水园林 , 水 域面积占全园面积的 40% 左右 。 圆明园中水体多样 , 有多种尺度的湖泊和诸多 各具情趣的小型水景 。 园内大小水面相结合 , 形成了一个完整的水系 , 园中水域 间以及地面水和地下水之间具有良性的水循环 。 圆明园水系是中国园林中最为成 功的典范之一 。 历史上圆明园主要水源为 : 由万泉河引来的玉泉山 、 香山的泉水 和山水 ; 由小清河引来温泉 、 阳台山 、 凤凰岭一带 的 泉水和山水 ; 地下水补给 。 第二次鸦片战争期间 , 圆明园遭到英法联军的劫掠焚毁 , 沦为一片废墟 。 直 至 20 世纪 30 年代末 , 圆明园所受到的破坏主要为 : “ 木劫 ” ( 园中树木及残存木 结构被当作木料出售 ) 和 “ 石劫 ” ( 遗址上残存石料被 搜罗瓜分 )。 园内用于农业 种植和渔业的水面还很少 , 基本保持原水系面貌 。 20 世纪 40 年代以来对圆明园 的破坏被称为 “ 土劫 ” 。 农户陆续入园内平山填湖 , 开田种稻 。 多处水系被填平 , 园内增加了住宅和农用建筑 。 圆明园内原有山形水系遭到破坏 , 这一情况一直持 续到 20 世纪 70 年代末 。 由于社会经济的快速发展 , 用水量激增 , 对地下水超量 圆明园东部湖底防渗工程环境影响报告书 45 开采导致水位下降 , 玉泉山等历史上圆明园的补水水源地从 50 年代起产水量逐 渐降低 , 玉泉山水系水资源枯竭 , 圆明园西北入水口关闭 , 昆明湖的水不能进入 圆明园 , 地下水位持续下降 。 为了加强对 圆明园 遗址的管理 , 1976 年底正式成立了圆明园管理处 。 管理 处对圆明园水系的恢复始于 1983 年对福海 、 绮春园疏浚 , 至今已有 60 万平米 ( 约 占原有水系的 43%) 的水系得到了不同程度的恢复 。 1999 年以前 , 圆明园水系 的用水能够基本得到保障 , 福海等景区部分恢复了原有的水系状态 。 近几年来 , 由于 北京市 干旱少雨 , 供水严重不足 , 加之地下水位 下降 , 圆明 园不能得到充分的补水 。 同时 , 各湖区湖水蒸发和下渗不断加剧 , 从而导致湖泊 干涸和演替速度加快 , 水域面积不断减小 。 园中部分水域干涸 , 长春园等 湖面干 枯时间最长达每年七个月 。 原有底泥暴露沙化 , 原有 部分沙质湖底也 因干枯而暴 露 , 造成生态退化和恶化 。 1994 年以来圆明园地区地下水监测结果显示 , 潜水层地下水位已经低于圆 明园现有水体底部 , 园内湖水和潜水层不再形成良性互补 , 而是湖水向潜水层单 向下渗 。 目前 , 供水主要靠京密引水渠进入万泉河 , 最后引入圆明园 。 1999 年后引 水数量有限 , 无法满足圆明园的用水需求 。 同时 , 万泉河河道两侧存在排污口 , 来水通过万泉河进入圆明园时经常达不到 地表 III 类水体水质标准 。 从圆明园周边水系演替过程来看 , 维持圆明园的湿地生态环境或恢复圆明园 水系的条件是有充足的来水 。 历史上圆明园水源充足 , 可以维持良好 的水交换 , 湖水下渗总量不大 。 要想恢复原有的水系 , 如果没有外来水源是解决不了问题的 。 3.3.2 当前圆明园水系缺水原因分析 当前圆明园的缺水有多方面的原因 , 包括外部和内部两个方面 。 圆明园缺水 的首要外部原因是目前北京地区水资源缺乏导致圆明园没有固定的补水指标 。 1999 年以后 , 北京连续干旱 , 海淀区水资源更为紧张 。 1999~ 2000 年海淀区 降 雨量 比多年平均值减少 40%, 水资源严重缺乏 , 水质也不断恶化 。 作为主要水 源的密云水库已达枯水警戒状态 , 用水原则上进入应急供水预案 , 即保证生活和 重点工业用水 、 压缩其他用水指标 。 在 这种情况下 , 2000 年以后圆明园的环境 3 区域环境概况与圆明园水系变迁 46 用水很难列入北京市用水计划指标 。 每年的环境和生态用水需经多方努力争取而 来 , 供水问题变得相当严重 。 造成圆明园缺水的另一个外部原因是圆明园地区潜水水位下降导致湖水单 向下渗和近年来 干旱少雨气候导致湖水蒸发量加剧 。 圆明园周边地区城市化加 快 , 已被城市生态系统所包围 , 周边地面硬化以及圆明园南北两侧的河流 ( 万泉 河和小清河 ) 河道都经过硬化处理 , 潜水层得不到有效补充 。 圆明园缺水的内部原因是圆明园位于清河古河道上 , 部分地区渗水性强 , 湖 水下渗到潜水层后随着清河古河道流向下游 。 圆明园水系 的演化决定了圆明园生态演化的方向 , 圆明园水系缺水的主要原 因是外部因素 , 即当前北京气候干旱少雨 , 水资源匮乏 , 没有充足的地表水供给 , 地下水水位下降 。 北京市水资源短缺的状况决定了圆明园缺水的现状 。 近年来圆 明园生态环境的变化也与北京市整体环境变化一致 , 受北京市大环境变化影响 。 所以 , 圆明园水系的恢复仅靠圆明园本身的努力是不够的 , 应该从北京水系的大 环境的高度来考察 , 协调水资源调配 , 从整体考虑对区域水资源 合理配置 。 圆明园水系历史演变说明 , 要恢复圆明园水系 , 首先需要保证一定的补水量 , 其次 , 所补水水质要达到一定标准 , 地表水 之间以及地表水与地下水之间还需要 一定的水循环 。 在现阶段达到上述三点存在相当的难度 , 圆明园水系的恢复将是 一项长期的工程 , 需要从实际出发 , 制定合理有效的 综合性 补水 和节水 方案 。 3.3.3 对圆明园水系恢复的认识 综合上述 对 圆明园水系历史变迁和目前缺水原因的分析 , 可得出如下基本认 识 : ( 1) 作为山水园林的圆明园 , 水是其中最活跃的因素 , 没有水 , 圆明园 的生态将会退化和恶化 。 历史上圆明园主要靠玉泉山和万泉河的水 进行补水来维持圆明园水系 , 同时园内潜水水位较高 , 地表水和地 下水可以互补 。 ( 2) 圆明园遭到英法联军劫掠后 , 园中水面荒芜 。 由 于圆明园补水水源 地产水量逐渐降低 , 地下水位下降 , 以及圆明园渐变为生产和耕种 用地 , 填湖为田 , 原有水系被人为改变 , 水域面积萎缩 。 圆明园东部湖底防渗工程环境影响报告书 47 ( 3) 80 年代开始逐步恢复圆明园水系 , 通过万泉河向圆明园输水 , 福海 等景区 水系得到部分恢复 。 近几年来 , 供水 严重不足 、 园区 地下 水 位下降 及 干旱 等原因导致部分水体处于干涸状态 。 ( 4) 北京水资源匮乏是导致圆明园缺水的主要原因 。 北京市近年持续干 旱导致圆明园没有固定的地表来水指标 , 湖水蒸发量加剧 , 地下水 水位持续下降导致圆明园湖水单向下渗 , 是造成圆明园缺水的外部 原因 。 圆明园位于清河古河道上 , 部分地区渗水性强 , 湖水渗漏严 重 是圆明园缺水的内部原因 。 ( 5) 应 从北京市水资源匮乏的实际情况出发 , 通过 水资源的 合理 调配 , 采取综合性补水和节水措施 , 逐步实现恢复圆明园山形水系的目标 。