鐵崗-石巖水庫水質保障聯(lián)合運行方案研究

鐘智鋒

（深圳市西部水源管理中心石巖水庫管理所，深圳 518101）

0 引言

保障飲用水安全，滿足人民群眾對飲用水水質日益增高的需求，確保人民群眾身體健康是“以人為本、建設和諧社會、實現(xiàn)人與自然和諧及經(jīng)濟社會全面、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展”的頭等大事[1，2]。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，水資源的合理開發(fā)利用逐漸成為一個突出問題，特別是對于城市水源系統(tǒng)，其具有多水源、多用戶和多種輸配水工程的結構特點[3，4]。因此，如何實現(xiàn)水資源的科學調(diào)度管理、滿足水資源的“水質”“水量”的雙重資源屬性、提高城市飲用水的安全保障水平，是當前水資源調(diào)配研究工作的重點[5]。

近年來，深圳市高度重視飲用水安全工作，于1992 年按照《飲用水水源保護區(qū)污染防治管理規(guī)定》的要求劃定了飲用水水源保護區(qū)，并于2015 年進行修編，2018 年又再度劃定保護線。目前，寶安區(qū)轄區(qū)范圍內(nèi)劃定有鐵崗-石巖水庫、長流陂水庫和羅田水庫飲用水水源保護區(qū)。通過深入調(diào)查、分析，發(fā)現(xiàn)水庫水質存在諸多不穩(wěn)定因素，水源保護不充分。鑒于此，本文以鐵崗-石巖水庫為例，研究考慮水質保障的水庫聯(lián)合運行方案。

1 工程背景

1.1 流域概況

工程地處寶安區(qū)東北側，位于鐵崗-石巖水庫流域范圍內(nèi)，涉及石巖街道、西鄉(xiāng)街道及航城街道。鐵崗水庫位于寶安區(qū)西鄉(xiāng)街道，水庫控制流域面積為64.00 km2，屬中型水庫。鐵崗水庫入庫支流包括九圍河、應人石河、九龍坑河及石巖排洪渠，水庫下游泄洪通道主要為鐵崗排洪渠及西鄉(xiāng)河，黃麻布社區(qū)、九圍新村、料坑社區(qū)、塘頭村及應人石村等社區(qū)均位于鐵崗水庫流域范圍內(nèi)。石巖水庫位于寶安區(qū)石巖街道西北角、茅洲河上游干流，水庫與公明區(qū)相鄰，距離石巖街道建城區(qū)不足2 km，水庫控制流域面積為44.77 km2，屬中型水庫。石巖水庫入庫支流包括石巖河、白坑窩、上屋河及天圳河，水庫下游泄洪通道主要為石巖排洪渠。石巖水庫流域范圍涵蓋整個石巖街道，包括官田社區(qū)、水田村、麻布村等。

1.2 水質現(xiàn)狀及存在問題

根據(jù)國家、省、市考核方案，水庫水質達標監(jiān)測考核點不僅限于水庫取水口，入庫支流口也將列入考核點。目前，鐵崗-石巖水庫入庫支流水質指標達不到規(guī)范要求，必須通過隔離轉輸?shù)拇胧┍Ｗo水庫水質安全。水庫一級保護區(qū)內(nèi)的水源大部分來自東江引水，引水水質達到Ⅱ類水標準。東江水通過暗涵或明渠引到建成區(qū)的各大水庫，沿途超過100 km，稍有不慎東江水就會受到污染。故此，必須采取高標準、嚴要求的水質保障措施，保障東江水水質。水庫水質變差原因主要有以下幾個方面。

1）部分河域截污設施還未完全運行實施，部分污水未能及時截流轉輸，致使河道存在一定的污水，一旦暴雨來臨，部分污水被帶入水庫，影響水庫水質。

2）流域內(nèi)已有工程強調(diào)更多的是生產(chǎn)、生活用水的保障利用，但生態(tài)水資源的利用有待提升。

3）流域內(nèi)水庫水質不穩(wěn)定。根據(jù)2014—2017年鐵崗-石巖水庫連續(xù)41 個月取水口處水質監(jiān)測資料，鐵崗水庫水質優(yōu)于石巖水庫，石巖水庫水質個別月份較差，其中，鐵崗水庫、石巖水庫分別有16，3 個月的水質綜合指標達到Ⅱ類水標準；25，38個月的水質綜合指標達到Ⅲ類水標準。

4）九圍河及應人石河等河道入庫口區(qū)域雨天溢流水體存在面源污染，造成庫尾區(qū)域水質不佳，應人石河因長期存在此種情況，致使河口淤積，現(xiàn)場可嗅輕微臭味。

2 工程總體方案

根據(jù)HJ 338—2018《飲用水水源保護區(qū)劃分技術規(guī)范》《廣東省飲用水水源保護區(qū)劃分技術指引》，以及廣東省環(huán)保廳和深圳市人居委意見，進入飲用水源水庫的水體需達到Ⅱ類標準。為實現(xiàn)此目標，在避免更大范圍水源區(qū)清拆的前提下，該工程目標為在片區(qū)既有水質保障工程成效的基礎上，經(jīng)過更高標準的水庫水質保障工程措施，使入庫水體水質達標，即滿足Ⅱ類標準。水源區(qū)包含建成區(qū)和生態(tài)區(qū)兩部分，建成區(qū)雨水是污染源控制的重點區(qū)域，應與飲用水水庫隔離；而生態(tài)區(qū)雨水則是無污染的清潔水源，應作為飲用水源直接入庫，與水源區(qū)范圍調(diào)整的原則保持一致，保留生態(tài)區(qū)雨水，剔除建成區(qū)雨水，通過工程措施使水庫匯水現(xiàn)狀發(fā)生變化，避免建成區(qū)雨水入庫，是唯一適用于該項目的水庫水質保障方向。

2.1 調(diào)度分析過程

1）建成區(qū)繞排流量

根據(jù)水文分析成果（50 年一遇設計標準），鐵崗水庫流域范圍內(nèi)建成區(qū)主要排洪河道包括九圍河、應人石河兩條支流，其中，應人石河還需承擔石陂頭水庫下泄洪水；另外，現(xiàn)狀石巖水庫排洪渠東側0.85 km2建成區(qū)匯水也通過排洪渠下泄至鐵崗水庫，料坑麻布片區(qū)洪水分散行泄至鐵崗水庫；石巖水庫流域范圍內(nèi)建成區(qū)洪水主要通過石巖河匯流后排至石巖水庫。

2）建成區(qū)雨洪繞排方式

總體繞排方式可分為“調(diào)蓄后轉輸”和“直排轉輸”，其中，“調(diào)蓄后轉輸”的調(diào)蓄區(qū)又可分為“庫尾調(diào)蓄”和“庫外調(diào)蓄”。具體可總結為以下3 種形式：①庫尾調(diào)蓄后繞排。分別在鐵崗水庫九圍河口、應人石河口、石巖水庫石巖河河口，通過在現(xiàn)狀庫尾設置生態(tài)堤，將庫尾區(qū)與主庫區(qū)形成實際分隔，庫尾作為建成區(qū)雨洪調(diào)蓄池，以減小繞排轉輸流量。②庫外調(diào)蓄后繞排。分別在鐵崗水庫支流九圍河、應人石河、石巖水庫支流石巖河下游的陸域范圍內(nèi)新建調(diào)蓄池，將設計標準下的河道雨洪就地調(diào)蓄，然后再以較小的流量下泄外排。③直排轉輸。直接對九圍河、應人石河、石巖河等入口位置進行“改道”處理，通過新修明渠或挖隧洞形成河道延伸段，將設計標準下的建成區(qū)雨洪經(jīng)河道延伸段直接外排。

3）建成區(qū)雨洪繞排去處

鐵崗、石巖水庫位于深圳西部，鄰近珠江口，流域東側和南側以山地和陸域為主，北側分布有茅洲河，西側珠江口沿岸入海河道較多，分布有機場外排渠、鐵崗水庫排洪渠、西鄉(xiāng)河等多條河道。

結合下游河道區(qū)位及地形高程，茅洲河、珠江口水系分別具備承泄石巖水庫和鐵崗水庫流域雨洪的豎向條件，可通過入河方式進行繞排。

2.2 技術實施路線

根據(jù)石巖的東片區(qū)，鐵崗的九圍片區(qū)、料坑片區(qū)、應人石片區(qū)等不同的措施策略，按照具體的方案流程，提出分區(qū)處理思路下的水質保障技術路線。

1）考慮中上游段雨水收集通道，采用隧洞或暗涵的形式，在各個匯水分區(qū)雨水坡腳處設置分流溝，收集分區(qū)雨水后匯入石巖北清水隧洞。

2）在石巖河、九圍河等河口入庫庫尾設置生態(tài)堤并形成生態(tài)庫，將石巖建成區(qū)流域范圍內(nèi)的不達標雨水與引用水水源區(qū)進行隔離。小雨時，雨水進入庫尾濕地區(qū)凈化后再排入下游河道；生態(tài)庫區(qū)建立水質監(jiān)測點，當水質達到入庫標準時可進入水源水庫。

3）完善市政雨水系統(tǒng)，利用現(xiàn)狀湖體作為2 號調(diào)蓄池，新建用于配水的轉輸箱涵。1 號調(diào)蓄池用于收集轉輸0～7 mm 的雨水，在現(xiàn)狀雨水箱涵上新建1 號閘門和2 號閘門，末端新建3 號閘門。1號閘門開啟，2 號、3 號閘門關閉，0～7 mm 的初雨通過1 號閘門全部截流進1 號調(diào)蓄池，當1 號調(diào)蓄池內(nèi)水位達到設計水位時，1 號閘門關閉，2 號閘門開啟，7～30 mm 的雨水進入2 號調(diào)蓄池，當2 號調(diào)蓄池內(nèi)水位達到設計水位時，2 號閘門關閉，3號閘門開啟，大于30 mm 的雨水通過閘門流入水庫。新建1 座提升泵站，將1 號調(diào)蓄池內(nèi)的雨水提升到市政污水系統(tǒng)，進污水廠處理；另一間泵房將2 號調(diào)蓄池內(nèi)的雨水提升到隧洞的預留豎井，通過轉輸處理后排放。

4）在高度城市化建成區(qū)，城市面源污染負荷加大，污染的初期雨水進入河道是造成河流污染的主要原因之一，為此，需要對城市面源污染進行控制、收集、轉輸及處理。鑒于此工程的特點，在沿河雨水口廣泛建設棄流井或調(diào)蓄池，豐富市政綠化用水，在雨水系統(tǒng)末端控制或利用初期雨水，可以結合料坑片區(qū)的分區(qū)處理系統(tǒng)同步實施。

3 水庫聯(lián)合運行方案

石巖生態(tài)庫運行調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)含4 座閘門，分別為石巖河口六孔分水閘、截流箱涵控制閘（石巖1號閘）、生態(tài)庫控制閘（石巖2 號閘）及茅洲河截流箱涵控制閘（石巖3 號閘），其中，石巖河口六孔分水閘始終維持現(xiàn)有運行方案不變。石巖生態(tài)庫運行調(diào)度系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 石巖生態(tài)庫運行調(diào)度系統(tǒng)示意圖

石巖生態(tài)庫前設濕地，濕地控制水位為32.70 m。石巖河來水首先進入濕地，當濕地內(nèi)水位超過32.70 m 時溢流進入石巖生態(tài)庫。若連續(xù)3 d 無降雨，為防止?jié)竦貎?nèi)水質惡化，需將濕地內(nèi)水放空至石巖生態(tài)庫并下泄至茅洲河。

石巖生態(tài)庫各工況下的運行調(diào)度方案如下。

1）工況一：旱季，石巖生態(tài)庫從石巖河進行補水，石巖1 號閘關閉，來水通過生態(tài)庫前置濕地進入石巖生態(tài)庫，通過控制石巖2 號閘將生態(tài)庫水位控制在31.00～31.50 m，同時，關閉石巖3 號閘，將水排入茅洲河；來水為旱季漏排污水時，石巖1 號閘及石巖3 號閘開啟，石巖2 號閘關閉，來水通過截流箱涵排至污水廠。

2）工況二：當發(fā)生7 mm 以下初雨時，石巖1號閘及3 號閘開啟，石巖2 號閘關閉，來水通過截流箱涵排至污水廠。

3）工況三：當發(fā)生7 mm 以上、50 年一遇以下降雨時，石巖1 號閘關閉，來水通過生態(tài)庫前置濕地進入石巖生態(tài)庫，此時若氣象部門發(fā)布黃色及以上暴雨警報，通過控制石巖2 號閘將石巖生態(tài)庫水位控制在汛限水位（31.00 m），同時，關閉石巖3 號閘，將水排入茅洲河；若氣象部門未發(fā)布黃色及以上暴雨警報，通過控制石巖2 號閘將石巖生態(tài)庫水位控制在景觀水位（31.50 m），同時，關閉石巖3 號閘，將水排入茅洲河。

4）工況四：當發(fā)生50 年一遇以上降雨時，關閉石巖1 號閘，來水通過生態(tài)庫前置濕地進入石巖生態(tài)庫，開啟石巖2 號閘，關閉石巖3 號閘，將水排入茅洲河，當生態(tài)庫內(nèi)水位超過38.00 m 時，生態(tài)庫內(nèi)洪水翻過溢流壩壩頂進入石巖主庫，經(jīng)主庫調(diào)蓄后下泄。

4 結語

本文針對鐵崗-石巖水庫流域水質存在諸多不穩(wěn)定因素，以及水源保護不充分等問題，提出了考慮水質保障的鐵崗-石巖水庫聯(lián)合運行方案。該方案在片區(qū)既有水質保障工程成效的基礎上，經(jīng)過更高標準的水庫水質保障工程措施，通過鐵崗-石巖水庫的聯(lián)合運行方式，使入庫水體水質達標。該工程基于上游雨污分流、正本清源實施后，解決了旱季污染問題，通過新建石巖河口生態(tài)庫，利用現(xiàn)有排出隧洞調(diào)蓄轉輸生態(tài)水體，為下游茅洲河實現(xiàn)生態(tài)補水，在保證水資源總量不減少的前提下，提高了生態(tài)用水比例，提升了河道社會效益。