考慮供需平衡的龍崗河流域水資源調度方案研究

張 悅，李曉娟

(深圳市龍崗河坪山河流域管理中心，廣東 深圳 518000)

隨著城鎮人口的增長及經濟的高速發展，城市河湖水污染問題日益嚴重，水環境問題成為城市發展進程中亟待解決的問題之一[1-3]。城市水環境治理過程中，通過水資源調度工程，引入清潔水源，補充河道生態水量，可以有效改善河道水環境，已經成為治理水體污染的常用手段[4]。然而現有研究多集中于龍崗河流域綜合整治[5]、雨污管網建設[6]等工程措施，對龍崗河水資源調度的研究資料不多、深度不足，更缺乏對水資源供需平衡的有效分析。基于此，本文在考慮龍崗河水資源供需平衡的基礎上，通過預測河道生態需水量、計算補水量，以滿足龍崗河流域河道生態需水量為主要目標，對龍崗河流域水資源調度方案進行研究。

1 龍崗河概況

龍崗河流域位于深圳市東北部，干流發源于梧桐山北麓，流經深圳市龍崗區所轄的橫崗、龍崗、龍城、坪地街道，以及坪山區的坑梓街道，在坑梓街道下陂村附近進入惠州市境內。河流進入惠州市蜿蜒曲折4.89 km后，從坑梓街道沙田村的北面開始，成為深圳市與惠州市的界河，界河長度為2.8 km，接納田坑水與田腳水后，流入惠州境內。龍崗河在深圳市境內河長為21.1 km，在深圳市境內流域總匯水面積為364.4 km2(田坑水河口以上)，河床平均比降為1.03‰。

龍崗河流域內共有河流36條，其中干流1條(即龍崗河)，一級支流包括梧桐山河、大康河、愛聯河、龍西河、龍崗中學排水渠、南約河、新生排水渠、丁山河、和尚徑水、黃沙河等15條，二、三、四級支流20條。

2 水資源供需平衡分析

2.1 河道生態需水量預測

河道生態需水量預測的常用方法有：R2CROSS法、濕周法等，本次結合深圳市特點，以蒙大拿法作為生態需水量預測方法。蒙大拿法即 Tennant法，是將全年分為2個計算時段，根據多年平均流量百分比和河道內生態環境狀況的對應關系，直接計算維持河道一定功能的生態環境需水量。根據Tennant法，維持河道一定功能需水量計算式如下：

(1)

式中WR為多年平均條件下維持河道一定功能的需水量；Mi為第i月天數；Qi為i月多年平均流量；Pi為第i月生態環境需水百分比。

Tennant法將1 a分為2個計算時段，4—9月為汛期，10—3月為非汛期，不同時期流量百分比有所不同。不同的河流水系其河道內生態環境功能不同，同一河流的不同河段也有差異，因此，根據實際情況選取合理的河流生態環境目標確定流量百分比。非汛期通常選取多年平均流量的10%～20%作為河道生態環境需水量、汛期選取多年平均流量的30%～40%。經比選分析，本次龍崗河生態需水量同時按保證全年河流流量在非汛期不低于20%，汛期不低于30%進行計算(見表1)。

表1 龍崗河生態需水量預測

2.2 可利用水量分析

根據深圳市水資源配置，水源主要包括地表水、地下水和非常規水資源。根據《深圳市人民政府關于印發地下水禁采區和限采區劃分方案的通知(深府規〔2018〕16號)》，為合理開發、有效利用和保護地下水資源，本次可利用水量分析不考慮地下水。

1) 可利用地表水

可利用地表水資源主要依靠水庫、山塘的集雨和蓄水能力。本文在對龍崗河流域水庫、山塘的基本特征和水資源利用情況進行詳細調查的基礎上，綜合評估各水庫、山塘作為生態補水水源的可能性。由于汛期以防洪為主，水庫、山塘按照來水即放的原則進行管理，生態補水主要考慮非汛期。通過調查，龍崗河流域可用于補水的水庫、山塘及其興利庫容和非汛期、汛期來水分別見表2所示。

表2 龍崗河流域可補水的水庫山塘 萬m3

根據深圳市各水庫管理部門上報資料，深圳市小型水庫水質多滿足地表水III類標準。龍崗河流域水質較好或達到Ⅲ類水的山塘、水庫有22座；達到Ⅳ類水的山塘、水庫有4座；達到Ⅴ類水的山塘、水庫有3座；水質劣于地表水Ⅴ類標準的有2座，分別為上禾塘和新生水庫，其水質較差主要是由于庫區歷史上或現在有部分養殖現象，加強管理后水質有較大改善空間。

2) 可利用再生水

經調查，龍崗河流域6座水質凈化廠非汛期日處理量為75.2萬m3/d(春節期間為65萬m3/d)，汛期處理量為82～91萬m3/d。此外，龍崗河流域深圳側還有7座污水處理站，合計處理能力為16.2萬m3/d；惠州側4座分散式污水處理站，合計處理能力9.25萬m3/d。龍崗河流域再生水提標后出水標準均可達到地表水Ⅴ類標準。

龍崗河流域水質凈化廠的尾水大部分直排龍崗河干流，少部分通過補水管道和加壓泵站轉輸，龍崗河流域現狀及已設計補水管總長度約 22.0 km，補水設計規模為10萬m3/d，管網主要沿河道藍線敷設，其次是沿道路敷設；已建成的加壓泵站主要布置在水質凈化廠內，部分河道需要設置沿途加壓泵站轉輸再生水(花園河、新塘河)。

2.3 水資源平衡分析

由于相關各級支流中的補水最終也會匯集到干流與一級支流，本文將效果評估限定在重要的干流斷面和主要一級支流的河口斷面位置，即龍崗河悠悠河岸、龍園、嚇陂、西湖村4個干流斷面，梧桐山河、愛聯河、南約河、大康河、龍西河、丁山河、黃沙河、田坑水、田腳水9個主要支流的河口斷面。

水資源平衡根據以下原則進行配置：① 水質較優：補水水源水質需優于河道水質目標，近期達到V類及以上標準；② 經濟可行：優先利用有補水管道的再生水，其次考慮非供水水庫補水，最后考慮供水水庫。

據此分別對龍崗河流域汛期和非汛期水資源平衡進行分析。

1) 非汛期水資源平衡分析

非汛期天然降水量較少，平均只占年降水量的11.8%。11月和12月降水量近乎為0，考慮蒸發、下滲等因素，天然降水難以匯集為河道徑流。因此，應側重補給河道非汛期的生態需水量，主要水源有再生水和水庫山塘的蓄水。

① 再生水

龍崗河干流的悠悠河岸和龍園斷面上游有橫崗污水處理廠，嚇陂斷面和西湖村斷面上游有橫嶺污水處理廠的尾水進行補給，補水量較充裕。各一級支流中，有補水管道或污水處理站補水的包括梧桐山河、大康河、龍西河、丁山河、南約河、田坑水、田腳水，其中丁山河、田坑水和田腳水的污水處理站建設規模較大，依靠尾水即可滿足生態需水量的要求。

② 非供水水庫山塘

非供水水庫的可補給水量，采用興利庫容加上非汛期水庫集雨面積的徑流量進行計算，可釋放水量合計為1 840.96萬m3/a。水庫和河道對應關系見表3。

③ 供水水庫

由表3可知，在非供水水庫山塘聯合補給河道生態需水的情況下，龍西河存在的生態需水量缺口較大，為729.6萬m3，愛聯河的生態需水量缺口為517.09萬m3，其次是黃沙河、梧桐山河。

表3 龍崗河流域非供水水庫補水路徑和補水量—非汛期 萬m3

④ 缺水量

梧桐山河和黃沙河無供水水庫，在非供水水庫山塘和已有再生水補水管道調蓄的前提下，分別存在107.91萬m3和200.5萬m3生態需水量缺口。由于橫崗水質凈化廠距梧桐山河較近，橫嶺水質凈化廠距離黃沙河較近，橫崗及橫嶺水質凈化廠富余量可滿足梧桐山河及黃沙河生態需求量的缺口，因此,可考慮新建橫崗水質凈化廠至梧桐山河、橫嶺水質凈化廠至黃沙河再生水補水管道，計算非汛期補水管道所需補水規模分別為0.6 m3/d和1.1 m3/d。

2) 汛期水資源平衡分析

龍崗河流域汛期來水量較大，在剔除水庫集雨量的情況下，干流主要斷面和各一級支流的月徑流量如表4～5，相比于河道汛期的生態需水量較大，不再需要進行生態補水。

表4 龍崗河流域汛期生態需水量和徑流量 萬m3

表5 龍崗河流域生態需水量調度路徑-非汛期

3 龍崗河水資源調度方案

3.1 非汛期水資源調度方案

由以上分析可知，在非汛期內，龍崗河干流各主要斷面有污水處理廠的尾水進行補給，補水量較充裕。龍崗河流域各一級支流的生態水量有較大的區別，愛聯河需要截污，下游的橡膠壩長期處于起壩狀態，不考慮補水；丁山河、大康河、田坑水、田腳水依靠現狀已有的污水處理廠，可滿足生態需水；龍西河需上游供水水庫放水保障生態需水；黃沙河和梧桐山河存在一定的生態需水量缺口，建議新建補水管分別由橫嶺及橫崗水質凈化廠補水至黃沙河及梧桐山河。

3.2 汛期水資源調度方案

由于當龍崗河流域汛期遭遇降水時需進行防洪調度，因此，龍崗河流域汛期水資源調度方案主要分為日常水資源調度和防洪調度。

1) 日常水資源調度

水資源平衡分析表明，龍崗河流域汛期來水量較大，在剔除水庫集雨量的情況下，干流主要斷面和各一級支流的月徑流量遠大于河道生態需水量，因此，不再需要進行生態補水，主要考慮改善河道水質的環境補水。

同時，為充分利用水資源，汛期非雨天可考慮利用梧桐山河、大康河、龍西河和南約河、丁山河、黃沙河、田坑水、田腳水上游水質較好的水庫山塘和已有的再生水補水管道設施進行河道補水。

表6 龍崗河流域汛期環境改善型補水路徑

2) 防洪調度

汛期遭遇降水時，水庫運行優先考慮防洪調度，為減輕下游的洪水災害，再生水補水管道和設施關閉。

3.3 重大節日或體育賽事水資源調度方案

重大節日或體育賽事，特別是涉及到河道的體育賽事(如龍舟賽、賽艇比賽、景觀巡游等)，應遵循實際需要，對水資源進行實時調度。

以龍舟賽為例，龍舟賽活動區域為龍園橡膠壩上游，龍園公園內，活動期間在汛期日常調度的基礎上，提前兩天，將龍園橡膠壩充氣起壩，壅高水位，以保障活動期間河道需水。

4 結語

本文通過分析龍崗河流域汛期和非汛期水資源供需平衡，分別提出了龍崗河汛期、非汛期和重大節日或體育賽事水資源調度方案。結論如下：① 非汛期，龍崗河流域干流各主要斷面有污水處理廠的尾水進行生態補水補給、補水量較充裕，各一級支流根據生態需水量和實際補水工程情況的不同進行補給；② 汛期日常情況不需進行生態補水、部分河段可根據需要充分利用水資源進行補水，遇降雨時以防洪調度為主、關閉河道補水水源；③ 遇重大節日或體育賽事時，特別是涉及到河道的體育賽事應遵循實際需要，對水資源進行實時調度；④ 上述方案能夠指導龍崗河的實際調度運行，對改善流域水生態、水環境具有一定的作用。龍崗河屬雨源型河流，且隨著區域內經濟社會發展，面臨的水生態環境壓力越來越大，本次水資源調度從河道生態需水量角度出發，后續實施過程中仍應根據實際情況，與時俱進，切實實現水資源供需平衡和調度之間的最優化。