水庫型飲用水水源地水質保障措施研究

庾文斌

（北京燕波工程管理有限公司深圳分公司,廣東 深圳 518000）

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要求,是以人為本,確保經濟社會全面、協調和可持續發展的頭等大事。水源地生態環境的保護是水源安全保障的重中之重[1]。為滿足水庫型水源地水質保障,一方面在建成區與飲用水水源水庫之間形成物理隔離,避免不達標水體進入飲用水水庫；另一方面將生態區清潔雨水收集后不經建成區直接轉輸進入飲用水水庫。

建成區設計標準內的降雨或洪水,借助新建河道末端生態庫的調蓄轉輸功能將水匯入到生態庫進行滯蓄,確保入主庫水質達到Ⅲ類水標準,保證不達標水體與飲用水水源隔離,以起到保障水庫飲用水安全。

1 工程概況及治理思路

石巖水庫位于深圳市寶安區,水庫控制流域面積為44.77 km2,屬中型水庫,設計防洪標準為100 年一遇洪水,校核防洪標準為2000 年一遇。石巖水庫入庫支流包括白坑窩、上屋河、石巖河以及天圳河,水庫下游泄洪通道主要為石巖排洪渠。

利用水庫庫尾,通過新建生態堤,對庫尾、現狀泥庫、調蓄湖進行清淤后,形成石巖河口生態庫,對生態庫匯水范圍內建成區雨水收集后,通過調蓄削峰后,從現有石巖水庫截污工程初雨轉輸隧洞,將雨水轉輸至下游茅洲河。另外完善庫區巡庫路系統,新建庫尾濕地,并增加生態覆綠工程。

2 生態庫工程

2.1 堤址選擇

生態庫位于應人石河入水庫庫尾處,為減小生態堤施工對高速基礎的擾動,以南光高速為界,將推薦堤址區域分為高速上游區和高速下游區,且距離高速基礎一定距離。擬建庫區在東西方向呈狹長狀,南北兩岸距離變化小,因此擬定堤址中堤身長度差別不大,投資相近。為保證生態庫有足夠的調蓄庫容,減小洪水調節后的下泄流量和泄水建筑物的尺寸,推薦生態堤修建于高速下游區。而下游區在地形上有一天然埡口,堤身長度最優。綜合上述外部條件,推薦堤址位于南光高速東側約150 m處。經調洪演算分析,堤址選在此處,庫容水位和投資造價合理,優勢較為明顯。比選分析見圖1、圖2。

圖1 生態庫擬定堤址平面圖

圖2 生態庫區總體布置圖

2.2 堤型比選

考慮采用土石壩堤型結構或鋼筋混凝土堤型結構兩種結構型式,綜合考慮庫容占比、土石料使用情況、景觀性等各方面,選用鋼筋混凝土堤型結構型式。具體比選情況見表1。

表1 堤型方案比較表

2.3 庫區總體布置

生態庫設計內容包括：生態堤工程、庫區清淤工程、巡庫路工程、庫區生態綠化工程。見圖2。

2.4 平面布置與結構設計

平面上,生態堤主體物理隔離采用直線式的混凝土堤身結構將生態庫與水源區隔離,主體堤身結構寬度7.0 m。考慮到工程范圍內土方開挖量大,為就地消納部分開挖土方,在臨生態庫一側結合生態庫設計庫容規模,通過土方堆填進行生態堤地形塑造,同時在土方堆填區上部鋪設草皮等內容,將生態堤主體隱藏,與周圍生態環境相協調。生態堤平面布置見圖3。

圖3 生態堤岸平面布置圖

斷面上,生態堤主體結構部分為C35 鋼筋混凝土重力式結構,斷面形態類似于U型槽,在生態庫側則利用回填土兼做堤身和景觀塑造。堤頂高程為30.62 m,基礎大部分置于礫砂層上部,河床建基面高程為21.00 m,最大堤高9.62 m。堤身主體結構頂部寬度為7.0 m,分為隔離帶與堤頂道路,道路鋪設寬度為4.0 m；生態堤上下游擋墻臨水面鉛直,內側墻面坡度均為1∶0.15,擋墻頂寬0.5 m,上下游擋墻頂部高程30.62 m。生態堤底板外挑1.5 m,厚度2.0 m,堤底寬度為10.0 m。堤身內回填粘性土,粘性土上進行隔離帶設計和堤頂道路鋪設。堤身結構斷面圖和生態堤斷面見圖4。

圖4 生態堤工程橫剖面圖

2.5 清淤設計

根據擬定堤址位置確定本次工程的清淤范圍,總開挖方量為100.28 萬m3,其中,淤泥方量約為20.19 萬m3。擬采用圍堰抽水臺班的措施降低生態庫區水位,抽干生態庫積水自然曝曬后,形成干地,并進行干地清淤。根據相關規范要求,庫尾淤泥屬于潔凈淤泥,無需采用高標準的固化處理,同時,本工程清淤方量較少,晾曬后干地清挖的淤泥具備直接外棄條件,如再轉輸僅底泥廠脫水將額外延長工期。綜上,本工程擬對晾曬后干地清挖的淤泥直接外棄。

2.6 連通閘設計

在生態堤上設置連通閘,保證生態庫與鐵崗主庫能相互連通,一同發揮調蓄功能。平時,水閘常關,確保發生50年一遇以下頻率的洪水時分隔鐵崗主庫與生態庫內水體；當發生50年一遇或以上頻率的洪水時,水閘開啟,連通鐵崗主庫與生態庫,共同發揮水庫調蓄功能。

根據生態堤布置以及周邊地形條件,確定水閘選址位于生態堤左岸處。根據水閘的功能要求,結合閘址地形、地質條件,選頂升式平面鋼閘門做為本工程推薦方案。

設于生態堤左岸處,水閘尺寸為2 孔6.0 m×3.0 m,閘室長18 m,閘底高程為26.5 m,閘墩頂高程為30.62m。閘室上游設引水明渠長37.9 m,渠寬為13.5 m,渠底高程為26.5 m,進口設漸變弧形八字墻。閘室下游設置排水明渠長31.30 m,渠寬為13.5 m,渠底高程為26.5 m出口設漸變弧形八字墻。

2.7 新建截流渠設計

平面上,現狀石巖排洪渠東側地形呈南北高、中部低的形態,為保證新建截流渠在高程上能夠自北向南流向應人石河口生態庫,故新建截流渠采用明渠暗涵交錯的型式。由于暗涵段無法收集東側成區及工業園區的地面雨水,因此,新建鐵石截流溝兩段以收集并轉輸地面雨水至新建截流渠。

2.8 濕地設計

2.8.1 初雨處理工藝

應人石河雨污分流率達到95%和80%時,降雨厚度3.5 mm~10 mm時的污染物濃度見表2。

表2 應人石河河口水質

污水處理技術分為物理、化學、生物化學三類。對于本工程,主要從活性污泥法、絮凝沉淀法和人工濕地法三類進行比選。活性污泥法需要連續進水來培養污泥,本工程只有在下雨的時候運行,進水不連續,故活性污泥法不合理；絮凝沉淀法對氨氮去除效率地,進水氨氮濃度高,此法無法保證氨氮去除率,不合理；人工濕地法對污染物去除率高,為達到污染物較高的去除率,本次設計選用垂直潛流人工濕地。

2.8.2 濕地設計

整個濕地系統占地約5 萬m3,東側為排洪渠,東北側為沉砂池、進水頭部和粗格柵中間部分為調蓄塘、細格柵和提升泵房,西南側垂直潛流人工濕地。濕地處理的總雨水量包括應人石河流域3.5 mm~10 mm的初雨和現狀石巖排洪渠東側部分工業園內0 mm~10 mm的初雨。濕地系統主要包括沉砂池、粗格柵、調蓄塘、細格柵、提升泵房、垂直潛流人工濕地和滿足10 年一遇洪水的排洪渠。

2.8.3 運行調度

初期雨水的污染物濃度含量高,水質差,不滿足直接入庫的要求,因此這部分初雨需要經過處理后排放。本次設計初雨量為0 mm~10 mm,其中0 mm~3.5 mm的雨水經截污系統進入市政管網,剩余雨水進入濕地處理。進入濕地系統的雨水可通過水位和水質雙重措施控制。水位控制：整個濕地系統3.5 mm~10 mm的進水通過新建排洪渠的溢流堰和總進水閘來控制,通過水文模擬測算10 mm,1 h降雨,確定設計水位,從而確定堰頂標高,運行水位低于堰頂標高時,打開進水閘門,河水進入濕地系統,隨著降雨歷時增加,水位高于堰頂后,關閉閘門,大于10 mm的降水通過排洪渠直接進入下游生態庫；水質控制：在總進水閘前放置COD、氨氮在線監測儀,若3.5 mm~10 mm的降雨水質達到地表準Ⅳ,關閉閘門,雨水通過溢流堰進入排洪渠流入生態庫。

3 結語

石巖水庫水質不穩定,主要是由于入庫河道水質不達標所致。應人石河、九圍河、石巖河等鐵崗-石巖水庫主要支流水質現狀為劣V類,遠遠達不到入庫水質標準。為加快解決水庫飲用水水源地突出環境問題,通過生態庫建設,可使排入水體的污染物顯著減少,大大改善水環境,保障人民的用水安全。通過景觀綠化、景觀節點及小品的實施,美化了周邊環境,改善城市面貌。