渭河臨潼城區(qū)段灘區(qū)治理工程水量分析

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710018)

上起臨潼區(qū)與高陵縣交界處(渭河秦王一號橋上游1.2 km處)，下至渭河新豐大橋下游2.0 km，河道總長度約12 km。該段主河槽寬度150～250 m，左岸灘地比較連續(xù)，秦王一號橋上游灘地比較窄，下游灘地比較開闊。灘地最寬部分約1 200 m，灘面平均寬度在900 m左右；右岸灘地面積相對較小，多為嫩灘，秦王一號橋以上灘面平均寬度約500 m，在建的秦王二號橋以下灘面為三小塊灘地，灘面寬度約800 m。

目前，工程段河道由于挖沙，多數(shù)灘面高低起伏不平，沙坑旁堆土較灘面高3～5 m，當遭遇漫灘洪水時會嚴重礙洪，易形成堤河、橫河，近堤行洪，直接威脅堤防安全。除沙坑外其余灘地上基本為附近村民所耕種，個別區(qū)段還存在有大棚。灘區(qū)耕地在汛期多種植高桿、密植的玉米等農(nóng)作物，嚴重影響行洪暢通。

1 工程建設(shè)背景

陜西省渭河全線整治規(guī)劃及實施方案提出了推進河道生態(tài)環(huán)境建設(shè)，使渭河流域生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。規(guī)劃提出以主干道路為骨架，以河濱公園、沿河生態(tài)園和城市森林為主體的流域整體生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)架，初步建立起渭河干支流綠色生態(tài)走廊，實現(xiàn)人水和諧、人與自然和諧。

規(guī)劃以渭河為軸線，通過灘地合理開發(fā)、堤防綠化、防護林種植及濱河公園建設(shè)，共同構(gòu)筑沿渭兩岸綠色生態(tài)景觀長廊，把渭河建成西部“最長、最大的生態(tài)走廊和河濱公園”；堤防兩側(cè)林帶建設(shè)背河側(cè)鄉(xiāng)村段布置經(jīng)濟林，城鎮(zhèn)段布置生態(tài)景觀林；水景觀工程在涇河口以上河段提倡河道水面、濕地，涇河口以下河段提倡堤外水面或灘地內(nèi)挖砂成湖。

渭河下游已布設(shè)了治導線，治導線外灘地可大力開發(fā)利用。根據(jù)灘地形狀、大小及所處位置，建設(shè)包括單純生態(tài)景觀用地(防護林帶、防浪林帶、綠地等)、生態(tài)旅游休閑用地(生態(tài)景觀旅游帶、漁場、天然浴場等)、休閑健身用地(沙灘排球場等)、生態(tài)農(nóng)業(yè)用地(農(nóng)業(yè)示范區(qū)、農(nóng)業(yè)觀光區(qū)、農(nóng)業(yè)體驗區(qū)等)等。

2 工程總體布局

河道治理段以高陵至臨潼界為起點，新豐渭河大橋下游2 km處為終點，治理段總長約12.0 km，整個項目區(qū)分為堤外和堤內(nèi)兩部分，其中堤內(nèi)又分為北側(cè)濕地景觀區(qū)，南側(cè)主行洪區(qū)和灘地景觀區(qū)。

堤外景觀區(qū)范圍為兩側(cè)大堤堤腳向外延伸200 m，布設(shè)景觀綠化區(qū)及景區(qū)服務(wù)設(shè)施。堤內(nèi)區(qū)域北側(cè)濕地景觀區(qū)與主行洪區(qū)之間布設(shè)灘區(qū)道路和上下游的橡膠壩隔開，濕地景觀區(qū)可防御渭河5 a一遇的洪水。

堤內(nèi)濕地景觀區(qū)需設(shè)泵站提水。渭河水不能直接做為景觀用水，布設(shè)人工濕地系統(tǒng)進行凈化處理，人工濕地系統(tǒng)按進水流程分為穩(wěn)定塘、潛流濕地和景觀湖三部分，濕地周邊布置景觀。

灘區(qū)道路與堤頂?shù)缆废噙B，為滿足濕地景觀區(qū)防洪、泄洪和排砂的需求，在灘區(qū)道路上下游各設(shè)置一座橡膠壩，橡膠壩壩頂高程與灘區(qū)道路相同。

南側(cè)主行洪區(qū)不改變現(xiàn)狀河勢的前提下，進行疏浚和邊坡防護。河道疏浚主要選擇在凸岸及灘地廣闊防護條件好的河段。邊坡防護主要選擇在凹岸及容易受到?jīng)_刷的河段。

景觀工程將透水路面、生態(tài)草溝、雨水花園、濱河緩沖帶等設(shè)計理念應(yīng)用到濕地景觀區(qū)及堤外兩側(cè)景觀區(qū)，并利用動植物構(gòu)建完善的水生態(tài)系統(tǒng)，達到安全、生態(tài)、和諧、美麗的效果。

3 水面工程

3.1 水面工程開挖

設(shè)計景觀水面從1號橡膠壩一直到3號橡膠壩結(jié)束，水面長度8 390 m，水面面積239.7萬 m2。

秦王一號橋上下游以濕地景觀為主，秦王二號橋及新豐渭河大橋主要以水面景觀為主。主要利用現(xiàn)狀堤防加高培后在灘面形成的取土坑，適當?shù)亻_挖形成景觀湖面?？紤]到現(xiàn)狀取土坑底高程為355.9 m，距離灘面高差約為2 m?，F(xiàn)狀取土坑邊坡較陡，多數(shù)坡比陡于1:1，如維持現(xiàn)狀，后期不但景觀性較差，也存在較大的安全隱患。設(shè)計景觀水面一方面需考慮蓄水后的景觀性，另一方面需考慮到后期的安全性，綜合考慮設(shè)計水面蓄水深度為1.5 m，1號和2號橡膠壩之間水面高程為355.80 m，水面平整底高程為355.40～353.20 m；2號和3號橡膠壩之間水面高程為353.20 m，水面平整底高程為353.20～351.70 m。兩岸邊坡按照不小于1:5進行開挖。

3.2 湖底防滲設(shè)計

根據(jù)地質(zhì)資料，本次工程段內(nèi)地層結(jié)構(gòu)為上下二元結(jié)構(gòu)，上部為粉土，下部為中砂。粉土層厚度在0.6～1.7 m，中砂厚度大于3m。砂層滲透系數(shù)為3.3.×10-2m/s，湖水滲透量較大，因此需對湖底采取防滲處理。

為了解決蓄水區(qū)嚴重的滲漏問題，需要對蓄水區(qū)采取一定的防滲處理措施以滿足濕地湖泊的蓄水要求。因此對蓄水區(qū)湖底進行防滲設(shè)計。

考慮到工程區(qū)左岸渭北塬區(qū)黃土儲量豐富，壤土層適合植物生長、水生物棲息，不破壞生物生態(tài)系統(tǒng)，不影響湖區(qū)的水質(zhì)，因此推薦采用粘土對湖泊底部進行防滲處理。鋪筑回填50 cm厚粘土，鋪設(shè)于整個蓄水區(qū)域。

3.3 水量供需平衡分析

3.3.1 工程用水量分析

橡膠壩建成后，橡膠壩蓄水區(qū)正常蓄水深度為0.40～1.90 m，蓄水長度8 390 m，水面面積239.7萬 m2，靜態(tài)蓄水量為359.55萬 m3。由于橡膠壩比較高，在水量充足的情況下，可以形成1.5～2.0 m的水深。在運行期間，因蒸發(fā)、滲漏會引起部分水量損失，汛期塌壩運行后需重新蓄水，因此需進行用水量計算分析。

1)壩袋需水量。一號壩和二號壩充水量共為3.80萬 m3。根據(jù)《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》要求，壩袋充壩時間一般為5 h，坍壩時間一般為1.5 h。

2)水面蒸發(fā)損失水量。興建水生態(tài)工程后，水生態(tài)工程蓄水區(qū)由陸面變成了水面，因水面蒸發(fā)大于陸面蒸發(fā)，故需進行蓄水區(qū)蒸發(fā)增損計算。水生態(tài)工程蒸發(fā)增損為水生態(tài)工程蓄水區(qū)多年平均蒸發(fā)量減去建水生態(tài)工程前蓄水區(qū)多年平均陸面蒸發(fā)量。

臨潼區(qū)渭河城區(qū)段水生態(tài)建設(shè)工程以上流域多年平均面雨量為553.3 mm，流域徑流深為66.7 mm，則流域陸面蒸發(fā)為486.6 mm，水生態(tài)工程蒸發(fā)增損量為512.0 mm。

根據(jù)規(guī)劃區(qū)氣象觀測資料，蒸發(fā)增損為512 mm，本次橡膠壩蓄水區(qū)面積239.7萬 m2，計算得水面增損為122.73萬 m3。

3)滲透損失水量。據(jù)本次地勘工作揭示該段處渭河盆地中東部開闊地帶，渭北黃土臺塬南緣和渭河下游沖積平原區(qū)，第四系風積黃土、沖洪積物、湖積物廣布，巖性為黃土、壤土、砂壤土、砂土、砂礫石等。近河地帶地下水埋深4～10m。從現(xiàn)場及室內(nèi)滲透試驗可知，蓄水區(qū)土層滲透系數(shù)不大，由于蓄水區(qū)蓄水后水頭差僅1.5 m，且均位于現(xiàn)狀灘面以下，因此，蓄水后蓄水區(qū)滲漏量不會太大。滲漏損失量2 030.55萬 m3。

4)水體更新水量。為避免橡膠壩蓄水區(qū)水體水質(zhì)惡化，水體應(yīng)保持流動性，不斷地更新置換，夏季按照15 d更新補水1/3蓄水量，則夏季三個月更新需補水719.10萬 m3；春秋兩季按照20 d更新1/3蓄水量，則完全置換水體共需水1 078.65萬 m3；冬季按照30 d更新1/3蓄水量水體一次，則水體共需水359.55萬 m3。另外，遇到洪水或者檢修按照一年平均塌壩5次，需要水量1 797.75萬 m3。合計全年橡膠壩蓄水區(qū)需更新水體量為3 955.05萬 m3。

5)總需水量。經(jīng)過以上分析計算，本次水面工程年總需水量包含橡膠壩壩袋需水量、蒸發(fā)損失量、水體更新水量，合計為6 112.13萬 m3。

3.3.2 可利用水資源量

1)渭河地表水。渭河屬于雨源性河流，徑流泥沙隨降雨而變化，并具有年內(nèi)分配不均，年際間變化大等特點。根據(jù)臨潼水文站1961～2011年共51 a實測資料統(tǒng)計，臨潼水文站多年平均徑流量64.92億 m3，年最大徑流量為176.4億 m3，年最小徑流量為18.19億 m3，變幅達9.70倍；實測最大洪峰流量為7 610 m3/s，最小流量為1.50 m3/s。

渭河也是一條多泥沙河流，并具有水沙異源的特點，徑流主要來源于咸陽水文站以上干流和右岸支流，而泥沙主要來源于涇河等北岸支流。臨潼水文站多年平均輸沙量2.88億 t，多年平均含沙量44.4 kg/m3，最大年輸沙量為9.97億 t，最小年輸沙量為0.408億 t，變幅達24.4倍。實測最大含沙量為996 kg/m3。

渭河年內(nèi)水沙量主要集中在汛期(6～10月)，其中多年平均汛期水量為41.91億 m3，占多年平均水量的65.0%；多年平均汛期沙量為2.77億 t，占多年平均沙量的95.2%。

臨潼水文站多年平均徑流量64.92億 m3，渭河在汛期洪水比較大，洪水挾帶大量泥沙不可利用，因此扣除70%左右不可利用的洪水45.44億 m3，扣除10%含泥沙含量不達標的水6.49億 m3，扣除10%水質(zhì)不達標的水6.49億 m3，河道可利用徑流量為6.49億 m3。

2)地下水。根據(jù)工程區(qū)附近區(qū)域水文地質(zhì)資料，工程區(qū)附近地下水主要為其下40～50 m深度內(nèi)賦存第四系孔隙潛水，一般水位埋深4～10 m。承壓水與潛水水力聯(lián)系密切。由于地勢低平，洼地面積大，潛水礦化度高，氟含量也普遍較高，是典型的飲水型地氟病分布區(qū)。受北高南低地勢控制，區(qū)內(nèi)整體上北岸漫灘及階地地下水補給河水，河水則補給南岸的漫灘及階地地下水。由于河道附近地下水和河水的相互補給關(guān)系，所以不宜在河道附近取地下水。

3)污水處理廠達標排放水。遠期可考慮利用渭北工業(yè)園區(qū)污水處理廠處理過的中水。

4)在工程秦王一號橋北側(cè)4.5 km處的北田鎮(zhèn)馬陵村有涇惠渠九支渠的斗渠，可以利用該斗渠農(nóng)閑時的退水，沿北田鎮(zhèn)至行者街辦的公路通過鋪設(shè)4.5 km長的PE管道來實現(xiàn)汛期和枯水期的補水。

經(jīng)過以上分析，渭河來水作為橡膠壩蓄水的主要水源，在汛期和枯水期可考慮用地下水作為應(yīng)急水源為橡膠壩汛期和枯水期補水。

3.3.3 供需水量平衡分析

渭河臨潼站多年平均徑流量為64.92億 m3，河道可利用徑流量為6.49億 m3(扣除洪水和不達標的水)，橡膠壩年總需水量為6 112.13萬 m3，水量可以滿足橡膠壩需水要求。若遇枯水年或枯水期，可由該區(qū)域地下水補給。

4 水量水質(zhì)保障措施

渭河現(xiàn)狀水質(zhì)難以滿足橡膠壩對水質(zhì)的要求。需要在工程區(qū)設(shè)置濕地凈化區(qū)來凈化水質(zhì)。需要注意的是在工程建成后，不能在工程區(qū)及橡膠壩上游設(shè)排污管道，禁止污水進入渭河，使渭河水質(zhì)滿足《城市污水再生利用—景觀環(huán)境用水水質(zhì)》的湖泊類景觀用水標準。

(1)達標排放水水質(zhì)要達標。污水深化處理水作為遠期的主要水源，其水質(zhì)必需要滿足河道外湖泊類景觀用水。

(2) 排污口限制性要求。為了保證工程區(qū)用水水質(zhì)，排水按照污水集中處理原則布置排水系統(tǒng)，規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)其它零散排污口一律關(guān)閉，均引入污水處理廠處理后達標排放。

(3) 完善水質(zhì)監(jiān)測體系。要實時監(jiān)測橡膠壩區(qū)和湖區(qū)水質(zhì)情況，建立完善的入河排污監(jiān)測與監(jiān)督管理體系，強化入河排污監(jiān)督管理，提高地下水、規(guī)劃區(qū)外入河排污口、取水口等的實時監(jiān)測水平。

(4) 區(qū)域水體水質(zhì)改善措施。當湖區(qū)水體中的懸浮物(如泥、沙、有機物)增多，水體的透明度下降，水質(zhì)發(fā)渾時，可以通過引水、換水的方法，稀釋水中的雜質(zhì)濃度，以此來降低雜質(zhì)的濃度。另外，考慮了應(yīng)急水源方案：引用地下水作為補水方案，利用水量稀釋水中污染物濃度，改善水質(zhì)。

另外，可利用培育的生物或培養(yǎng)、接種的微生物的生命活動，對水中污染物進行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用，從而使水體得到恢復。

5 結(jié)語

(1)通過詳細分析計算壩袋需水量、水面蒸發(fā)損失水量、滲透損失水量、水體更新水量，得出總需水量，根據(jù)當?shù)厮Y源現(xiàn)狀，提出渭河地表水、地下水、污水處理廠達標排放水、渠道退水等水源綜合供水方案，實現(xiàn)了多泥沙、缺水地區(qū)生態(tài)治理工程供水問題。

(2)針對蓄水區(qū)嚴重滲漏問題，提出采用粘土對湖底進行防滲處理措施，黃土儲量豐富，壤土層適合植物生長，水生物棲息，不破壞生物生態(tài)系統(tǒng)，不影響湖區(qū)的水質(zhì)，實現(xiàn)了生態(tài)性。

(3)針對現(xiàn)狀水質(zhì)難以滿足用水要求問題，提出了水質(zhì)保障措施，確保工程安全、正常運行。