邢臺(tái)市大沙河綜合治理需水量和保障措施分析

劉維娜

（河北供水有限責(zé)任公司，石家莊 050011）

1 項(xiàng)目緣由

邢臺(tái)市大沙河綜合治理項(xiàng)目（生態(tài)蓄水及景觀工程）， 是在邢臺(tái)市大沙河綜合治理工程的基礎(chǔ)上，在保障兩岸防洪安全的前提下， 進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)部分干涸河床蓄水。為落實(shí)十九大生態(tài)文明建設(shè)精神，按照建設(shè)美麗河北的要求，以及改善景觀環(huán)境的需要，通過(guò)河道蓄水景觀建設(shè)，帶動(dòng)招商引資，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。對(duì)大沙河進(jìn)行生態(tài)蓄水及景觀建設(shè)， 對(duì)改善兩岸的自然環(huán)境、后期沿河土地的有序開發(fā)利用、周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著十分重要的意義。

2 項(xiàng)目概況

邢臺(tái)市大沙河綜合治理項(xiàng)目（生態(tài)蓄水及景觀工程）主要任務(wù)為：在河道主槽修建蓄水工程和蓄水區(qū)周邊景觀改造， 進(jìn)行水生態(tài)修復(fù)和改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。 蓄水位置分別位于鋼鐵路橋上下游、107國(guó)道橋上下游、石武高鐵上下游。工程治理主要內(nèi)容包括蓄水區(qū)開挖、防滲和防沖；新建擋水堰；橋底防護(hù)；管道引水和景觀綠化。

該工程建成后，在鋼鐵路橋、107國(guó)道橋、石武高鐵上下游形成7處水面，工程總投資2.07億元。

該工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)設(shè)計(jì)流量而定。 根據(jù)朱莊水庫(kù)洪水調(diào)度方式，5年一遇洪水水庫(kù)限泄200m3/s，而沙河邢都公路橋處5年一遇設(shè)計(jì)洪水為391m3/s，河道生態(tài)蓄水及景觀工程建在設(shè)計(jì)河底以下， 位于河道主槽內(nèi)，因此工程防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為200m3/s，校核標(biāo)準(zhǔn)為391m3/s。

3 需水量及保障措施分析

3.1 總需水量

景觀生態(tài)環(huán)境需水量是維持河流與其水文周邊景觀生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的完整性不受破壞所需的水量［1］。

需水量計(jì)算分析包括生態(tài)景觀蓄水量分析和蒸發(fā)滲漏量等補(bǔ)水分析，計(jì)算時(shí)要滿足：①保持0.5m以上的生態(tài)景觀水深；②以地面以下0.5m控制蓄水高程；③形成單項(xiàng)流動(dòng)；④滿足親水駁岸要求等條件［2］。

3.1.1 蓄水總量

邢臺(tái)市大沙河綜合治理項(xiàng)目（生態(tài)蓄水及景觀工程）布置蓄水水面7處，連接渠1條，位置分別為：鋼鐵路橋東西兩側(cè)，鋼鐵路橋西為1#蓄水區(qū)，鋼鐵路橋東為2#蓄水區(qū)；107國(guó)道橋中間及東西兩側(cè)， 從上游至下游分別為3#蓄水區(qū)、4#蓄水區(qū)和5#蓄水區(qū)； 石武高鐵上下游的6#、7#蓄水區(qū)。2#蓄水區(qū)和3#蓄水區(qū)之間有連接渠相連接。

3.1.1.1 1#蓄水區(qū)和2#蓄水區(qū)

1#和2#蓄水區(qū)位于鋼鐵路橋東西兩側(cè)，1#蓄水區(qū)位于鋼鐵路橋西側(cè)， 該處河底現(xiàn)狀為南北兩支匯流處。 擬定對(duì)該處進(jìn)行主槽擴(kuò)挖，設(shè)計(jì)蓄水位65.45m，平均蓄水深度約1.5m。 對(duì)鋼鐵路橋橋底進(jìn)行整治，形成自然跌水。 蓄水面積約18.11萬(wàn)m2， 最大蓄水量約27.16萬(wàn)m3。 2#蓄水區(qū)位于鋼鐵路橋東側(cè)，該處河底下挖后，由新建1#擋水堰實(shí)現(xiàn)擋水。 設(shè)計(jì)蓄水位63.95m，平均蓄水深度約1.5m，蓄水面積約17.97萬(wàn)m2，最大蓄水量約26.95萬(wàn)m3。

3.1.1.2 3#、4#和5#蓄水區(qū)

3#蓄水區(qū)位于107國(guó)道西橋上游，開挖后設(shè)計(jì)蓄水位57.35m，平均蓄水深度約1.45m。 對(duì)107國(guó)道西橋蓄水區(qū)范圍橋底進(jìn)行整治，形成自然跌水。本處蓄水面積約6.83萬(wàn)m2，最大蓄水量約9.9萬(wàn)m3。

4#蓄水區(qū)位于107國(guó)道東西兩橋之間， 開挖后設(shè)計(jì)蓄水位57.05m，平均蓄水深度約1.66m。 采用東橋橋底現(xiàn)狀河床實(shí)現(xiàn)擋水并對(duì)其進(jìn)行整治，形成跌水。 本處蓄水面積約2.57萬(wàn)m2，最大蓄水量約4.27萬(wàn)m3。

5#蓄水區(qū)位于107國(guó)道東橋下游，該處河底下挖后，由新建2#擋水堰實(shí)現(xiàn)擋水。 設(shè)計(jì)蓄水位55.75m，平均蓄水深度約1.68m，蓄水面積約13.6萬(wàn)m2，最大蓄水量約22.87萬(wàn)m3。

3.1.1.3 6#和7#蓄水區(qū)

6#蓄水區(qū)位于石武高鐵上游，天然蓄水位53.4m，蓄水面積約114萬(wàn)m2，蓄水量約219.9萬(wàn)m3。

7#蓄水區(qū)位于石武高鐵下游，天然蓄水位53.0m，蓄水面積50萬(wàn)m2，蓄水量約127.9萬(wàn)m3。

3.1.1.4 連接渠

2#蓄水區(qū)和3#蓄水區(qū)之間用連接渠相連接。 連接渠為明渠，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2.27km，設(shè)計(jì)底寬0.8m，邊皮1∶3，蓄水深度0.5m，蓄水面積約0.86萬(wàn)m2，蓄水量約0.43萬(wàn)m3。

綜 上，1#～7#蓄 水區(qū)蓄水總面積約223.94萬(wàn)m2，蓄水總量約439.39萬(wàn)m3。項(xiàng)目區(qū)蓄水面積及總蓄水量如表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)蒸發(fā)月分配計(jì)算

3.1.2 總需水量分析

根據(jù)《全國(guó)第三次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)（河北省部分）》（河北省水文水資源勘測(cè)局，2020年4月） 水面增發(fā)折算系數(shù)， 邢臺(tái)地區(qū)多年平均蒸發(fā)量1240mm。 在不考慮換水的情況下， 在正常蓄水后每年的需水量主要用于滿足蒸發(fā)和滲漏。根據(jù)相關(guān)資料計(jì)算，項(xiàng)目區(qū)多年平均需水量為1922.14萬(wàn)m3， 其中用于蒸發(fā)277.68萬(wàn)m3， 滲漏約1104.37萬(wàn)m3（其中6#和7＃蓄水區(qū)滲漏量約1089.71萬(wàn)m3），引水管道損失量9.12萬(wàn)m3（按年總需水量5%考慮）。為防止水體富營(yíng)養(yǎng)化，在1#～5＃蓄水區(qū)（包括連接渠）考慮一年換2次水的情況下，6#和7＃蓄水區(qū)不考慮換水，除蒸發(fā)、滲漏和管道損失補(bǔ)給量以外還需新增需水量530.98萬(wàn)m3，項(xiàng)目區(qū)需水量共計(jì)1922.14萬(wàn)m3。

工程所在位置蒸發(fā)損失內(nèi)分配表1。項(xiàng)目區(qū)需水量如表2。

表2 項(xiàng)目區(qū)年需水量成果 單位：萬(wàn)m3

續(xù)表2

3.2 區(qū)域地質(zhì)概況

3.2.1 地形地貌

工程區(qū)地貌屬于華北沖洪積平原區(qū)， 總體地勢(shì)西高東低，地形較為開闊平坦。 河流途經(jīng)山區(qū)、丘陵及平原，河流蜿蜒曲折，河道上游呈樹枝狀發(fā)育。

3.2.2 地層巖性

工程區(qū)揭露的地層巖性主要為第四系（Q4）松散沉積地層，現(xiàn)由上至下分述如下。

（1）人工堆積層（Qs）：為河流兩岸的人工填筑堤防，填筑材料主要為中細(xì)砂及壤土、砂壤土。 京廣鐵路以上左岸無(wú)堤防，右岸高廟～油村段堤防主要由中砂填筑，黏土材料包膠；京廣鐵路以下兩岸多修筑堤防，由中、細(xì)砂填筑，黏土包膠。

多年來(lái)，河道砂料被頻繁盜采，最大開采深度達(dá)50m以上，天然沉積地層遭受嚴(yán)重破壞。

3.2.3 水文地質(zhì)條件

勘察期間， 在鋼鐵路橋與京廣鐵路之間有地表明流，在京廣鐵路橋上游附近斷流。地表水接受降水及上游水庫(kù)放水的補(bǔ)給，沿途蒸發(fā)，同時(shí)滲入地下。在京廣鐵路橋上游附近由于開采砂料時(shí)破壞了天然隔水地層，導(dǎo)致地表水流到此處時(shí)最終斷流。

地下水類型主要為第四系孔隙潛水，勘察期間在勘察范圍內(nèi)（勘探點(diǎn)基本位于漫灘部位）地下水埋深0.5～8.3m，含水層主要為砂性土，為中等富水的含水層，受大氣降水及上游補(bǔ)水影響， 補(bǔ)排條件一般為地表水補(bǔ)充地下水。勘探范圍內(nèi)的地下水埋深變化較大，并且與季節(jié)變化高度相關(guān)，豐水期埋深小，甚至有地表水流，枯水期在斷流河段的地下水埋深可達(dá)20m以上。 大沙河部分河段分布有上層滯水，局部形成地表水體。

3.2.4 景觀蓄水工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

勘察期間，1#，2#砂坑的地下水埋深0.8～1.27m。細(xì)砂的滲透系數(shù)在10-3cm/s量級(jí)，為中等透水；卵石的滲透系數(shù)在10-1cm/s量級(jí)，為強(qiáng)透水。 建議設(shè)計(jì)時(shí)采取必要的防滲措施。

3#，4#，5#砂坑的地下水埋深4.1～5.5m。細(xì)砂的滲透系數(shù)在10-3cm/s量級(jí)，為中等透水；中砂的滲透系數(shù)在10-2cm/s量級(jí)，為強(qiáng)透水；卵石的滲透系數(shù)在10-1cm/s量級(jí)，為強(qiáng)透水。 建議設(shè)計(jì)時(shí)采取必要的防滲措施。

6#，7#砂坑內(nèi)有地表水。 勘探點(diǎn)沿砂坑周邊布置，勘探點(diǎn)的地下水埋深0.8～4.1m。 細(xì)砂的滲透系數(shù)在10-3cm/s量級(jí)，為中等透水；中砂的滲透系數(shù)在10-2cm/s量級(jí)，為強(qiáng)透水。

3.3 保障措施

3.3.1 水源分析

本工程河段生態(tài)補(bǔ)水水源主要為朱莊水庫(kù)和下游污水處理廠處理后的中水。

朱莊水庫(kù)現(xiàn)狀供水對(duì)象主要為向邢臺(tái)市和下游灌區(qū)農(nóng)業(yè)供水，水庫(kù)下游有朱南灌區(qū)和朱北灌區(qū)，朱南灌區(qū)灌溉面積0.92萬(wàn)hm2， 朱北灌區(qū)灌溉面積0.64萬(wàn)hm2。為維護(hù)下游河段沿岸植被生態(tài)系統(tǒng)和河道生態(tài)環(huán)境，減輕建設(shè)項(xiàng)目取水對(duì)下游河道生態(tài)的影響，朱莊水庫(kù)現(xiàn)狀保留有下游河道生態(tài)用水指標(biāo)。 按水庫(kù)壩址斷面多年平均天然徑流量的10%確定朱莊水庫(kù)多年平均生態(tài)徑流量為2159萬(wàn)m3。

由于河道內(nèi)地質(zhì)條件不滿足明渠引水的要求，因此蓄水工程引水方式主要結(jié)合現(xiàn)有引朱濟(jì)邢輸水線路和新建引水管道供水。引朱濟(jì)邢輸水線路是自朱莊水庫(kù)低機(jī)組電站尾水池引水，沿沙河右岸河灘自西向東敷設(shè)，在金牛洞附近穿沙河主河槽再向東沿沙河左岸河灘敷設(shè)， 于沙河大橋收費(fèi)站南側(cè)穿邢都公路，過(guò)固坊村南離開河灘沿東北方向上岸，在羊范村東主干管分成兩條支線，即鋼廠支線和電廠支線。 兩條支線分開后電廠支線向東南過(guò)伍仲煤礦與葛泉煤礦技術(shù)分界線（進(jìn)入沙河河灘），橫穿皇家煤礦（小煤礦），線路再向東在河灘內(nèi)沿邢臺(tái)煤礦邊界線敷設(shè)， 而后，折向北穿電廠兩座粉煤灰灰池之間上岸， 經(jīng)洛陽(yáng)西村南，再向北過(guò)新臥莊西至電廠；鋼廠支線向北穿七里河，再折向東至鋼廠。引朱濟(jì)邢是一項(xiàng)為邢臺(tái)鋼廠、邢臺(tái)電廠二大企業(yè)供水的輸水工程， 設(shè)計(jì)供水總流量1.60m3/s，其中鋼廠0.55m3/s、電廠1.05m3/s。

引朱濟(jì)邢電廠支線粉煤灰壩段距項(xiàng)目區(qū)1#～5#蓄水區(qū)較近， 項(xiàng)目區(qū)1#和2#蓄水區(qū)位于鋼鐵路橋東西兩側(cè)，3#～5#蓄水區(qū)位于107國(guó)道橋中間及東西兩側(cè)，因此以上5個(gè)水面從引朱濟(jì)邢電廠支線洛陽(yáng)西村南新建引水管道引水。新建引水管線工程起點(diǎn)為引朱濟(jì)邢電廠支線管線洛陽(yáng)西村南，供水終點(diǎn)為1#，2#蓄水區(qū)。

沙河?xùn)|環(huán)漫水路西側(cè)南岸現(xiàn)有沙河市污水處理廠（嘉誠(chéng)環(huán)保），6#，7#蓄水區(qū)位于石武高鐵上下游，距污水處理廠較近，因此6＃蓄水區(qū)水源采用2個(gè)污水處理廠退水。

南水北調(diào)中線總干渠北岸規(guī)劃有鄧莊泵站，遠(yuǎn)期可考慮南水北調(diào)中線總干渠生態(tài)補(bǔ)水。

3.3.2 可供水量分析

引朱濟(jì)邢輸水管線設(shè)計(jì)供水總流量1.60m3/s，其中鋼廠支線0.55m3/s、電廠支線1.05m3/s，年設(shè)計(jì)年供水能力約5000萬(wàn)m3。 引朱濟(jì)邢輸水管線現(xiàn)狀每年供水量約2000萬(wàn)m3左右，2019年僅供水1500萬(wàn)m3。 年均剩余供水能力約3000萬(wàn)m3，1#～5＃蓄水區(qū)需水量約281.27萬(wàn)m3，因此引朱濟(jì)邢輸水管線電廠支線可滿足1?！?＃蓄水區(qū)的蓄水要求。

沙河?xùn)|環(huán)漫水路西側(cè)南岸現(xiàn)有沙河市污水處理廠（嘉誠(chéng)環(huán)保），處理后中水退水量約4.5萬(wàn)m3/d。 退水水質(zhì)為一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，可作為河湖生態(tài)用水。 王快污水處理廠日處理能力1萬(wàn)m3，目前中水退水量約0.4萬(wàn)m3/d。2個(gè)電廠中水退水量共計(jì)約4.9萬(wàn)m3/d， 年退水量約1788.5萬(wàn)m3， 經(jīng)計(jì)算分析6#和7＃蓄水區(qū)兩個(gè)水面年需水量約1640.87萬(wàn)m3，因此2個(gè)污水處理廠處理后的中水退水量滿足6#和7＃蓄水區(qū)的蓄水要求。

3.3.3 新建引水管道規(guī)模

供水管線工程起點(diǎn)為引朱濟(jì)邢電廠支線管線粉煤灰壩處洛陽(yáng)西村南， 供水終點(diǎn)為鋼鐵路橋東西兩側(cè)的1#，2＃蓄水區(qū)。

根據(jù)鋼鐵路橋附近的1#，2＃蓄水區(qū)和107國(guó)道橋處的3#，4#，5＃蓄水區(qū)需水量和蓄水時(shí)間估算3處水面新建管道供水規(guī)模，5個(gè)水面和連接渠蓄水量共約91.59萬(wàn)m3，按蓄水時(shí)間31d估算，5個(gè)蓄水區(qū)新建引水管道規(guī)模為0.34m3/s；考慮水面蒸發(fā)和滲漏量，新建引水管道規(guī)模須增加0.06m3/s，因此蓄水期間，新建引水管道規(guī)模為0.4m3/s。

蓄水期間，新建引水管道按0.4m3/s引水，蓄水期結(jié)束后，為滿足5個(gè)水面和連接渠的日常蒸發(fā)和滲漏水量，新建引水管道按0.06m3/s的流量引水。

在工程建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮引水管道規(guī)模，合理控制生態(tài)環(huán)境需水量的變化程度， 避免生態(tài)環(huán)境需水矛盾［3］。

4 結(jié)論與建議

邢臺(tái)市大沙河綜合治理項(xiàng)目（生態(tài)蓄水及景觀工程） 計(jì)算總需水量約1922.14萬(wàn)m3。 為了保障工程實(shí)施，根據(jù)現(xiàn)狀的工程地質(zhì)條件等，必須采取新建引水管線及其配套工程、對(duì)1#～5＃蓄水坑采取必要的防滲措施等。 通過(guò)采取措施大沙河水源充足，具備生態(tài)蓄水及景觀工程建設(shè)的條件。生態(tài)蓄水及景觀工程除了水量還包括水質(zhì)要求，即在水質(zhì)符合景觀用水的標(biāo)準(zhǔn)前提下進(jìn)行的［4］，本文關(guān)注的是水量和保障措施。 建議設(shè)置大沙河水文水環(huán)境模型的監(jiān)控和調(diào)度系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)大沙河的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、信息反饋、水質(zhì)模型預(yù)測(cè)效果評(píng)估等，得到優(yōu)化河道水資源配置方案［5］。