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(xié)調和可持續(xù)發(fā)展的頭等大事。水源地生態(tài)環(huán)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(qū)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(tài)區(qū)清潔雨水收集后不經建成區(qū)直接轉輸進入飲用水水庫。

建成區(qū)設計標準內的降雨或洪水,借助新建河道末端生態(tài)庫的調蓄轉輸功能將水匯入到生態(tài)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(qū),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(tài)堤,對庫尾、現(xiàn)狀泥庫、調蓄湖進行清淤后,形成石巖河口生態(tài)庫,對生態(tài)庫匯水范圍內建成區(qū)雨水收集后,通過調蓄削峰后,從現(xiàn)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(qū)巡庫路系統(tǒng),新建庫尾濕地,并增加生態(tài)覆綠工程。

2 生態(tài)庫工程

2.1 堤址選擇

生態(tài)庫位于應人石河入水庫庫尾處,為減小生態(tài)堤施工對高速基礎的擾動,以南光高速為界,將推薦堤址區(qū)域分為高速上游區(qū)和高速下游區(qū),且距離高速基礎一定距離。擬建庫區(qū)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(tài)庫有足夠的調蓄庫容,減小洪水調節(jié)后的下泄流量和泄水建筑物的尺寸,推薦生態(tài)堤修建于高速下游區(qū)。而下游區(qū)在地形上有一天然埡口,堤身長度最優(yōu)。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(yōu)勢較為明顯。比選分析見圖1、圖2。

圖1 生態(tài)庫擬定堤址平面圖

圖2 生態(tài)庫區(qū)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(qū)總體布置

生態(tài)庫設計內容包括：生態(tài)堤工程、庫區(qū)清淤工程、巡庫路工程、庫區(qū)生態(tài)綠化工程。見圖2。

2.4 平面布置與結構設計

平面上,生態(tài)堤主體物理隔離采用直線式的混凝土堤身結構將生態(tài)庫與水源區(qū)隔離,主體堤身結構寬度7.0 m?？紤]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(tài)庫一側結合生態(tài)庫設計庫容規(guī)模,通過土方堆填進行生態(tài)堤地形塑造,同時在土方堆填區(qū)上部鋪設草皮等內容,將生態(tài)堤主體隱藏,與周圍生態(tài)環(huán)境相協(xié)調。生態(tài)堤平面布置見圖3。

圖3 生態(tài)堤岸平面布置圖

斷面上,生態(tài)堤主體結構部分為C35 鋼筋混凝土重力式結構,斷面形態(tài)類似于U型槽,在生態(tài)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?shù)缆?道路鋪設寬度為4.0 m；生態(tài)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(tài)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?shù)缆蜂佋O。堤身結構斷面圖和生態(tài)堤斷面見圖4。

圖4 生態(tài)堤工程橫剖面圖

2.5 清淤設計

根據(jù)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(tài)庫區(qū)水位,抽干生態(tài)庫積水自然曝曬后,形成干地,并進行干地清淤。根據(jù)相關規(guī)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(tài)堤上設置連通閘,保證生態(tài)庫與鐵崗主庫能相互連通,一同發(fā)揮調蓄功能。平時,水閘常關,確保發(fā)生50年一遇以下頻率的洪水時分隔鐵崗主庫與生態(tài)庫內水體；當發(fā)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(tài)庫,共同發(fā)揮水庫調蓄功能。

根據(jù)生態(tài)堤布置以及周邊地形條件,確定水閘選址位于生態(tài)堤左岸處。根據(jù)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(tài)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(xiàn)狀石巖排洪渠東側地形呈南北高、中部低的形態(tài),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(tài)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(qū)及工業(yè)園區(qū)的地面雨水,因此,新建鐵石截流溝兩段以收集并轉輸?shù)孛嬗晁列陆ń亓髑?/p>

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?；钚晕勰喾ㄐ枰B續(xù)進水來培養(yǎng)污泥,本工程只有在下雨的時候運行,進水不連續(xù),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(tǒng)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(xiàn)狀石巖排洪渠東側部分工業(yè)園內0 mm~10 mm的初雨。濕地系統(tǒng)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(tǒng)進入市政管網(wǎng),剩余雨水進入濕地處理。進入濕地系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng),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(tài)庫；水質控制：在總進水閘前放置COD、氨氮在線監(jiān)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(tài)庫。

3 結語

石巖水庫水質不穩(wěn)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(xiàn)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(huán)境問題,通過生態(tài)庫建設,可使排入水體的污染物顯著減少,大大改善水環(huán)境,保障人民的用水安全。通過景觀綠化、景觀節(jié)點及小品的實施,美化了周邊環(huán)境,改善城市面貌。