物理隔離工程對五點梅水庫群運(yùn)行影響研究

羅祖苑 , 劉 雨, 曾晨軍

(1. 東莞市水務(wù)工程建設(shè)運(yùn)營中心, 廣東 東莞 523039;2. 廣東省水利水電科學(xué)研究院,廣州 510635)

1 概述

全球氣候變暖、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，致使水資源需求日益增長，局部水環(huán)境惡化問題時有發(fā)生[1-2]。物理隔離工程是保障水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)、防范突發(fā)水污染事故的有效途徑[3]。其主要是通過建設(shè)截流渠[4]、生態(tài)調(diào)蓄塘[5]等隔離防護(hù)設(shè)施，對水源保護(hù)區(qū)進(jìn)行圍護(hù)，阻隔污染物進(jìn)入水源保護(hù)區(qū)，實現(xiàn)水資源保護(hù)區(qū)與建成區(qū)點源、面源污染的“物理隔離”[6]。

五點梅水庫群位于東莞市西南部，包括蘆花坑水庫、五點梅水庫和馬尾水庫3個小(1)型水庫。五點梅水庫群作為珠三角水資源配置工程重要的調(diào)蓄水庫之一[7]，確保優(yōu)質(zhì)的西江水源進(jìn)入調(diào)蓄水庫后水質(zhì)不降低，是供水安全的重點。水庫群現(xiàn)狀水質(zhì)為IV類至劣V類[8]，規(guī)劃在珠三角水資源配置工程正式通水前完成水環(huán)境整治和水源保護(hù)區(qū)劃定，達(dá)到II類水標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)達(dá)標(biāo)的壓力大。五點梅水庫群物理隔離工程建設(shè)是保障珠三角水資源配置工程落地并發(fā)揮效益的重要舉措[9]。

五點梅水庫群集水范圍共劃分隔離區(qū)8個、清水區(qū)7個(見圖1)。隔離區(qū)通過自流或利用新建截流渠、現(xiàn)有河道收集洪水，然后在本區(qū)域內(nèi)利用現(xiàn)狀魚塘進(jìn)行調(diào)蓄，調(diào)蓄后外排，外排通道包括馬尾-五點梅水庫泄洪渠、湴田水庫和蘆花坑水庫泄洪渠，具體截排方式為：馬術(shù)場隔離區(qū)洪水通過自然匯流收集進(jìn)入魚塘調(diào)蓄，然后經(jīng)截渠排入馬尾-五點梅水庫泄洪渠；高速路隔離區(qū)洪水通過截渠收集進(jìn)入魚塘調(diào)蓄，然后經(jīng)蘆花坑水庫泄洪渠排至下游；庫灣隔離區(qū)洪水自流進(jìn)入馬尾水庫庫灣和湴田水庫調(diào)蓄，然后排至湴田水庫下游；雅瑤村隔離區(qū)1、雅瑤村隔離區(qū)2洪水通過截渠以及現(xiàn)有河道收集進(jìn)入魚塘調(diào)蓄，調(diào)蓄后進(jìn)入馬尾水庫庫灣和湴田水庫調(diào)蓄，然后排至湴田水庫下游；田心村-新村隔離區(qū)1、田心村-新村隔離區(qū)2、樹田村隔離區(qū)洪水通過截渠以及現(xiàn)有河道收集進(jìn)入魚塘調(diào)蓄，然后經(jīng)蘆花坑水庫泄洪渠排至下游。清水區(qū)洪水通過自流及清水渠收集進(jìn)入相應(yīng)水庫。五點梅水庫群隔離工程等別為III等，工程規(guī)模為中型，截流標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，清渠、截渠及水庫連通涵，均按排水渠道永久性水工建筑物確定建筑物級別。工程設(shè)計主要依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201—2014)、《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2017)等標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 五點梅水庫群隔離區(qū)劃分示意

五點梅水庫群物理隔離工程主要包括渠道15.6 km、隔離墻3.4 km、水閘9座、連通涵水閘2座、連通涵726 m、溢流堰1座、生態(tài)堤1.1 km以及生態(tài)調(diào)蓄塘清淤78.98萬m3。

本文選取珠三角水資源配置工程中的五點梅水庫群物理隔離工程為研究對象，分析工程建設(shè)對水庫群水資源量、供水保障、河道防洪、水庫特征參數(shù)等方面的影響。

2 研究方法及成果分析

2.1 分析方法

采用《松木山水庫功能定位調(diào)整對兩大供水水源工程影響論證》成果[10]，確定五點梅(含馬尾、蘆花坑)水庫1956—2016年多年平均天然徑流量。

渠道水面線計算方法基于能量方程，逐斷面采用直接步進(jìn)法推求水面線[11]。

馬尾—五點梅水庫泄洪流量計算主要包括50年一遇標(biāo)準(zhǔn)下，五點梅水庫下泄流量、馬術(shù)場調(diào)蓄塘下泄流量、馬尾水庫下泄流量、馬尾—五點梅水庫匯合渠區(qū)間流量；蘆花坑水庫泄洪流量計算主要包括50 年一遇標(biāo)準(zhǔn)下，蘆花坑水庫泄洪渠區(qū)間流量和蘆花坑壩下魚塘下泄流量。依據(jù)馬術(shù)場調(diào)蓄塘水位～塘容曲線，五點梅水庫、馬尾水庫和蘆花坑水庫設(shè)計洪水過程以及水庫水位～庫容關(guān)系、水位～泄流量關(guān)系，進(jìn)行調(diào)洪演算確定。

正常蓄水位、興利庫容、設(shè)計洪水位和校核洪水位等水庫特征參數(shù)，基于清淤擴(kuò)容工程后各水庫的水位～庫容曲線計算得到。

2.2 結(jié)果與分析

2.2.1對水資源及供水保障的影響

徑流采用《松木山水庫功能定位調(diào)整對兩大供水水源工程影響論證》成果，五點梅水庫群1956—2016年多年平均天然徑流量為1 332.0萬m3[10]。工程實施前后年徑流量計算結(jié)果見表1?？梢园l(fā)現(xiàn)，工程實施后，五點梅水庫群流域面積由14.90 km2減小至7.68 km2，多年平均天然徑流量由1 332.0萬m3減小至686.6萬m3，減小48.46%。五點梅水庫群屬珠三角水資源配置工程的調(diào)蓄水庫，水源以外調(diào)水為主，本地水資源量減少不會對水庫供水功能造成大的影響。

表1 工程實施前后年徑流量對比

2.2.2對河道防洪的影響

1) 馬尾—五點梅水庫

根據(jù)《東莞市長安鎮(zhèn)防洪治澇規(guī)劃報告(2006—2020)》(2008年)，馬尾—五點梅水庫泄洪渠全長為3.273 km，其中2.45km為馬尾—五點梅水庫泄洪渠匯合渠，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，匯合渠設(shè)計流量為55.7 m3/s[12]，實測河道大斷面顯示現(xiàn)狀渠寬為1.4～12.5 m，現(xiàn)狀水面線計算成果見圖2。根據(jù)計算成果，馬尾—五點梅水庫泄洪渠50年一遇洪水位為1.50～6.29 m，現(xiàn)狀岸頂高程為2.77～8.48 m，在考慮安全超高0.7 m后，現(xiàn)狀渠道不能滿足規(guī)劃需求。

工程實施前，50年一遇設(shè)計洪水下匯合渠洪峰流量為68.84 m3/s。工程實施后，馬尾-五點梅水庫泄洪渠承泄洪水包括馬術(shù)場魚塘調(diào)蓄后的下泄洪水、五點梅水庫下泄洪水、馬尾水庫下泄洪水以及馬尾-五點梅水庫泄洪渠的區(qū)間洪水，50年一遇標(biāo)準(zhǔn)下馬尾水庫泄洪渠與五點梅水庫泄洪渠匯口的流量過程見圖2。根據(jù)匯合渠洪水過程，50年一遇標(biāo)準(zhǔn)下匯口洪峰流量為68.62 m3/s，不超過工程前洪峰流量68.84 m3/s。因此，在承泄河涌達(dá)到規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)前提下，工程實施不增加馬尾—五點梅水庫泄洪渠的防洪壓力。

2) 蘆花坑水庫

根據(jù)《東莞市虎門鎮(zhèn)防洪排澇規(guī)劃修編(2014—2020)》成果，蘆花坑水庫泄洪渠—大寧南涌全長為4.33 km，防洪標(biāo)準(zhǔn)均為50年一遇，蘆花坑水庫設(shè)計下泄流量為21.2 m3/s，蘆花坑水庫泄洪渠設(shè)計流量為34.2 m3/s，規(guī)劃控制寬度為10.0 m；大寧南涌設(shè)計流量42.2 m3/s，規(guī)劃控制寬度為15.0 m。但根據(jù)本次實測河道大斷面，蘆花坑水庫泄洪渠現(xiàn)狀寬度為7.46～14.22 m，大寧南涌現(xiàn)狀寬度為10.04～15.92 m，現(xiàn)狀水面線計算成果見圖3。根據(jù)計算成果，蘆花坑水庫泄洪渠—大寧南涌50年一遇洪水位為4.52～9.83 m，現(xiàn)狀岸頂高程為2.67～13.97 m，在考慮安全超高0.7 m后，現(xiàn)狀渠道不能滿足規(guī)劃需求。

工程實施后，由于蘆花坑水庫可不下泄，蘆花坑水庫泄洪渠承泄洪水為蘆花坑壩下魚塘調(diào)蓄后的下泄洪水以及泄洪渠區(qū)間洪水，50年一遇標(biāo)準(zhǔn)下蘆花坑水庫泄洪渠渠末的流量過程見圖3。根據(jù)洪水過程，50年一遇標(biāo)準(zhǔn)下洪峰流量為34.12 m3/s，不超過設(shè)計流量34.2 m3/s。因此，工程實施后不增加蘆花坑水庫泄洪渠的防洪壓力。

目前蘆花坑水庫泄洪渠下游以及五點梅—馬尾水庫泄洪渠均達(dá)不到50年一遇的設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)，需要對河道進(jìn)行達(dá)標(biāo)改造。

2.2.3對水庫特征參數(shù)的影響

1) 正常蓄水位、興利庫容

工程實施后，利用多個魚塘作為生態(tài)調(diào)蓄塘，發(fā)生50年一遇及以下洪水時生態(tài)調(diào)蓄塘水不進(jìn)入水庫，因此各水庫仍可按現(xiàn)狀正常蓄水位運(yùn)行，為10.99 m。

各生態(tài)調(diào)蓄塘中，馬術(shù)場魚塘屬于五點梅水庫水域，馬尾水庫庫灣屬于馬尾水庫水域，蘆花坑北部魚塘屬于蘆花坑水庫水域，蘆花坑?xùn)|部魚塘原屬于蘆花坑水庫水域，但20世紀(jì)90年代至今一直作為魚塘管理和使用，不考慮為蘆花坑水庫水域范圍。由于蘆花坑水庫北部魚塘、馬尾水庫庫灣、馬術(shù)場魚塘屬于水庫水域，工程后不能用于水庫的興利蓄水，因此水庫興利庫容將減小。根據(jù)清淤擴(kuò)容工程，生態(tài)調(diào)蓄塘將清淤78.98萬m3，根據(jù)清淤后各水庫的水位～庫容曲線，計算得工程后興利庫容見表2，五點梅、馬尾、蘆花坑水庫總興利庫容增加121萬m3。

表2 工程實施前后興利庫容對比

2) 設(shè)計洪水位

五點梅、馬尾、蘆花坑水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)均按50年一遇設(shè)計，工程實施后設(shè)計洪水位計算結(jié)果見表3，對比工程實施前后的設(shè)計洪水位可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)狀設(shè)計洪水位分別為11.38 m、12.71 m、12.03 m，工程實施后，在50年一遇工況下，隔離區(qū)洪水均不進(jìn)入水庫，工程后五點梅、馬尾、蘆花坑水庫50年一遇洪水位分別為11.17 m、12.35 m、11.86 m，與本次核算的現(xiàn)狀設(shè)計洪水位相比，分別降低0.21 m、0.36 m、0.17 m。

表3 工程實施前后設(shè)計洪水位對比 m

3) 校核洪水位

五點梅、馬尾水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)按500年一遇校核，蘆花坑水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)按1 000年一遇校核。工程實施后校核洪水位計算結(jié)果見表4，對比工程實施前后的校核洪水位可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)狀校核洪水位分別為11.66 m、13.71 m、12.94 m，工程實施后，在校核工況下，各渠道、水閘等工程仍按設(shè)計流量進(jìn)行控泄，洪水首先在生態(tài)調(diào)蓄塘中調(diào)蓄直至蓄滿，然后超標(biāo)水量通過渠道溢流或雙向閘進(jìn)入水庫，50年一遇標(biāo)準(zhǔn)下，計算得工程后五點梅、馬尾、蘆花坑水庫校核工況下洪水位分別為11.35 m、13.14 m、12.46 m，與本次核算的現(xiàn)狀校核洪水位相比，分別降低0.31 m、0.57 m、0.48 m。

表4 工程實施前后校核洪水位對比 m

總體來說，工程實施后，各水庫的正常蓄水位不變，設(shè)計洪水位、校核洪水位均有降低，對水庫防洪安全沒有不利影響。

3 結(jié)語

1) 五點梅水庫群多年平均天然徑流量減小48.46%，但是水資源量的減少不會對水庫供水功能造成大的影響。

2) 蘆花坑水庫泄洪渠下游以及五點梅-馬尾水庫泄洪渠均達(dá)不到50年一遇的設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)，需要對河道進(jìn)行達(dá)標(biāo)改造。

3) 工程實施后，五點梅水庫群正常蓄水位不變，總興利庫容增加121萬m3，設(shè)計洪水位分別降低0.21 m、0.36 m、0.17 m，校核洪水位分別降低0.31 m、0.57 m、0.48 m，對水庫防洪安全沒有不利影響。