某分汊河道上游取水口选址水动力条件分析

梅 斌，王 斌，刘 云

（1.浙江省水利水利勘测设计院，浙江 杭州 310002；2.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

1 工程概况

上湖口水厂是青田县城的主要供水厂，目前供水规模为6万m3／d，改建后规模为10万m3／d，远期总规模为15万m3／d。水厂原取水口位于瓯江大、小溪汇合口下游3.0 km的河道上。但近几年，由于受瓯江两岸建厂、河道采砂等建设活动的影响，水体水质出现了恶化，水位也不断地降低；再加上瓯江及其上游大溪两岸建有国道等交通要道，一旦过往车辆运载货物发生漏泄，特别是致毒物流落瓯江，必然威胁到水体水质，取水口供水安全存在严重隐患。为保证水源安全，2007年水厂将取水口由瓯江 （在建三溪口河床式电站坝址）调整为小溪的上泽湾，距大、小溪汇合口约0.7km。工程布置示意见图1。

图1 现状及拟建取水口布置示意图

然而随着瓯江流域的进一步开发，2009年三溪口河床式水电站正式开工建设，电站坝址位于瓯江大溪与小溪汇合口下游1.2km附近。建成后，库区正常蓄水位18.00m，库区河道正常水位将整体抬高，特别是小溪枯水或断流期间，极有可能导致瓯江 （大溪）水回灌至小溪内，致使上泽湾取水口的水质由原来的小溪水源回归到2007年前的瓯江水源，供水安全存在一定的风险。为此，水厂决定将取水口进一步上移8.5km左右，即小奕村新田坑取水口［1］。

文章将通过平面二维数值模拟，结合河道规划及在建的三溪口电站水力参数，从水动力、泥沙及水质等方面对再次上移的拟建取水口进行分析，从而论证选址的合理性，为规划决策提供技术依据。

2 基本资料

青田县河流属于瓯江水系，大溪和小溪在湖边村汇合后为瓯江，历年平均流量443.00m3／s，最枯日平均流量10.60m3／s，三溪口河床式电站闸址位于汇合口下游0.7 km，水库无防洪调蓄库容，电站位于枢纽左岸，三台机组满发流量1227.00m3／s。大溪为瓯江上游干流河道，集水面积约9800km2，汇合口以上已建多级电站，最近为外雄电站，发电流量为664.00m3／s；小溪为青田县境内瓯江最大的支流，集水面积约3581km2，上游26.0km处已建大型水库滩坑水库，电站共3台机组，单机流量209.17m3／s，为保证枯水期小溪下游河道的水生生态系统稳定，水库下泄生态流量4.00m3／s［2－3］。

另外，根据瓯江青田段大溪、小溪河流多年水质监测资料，瓯江青田县城以上河段及大溪、小溪地表水水质为Ⅰ～Ⅱ类水体。但近几年瓯江水质也存在受污染的可能性，沿线为省道公路，在有其它可选水源的情况下，该河段不适合作为常用水源。而小溪水资源丰富，沿途为山林及村庄农田，污染物排放量少，水质稳定，满足城市取水水源水质和水量的要求［1］。

3 研究方法

为较好地反应取水口附近水动力及水质条件，数值模拟采用MIKE21软件的FM模块，并对洪水期及枯水期水位分别进行了验证。

模型上游大溪河道模拟至汇合口以上5.5km附近的顺直河道，小溪模拟全长15.7km，下游河道至三溪口河床式电站闸轴线断面，模型计算范围见图2。

图2 模型范围及验证点示意图

4 主要成果

4.1 论证重点

根据工程特点及存在的问题，本文将从以下3个方面对拟建取水口进行分析论证：

（1）由于拟建取水口位于瓯江最大支流小溪，属山溪性河道，洪水期水位暴涨暴落，需对取水口的水动力条件及河床冲淤情况进行分析。

（2）取水口位于三溪口河床式水电站的回水范围内，当枯水期小溪流量较小时，取水可能引起瓯江 （大溪）水倒灌进入取水口，影响取水水质，需作论证分析。

（3）当小溪仅下泄生态流量时，大溪遭遇突发污染事件，污染水体将可能通过扩散上溯至取水口，有必要进行分析论证。

4.2 洪水期水动力及冲淤分析

洪水期水动力分析主要针对取水建筑物布置对河道行洪的影响，并对取水口的水位、流态及河势冲淤趋势进行论证。

分析表明，取水口位于河道临近凹岸的下游顺直河段位置，取水口前沿及上下游附近地势相对较为平缓，上游来流未直接顶冲取水口，取水口口门区水流流态及流速分布均较为均匀。当小溪遭遇5a一遇及20a一遇洪水时，取水口前沿的水流流向与设计拟建取水口前沿走向基本一致，前沿5m附近的平均流速分别为2.38，2.94m／s，处于微冲趋势［4］，流场见图3。

图3 拟建取水口流场示意图

4.3 枯水期水动力分析

枯水期取水口水动力条件分析主要针对小溪仅下泄生态流量或无流量工况，三溪口水电站则按照正常蓄水位考虑，其余流量均为大溪来流，约300.00m3／s。

分析表明，当小溪上游下泄生态流量 （4.00m3／s）时，取水口取水后 （1.74m3／s），仍有部分下泄流量往下游行进，并汇入瓯江内 （见图4）。当小溪上游无下泄流量时，取水口引水流量则主要来自下游瓯江回灌，取水口下游河道上溯水流的断面最大流速约为0.013m／s，估算水质点从汇合口达到拟建取水口时间约为8d。因此建议小溪上游滩坑电站至少应下泄生态流量，以保证取水口水源为小溪下行水体，如上游需检修或突发停水，建议时间控制在8 d以内。

图4 小溪下泄生态流量水质点轨迹图

4.4 水质扩散预测

从取水口水动力条件看，当小溪上游下泄流量超过取水口引水流量后，取水口所取水源均为小溪上游水体。但是，水体受污染后还存在稀释、扩散等液体混合特性，而瓯江上游大溪内存在较多的工农业区，假如大溪有污染源发生应急事故排放，仍可能会通过混合扩散影响至汇合口及其上游的小溪水质。因此，本节将主要从污染物扩散方面对取水口的水质进行影响分析，论证拟建取水口选址的可靠性。计算选用40mg／L浓度的污染物为大溪污染源排放示踪剂，标准类同于水质较差的Ⅴ类水化学需氧量（CODcr）指标［5］，不考虑沿程衰减；小溪则考虑Ⅰ类水体，流量为生态流量。

计算结果表明，当小溪下泄生态流量时，污染物15 mg／L等浓度线扩散稳定后 （约30d）距汇合口约1km，覆盖了小溪上泽湾取水口，但不会到达新田坑位置的拟建取水口，所以对拟建取水口的水质将没有影响 （见图5）；其次，若滩坑电站下泄20.00m3／s以上流量时，污染物基本都集中在瓯江内，并顺流进入电站下游。因此，从水质扩散预测看，当小溪下泄生态流量以上流量时，汇合口内的污染物基本上不会上溯进入拟建取水口。

图5 小溪下泄生态流量污染物扩散上溯示意图

5 结 语

通过平面二维水流及水质数值模拟，从水动力、泥沙及污染物扩散等方面对位于分汊河道汇合口上游的拟建取水口进行了分析论证。结果表明，拟建取水口水流条件相对较好。在小溪下泄生态流量以上流量时，瓯江 （大溪）内的水质点不会进入小溪内，即使瓯江 （大溪）遭遇突发污染事故，污染水体亦不会短期上溯至拟建取水口附近。因此，从水动力及水质等方面看，拟建取水口选址合理，研究成果可作为类似工程参考。

［1］王正法.青田县城引水延伸改建工程可行性研究报告 ［R］.杭州：杭州市城建设计研究院有限公司，2011.

［2］张永进.浙江省青田县三溪口河床式水电站工程初步设计［R］.杭州：浙江省水利水电勘测设计院，2009.

［3］芮建良，廖琦琛.滩坑水电站对下游环境的影响 ［C］／／2004年浙江省科协重点学术研讨项目 （4）—瓯江河口综合考察论文集.北京：《中国学术期刊 （光盘版）》电子杂志社，2004.

［4］钱宁.泥沙手册 ［M］.北京：中国环境科学出版社，1992.

［5］国家环境保护总局国家质量监督检验检疫总局.GB 3838—2002中华人民共和国国家标准地表水环境质量标准 ［S］.北京：国家环境保护总局国家质量监督检验检疫总局，2002.