铁岗-石岩水库水质保障联合运行方案研究

钟智锋

（深圳市西部水源管理中心石岩水库管理所，深圳 518101）

0 引言

保障饮用水安全，满足人民群众对饮用水水质日益增高的需求，确保人民群众身体健康是“以人为本、建设和谐社会、实现人与自然和谐及经济社会全面、协调和可持续发展”的头等大事[1，2]。随着社会经济的快速发展，水资源的合理开发利用逐渐成为一个突出问题，特别是对于城市水源系统，其具有多水源、多用户和多种输配水工程的结构特点[3，4]。因此，如何实现水资源的科学调度管理、满足水资源的“水质”“水量”的双重资源属性、提高城市饮用水的安全保障水平，是当前水资源调配研究工作的重点[5]。

近年来，深圳市高度重视饮用水安全工作，于1992 年按照《饮用水水源保护区污染防治管理规定》的要求划定了饮用水水源保护区，并于2015 年进行修编，2018 年又再度划定保护线。目前，宝安区辖区范围内划定有铁岗-石岩水库、长流陂水库和罗田水库饮用水水源保护区。通过深入调查、分析，发现水库水质存在诸多不稳定因素，水源保护不充分。鉴于此，本文以铁岗-石岩水库为例，研究考虑水质保障的水库联合运行方案。

1 工程背景

1.1 流域概况

工程地处宝安区东北侧，位于铁岗-石岩水库流域范围内，涉及石岩街道、西乡街道及航城街道。铁岗水库位于宝安区西乡街道，水库控制流域面积为64.00 km2，属中型水库。铁岗水库入库支流包括九围河、应人石河、九龙坑河及石岩排洪渠，水库下游泄洪通道主要为铁岗排洪渠及西乡河，黄麻布社区、九围新村、料坑社区、塘头村及应人石村等社区均位于铁岗水库流域范围内。石岩水库位于宝安区石岩街道西北角、茅洲河上游干流，水库与公明区相邻，距离石岩街道建城区不足2 km，水库控制流域面积为44.77 km2，属中型水库。石岩水库入库支流包括石岩河、白坑窝、上屋河及天圳河，水库下游泄洪通道主要为石岩排洪渠。石岩水库流域范围涵盖整个石岩街道，包括官田社区、水田村、麻布村等。

1.2 水质现状及存在问题

根据国家、省、市考核方案，水库水质达标监测考核点不仅限于水库取水口，入库支流口也将列入考核点。目前，铁岗-石岩水库入库支流水质指标达不到规范要求，必须通过隔离转输的措施保护水库水质安全。水库一级保护区内的水源大部分来自东江引水，引水水质达到Ⅱ类水标准。东江水通过暗涵或明渠引到建成区的各大水库，沿途超过100 km，稍有不慎东江水就会受到污染。故此，必须采取高标准、严要求的水质保障措施，保障东江水水质。水库水质变差原因主要有以下几个方面。

1）部分河域截污设施还未完全运行实施，部分污水未能及时截流转输，致使河道存在一定的污水，一旦暴雨来临，部分污水被带入水库，影响水库水质。

2）流域内已有工程强调更多的是生产、生活用水的保障利用，但生态水资源的利用有待提升。

3）流域内水库水质不稳定。根据2014—2017年铁岗-石岩水库连续41 个月取水口处水质监测资料，铁岗水库水质优于石岩水库，石岩水库水质个别月份较差，其中，铁岗水库、石岩水库分别有16，3 个月的水质综合指标达到Ⅱ类水标准；25，38个月的水质综合指标达到Ⅲ类水标准。

4）九围河及应人石河等河道入库口区域雨天溢流水体存在面源污染，造成库尾区域水质不佳，应人石河因长期存在此种情况，致使河口淤积，现场可嗅轻微臭味。

2 工程总体方案

根据HJ 338—2018《饮用水水源保护区划分技术规范》《广东省饮用水水源保护区划分技术指引》，以及广东省环保厅和深圳市人居委意见，进入饮用水源水库的水体需达到Ⅱ类标准。为实现此目标，在避免更大范围水源区清拆的前提下，该工程目标为在片区既有水质保障工程成效的基础上，经过更高标准的水库水质保障工程措施，使入库水体水质达标，即满足Ⅱ类标准。水源区包含建成区和生态区两部分，建成区雨水是污染源控制的重点区域，应与饮用水水库隔离；而生态区雨水则是无污染的清洁水源，应作为饮用水源直接入库，与水源区范围调整的原则保持一致，保留生态区雨水，剔除建成区雨水，通过工程措施使水库汇水现状发生变化，避免建成区雨水入库，是唯一适用于该项目的水库水质保障方向。

2.1 调度分析过程

1）建成区绕排流量

根据水文分析成果（50 年一遇设计标准），铁岗水库流域范围内建成区主要排洪河道包括九围河、应人石河两条支流，其中，应人石河还需承担石陂头水库下泄洪水；另外，现状石岩水库排洪渠东侧0.85 km2建成区汇水也通过排洪渠下泄至铁岗水库，料坑麻布片区洪水分散行泄至铁岗水库；石岩水库流域范围内建成区洪水主要通过石岩河汇流后排至石岩水库。

2）建成区雨洪绕排方式

总体绕排方式可分为“调蓄后转输”和“直排转输”，其中，“调蓄后转输”的调蓄区又可分为“库尾调蓄”和“库外调蓄”。具体可总结为以下3 种形式：①库尾调蓄后绕排。分别在铁岗水库九围河口、应人石河口、石岩水库石岩河河口，通过在现状库尾设置生态堤，将库尾区与主库区形成实际分隔，库尾作为建成区雨洪调蓄池，以减小绕排转输流量。②库外调蓄后绕排。分别在铁岗水库支流九围河、应人石河、石岩水库支流石岩河下游的陆域范围内新建调蓄池，将设计标准下的河道雨洪就地调蓄，然后再以较小的流量下泄外排。③直排转输。直接对九围河、应人石河、石岩河等入口位置进行“改道”处理，通过新修明渠或挖隧洞形成河道延伸段，将设计标准下的建成区雨洪经河道延伸段直接外排。

3）建成区雨洪绕排去处

铁岗、石岩水库位于深圳西部，邻近珠江口，流域东侧和南侧以山地和陆域为主，北侧分布有茅洲河，西侧珠江口沿岸入海河道较多，分布有机场外排渠、铁岗水库排洪渠、西乡河等多条河道。

结合下游河道区位及地形高程，茅洲河、珠江口水系分别具备承泄石岩水库和铁岗水库流域雨洪的竖向条件，可通过入河方式进行绕排。

2.2 技术实施路线

根据石岩的东片区，铁岗的九围片区、料坑片区、应人石片区等不同的措施策略，按照具体的方案流程，提出分区处理思路下的水质保障技术路线。

1）考虑中上游段雨水收集通道，采用隧洞或暗涵的形式，在各个汇水分区雨水坡脚处设置分流沟，收集分区雨水后汇入石岩北清水隧洞。

2）在石岩河、九围河等河口入库库尾设置生态堤并形成生态库，将石岩建成区流域范围内的不达标雨水与引用水水源区进行隔离。小雨时，雨水进入库尾湿地区净化后再排入下游河道；生态库区建立水质监测点，当水质达到入库标准时可进入水源水库。

3）完善市政雨水系统，利用现状湖体作为2 号调蓄池，新建用于配水的转输箱涵。1 号调蓄池用于收集转输0～7 mm 的雨水，在现状雨水箱涵上新建1 号闸门和2 号闸门，末端新建3 号闸门。1号闸门开启，2 号、3 号闸门关闭，0～7 mm 的初雨通过1 号闸门全部截流进1 号调蓄池，当1 号调蓄池内水位达到设计水位时，1 号闸门关闭，2 号闸门开启，7～30 mm 的雨水进入2 号调蓄池，当2 号调蓄池内水位达到设计水位时，2 号闸门关闭，3号闸门开启，大于30 mm 的雨水通过闸门流入水库。新建1 座提升泵站，将1 号调蓄池内的雨水提升到市政污水系统，进污水厂处理；另一间泵房将2 号调蓄池内的雨水提升到隧洞的预留竖井，通过转输处理后排放。

4）在高度城市化建成区，城市面源污染负荷加大，污染的初期雨水进入河道是造成河流污染的主要原因之一，为此，需要对城市面源污染进行控制、收集、转输及处理。鉴于此工程的特点，在沿河雨水口广泛建设弃流井或调蓄池，丰富市政绿化用水，在雨水系统末端控制或利用初期雨水，可以结合料坑片区的分区处理系统同步实施。

3 水库联合运行方案

石岩生态库运行调度系统内含4 座闸门，分别为石岩河口六孔分水闸、截流箱涵控制闸（石岩1号闸）、生态库控制闸（石岩2 号闸）及茅洲河截流箱涵控制闸（石岩3 号闸），其中，石岩河口六孔分水闸始终维持现有运行方案不变。石岩生态库运行调度系统示意图见图1。

图1 石岩生态库运行调度系统示意图

石岩生态库前设湿地，湿地控制水位为32.70 m。石岩河来水首先进入湿地，当湿地内水位超过32.70 m 时溢流进入石岩生态库。若连续3 d 无降雨，为防止湿地内水质恶化，需将湿地内水放空至石岩生态库并下泄至茅洲河。

石岩生态库各工况下的运行调度方案如下。

1）工况一：旱季，石岩生态库从石岩河进行补水，石岩1 号闸关闭，来水通过生态库前置湿地进入石岩生态库，通过控制石岩2 号闸将生态库水位控制在31.00～31.50 m，同时，关闭石岩3 号闸，将水排入茅洲河；来水为旱季漏排污水时，石岩1 号闸及石岩3 号闸开启，石岩2 号闸关闭，来水通过截流箱涵排至污水厂。

2）工况二：当发生7 mm 以下初雨时，石岩1号闸及3 号闸开启，石岩2 号闸关闭，来水通过截流箱涵排至污水厂。

3）工况三：当发生7 mm 以上、50 年一遇以下降雨时，石岩1 号闸关闭，来水通过生态库前置湿地进入石岩生态库，此时若气象部门发布黄色及以上暴雨警报，通过控制石岩2 号闸将石岩生态库水位控制在汛限水位（31.00 m），同时，关闭石岩3 号闸，将水排入茅洲河；若气象部门未发布黄色及以上暴雨警报，通过控制石岩2 号闸将石岩生态库水位控制在景观水位（31.50 m），同时，关闭石岩3 号闸，将水排入茅洲河。

4）工况四：当发生50 年一遇以上降雨时，关闭石岩1 号闸，来水通过生态库前置湿地进入石岩生态库，开启石岩2 号闸，关闭石岩3 号闸，将水排入茅洲河，当生态库内水位超过38.00 m 时，生态库内洪水翻过溢流坝坝顶进入石岩主库，经主库调蓄后下泄。

4 结语

本文针对铁岗-石岩水库流域水质存在诸多不稳定因素，以及水源保护不充分等问题，提出了考虑水质保障的铁岗-石岩水库联合运行方案。该方案在片区既有水质保障工程成效的基础上，经过更高标准的水库水质保障工程措施，通过铁岗-石岩水库的联合运行方式，使入库水体水质达标。该工程基于上游雨污分流、正本清源实施后，解决了旱季污染问题，通过新建石岩河口生态库，利用现有排出隧洞调蓄转输生态水体，为下游茅洲河实现生态补水，在保证水资源总量不减少的前提下，提高了生态用水比例，提升了河道社会效益。