考虑供需平衡的龙岗河流域水资源调度方案研究

张 悦，李晓娟

(深圳市龙岗河坪山河流域管理中心，广东 深圳 518000)

随着城镇人口的增长及经济的高速发展，城市河湖水污染问题日益严重，水环境问题成为城市发展进程中亟待解决的问题之一[1-3]。城市水环境治理过程中，通过水资源调度工程，引入清洁水源，补充河道生态水量，可以有效改善河道水环境，已经成为治理水体污染的常用手段[4]。然而现有研究多集中于龙岗河流域综合整治[5]、雨污管网建设[6]等工程措施，对龙岗河水资源调度的研究资料不多、深度不足，更缺乏对水资源供需平衡的有效分析。基于此，本文在考虑龙岗河水资源供需平衡的基础上，通过预测河道生态需水量、计算补水量，以满足龙岗河流域河道生态需水量为主要目标，对龙岗河流域水资源调度方案进行研究。

1 龙岗河概况

龙岗河流域位于深圳市东北部，干流发源于梧桐山北麓，流经深圳市龙岗区所辖的横岗、龙岗、龙城、坪地街道，以及坪山区的坑梓街道，在坑梓街道下陂村附近进入惠州市境内。河流进入惠州市蜿蜒曲折4.89 km后，从坑梓街道沙田村的北面开始，成为深圳市与惠州市的界河，界河长度为2.8 km，接纳田坑水与田脚水后，流入惠州境内。龙岗河在深圳市境内河长为21.1 km，在深圳市境内流域总汇水面积为364.4 km2(田坑水河口以上)，河床平均比降为1.03‰。

龙岗河流域内共有河流36条，其中干流1条(即龙岗河)，一级支流包括梧桐山河、大康河、爱联河、龙西河、龙岗中学排水渠、南约河、新生排水渠、丁山河、和尚径水、黄沙河等15条，二、三、四级支流20条。

2 水资源供需平衡分析

2.1 河道生态需水量预测

河道生态需水量预测的常用方法有：R2CROSS法、湿周法等，本次结合深圳市特点，以蒙大拿法作为生态需水量预测方法。蒙大拿法即 Tennant法，是将全年分为2个计算时段，根据多年平均流量百分比和河道内生态环境状况的对应关系，直接计算维持河道一定功能的生态环境需水量。根据Tennant法，维持河道一定功能需水量计算式如下：

(1)

式中WR为多年平均条件下维持河道一定功能的需水量；Mi为第i月天数；Qi为i月多年平均流量；Pi为第i月生态环境需水百分比。

Tennant法将1 a分为2个计算时段，4—9月为汛期，10—3月为非汛期，不同时期流量百分比有所不同。不同的河流水系其河道内生态环境功能不同，同一河流的不同河段也有差异，因此，根据实际情况选取合理的河流生态环境目标确定流量百分比。非汛期通常选取多年平均流量的10%～20%作为河道生态环境需水量、汛期选取多年平均流量的30%～40%。经比选分析，本次龙岗河生态需水量同时按保证全年河流流量在非汛期不低于20%，汛期不低于30%进行计算(见表1)。

表1 龙岗河生态需水量预测

2.2 可利用水量分析

根据深圳市水资源配置，水源主要包括地表水、地下水和非常规水资源。根据《深圳市人民政府关于印发地下水禁采区和限采区划分方案的通知(深府规〔2018〕16号)》，为合理开发、有效利用和保护地下水资源，本次可利用水量分析不考虑地下水。

1) 可利用地表水

可利用地表水资源主要依靠水库、山塘的集雨和蓄水能力。本文在对龙岗河流域水库、山塘的基本特征和水资源利用情况进行详细调查的基础上，综合评估各水库、山塘作为生态补水水源的可能性。由于汛期以防洪为主，水库、山塘按照来水即放的原则进行管理，生态补水主要考虑非汛期。通过调查，龙岗河流域可用于补水的水库、山塘及其兴利库容和非汛期、汛期来水分别见表2所示。

表2 龙岗河流域可补水的水库山塘 万m3

根据深圳市各水库管理部门上报资料，深圳市小型水库水质多满足地表水III类标准。龙岗河流域水质较好或达到Ⅲ类水的山塘、水库有22座；达到Ⅳ类水的山塘、水库有4座；达到Ⅴ类水的山塘、水库有3座；水质劣于地表水Ⅴ类标准的有2座，分别为上禾塘和新生水库，其水质较差主要是由于库区历史上或现在有部分养殖现象，加强管理后水质有较大改善空间。

2) 可利用再生水

经调查，龙岗河流域6座水质净化厂非汛期日处理量为75.2万m3/d(春节期间为65万m3/d)，汛期处理量为82～91万m3/d。此外，龙岗河流域深圳侧还有7座污水处理站，合计处理能力为16.2万m3/d；惠州侧4座分散式污水处理站，合计处理能力9.25万m3/d。龙岗河流域再生水提标后出水标准均可达到地表水Ⅴ类标准。

龙岗河流域水质净化厂的尾水大部分直排龙岗河干流，少部分通过补水管道和加压泵站转输，龙岗河流域现状及已设计补水管总长度约 22.0 km，补水设计规模为10万m3/d，管网主要沿河道蓝线敷设，其次是沿道路敷设；已建成的加压泵站主要布置在水质净化厂内，部分河道需要设置沿途加压泵站转输再生水(花园河、新塘河)。

2.3 水资源平衡分析

由于相关各级支流中的补水最终也会汇集到干流与一级支流，本文将效果评估限定在重要的干流断面和主要一级支流的河口断面位置，即龙岗河悠悠河岸、龙园、吓陂、西湖村4个干流断面，梧桐山河、爱联河、南约河、大康河、龙西河、丁山河、黄沙河、田坑水、田脚水9个主要支流的河口断面。

水资源平衡根据以下原则进行配置：① 水质较优：补水水源水质需优于河道水质目标，近期达到V类及以上标准；② 经济可行：优先利用有补水管道的再生水，其次考虑非供水水库补水，最后考虑供水水库。

据此分别对龙岗河流域汛期和非汛期水资源平衡进行分析。

1) 非汛期水资源平衡分析

非汛期天然降水量较少，平均只占年降水量的11.8%。11月和12月降水量近乎为0，考虑蒸发、下渗等因素，天然降水难以汇集为河道径流。因此，应侧重补给河道非汛期的生态需水量，主要水源有再生水和水库山塘的蓄水。

① 再生水

龙岗河干流的悠悠河岸和龙园断面上游有横岗污水处理厂，吓陂断面和西湖村断面上游有横岭污水处理厂的尾水进行补给，补水量较充裕。各一级支流中，有补水管道或污水处理站补水的包括梧桐山河、大康河、龙西河、丁山河、南约河、田坑水、田脚水，其中丁山河、田坑水和田脚水的污水处理站建设规模较大，依靠尾水即可满足生态需水量的要求。

② 非供水水库山塘

非供水水库的可补给水量，采用兴利库容加上非汛期水库集雨面积的径流量进行计算，可释放水量合计为1 840.96万m3/a。水库和河道对应关系见表3。

③ 供水水库

由表3可知，在非供水水库山塘联合补给河道生态需水的情况下，龙西河存在的生态需水量缺口较大，为729.6万m3，爱联河的生态需水量缺口为517.09万m3，其次是黄沙河、梧桐山河。

表3 龙岗河流域非供水水库补水路径和补水量—非汛期 万m3

④ 缺水量

梧桐山河和黄沙河无供水水库，在非供水水库山塘和已有再生水补水管道调蓄的前提下，分别存在107.91万m3和200.5万m3生态需水量缺口。由于横岗水质净化厂距梧桐山河较近，横岭水质净化厂距离黄沙河较近，横岗及横岭水质净化厂富余量可满足梧桐山河及黄沙河生态需求量的缺口，因此,可考虑新建横岗水质净化厂至梧桐山河、横岭水质净化厂至黄沙河再生水补水管道，计算非汛期补水管道所需补水规模分别为0.6 m3/d和1.1 m3/d。

2) 汛期水资源平衡分析

龙岗河流域汛期来水量较大，在剔除水库集雨量的情况下，干流主要断面和各一级支流的月径流量如表4～5，相比于河道汛期的生态需水量较大，不再需要进行生态补水。

表4 龙岗河流域汛期生态需水量和径流量 万m3

表5 龙岗河流域生态需水量调度路径-非汛期

3 龙岗河水资源调度方案

3.1 非汛期水资源调度方案

由以上分析可知，在非汛期内，龙岗河干流各主要断面有污水处理厂的尾水进行补给，补水量较充裕。龙岗河流域各一级支流的生态水量有较大的区别，爱联河需要截污，下游的橡胶坝长期处于起坝状态，不考虑补水；丁山河、大康河、田坑水、田脚水依靠现状已有的污水处理厂，可满足生态需水；龙西河需上游供水水库放水保障生态需水；黄沙河和梧桐山河存在一定的生态需水量缺口，建议新建补水管分别由横岭及横岗水质净化厂补水至黄沙河及梧桐山河。

3.2 汛期水资源调度方案

由于当龙岗河流域汛期遭遇降水时需进行防洪调度，因此，龙岗河流域汛期水资源调度方案主要分为日常水资源调度和防洪调度。

1) 日常水资源调度

水资源平衡分析表明，龙岗河流域汛期来水量较大，在剔除水库集雨量的情况下，干流主要断面和各一级支流的月径流量远大于河道生态需水量，因此，不再需要进行生态补水，主要考虑改善河道水质的环境补水。

同时，为充分利用水资源，汛期非雨天可考虑利用梧桐山河、大康河、龙西河和南约河、丁山河、黄沙河、田坑水、田脚水上游水质较好的水库山塘和已有的再生水补水管道设施进行河道补水。

表6 龙岗河流域汛期环境改善型补水路径

2) 防洪调度

汛期遭遇降水时，水库运行优先考虑防洪调度，为减轻下游的洪水灾害，再生水补水管道和设施关闭。

3.3 重大节日或体育赛事水资源调度方案

重大节日或体育赛事，特别是涉及到河道的体育赛事(如龙舟赛、赛艇比赛、景观巡游等)，应遵循实际需要，对水资源进行实时调度。

以龙舟赛为例，龙舟赛活动区域为龙园橡胶坝上游，龙园公园内，活动期间在汛期日常调度的基础上，提前两天，将龙园橡胶坝充气起坝，壅高水位，以保障活动期间河道需水。

4 结语

本文通过分析龙岗河流域汛期和非汛期水资源供需平衡，分别提出了龙岗河汛期、非汛期和重大节日或体育赛事水资源调度方案。结论如下：① 非汛期，龙岗河流域干流各主要断面有污水处理厂的尾水进行生态补水补给、补水量较充裕，各一级支流根据生态需水量和实际补水工程情况的不同进行补给；② 汛期日常情况不需进行生态补水、部分河段可根据需要充分利用水资源进行补水，遇降雨时以防洪调度为主、关闭河道补水水源；③ 遇重大节日或体育赛事时，特别是涉及到河道的体育赛事应遵循实际需要，对水资源进行实时调度；④ 上述方案能够指导龙岗河的实际调度运行，对改善流域水生态、水环境具有一定的作用。龙岗河属雨源型河流，且随着区域内经济社会发展，面临的水生态环境压力越来越大，本次水资源调度从河道生态需水量角度出发，后续实施过程中仍应根据实际情况，与时俱进，切实实现水资源供需平衡和调度之间的最优化。