邢台市大沙河综合治理需水量和保障措施分析

刘维娜

（河北供水有限责任公司，石家庄 050011）

1 项目缘由

邢台市大沙河综合治理项目（生态蓄水及景观工程）， 是在邢台市大沙河综合治理工程的基础上，在保障两岸防洪安全的前提下， 进一步实现部分干涸河床蓄水。为落实十九大生态文明建设精神，按照建设美丽河北的要求，以及改善景观环境的需要，通过河道蓄水景观建设，带动招商引资，促进经济发展。对大沙河进行生态蓄水及景观建设， 对改善两岸的自然环境、后期沿河土地的有序开发利用、周边地区的经济社会发展和农业生产有着十分重要的意义。

2 项目概况

邢台市大沙河综合治理项目（生态蓄水及景观工程）主要任务为：在河道主槽修建蓄水工程和蓄水区周边景观改造， 进行水生态修复和改善区域生态环境。 蓄水位置分别位于钢铁路桥上下游、107国道桥上下游、石武高铁上下游。工程治理主要内容包括蓄水区开挖、防渗和防冲；新建挡水堰；桥底防护；管道引水和景观绿化。

该工程建成后，在钢铁路桥、107国道桥、石武高铁上下游形成7处水面，工程总投资2.07亿元。

该工程设计标准根据设计流量而定。 根据朱庄水库洪水调度方式，5年一遇洪水水库限泄200m3/s，而沙河邢都公路桥处5年一遇设计洪水为391m3/s，河道生态蓄水及景观工程建在设计河底以下， 位于河道主槽内，因此工程防洪设计标准为200m3/s，校核标准为391m3/s。

3 需水量及保障措施分析

3.1 总需水量

景观生态环境需水量是维持河流与其水文周边景观生态系统的结构和功能的完整性不受破坏所需的水量［1］。

需水量计算分析包括生态景观蓄水量分析和蒸发渗漏量等补水分析，计算时要满足：①保持0.5m以上的生态景观水深；②以地面以下0.5m控制蓄水高程；③形成单项流动；④满足亲水驳岸要求等条件［2］。

3.1.1 蓄水总量

邢台市大沙河综合治理项目（生态蓄水及景观工程）布置蓄水水面7处，连接渠1条，位置分别为：钢铁路桥东西两侧，钢铁路桥西为1#蓄水区，钢铁路桥东为2#蓄水区；107国道桥中间及东西两侧， 从上游至下游分别为3#蓄水区、4#蓄水区和5#蓄水区； 石武高铁上下游的6#、7#蓄水区。2#蓄水区和3#蓄水区之间有连接渠相连接。

3.1.1.1 1#蓄水区和2#蓄水区

1#和2#蓄水区位于钢铁路桥东西两侧，1#蓄水区位于钢铁路桥西侧， 该处河底现状为南北两支汇流处。 拟定对该处进行主槽扩挖，设计蓄水位65.45m，平均蓄水深度约1.5m。 对钢铁路桥桥底进行整治，形成自然跌水。 蓄水面积约18.11万m2， 最大蓄水量约27.16万m3。 2#蓄水区位于钢铁路桥东侧，该处河底下挖后，由新建1#挡水堰实现挡水。 设计蓄水位63.95m，平均蓄水深度约1.5m，蓄水面积约17.97万m2，最大蓄水量约26.95万m3。

3.1.1.2 3#、4#和5#蓄水区

3#蓄水区位于107国道西桥上游，开挖后设计蓄水位57.35m，平均蓄水深度约1.45m。 对107国道西桥蓄水区范围桥底进行整治，形成自然跌水。本处蓄水面积约6.83万m2，最大蓄水量约9.9万m3。

4#蓄水区位于107国道东西两桥之间， 开挖后设计蓄水位57.05m，平均蓄水深度约1.66m。 采用东桥桥底现状河床实现挡水并对其进行整治，形成跌水。 本处蓄水面积约2.57万m2，最大蓄水量约4.27万m3。

5#蓄水区位于107国道东桥下游，该处河底下挖后，由新建2#挡水堰实现挡水。 设计蓄水位55.75m，平均蓄水深度约1.68m，蓄水面积约13.6万m2，最大蓄水量约22.87万m3。

3.1.1.3 6#和7#蓄水区

6#蓄水区位于石武高铁上游，天然蓄水位53.4m，蓄水面积约114万m2，蓄水量约219.9万m3。

7#蓄水区位于石武高铁下游，天然蓄水位53.0m，蓄水面积50万m2，蓄水量约127.9万m3。

3.1.1.4 连接渠

2#蓄水区和3#蓄水区之间用连接渠相连接。 连接渠为明渠，设计长度为2.27km，设计底宽0.8m，边皮1∶3，蓄水深度0.5m，蓄水面积约0.86万m2，蓄水量约0.43万m3。

综 上，1#～7#蓄 水区蓄水总面积约223.94万m2，蓄水总量约439.39万m3。项目区蓄水面积及总蓄水量如表1。

表1 项目区蒸发月分配计算

3.1.2 总需水量分析

根据《全国第三次水资源调查评价（河北省部分）》（河北省水文水资源勘测局，2020年4月） 水面增发折算系数， 邢台地区多年平均蒸发量1240mm。 在不考虑换水的情况下， 在正常蓄水后每年的需水量主要用于满足蒸发和渗漏。根据相关资料计算，项目区多年平均需水量为1922.14万m3， 其中用于蒸发277.68万m3， 渗漏约1104.37万m3（其中6#和7＃蓄水区渗漏量约1089.71万m3），引水管道损失量9.12万m3（按年总需水量5%考虑）。为防止水体富营养化，在1#～5＃蓄水区（包括连接渠）考虑一年换2次水的情况下，6#和7＃蓄水区不考虑换水，除蒸发、渗漏和管道损失补给量以外还需新增需水量530.98万m3，项目区需水量共计1922.14万m3。

工程所在位置蒸发损失内分配表1。项目区需水量如表2。

表2 项目区年需水量成果 单位：万m3

续表2

3.2 区域地质概况

3.2.1 地形地貌

工程区地貌属于华北冲洪积平原区， 总体地势西高东低，地形较为开阔平坦。 河流途经山区、丘陵及平原，河流蜿蜒曲折，河道上游呈树枝状发育。

3.2.2 地层岩性

工程区揭露的地层岩性主要为第四系（Q4）松散沉积地层，现由上至下分述如下。

（1）人工堆积层（Qs）：为河流两岸的人工填筑堤防，填筑材料主要为中细砂及壤土、砂壤土。 京广铁路以上左岸无堤防，右岸高庙～油村段堤防主要由中砂填筑，黏土材料包胶；京广铁路以下两岸多修筑堤防，由中、细砂填筑，黏土包胶。

多年来，河道砂料被频繁盗采，最大开采深度达50m以上，天然沉积地层遭受严重破坏。

3.2.3 水文地质条件

勘察期间， 在钢铁路桥与京广铁路之间有地表明流，在京广铁路桥上游附近断流。地表水接受降水及上游水库放水的补给，沿途蒸发，同时渗入地下。在京广铁路桥上游附近由于开采砂料时破坏了天然隔水地层，导致地表水流到此处时最终断流。

地下水类型主要为第四系孔隙潜水，勘察期间在勘察范围内（勘探点基本位于漫滩部位）地下水埋深0.5～8.3m，含水层主要为砂性土，为中等富水的含水层，受大气降水及上游补水影响， 补排条件一般为地表水补充地下水。勘探范围内的地下水埋深变化较大，并且与季节变化高度相关，丰水期埋深小，甚至有地表水流，枯水期在断流河段的地下水埋深可达20m以上。 大沙河部分河段分布有上层滞水，局部形成地表水体。

3.2.4 景观蓄水工程地质条件及评价

勘察期间，1#，2#砂坑的地下水埋深0.8～1.27m。细砂的渗透系数在10-3cm/s量级，为中等透水；卵石的渗透系数在10-1cm/s量级，为强透水。 建议设计时采取必要的防渗措施。

3#，4#，5#砂坑的地下水埋深4.1～5.5m。细砂的渗透系数在10-3cm/s量级，为中等透水；中砂的渗透系数在10-2cm/s量级，为强透水；卵石的渗透系数在10-1cm/s量级，为强透水。 建议设计时采取必要的防渗措施。

6#，7#砂坑内有地表水。 勘探点沿砂坑周边布置，勘探点的地下水埋深0.8～4.1m。 细砂的渗透系数在10-3cm/s量级，为中等透水；中砂的渗透系数在10-2cm/s量级，为强透水。

3.3 保障措施

3.3.1 水源分析

本工程河段生态补水水源主要为朱庄水库和下游污水处理厂处理后的中水。

朱庄水库现状供水对象主要为向邢台市和下游灌区农业供水，水库下游有朱南灌区和朱北灌区，朱南灌区灌溉面积0.92万hm2， 朱北灌区灌溉面积0.64万hm2。为维护下游河段沿岸植被生态系统和河道生态环境，减轻建设项目取水对下游河道生态的影响，朱庄水库现状保留有下游河道生态用水指标。 按水库坝址断面多年平均天然径流量的10%确定朱庄水库多年平均生态径流量为2159万m3。

由于河道内地质条件不满足明渠引水的要求，因此蓄水工程引水方式主要结合现有引朱济邢输水线路和新建引水管道供水。引朱济邢输水线路是自朱庄水库低机组电站尾水池引水，沿沙河右岸河滩自西向东敷设，在金牛洞附近穿沙河主河槽再向东沿沙河左岸河滩敷设， 于沙河大桥收费站南侧穿邢都公路，过固坊村南离开河滩沿东北方向上岸，在羊范村东主干管分成两条支线，即钢厂支线和电厂支线。 两条支线分开后电厂支线向东南过伍仲煤矿与葛泉煤矿技术分界线（进入沙河河滩），横穿皇家煤矿（小煤矿），线路再向东在河滩内沿邢台煤矿边界线敷设， 而后，折向北穿电厂两座粉煤灰灰池之间上岸， 经洛阳西村南，再向北过新卧庄西至电厂；钢厂支线向北穿七里河，再折向东至钢厂。引朱济邢是一项为邢台钢厂、邢台电厂二大企业供水的输水工程， 设计供水总流量1.60m3/s，其中钢厂0.55m3/s、电厂1.05m3/s。

引朱济邢电厂支线粉煤灰坝段距项目区1#～5#蓄水区较近， 项目区1#和2#蓄水区位于钢铁路桥东西两侧，3#～5#蓄水区位于107国道桥中间及东西两侧，因此以上5个水面从引朱济邢电厂支线洛阳西村南新建引水管道引水。新建引水管线工程起点为引朱济邢电厂支线管线洛阳西村南，供水终点为1#，2#蓄水区。

沙河东环漫水路西侧南岸现有沙河市污水处理厂（嘉诚环保），6#，7#蓄水区位于石武高铁上下游，距污水处理厂较近，因此6＃蓄水区水源采用2个污水处理厂退水。

南水北调中线总干渠北岸规划有邓庄泵站，远期可考虑南水北调中线总干渠生态补水。

3.3.2 可供水量分析

引朱济邢输水管线设计供水总流量1.60m3/s，其中钢厂支线0.55m3/s、电厂支线1.05m3/s，年设计年供水能力约5000万m3。 引朱济邢输水管线现状每年供水量约2000万m3左右，2019年仅供水1500万m3。 年均剩余供水能力约3000万m3，1#～5＃蓄水区需水量约281.27万m3，因此引朱济邢输水管线电厂支线可满足1＃～5＃蓄水区的蓄水要求。

沙河东环漫水路西侧南岸现有沙河市污水处理厂（嘉诚环保），处理后中水退水量约4.5万m3/d。 退水水质为一级A标准，可作为河湖生态用水。 王快污水处理厂日处理能力1万m3，目前中水退水量约0.4万m3/d。2个电厂中水退水量共计约4.9万m3/d， 年退水量约1788.5万m3， 经计算分析6#和7＃蓄水区两个水面年需水量约1640.87万m3，因此2个污水处理厂处理后的中水退水量满足6#和7＃蓄水区的蓄水要求。

3.3.3 新建引水管道规模

供水管线工程起点为引朱济邢电厂支线管线粉煤灰坝处洛阳西村南， 供水终点为钢铁路桥东西两侧的1#，2＃蓄水区。

根据钢铁路桥附近的1#，2＃蓄水区和107国道桥处的3#，4#，5＃蓄水区需水量和蓄水时间估算3处水面新建管道供水规模，5个水面和连接渠蓄水量共约91.59万m3，按蓄水时间31d估算，5个蓄水区新建引水管道规模为0.34m3/s；考虑水面蒸发和渗漏量，新建引水管道规模须增加0.06m3/s，因此蓄水期间，新建引水管道规模为0.4m3/s。

蓄水期间，新建引水管道按0.4m3/s引水，蓄水期结束后，为满足5个水面和连接渠的日常蒸发和渗漏水量，新建引水管道按0.06m3/s的流量引水。

在工程建设过程中，应综合考虑引水管道规模，合理控制生态环境需水量的变化程度， 避免生态环境需水矛盾［3］。

4 结论与建议

邢台市大沙河综合治理项目（生态蓄水及景观工程） 计算总需水量约1922.14万m3。 为了保障工程实施，根据现状的工程地质条件等，必须采取新建引水管线及其配套工程、对1#～5＃蓄水坑采取必要的防渗措施等。 通过采取措施大沙河水源充足，具备生态蓄水及景观工程建设的条件。生态蓄水及景观工程除了水量还包括水质要求，即在水质符合景观用水的标准前提下进行的［4］，本文关注的是水量和保障措施。 建议设置大沙河水文水环境模型的监控和调度系统，通过对大沙河的系统监测、信息反馈、水质模型预测效果评估等，得到优化河道水资源配置方案［5］。