水库型饮用水水源地水质保障措施研究

庾文斌

（北京燕波工程管理有限公司深圳分公司,广东 深圳 518000）

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要求,是以人为本,确保经济社会全面、协调和可持续发展的头等大事。水源地生态环境的保护是水源安全保障的重中之重[1]。为满足水库型水源地水质保障,一方面在建成区与饮用水水源水库之间形成物理隔离,避免不达标水体进入饮用水水库；另一方面将生态区清洁雨水收集后不经建成区直接转输进入饮用水水库。

建成区设计标准内的降雨或洪水,借助新建河道末端生态库的调蓄转输功能将水汇入到生态库进行滞蓄,确保入主库水质达到Ⅲ类水标准,保证不达标水体与饮用水水源隔离,以起到保障水库饮用水安全。

1 工程概况及治理思路

石岩水库位于深圳市宝安区,水库控制流域面积为44.77 km2,属中型水库,设计防洪标准为100 年一遇洪水,校核防洪标准为2000 年一遇。石岩水库入库支流包括白坑窝、上屋河、石岩河以及天圳河,水库下游泄洪通道主要为石岩排洪渠。

利用水库库尾,通过新建生态堤,对库尾、现状泥库、调蓄湖进行清淤后,形成石岩河口生态库,对生态库汇水范围内建成区雨水收集后,通过调蓄削峰后,从现有石岩水库截污工程初雨转输隧洞,将雨水转输至下游茅洲河。另外完善库区巡库路系统,新建库尾湿地,并增加生态覆绿工程。

2 生态库工程

2.1 堤址选择

生态库位于应人石河入水库库尾处,为减小生态堤施工对高速基础的扰动,以南光高速为界,将推荐堤址区域分为高速上游区和高速下游区,且距离高速基础一定距离。拟建库区在东西方向呈狭长状,南北两岸距离变化小,因此拟定堤址中堤身长度差别不大,投资相近。为保证生态库有足够的调蓄库容,减小洪水调节后的下泄流量和泄水建筑物的尺寸,推荐生态堤修建于高速下游区。而下游区在地形上有一天然垭口,堤身长度最优。综合上述外部条件,推荐堤址位于南光高速东侧约150 m处。经调洪演算分析,堤址选在此处,库容水位和投资造价合理,优势较为明显。比选分析见图1、图2。

图1 生态库拟定堤址平面图

图2 生态库区总体布置图

2.2 堤型比选

考虑采用土石坝堤型结构或钢筋混凝土堤型结构两种结构型式,综合考虑库容占比、土石料使用情况、景观性等各方面,选用钢筋混凝土堤型结构型式。具体比选情况见表1。

表1 堤型方案比较表

2.3 库区总体布置

生态库设计内容包括：生态堤工程、库区清淤工程、巡库路工程、库区生态绿化工程。见图2。

2.4 平面布置与结构设计

平面上,生态堤主体物理隔离采用直线式的混凝土堤身结构将生态库与水源区隔离,主体堤身结构宽度7.0 m。考虑到工程范围内土方开挖量大,为就地消纳部分开挖土方,在临生态库一侧结合生态库设计库容规模,通过土方堆填进行生态堤地形塑造,同时在土方堆填区上部铺设草皮等内容,将生态堤主体隐藏,与周围生态环境相协调。生态堤平面布置见图3。

图3 生态堤岸平面布置图

断面上,生态堤主体结构部分为C35 钢筋混凝土重力式结构,断面形态类似于U型槽,在生态库侧则利用回填土兼做堤身和景观塑造。堤顶高程为30.62 m,基础大部分置于砾砂层上部,河床建基面高程为21.00 m,最大堤高9.62 m。堤身主体结构顶部宽度为7.0 m,分为隔离带与堤顶道路,道路铺设宽度为4.0 m；生态堤上下游挡墙临水面铅直,内侧墙面坡度均为1∶0.15,挡墙顶宽0.5 m,上下游挡墙顶部高程30.62 m。生态堤底板外挑1.5 m,厚度2.0 m,堤底宽度为10.0 m。堤身内回填粘性土,粘性土上进行隔离带设计和堤顶道路铺设。堤身结构断面图和生态堤断面见图4。

图4 生态堤工程横剖面图

2.5 清淤设计

根据拟定堤址位置确定本次工程的清淤范围,总开挖方量为100.28 万m3,其中,淤泥方量约为20.19 万m3。拟采用围堰抽水台班的措施降低生态库区水位,抽干生态库积水自然曝晒后,形成干地,并进行干地清淤。根据相关规范要求,库尾淤泥属于洁净淤泥,无需采用高标准的固化处理,同时,本工程清淤方量较少,晾晒后干地清挖的淤泥具备直接外弃条件,如再转输仅底泥厂脱水将额外延长工期。综上,本工程拟对晾晒后干地清挖的淤泥直接外弃。

2.6 连通闸设计

在生态堤上设置连通闸,保证生态库与铁岗主库能相互连通,一同发挥调蓄功能。平时,水闸常关,确保发生50年一遇以下频率的洪水时分隔铁岗主库与生态库内水体；当发生50年一遇或以上频率的洪水时,水闸开启,连通铁岗主库与生态库,共同发挥水库调蓄功能。

根据生态堤布置以及周边地形条件,确定水闸选址位于生态堤左岸处。根据水闸的功能要求,结合闸址地形、地质条件,选顶升式平面钢闸门做为本工程推荐方案。

设于生态堤左岸处,水闸尺寸为2 孔6.0 m×3.0 m,闸室长18 m,闸底高程为26.5 m,闸墩顶高程为30.62m。闸室上游设引水明渠长37.9 m,渠宽为13.5 m,渠底高程为26.5 m,进口设渐变弧形八字墙。闸室下游设置排水明渠长31.30 m,渠宽为13.5 m,渠底高程为26.5 m出口设渐变弧形八字墙。

2.7 新建截流渠设计

平面上,现状石岩排洪渠东侧地形呈南北高、中部低的形态,为保证新建截流渠在高程上能够自北向南流向应人石河口生态库,故新建截流渠采用明渠暗涵交错的型式。由于暗涵段无法收集东侧成区及工业园区的地面雨水,因此,新建铁石截流沟两段以收集并转输地面雨水至新建截流渠。

2.8 湿地设计

2.8.1 初雨处理工艺

应人石河雨污分流率达到95%和80%时,降雨厚度3.5 mm~10 mm时的污染物浓度见表2。

表2 应人石河河口水质

污水处理技术分为物理、化学、生物化学三类。对于本工程,主要从活性污泥法、絮凝沉淀法和人工湿地法三类进行比选。活性污泥法需要连续进水来培养污泥,本工程只有在下雨的时候运行,进水不连续,故活性污泥法不合理；絮凝沉淀法对氨氮去除效率地,进水氨氮浓度高,此法无法保证氨氮去除率,不合理；人工湿地法对污染物去除率高,为达到污染物较高的去除率,本次设计选用垂直潜流人工湿地。

2.8.2 湿地设计

整个湿地系统占地约5 万m3,东侧为排洪渠,东北侧为沉砂池、进水头部和粗格栅中间部分为调蓄塘、细格栅和提升泵房,西南侧垂直潜流人工湿地。湿地处理的总雨水量包括应人石河流域3.5 mm~10 mm的初雨和现状石岩排洪渠东侧部分工业园内0 mm~10 mm的初雨。湿地系统主要包括沉砂池、粗格栅、调蓄塘、细格栅、提升泵房、垂直潜流人工湿地和满足10 年一遇洪水的排洪渠。

2.8.3 运行调度

初期雨水的污染物浓度含量高,水质差,不满足直接入库的要求,因此这部分初雨需要经过处理后排放。本次设计初雨量为0 mm~10 mm,其中0 mm~3.5 mm的雨水经截污系统进入市政管网,剩余雨水进入湿地处理。进入湿地系统的雨水可通过水位和水质双重措施控制。水位控制：整个湿地系统3.5 mm~10 mm的进水通过新建排洪渠的溢流堰和总进水闸来控制,通过水文模拟测算10 mm,1 h降雨,确定设计水位,从而确定堰顶标高,运行水位低于堰顶标高时,打开进水闸门,河水进入湿地系统,随着降雨历时增加,水位高于堰顶后,关闭闸门,大于10 mm的降水通过排洪渠直接进入下游生态库；水质控制：在总进水闸前放置COD、氨氮在线监测仪,若3.5 mm~10 mm的降雨水质达到地表准Ⅳ,关闭闸门,雨水通过溢流堰进入排洪渠流入生态库。

3 结语

石岩水库水质不稳定,主要是由于入库河道水质不达标所致。应人石河、九围河、石岩河等铁岗-石岩水库主要支流水质现状为劣V类,远远达不到入库水质标准。为加快解决水库饮用水水源地突出环境问题,通过生态库建设,可使排入水体的污染物显著减少,大大改善水环境,保障人民的用水安全。通过景观绿化、景观节点及小品的实施,美化了周边环境,改善城市面貌。