物理隔离工程对五点梅水库群运行影响研究

罗祖苑 , 刘 雨, 曾晨军

(1. 东莞市水务工程建设运营中心, 广东 东莞 523039;2. 广东省水利水电科学研究院,广州 510635)

1 概述

全球气候变暖、城镇化进程加快，致使水资源需求日益增长，局部水环境恶化问题时有发生[1-2]。物理隔离工程是保障水源地水质达标、防范突发水污染事故的有效途径[3]。其主要是通过建设截流渠[4]、生态调蓄塘[5]等隔离防护设施，对水源保护区进行围护，阻隔污染物进入水源保护区，实现水资源保护区与建成区点源、面源污染的“物理隔离”[6]。

五点梅水库群位于东莞市西南部，包括芦花坑水库、五点梅水库和马尾水库3个小(1)型水库。五点梅水库群作为珠三角水资源配置工程重要的调蓄水库之一[7]，确保优质的西江水源进入调蓄水库后水质不降低，是供水安全的重点。水库群现状水质为IV类至劣V类[8]，规划在珠三角水资源配置工程正式通水前完成水环境整治和水源保护区划定，达到II类水标准，水质达标的压力大。五点梅水库群物理隔离工程建设是保障珠三角水资源配置工程落地并发挥效益的重要举措[9]。

五点梅水库群集水范围共划分隔离区8个、清水区7个(见图1)。隔离区通过自流或利用新建截流渠、现有河道收集洪水，然后在本区域内利用现状鱼塘进行调蓄，调蓄后外排，外排通道包括马尾-五点梅水库泄洪渠、湴田水库和芦花坑水库泄洪渠，具体截排方式为：马术场隔离区洪水通过自然汇流收集进入鱼塘调蓄，然后经截渠排入马尾-五点梅水库泄洪渠；高速路隔离区洪水通过截渠收集进入鱼塘调蓄，然后经芦花坑水库泄洪渠排至下游；库湾隔离区洪水自流进入马尾水库库湾和湴田水库调蓄，然后排至湴田水库下游；雅瑶村隔离区1、雅瑶村隔离区2洪水通过截渠以及现有河道收集进入鱼塘调蓄，调蓄后进入马尾水库库湾和湴田水库调蓄，然后排至湴田水库下游；田心村-新村隔离区1、田心村-新村隔离区2、树田村隔离区洪水通过截渠以及现有河道收集进入鱼塘调蓄，然后经芦花坑水库泄洪渠排至下游。清水区洪水通过自流及清水渠收集进入相应水库。五点梅水库群隔离工程等别为III等，工程规模为中型，截流标准为50年一遇，清渠、截渠及水库连通涵，均按排水渠道永久性水工建筑物确定建筑物级别。工程设计主要依据《防洪标准》(GB50201—2014)、《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2017)等标准。

图1 五点梅水库群隔离区划分示意

五点梅水库群物理隔离工程主要包括渠道15.6 km、隔离墙3.4 km、水闸9座、连通涵水闸2座、连通涵726 m、溢流堰1座、生态堤1.1 km以及生态调蓄塘清淤78.98万m3。

本文选取珠三角水资源配置工程中的五点梅水库群物理隔离工程为研究对象，分析工程建设对水库群水资源量、供水保障、河道防洪、水库特征参数等方面的影响。

2 研究方法及成果分析

2.1 分析方法

采用《松木山水库功能定位调整对两大供水水源工程影响论证》成果[10]，确定五点梅(含马尾、芦花坑)水库1956—2016年多年平均天然径流量。

渠道水面线计算方法基于能量方程，逐断面采用直接步进法推求水面线[11]。

马尾—五点梅水库泄洪流量计算主要包括50年一遇标准下，五点梅水库下泄流量、马术场调蓄塘下泄流量、马尾水库下泄流量、马尾—五点梅水库汇合渠区间流量；芦花坑水库泄洪流量计算主要包括50 年一遇标准下，芦花坑水库泄洪渠区间流量和芦花坑坝下鱼塘下泄流量。依据马术场调蓄塘水位～塘容曲线，五点梅水库、马尾水库和芦花坑水库设计洪水过程以及水库水位～库容关系、水位～泄流量关系，进行调洪演算确定。

正常蓄水位、兴利库容、设计洪水位和校核洪水位等水库特征参数，基于清淤扩容工程后各水库的水位～库容曲线计算得到。

2.2 结果与分析

2.2.1对水资源及供水保障的影响

径流采用《松木山水库功能定位调整对两大供水水源工程影响论证》成果，五点梅水库群1956—2016年多年平均天然径流量为1 332.0万m3[10]。工程实施前后年径流量计算结果见表1。可以发现，工程实施后，五点梅水库群流域面积由14.90 km2减小至7.68 km2，多年平均天然径流量由1 332.0万m3减小至686.6万m3，减小48.46%。五点梅水库群属珠三角水资源配置工程的调蓄水库，水源以外调水为主，本地水资源量减少不会对水库供水功能造成大的影响。

表1 工程实施前后年径流量对比

2.2.2对河道防洪的影响

1) 马尾—五点梅水库

根据《东莞市长安镇防洪治涝规划报告(2006—2020)》(2008年)，马尾—五点梅水库泄洪渠全长为3.273 km，其中2.45km为马尾—五点梅水库泄洪渠汇合渠，防洪标准为50年一遇，汇合渠设计流量为55.7 m3/s[12]，实测河道大断面显示现状渠宽为1.4～12.5 m，现状水面线计算成果见图2。根据计算成果，马尾—五点梅水库泄洪渠50年一遇洪水位为1.50～6.29 m，现状岸顶高程为2.77～8.48 m，在考虑安全超高0.7 m后，现状渠道不能满足规划需求。

工程实施前，50年一遇设计洪水下汇合渠洪峰流量为68.84 m3/s。工程实施后，马尾-五点梅水库泄洪渠承泄洪水包括马术场鱼塘调蓄后的下泄洪水、五点梅水库下泄洪水、马尾水库下泄洪水以及马尾-五点梅水库泄洪渠的区间洪水，50年一遇标准下马尾水库泄洪渠与五点梅水库泄洪渠汇口的流量过程见图2。根据汇合渠洪水过程，50年一遇标准下汇口洪峰流量为68.62 m3/s，不超过工程前洪峰流量68.84 m3/s。因此，在承泄河涌达到规划标准前提下，工程实施不增加马尾—五点梅水库泄洪渠的防洪压力。

2) 芦花坑水库

根据《东莞市虎门镇防洪排涝规划修编(2014—2020)》成果，芦花坑水库泄洪渠—大宁南涌全长为4.33 km，防洪标准均为50年一遇，芦花坑水库设计下泄流量为21.2 m3/s，芦花坑水库泄洪渠设计流量为34.2 m3/s，规划控制宽度为10.0 m；大宁南涌设计流量42.2 m3/s，规划控制宽度为15.0 m。但根据本次实测河道大断面，芦花坑水库泄洪渠现状宽度为7.46～14.22 m，大宁南涌现状宽度为10.04～15.92 m，现状水面线计算成果见图3。根据计算成果，芦花坑水库泄洪渠—大宁南涌50年一遇洪水位为4.52～9.83 m，现状岸顶高程为2.67～13.97 m，在考虑安全超高0.7 m后，现状渠道不能满足规划需求。

工程实施后，由于芦花坑水库可不下泄，芦花坑水库泄洪渠承泄洪水为芦花坑坝下鱼塘调蓄后的下泄洪水以及泄洪渠区间洪水，50年一遇标准下芦花坑水库泄洪渠渠末的流量过程见图3。根据洪水过程，50年一遇标准下洪峰流量为34.12 m3/s，不超过设计流量34.2 m3/s。因此，工程实施后不增加芦花坑水库泄洪渠的防洪压力。

目前芦花坑水库泄洪渠下游以及五点梅—马尾水库泄洪渠均达不到50年一遇的设计防洪标准，需要对河道进行达标改造。

2.2.3对水库特征参数的影响

1) 正常蓄水位、兴利库容

工程实施后，利用多个鱼塘作为生态调蓄塘，发生50年一遇及以下洪水时生态调蓄塘水不进入水库，因此各水库仍可按现状正常蓄水位运行，为10.99 m。

各生态调蓄塘中，马术场鱼塘属于五点梅水库水域，马尾水库库湾属于马尾水库水域，芦花坑北部鱼塘属于芦花坑水库水域，芦花坑东部鱼塘原属于芦花坑水库水域，但20世纪90年代至今一直作为鱼塘管理和使用，不考虑为芦花坑水库水域范围。由于芦花坑水库北部鱼塘、马尾水库库湾、马术场鱼塘属于水库水域，工程后不能用于水库的兴利蓄水，因此水库兴利库容将减小。根据清淤扩容工程，生态调蓄塘将清淤78.98万m3，根据清淤后各水库的水位～库容曲线，计算得工程后兴利库容见表2，五点梅、马尾、芦花坑水库总兴利库容增加121万m3。

表2 工程实施前后兴利库容对比

2) 设计洪水位

五点梅、马尾、芦花坑水库防洪标准均按50年一遇设计，工程实施后设计洪水位计算结果见表3，对比工程实施前后的设计洪水位可以发现，现状设计洪水位分别为11.38 m、12.71 m、12.03 m，工程实施后，在50年一遇工况下，隔离区洪水均不进入水库，工程后五点梅、马尾、芦花坑水库50年一遇洪水位分别为11.17 m、12.35 m、11.86 m，与本次核算的现状设计洪水位相比，分别降低0.21 m、0.36 m、0.17 m。

表3 工程实施前后设计洪水位对比 m

3) 校核洪水位

五点梅、马尾水库防洪标准按500年一遇校核，芦花坑水库防洪标准按1 000年一遇校核。工程实施后校核洪水位计算结果见表4，对比工程实施前后的校核洪水位可以发现，现状校核洪水位分别为11.66 m、13.71 m、12.94 m，工程实施后，在校核工况下，各渠道、水闸等工程仍按设计流量进行控泄，洪水首先在生态调蓄塘中调蓄直至蓄满，然后超标水量通过渠道溢流或双向闸进入水库，50年一遇标准下，计算得工程后五点梅、马尾、芦花坑水库校核工况下洪水位分别为11.35 m、13.14 m、12.46 m，与本次核算的现状校核洪水位相比，分别降低0.31 m、0.57 m、0.48 m。

表4 工程实施前后校核洪水位对比 m

总体来说，工程实施后，各水库的正常蓄水位不变，设计洪水位、校核洪水位均有降低，对水库防洪安全没有不利影响。

3 结语

1) 五点梅水库群多年平均天然径流量减小48.46%，但是水资源量的减少不会对水库供水功能造成大的影响。

2) 芦花坑水库泄洪渠下游以及五点梅-马尾水库泄洪渠均达不到50年一遇的设计防洪标准，需要对河道进行达标改造。

3) 工程实施后，五点梅水库群正常蓄水位不变，总兴利库容增加121万m3，设计洪水位分别降低0.21 m、0.36 m、0.17 m，校核洪水位分别降低0.31 m、0.57 m、0.48 m，对水库防洪安全没有不利影响。