深圳市大鹏半岛水源工程管理处
摘要：通过对赤坳水库前置库防治水质污染的监测分析及运行研究，并借鉴类似工程经验，提出项目在设计建设及运行中存在的问题及解决措施研究，为前置库的优化建设运行提供技术支撑。
关键词：前置库 污染控制 湿地生态 优化
1 工程概况
赤坳水库位于深圳市东部坪山新区境内，总库容1816万m³，是深圳市重要的供水及转输水库之一，年平均自产水供水约1500万m³，承担东江境外引水向大鹏新区供水的转输能力为40万m³/日，在全市的供水工程布局中具有重要的作用。水库大坝位于坪山河一级支流赤坳河的中游段，控制流域面积14.6K㎡，坝址以上河流长度9.0Km。流域一级及二级水源保护区内存在的居民区、菜地果园、旅游休闲餐饮服务以及交通道路等设施，成为赤坳水库水体污染的主要来源。
“十三五”期间，深圳市相关部门积极推进水库水源保护区水污染治理工作，并基于国内外有关在水库库尾进行面源污染控制的研究与实践，于2009年建设了赤坳水库前置库工程。前置库建于赤坳水库正常位水位以上的赤坳河右岸，按照地形条件、设计容量及设计水深等，分上、下库两处进行建设。前置库通过建于河道上的水闸工程拦截引取初期雨水径流，污染水体在前置库通过滞流、沉淀等环节，使水体污染负荷相应削减后再入水库，同时针对流域内道路交通事故等易造成突发性污染的风险，设置了将前置库水体抽排至库外的泵站工程设施。
2 前置库技术在国内外的研究与实践
目前，饮用水源水库削减面源污染的技术可分为两类：一类是源头控制技术，如“清洁小流域治理”等；一类是针对水库受纳水体的削减技术，包括生态过滤带技术、前置库技术和各种湿地技术等。而前置库技术具有集成多项技术措施的优势，成为深圳市近年来主要供水水库建设水质保障工程措施的首选。
国外早在20世纪50年代即开展前置库技术在面源污染治理中的应用研究，最早为德国方面的多项研究及实践报道，提出这种因地制宜的水环境治理措施，对控制面源污染、减少水库湖泊外源有机污染负荷，特别是对入库（湖）地表径流中的氮（TN）、磷(TP)有很好的去除效果，对于含泥量大的河流拦截泥沙也有至关重要的作用。几十年来，欧美国家和日本等已有很多成功的案例，尤其是在将前置库技术与其他水处理技术相结合方面提出大量实践与研究成果。
前置库技术在我国面源污染控制中应用较晚，但由于其投资小、运行费用低、对水体净化效果好，特别适用于没有污水收集设施地区的面源污染控制。尤其是近年来人工浮岛技术和湿地技术的研究应用，为前置库的生态化设计提供了更加宽广的理论基础，因此前置库集成技术迅速发展。在大量小型前置库实践经验总结及监测研究基础上，天津市在其重要城市水源地于桥水库富营养化水质治理中，规划建设一个容积达2000-2500万m³的大型前置库工程，云南滇池面源污染控制规划中也提到了前置库方案。
3 赤坳水库前置库设计及建设
赤坳水库前置库的工程任务一是拦截赤坳河受点源及面源污染的入库径流，通过滞流、沉淀削减污染负荷；二是针对水库上游可能发生的突发性污染事件，实现污染水体的缓冲拦截并转输处理，保障水库正常供水。工程总规模主要取决于携带面源污染浓度较高的初期雨水量。根据赤坳河入库典型洪水过程水质监测情况，前置库拦截初期雨水量按7mm计算：初期雨水量值×径流系数（查《室外排水设计规范》GB50014-2006）×流域面积。同时拟根据工程建设条件尽量使前置库容纳量大于设计强度的初雨量。经综合分析，确定前置库总规模为4.2万m³。
根据前置库规模确定及选址地形条件、满足前置库生态植物适宜水深要求等，在库尾赤坳河主河道右岸一级滩地中分上、下库两处进行工程布置和建设：上库顺河道向长210m，平均宽65m，设计水深1.5m；下库顺河道向长110m，平均宽45m，设计水深1.5m。上、下库分别采用土堤和浆砌石堤与主河道相隔，并分别设置两座拦河引水闸坝和两座退水闸。
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4 前置库的运行及水质监测分析
前置库2015年建成投入运行三年来，基本达到原设计工程功能。根据水质监测分析，赤坳河汛期洪水均存在较高污染水头段情况，流域降雨在7mm以下时，洪水全过程量较高污染情况；降雨在20mm左右时，洪水过程的前1/3~1/2段是较高污染情况。运行中在降雨形成洪水径流时，打开上下库进水闸引水，最大引水量可达设计容积4.2万m³，导入前置库的初雨水一般经5-7天滞流期后再进入水库。由于投入运行时间较短及受降雨频次和强度、季节、气温等多种因素影响，逐次实测前置库进、出水质监测数值相差较大，大致分析其污染负荷削减量在20%~30%。
由于运行时间较短且近年来对交通运输等行业的严格管理，期间未发生流域内交通运输事故导致的突发性污染事件，因此未发生污染水体转运库外的运行情况。
5 工程建设与管理问题及优化措施
针对赤坳水库前置库的建设及运行情况分析，结合目前国内外前置库技术的研究运用成果，提出以下工程建设与管理优化措施建议：
5.1赤坳水库前置库工程受当年设计工程任务及控制投资主导，主要考虑了对污染水体的滞流、沉淀功能，而在前置库中集成布设多项水体污染负荷削减技术设施方面有所欠缺，因此实际运行中污染负荷削减率远低于同类工程项目，有较大的提升空间。
国内外的相关项目实践与研究均表明，前置库内形成湿地生态系统可以大幅提高水质改善效果。根据本项目库区地形及土质条件、设计水深条件分析，可在已建基础上进一步优化湿地生态系统建设。建议根据水位情况，将前置库植物种植区域分为环库行道树、消落带植被和湿地水生植物区进行植物配置培植。其中水生植物对污染负荷具有选择去除的特性，应选择对总氮、总磷及化学需氧量去除率较高且物种繁殖力、竞争力较强的水生植物，如芦苇、香蒲、菖蒲、风车草、苦草等。
5.2赤坳河非雨季基流量约为3300m³/日，其水质情况虽优于初雨径流，但按地表水Ⅳ类标准仍存在总磷、总氮超标问题。建议通过已建前置库的适当改造，实现对非雨季基流量的处理，进一步提高工程效益。
河道基流水质改善需要连续不间断的引、退水运行，不同于初雨水在库内滞流若干天后再排入主库的运行方式，因此需要建设使河道基流在湿地区慢行流动的相应工程措施，根据类似工程经验，慢行时间宜控制在2-3天。根据前置库平面布置及容积情况，可以在库内原有滞流槽的基础上改造新建多道生态滤水坝，通过滤水坝的渗流作用和其“之”字形折线导流作用加大流程，以水速和流程的设计实现对基流的控制和处理。
5.3赤坳水库库尾流域的葵坪公路属事故多发路段，曾发生过突发性水污染事件，直接危害水库供水安全。前置库上库靠近葵坪公路布置，主要设计功能为对突发性水污染提供缓冲拦蓄并转输处理，保障供水安全。然而突发性水污染毕竟是小概率事件，因此前置库存在使用频率低、工程闲置问题。根据上下库工程布置及地形条件，建议根据进一步加大河道基流处理流程的任务，对上库一并进行库区生态湿地和滤水坝技术措施改造。
5.4河道初雨水的处理和非雨季河道基流的处理运行调度及水位控制均不同，两种运行条件将形成前置库年内不同时区的水位涨落特点。因此湿地水生植物的配置种植应充分考虑上述生长环境条件。在提高前置库工程效益的同时，注重和形成物种丰富、稳定、高效的湿地生态系统。
5.5借鉴深圳市西丽水库前置库湿地淡水红树林种植成功的经验以及红树林对水质净化作用显著、对水位涨落适应性超强的研究成果，建议在本工程湿地系统中配置红树林植物。
6.结语
随着社会经济的不断发展，对水源水质的保护要求和标准不断提高。根据深圳市赤坳水库已建前置库的工程建设和实际运行情况，结合目前国内外关于水库水源地保护区面源污染控制工程技术研究成果，提出有关赤坳水库前置库工程及生态湿地系统建设、运行管理方面的优化建议；同时也提出对赤坳河基流进行处理、进一步扩大工程效益的思路和相应工程措施。当然上述优化建议在技术上仍有待于专业设计研究单位进一步细化，但无疑会使目前计划实施的水质监测系统建设更具重要意义。
参考文献:
1徐祖信，叶建峰；前置库技术在水库水源地面源污染控制中的应用[J]；长江流域资源与环境；2005（11）
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3张毅敏,张永春,左玉辉；前置库技术在太湖流域面源污染控制中的应用探讨[J]；环境污染与防治；2003（06）
4 赵丽娜；人工湿地植物去除生活污水中污染物效果的研究[D]；南京农业大学；2007（12
论文作者:郭晓玮
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/30
标签：水库论文; 工程论文; 湿地论文; 水体论文; 技术论文; 径流论文; 河道论文; 《防护工程》2018年第19期论文;