梅 斌，王 斌，劉 云

（1.浙江省水利水利勘測設計院，浙江 杭州 310002；2.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

1 工程概況

上湖口水廠是青田縣城的主要供水廠，目前供水規(guī)模為6萬m3／d，改建后規(guī)模為10萬m3／d，遠期總規(guī)模為15萬m3／d。水廠原取水口位于甌江大、小溪匯合口下游3.0 km的河道上。但近幾年，由于受甌江兩岸建廠、河道采砂等建設活動的影響，水體水質(zhì)出現(xiàn)了惡化，水位也不斷地降低；再加上甌江及其上游大溪兩岸建有國道等交通要道，一旦過往車輛運載貨物發(fā)生漏泄，特別是致毒物流落甌江，必然威脅到水體水質(zhì)，取水口供水安全存在嚴重隱患。為保證水源安全，2007年水廠將取水口由甌江 （在建三溪口河床式電站壩址）調(diào)整為小溪的上澤灣，距大、小溪匯合口約0.7km。工程布置示意見圖1。

圖1 現(xiàn)狀及擬建取水口布置示意圖

然而隨著甌江流域的進一步開發(fā)，2009年三溪口河床式水電站正式開工建設，電站壩址位于甌江大溪與小溪匯合口下游1.2km附近。建成后，庫區(qū)正常蓄水位18.00m，庫區(qū)河道正常水位將整體抬高，特別是小溪枯水或斷流期間，極有可能導致甌江 （大溪）水回灌至小溪內(nèi)，致使上澤灣取水口的水質(zhì)由原來的小溪水源回歸到2007年前的甌江水源，供水安全存在一定的風險。為此，水廠決定將取水口進一步上移8.5km左右，即小奕村新田坑取水口［1］。

文章將通過平面二維數(shù)值模擬，結(jié)合河道規(guī)劃及在建的三溪口電站水力參數(shù)，從水動力、泥沙及水質(zhì)等方面對再次上移的擬建取水口進行分析，從而論證選址的合理性，為規(guī)劃決策提供技術依據(jù)。

2 基本資料

青田縣河流屬于甌江水系，大溪和小溪在湖邊村匯合后為甌江，歷年平均流量443.00m3／s，最枯日平均流量10.60m3／s，三溪口河床式電站閘址位于匯合口下游0.7 km，水庫無防洪調(diào)蓄庫容，電站位于樞紐左岸，三臺機組滿發(fā)流量1227.00m3／s。大溪為甌江上游干流河道，集水面積約9800km2，匯合口以上已建多級電站，最近為外雄電站，發(fā)電流量為664.00m3／s；小溪為青田縣境內(nèi)甌江最大的支流，集水面積約3581km2，上游26.0km處已建大型水庫灘坑水庫，電站共3臺機組，單機流量209.17m3／s，為保證枯水期小溪下游河道的水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，水庫下泄生態(tài)流量4.00m3／s［2－3］。

另外，根據(jù)甌江青田段大溪、小溪河流多年水質(zhì)監(jiān)測資料，甌江青田縣城以上河段及大溪、小溪地表水水質(zhì)為Ⅰ～Ⅱ類水體。但近幾年甌江水質(zhì)也存在受污染的可能性，沿線為省道公路，在有其它可選水源的情況下，該河段不適合作為常用水源。而小溪水資源豐富，沿途為山林及村莊農(nóng)田，污染物排放量少，水質(zhì)穩(wěn)定，滿足城市取水水源水質(zhì)和水量的要求［1］。

3 研究方法

為較好地反應取水口附近水動力及水質(zhì)條件，數(shù)值模擬采用MIKE21軟件的FM模塊，并對洪水期及枯水期水位分別進行了驗證。

模型上游大溪河道模擬至匯合口以上5.5km附近的順直河道，小溪模擬全長15.7km，下游河道至三溪口河床式電站閘軸線斷面，模型計算范圍見圖2。

圖2 模型范圍及驗證點示意圖

4 主要成果

4.1 論證重點

根據(jù)工程特點及存在的問題，本文將從以下3個方面對擬建取水口進行分析論證：

（1）由于擬建取水口位于甌江最大支流小溪，屬山溪性河道，洪水期水位暴漲暴落，需對取水口的水動力條件及河床沖淤情況進行分析。

（2）取水口位于三溪口河床式水電站的回水范圍內(nèi)，當枯水期小溪流量較小時，取水可能引起甌江 （大溪）水倒灌進入取水口，影響取水水質(zhì)，需作論證分析。

（3）當小溪僅下泄生態(tài)流量時，大溪遭遇突發(fā)污染事件，污染水體將可能通過擴散上溯至取水口，有必要進行分析論證。

4.2 洪水期水動力及沖淤分析

洪水期水動力分析主要針對取水建筑物布置對河道行洪的影響，并對取水口的水位、流態(tài)及河勢沖淤趨勢進行論證。

分析表明，取水口位于河道臨近凹岸的下游順直河段位置，取水口前沿及上下游附近地勢相對較為平緩，上游來流未直接頂沖取水口，取水口口門區(qū)水流流態(tài)及流速分布均較為均勻。當小溪遭遇5a一遇及20a一遇洪水時，取水口前沿的水流流向與設計擬建取水口前沿走向基本一致，前沿5m附近的平均流速分別為2.38，2.94m／s，處于微沖趨勢［4］，流場見圖3。

圖3 擬建取水口流場示意圖

4.3 枯水期水動力分析

枯水期取水口水動力條件分析主要針對小溪僅下泄生態(tài)流量或無流量工況，三溪口水電站則按照正常蓄水位考慮，其余流量均為大溪來流，約300.00m3／s。

分析表明，當小溪上游下泄生態(tài)流量 （4.00m3／s）時，取水口取水后 （1.74m3／s），仍有部分下泄流量往下游行進，并匯入甌江內(nèi) （見圖4）。當小溪上游無下泄流量時，取水口引水流量則主要來自下游甌江回灌，取水口下游河道上溯水流的斷面最大流速約為0.013m／s，估算水質(zhì)點從匯合口達到擬建取水口時間約為8d。因此建議小溪上游灘坑電站至少應下泄生態(tài)流量，以保證取水口水源為小溪下行水體，如上游需檢修或突發(fā)停水，建議時間控制在8 d以內(nèi)。

圖4 小溪下泄生態(tài)流量水質(zhì)點軌跡圖

4.4 水質(zhì)擴散預測

從取水口水動力條件看，當小溪上游下泄流量超過取水口引水流量后，取水口所取水源均為小溪上游水體。但是，水體受污染后還存在稀釋、擴散等液體混合特性，而甌江上游大溪內(nèi)存在較多的工農(nóng)業(yè)區(qū)，假如大溪有污染源發(fā)生應急事故排放，仍可能會通過混合擴散影響至匯合口及其上游的小溪水質(zhì)。因此，本節(jié)將主要從污染物擴散方面對取水口的水質(zhì)進行影響分析，論證擬建取水口選址的可靠性。計算選用40mg／L濃度的污染物為大溪污染源排放示蹤劑，標準類同于水質(zhì)較差的Ⅴ類水化學需氧量（CODcr）指標［5］，不考慮沿程衰減；小溪則考慮Ⅰ類水體，流量為生態(tài)流量。

計算結(jié)果表明，當小溪下泄生態(tài)流量時，污染物15 mg／L等濃度線擴散穩(wěn)定后 （約30d）距匯合口約1km，覆蓋了小溪上澤灣取水口，但不會到達新田坑位置的擬建取水口，所以對擬建取水口的水質(zhì)將沒有影響 （見圖5）；其次，若灘坑電站下泄20.00m3／s以上流量時，污染物基本都集中在甌江內(nèi)，并順流進入電站下游。因此，從水質(zhì)擴散預測看，當小溪下泄生態(tài)流量以上流量時，匯合口內(nèi)的污染物基本上不會上溯進入擬建取水口。

圖5 小溪下泄生態(tài)流量污染物擴散上溯示意圖

5 結(jié) 語

通過平面二維水流及水質(zhì)數(shù)值模擬，從水動力、泥沙及污染物擴散等方面對位于分汊河道匯合口上游的擬建取水口進行了分析論證。結(jié)果表明，擬建取水口水流條件相對較好。在小溪下泄生態(tài)流量以上流量時，甌江 （大溪）內(nèi)的水質(zhì)點不會進入小溪內(nèi)，即使甌江 （大溪）遭遇突發(fā)污染事故，污染水體亦不會短期上溯至擬建取水口附近。因此，從水動力及水質(zhì)等方面看，擬建取水口選址合理，研究成果可作為類似工程參考。

［1］王正法.青田縣城引水延伸改建工程可行性研究報告 ［R］.杭州：杭州市城建設計研究院有限公司，2011.

［2］張永進.浙江省青田縣三溪口河床式水電站工程初步設計［R］.杭州：浙江省水利水電勘測設計院，2009.

［3］芮建良，廖琦琛.灘坑水電站對下游環(huán)境的影響 ［C］／／2004年浙江省科協(xié)重點學術研討項目 （4）—甌江河口綜合考察論文集.北京：《中國學術期刊 （光盤版）》電子雜志社，2004.

［4］錢寧.泥沙手冊 ［M］.北京：中國環(huán)境科學出版社，1992.

［5］國家環(huán)境保護總局國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 3838—2002中華人民共和國國家標準地表水環(huán)境質(zhì)量標準 ［S］.北京：國家環(huán)境保護總局國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2002.