深圳市是中国最为缺水的大城市之一, 人均拥有水资源量不足200m³, 仅为全国水平的1/12;同时, 深圳市水环境污染严重, 大部分河流受到污染水质劣于V类标准, 局部河流甚至出现黑臭现象, 进一步加剧水资源的供需矛盾^[3,4]。目前水库蓄水是深圳市主要的水源, 全市共有水库166座, 以中小型水库为主 (仅2座在建大型水库) 。深圳市几乎每条河流的源头都建有小 (2) 型水库, 这些水库众多且分散, 管理困难, 并且其供水量及水质均得不到保障;同时这些水库将河流源头切断, 导致下游河流基流丧失和自净能力减弱, 加剧了河流水质的恶化。

针对城市供水问题, 同为特大城市的北京、新加坡、香港均通过大型水库进行集中供水, 有效保障了供水水量及水质的稳定。例如香港船湾水库和万宜水库的总库容可达到5.11亿m³, 占香港总库容的87.2%, 可以满足城市3个月以上的供水需求。鉴于此, 深圳市应该在扩大现有中型水库库容、增强其供水能力的同时, 对小型水库供水功能进行调整, 从而推动区域的集中供水, 保障供水安全。目前全市小 (2) 型水库共有88座, 总库容可达到3 340.2万m³。具备供水功能的小 (2) 型水库有35座, 总库容为1 614.69万m³;具备防洪等功能的有53座, 总库容为1 725.51万m³。深圳市小 (2) 型水库河流补水的供水功能调整主要基于以下原则: (1) 不影响水库流域的供水; (2) 保障深圳市供水系统规划布局的科学性合理性不受影响; (3) 综合考虑小 (2) 型水库下游河流的水文特征和水质状况。经分析深圳市共有77座小 (2) 型水库可进行供水功能调整。供水功能调整后, 可利用小 (2) 型水库的库容为下游河流实施补水, 以期增强河流的自净能力并改善水质^[3~7];也可把流域土地从集雨区释放出来开发利用, 在一定程度上缓解深圳市土地资源紧张的局面。鉴于此, 本文在充分考虑水库功能、河流水质等因素的基础上, 预测功能调整后小 (2) 型水库补水对河流水质改善的环境效益;并对释放出来水库流域用地优化的效益进行分析。研究成果可为深圳市水资源的合理利用和水环境的改善提供科学依据。

深圳市降雨的季节性非常明显, 主要集中在汛期 (4~9月) , 约占全年雨量的84%。12月至次年2月降水量较少, 属于旱季。此时河流无自然径流补充, 水质相对较差, 亟需水库补水增加环境容量。因此本文的小 (2) 型水库补水河流的期间选择在旱季的3个月。水库补水量按照调解库容进行计算, 用正常蓄水库容减去死库容的量。综合分析各水库管理部门上报资料及现场调研结果, 小 (2) 型水库的水质状况见表1。深圳市河流大多短小, 缺乏动态补充水源, 对污染物的稀释能力很小。水库补水多从支流汇入干流, 大部分支流流量小, 水质相对较差, 并且支流沿河分布一定数量的排污口。鉴于此, 本文不考虑污染物的降解, 水库补水效果采用零维模型进行预测计算:

式中Q_h———河流流量, m³/s;

C_h———河流污染物浓度, mg/L;

C_P———补水污染物浓度, mg/L;

Q_P———补水流量, m³/s;

C———完全混合后的水质浓度, mg/L。

根据以上小 (2) 型水库的河流补水方案及预测方法, 对河流主要水质指标 (化学需氧量、氨氮和总磷) 的改善幅度进行预测, 水质改善效果见表2。

小型 (2) 水库补水后, 深圳河 (湾) 流域、龙岗河流域、观澜河流域、坪山河流域和茅洲河流域的主要河流水质普遍改善。深圳河 (湾) 流域的凤塘河和布吉河本底流量小, 水质较差, 补水后河水得到较大程度的稀释, 水质改善幅度最大可达到22.52%和18.29%;梧桐山河、沙湾河、深圳河改善幅度相对较小。龙岗河流域的田脚水改善较为明显 (可达到39.71%) , 主要原因是田脚水水质较差, 本底流量小河水能够得到较大程度的稀释;黄沙河的改善幅度大于10%, 其他河流改善幅度相对较小 (小于10%) 。观澜河流域的牛湖水改善幅度大于30%, 改善较为明显, 其他河流改善幅度相对较小 (小于10%) 。坪山河流域总补水量仅为93.22万m³, 明显少于龙岗河、观澜河等流域, 因此各河流的改善幅度也相对较小 (小于10%) 。茅洲河流域石岩河改善相对明显, 主要原因是石岩河本底水质较差, 优质水源的补充能够使河水得到较大程度的稀释, 从而改善河流水质;茅洲河水质恶劣出现恶臭现象, 但是由于本底流量大其水质改善幅度相对较小 (小于5%) 。大鹏 (亚) 湾流域除了水头沙河外, 其他河流水质的改善效果不明显, 这是因为大鹏 (亚) 湾流域城市化进程较低生态环境保持较好, 部分河流水质优于设定的小 (2) 型水库补水水质。

用地优化的一般目标是实现区域土地生态、经济、社会效益的最优化和城市整体功能的最优化, 其本质与核心是按照经济与社会的发展要求进行土地资源的再开发。深圳市小 (2) 型水库流域用地建设需要符合深圳市基本生态控制线管理规定, 以及省、市土地利用规划等相关文件要求。其中坡度大于25%的山林地禁止开发建设;基本生态控制线内禁止建设除重大道路交通设施、市政公用设施、旅游设施、公园以及与生态环境保护相适宜的农业、教育、科研等以外的设施。

深圳市小 (2) 型水库的功能调整后可将其流域土地置换出来用于开发, 其利用情况见表3。经分析深圳市可考虑补水的小 (2) 型水库总集雨面积65.84km², 其中生态控制线内面积59.28km², 面积约占总集雨面积的90%, 其中坡度>25%的土地面积为13.32km², 约占总集雨面积的20%;生态控制线外面积6.564km², 面积约占总集雨面积的10%。按照用地优化的原则, 基本生态控制线内坡度>25%的土地为禁建区, 因此, 小 (2) 型水库流域集雨区内可优化总面积为45.914km²。其中生态控制线内可优化土地面积为42.88km², 按照基本生态控制线管理规定要求, 此部分土地可优化用于建设重大道路交通设施、市政公用设施、旅游设施、公园以及与生态环境保护相适宜的农业、教育、科研等设施;生态控制线外可优化面积3.034km², 可用于供水枢纽水库周边旧村异地生态补偿、市政设施建设以及开发郊野公园等。深圳市小 (2) 型水库多依山傍水而建, 生态环境良好, 域内山水秀丽, 具备开发旅游的优良条件;另一方面, 水库流域可通过发展旅游改善基础设施建设, 发展旅游度假产业, 优化产业结构, 提升区域整体环境质量。可见利用小 (2) 型水库作为下游河流生态补水来源, 在改善河流水质的同时将水库流域土地资源开发利用, 在一定程度上可缓解深圳市土地资源紧张的局面, 并且也可推动区域经济发展, 具有较大的社会经济意义。

本文在充分考虑水库功能、河流水质等因素的基础上, 探讨小 (2) 型水库供水功能调整后进行河流补水的环境效益, 并对深圳市小 (2) 型水库流域土地优化利用效益进行分析。结果表明小 (2) 型水库补水实施后, 深圳河 (湾) 流域、龙岗河流域、观澜河流域、坪山河流域和茅洲河流域的主要河流水环境状况明显改善, 部分河流整体水质改善幅度超过30%, 个别指标改善幅度甚至达到55%以上;大鹏 (亚) 湾流域城市化进程较低生态环境保持较好, 部分河流水质优于设定的小 (2) 型水库补水水质, 补水后水质改善效果不明显。小 (2) 型水库的供水功能调整后, 45.914km²的土地从集雨区释放出来, 在一定程度上缓解深圳市土地资源紧张的局面, 在改善河流水质的同时推动区域经济发展, 具有较大的社会经济意义。