夾巖水利樞紐供水短缺問題研究分析

王 飛

(貴州省水利水電工程咨詢有限責任公司,貴州 貴陽 550081)

1 研究范圍、“三生”用水問題分析、研究任

務及目標

1.1 研究范圍的確定

根據《畢節市城市總體規劃》(2010-2030),畢節試驗區范圍、白甫河干流流經區域、夾巖水利樞紐(畢大供水工程)(以下簡稱“夾巖水利樞紐”)的供水范圍,綜合確定研究范圍為畢節市中心城區(七星關區城區、金海湖新區城區、大方縣縣城)。

1.2 “三生”用水問題分析

1.2.1 畢節市中心城區生態環境水問題

白甫河為六沖河左岸一級支流,屬于烏江水系。白甫河主河道上游建有龍官橋水庫和倒天河水庫,一級支流觀音河上建有利民水庫。白甫河流經畢節市七星關區中心城區,是七星關區唯一的城市生態水體。

龍官橋水庫、倒天河水庫、利民水庫3個水庫現狀皆作為畢節市七星關區城區的供水水源。隨著畢節城市的發展用水需求急速增加,擠占了白甫河生態環境用水,導致白甫河生態基流基本斷流。

在畢節市七星關城區白甫河同心城市公園流倉閘壩下游現狀河道無水流,下游河道水體生物群落遭到難以恢復的破壞,難以形成水體生物多樣性,水體自凈能力大幅度降低。流倉閘壩上游庫水缺乏流動性,沒有上游優質的生態環境水補充,不能保持水體的有效自凈能力。

根據2021年12月,中央第二生態環境保護督察組督察貴州發現,白甫河生態環境嚴重超負荷運行,河道生態環境呈現無序狀態。監測結果顯示,白甫河進入七星關城區前水質為Ⅱ類;流經城區后水質惡化為劣Ⅴ類,不滿足貴州省水功能區劃要求的Ⅲ類。

金海湖新區規劃建設較晚,規劃建設具有一定前瞻性,已形成“景城一體”的園林城市雛形,且濕地公園成效初顯,生態環境水滿足現階段城市發展要求,不存在擠占生態環境水情況。

大方縣城區位于畢節市中心城市的東南片區,縣城無穿城河,“三生用水”現階段基本能滿足城市發展需求。

1.2.2 畢節市中心城區生產、生活用水短缺問題

1)七星關區生產、生活用水短缺問題

畢節市七星關區城區現狀供水水廠為畢節水廠和倒天河水廠,七星關區經開區黔西北工業園區A區工業用水水廠為七星關區經開區供水工程凈水廠。畢節水廠位于畢節市七星關區中心城區,原水為倒天河水庫及利民水庫,現狀設計規模為10萬 m3/d、實際供水量為10萬 m3/d,水廠進水口高程為1 560 m。

倒天河水廠位于畢節市七星關區倒天河水庫下游300 m處,原水為倒天河水庫及龍官橋水庫,現狀水處理規模為6萬 m3/d,實際供水量為2萬 m3/d,水廠進水口高程為1 540 m。

七星關區經開區供水工程凈水廠位于畢節市七星關區海子街鎮螞蟥村,原水為雙河口水庫,設計水處理規模為2.14萬 m3/d,水廠進水口高程1 480.00 m。

七星關城區現狀生產、生活用水供水水源龍官橋水庫、倒天河水庫、利民水庫總設計供水量為4 156萬 m3/a,實際供水量為4 317萬 m3/a,供水水源處于超負荷供水狀態。

圖1 白甫河流經畢節市城區段水系圖

2)金海湖新區生產、生活用水現狀

金海湖新區城區現狀主要供水水廠主要為松林水廠及應急水廠。

松林水廠位于金海湖新區梨樹鎮松林,原水現狀為歸化河者巴洞攔河壩提水工程供水,設計供水量為953萬 m3/a,現狀供水量1 004萬 m3/a,取水高程為1 335 m。松林水廠設計規模為3萬 m3/d,實際供水量為2.5萬 m3/d,水廠進水口高程為1 503 m。

應急水廠位于金海湖新區雙山鎮小壩村,原水為毛栗水庫供水,總庫容395萬m3,正常蓄水位1 546.04 m,設計供水量367萬 m3/a,現狀供水量361萬 m3/a。應急水廠設計規模為0.9萬 m3/d,實際供水量為0.9萬 m3/d,水廠進水口高程為1 460 m。

松林水廠由于水源供給不足,導致水廠現狀只能供水2.5萬 m3/d,應急水廠滿負荷運行,故金海湖新區城區現狀生產、生活用水供水處于滿負荷運行狀態,現狀供水能力不足。

3)大方縣城區生產、生活用水現狀大方縣城區現狀供水水廠處于低負荷運行狀態,現狀原水總設計供水量3 068萬 m3/a,實際供水量1 774萬 m3/a,供水水源處于低負荷供水狀態。大方縣現狀生產、生活用水供大于求,現狀不缺水(見表1)。

表1 大方縣供水水廠及水源情況表

1.3 研究任務

現狀畢節市中心城區“三生”用水短缺,生產、生活用水與生態環境水的矛盾沖突關系日益突出。通過對畢節市中心城區水資源情況調查分析,對夾巖水利樞紐管網延伸項目實施的技術經濟分析,補充供水解決現狀畢節市中心城區“三生”用水失衡及短缺問題的可行性。

1.4 研究目標

(1)通過水系內水資源優化配置,恢復白甫河水生態環境生態基流和提高水體自凈能力,維持河道水生生物物種穩定和多樣性對生存空間的基本需求。

(2)通過系統思維共建共治共享,優化白甫河的生態、生活、生產空間格局,使各河道斷面滿足貴州省水功能區劃要求。

(3)通過對畢節市中心城區“三生”用水供水保障,初步構建互聯互通的區域供水網絡和水資源優化配置。

2 “三生”用水需求分析及預測

2.1 生產、生活用水情況及需水預測

2.1.1 現狀用水

統計畢節市中心城區內2020年水廠供水量,即居民生活、生產用水總量為7 456萬 m3(見表2)。

表2 畢節市中心城區2020年用水情況統計表

2.1.2 需水預測

結合《貴州省統計年鑒》,畢節市近3年內的城市供水量增長率為3.4%～5.5%,本次需水預測主要參考近幾年城市供水量增長情況并結合經濟發展規劃,綜合考慮按5%的用水增長率預測2025、2030年中心城區用水需求(見表3)。

表3 畢節市中心城區2025、2030年生產、生活需水預測成果表

2.1.3 需水預測的合理性

根據第七次人口普查數據,截止2021年,畢節市中心城區城市人口為102.7萬人,根據《畢節市2035年遠景目標綱要》,以畢節市中心城區作為市域發展極核,到2025年,中心城區人口達120萬人,按此人口規?？紤]2%的城區人口增長率算至2030年的中心城區人口為132.5萬人。

根據需水預測成果,至2025年畢節市中心城區城市綜合用水量為266 L/(人·d),至2030年中心城區城市綜合用水量為295 L/(人·d),滿足《城市給水工程規劃規范》(GB50282-2016)中大城市(100～300萬人規模)的城市綜合用水量指標250～500 L/(人·d)的指標要求,因此認為本次需水預測成果是合理的。

2.2 水生態環境需水情況

2.2.1 生態用水需水分析[1]

根據《河湖生態環境需水計算規范》要求,維持河道水生生物物種穩定和多樣性對生存空間的需求,采用河流平均寬度、平均水深、平均流速以及濕周率來評估河流棲息地的保護水平,從而確定河流生態流量。

根據畢節市城區河段情況,河寬在18～25 m之間,生態用水需求的平均水深為0.18～0.3 m,得出白甫河城區河段生態需水流量為1.07～1.85 m3/s,為滿足城區河段生態用水需求,確定本次生態需水流量為1.85 m3/s,根據畢節中心城區白甫河河段生態逐月補水量,計算得倒天河水庫的修建造成壩址下游缺水河段生態用水缺水量為3 469萬 m3。

2.2.2 水景觀所需水量

白甫河為畢節市城區的穿城河,在城區中心河段有流倉閘壩,閘壩上游有城市花園景觀需要,形成水面景觀所需水深為閘壩堰頂以上15 cm,對應流量為1.45 m3/s,即景觀最大需水量4 573萬 m3。

綜上,本次采用倒天河水庫壩址和觀音河匯入白甫河匯口作為控制斷面,觀音河匯入對下游生態缺水有緩解作用,缺水量為1 424萬 m3。白甫河畢節市中心城區段(倒天河水庫至觀音河匯入口段)生態用水缺水量為3 469萬 m3。

2.3 已建水利工程供水分析

根據現狀調查分析,除夾巖水利工程外,畢節市中心城區現狀已建和在建水源工程有10處,其中水庫8處,提水工程2處。夾巖水利樞紐設計總供水量4.55億 m3/a,其中向畢節中心城區設計供水量1.648 8億 m3/a。

龍官橋水庫、倒天河水庫、利民水庫作為七星關區現狀供水水源工程,隨著畢節城市的發展用水需求急速增加,倒天河水庫和龍官橋水庫現狀供水擠占了下游白甫河的環境用水,導致白甫河維持基本生態缺水量3 469萬 m3/a。

2.4 供需平衡分析

根據上述計算,考慮倒天河水庫、龍官橋水庫退出水源地向白甫河生態補水3 652萬 m3,利民水庫作備用水源后,2025年畢節中心城區缺水量為5 332萬 m3,2030年畢節中心城區缺水量為7 335萬 m3(見表4)。

表4 畢節市中心城區生活、生產用水情況統計表 萬m3

3 水資源優化配置方案

3.1 水資源優化配置方案

根據對畢節市中心城區的現狀用水調查及供需平衡分析,七星關區城區現狀“三生”用水短缺,現狀水源不能滿足城區“三生”用水需求,需通過水資源優化配置解決;金海湖新區城區僅存在生產、生活用水短缺問題,現狀水源供給不足,需外部水源補充供水解決;大方縣城區現狀及規劃水平年2030年均不存在“三生”用水問題。畢節市中心城區(七星關區城區及金海湖新區城區)“三生”用水總缺口為7 335萬 m3/a。

畢節市中心城區水源總可供水量為25 632萬 m3/a,遠大于2030年三生用水總量15 613萬 m3/a,水資源現狀供遠大于求。根據七星關區城區及金海湖新區城區現狀水資源情況及夾巖水利樞紐情況,提出以下兩種水資源優化配置方案:

方案一:白甫河生態缺水量為3 469萬 m3,龍官橋水庫、倒天河水庫兩個水庫可供水量3 652萬 m3,采取由夾巖水利樞紐完全置換龍官橋水庫、倒天河水庫兩座水庫的供水功能向七星關區城區及金海湖新區城區水廠供水,滿足其近、遠期水平年的主城區的生產生活用水缺口部分,龍官橋水庫、倒天河水庫兩座水庫向七星關區城區段白甫河水生態環境補水,利民水庫供水功能不變。

生產、生活用水:夾巖水利樞紐(6 831萬 m3)+利民水庫(504萬 m3)+雙河口水庫(600萬 m3)+毛栗水庫(367萬 m3)+者巴洞提水工程(953萬 m3)

生態環境水:龍官橋水庫+倒天河水庫(3 652萬 m3)

工程方案:雙管布置

方案二:白甫河生態缺水量為3 469萬 m3,龍官橋水庫、倒天河水庫、利民水庫三個水庫可供水量4 156萬 m3,采取由夾巖水利樞紐完全置換龍官橋水庫、倒天河水庫、利民水庫三座水庫的供水功能向七星關區城區及金海湖新區城區水廠供水,滿足其近、遠期水平年的城區的生產生活用水缺口部分,龍官橋水庫、倒天河水庫兩座水庫向七星關區城區段白甫河水生態環境補水。利民水庫可供水量504萬 m3,作為畢節市七星關區城區備用水源。未來隨著畢節市經濟發展和城鎮化水平的進一步提高,還可加大夾巖水利樞紐對畢節主城區的生產生活供水、生態環境補水,以滿足可能的水量增長需要。

生產、生活用水:夾巖水利樞紐(7 335萬 m3)+雙河口水庫(600萬 m3)+毛栗水庫(367萬 m3)+者巴洞提水工程(953萬 m3)

生態環境水:龍官橋水庫+倒天河水庫(3 652萬 m3)

備用水源:利民水庫(504萬 m3)

工程方案:單管布置

3.2 水資源優化配置方案比選

根據上述章節提出的方案進行供水量、備用水源、年耗電量、總投資等進行比較。

在供水量方面:方案一夾巖水利樞紐供水向七星關區城區及金海湖新區城區補充供水 6 831萬 m3,方案一“三生”用水量達到12 907萬 m3;方案二夾巖水利樞紐供水向七星關區城區及金海湖新區城區補充供水7 335萬 m3,方案二“三生”用水及備用水源量達到13 411萬 m3,方案二較優。

在備用水源建設方面[2]:城市備用應急水源是城市抵御突發性水源污染事件、應對極端干旱天氣等最有效的預防手段,是城市保障供水體系和降低供水風險、保障供水安全的主要措施?！度珖乖缫巹潯?國函〔2011〕41號)、《國務院關于印發水污染防治行動計劃的通知》(國發〔2015〕17號)、《關于進一步加強城市水利規劃工作的通知》,要求完善城市供水保障體系,原則上應于2020年年底前基本完成單一水源供水城市(地級及以上)的備用或應急水源工程建設[3]。故在備用水源建設方面,方案二利民水庫作為備用水源滿足國家政策要求。

在年耗電量上:方案二夾巖水利樞紐供水提水較多,年運行電費每年比方案一多179.16萬元,方案一略優于方案二。

在總投資上:方案一因無備用水源,作為主要城市供水管道需設置雙管供水。方案二因將利民水庫作為備用水源,可不設置雙管供水。故在投資上方案一總投資較方案二總投資多16 356.85萬元,方案二優于方案一。

綜上所述,綜合各方面因素,選取方案二作為水資源配置推薦方案。

4 工程方案擬定

根據推薦方案,實施從夾巖水利樞紐末端高位水池取水向七星關區城區及金海湖新區各水廠供水輸水工程。

由夾巖水利樞紐末端高位水池取水,經金海湖新區梨樹鎮、七星關區德溪經開區,從主城區北東方向進入畢節水廠和倒天河水廠,單管布置;輸水管道采用焊接鋼管,直徑DN1800,壁厚14 mm,主管長度32.3 km,岔管長度2.3 km;泵站設計流量為8 810.88 m3/h,揚程153 m。

由夾巖水利樞紐末端高位水池取水,沿城市主干道布設管道進入松林水廠,雙管布置;輸水管道采用焊接鋼管,直徑DN700,壁厚10 mm,主管長度8.6 km,重力自流輸水。

工程總投資估算為58 555萬元。

5 結語

(1)通過水系內水資源優化配置,充分利用夾巖水利樞紐大水網建設,初步構建互聯互通的區域供水網絡,初步研究路線可行。

(2)本次研究分析水質、水量滿足畢節市中心城區未來發展需求,技術可行,經濟合理。

(3)工程實施對促進區域內經濟的發展和保持社會穩定起著積極重要的作用,具有良好的生態效益、經濟效益和社會效益。