宿豫區某規劃水廠取水水源方案選擇分析

付藝偉, 晉藝欣, 周 瑛

(1.中交水運規劃設計院有限公司, 北京市 100101; 2.中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司,北京 100024; 3.北京清華同衡規劃設計研究院有限公司, 北京 100085)

宿遷市城市現代化建設和社會主義新農村建設正在快速推進,對區域供水的需求進一步擴大,加快實施城鄉統籌區域供水,是保障城鄉居民飲用水安全、促進水資源合理配置和高效利用的重要舉措。宿遷市組織修編了《宿遷市區域供水規劃(2012-2030)》和《宿遷中心區供水規劃(2012-2030)》,統籌推進區域供水和中心城區供水工程建設,讓老百姓早日喝上安全水、放心水。

宿豫區規劃新建供水工程,目的在于解決宿豫區現狀供水問題,保障供水安全,實現城鄉同網、同源、同質供水。 本文就其原水工程方案進行分析。

1 工程總體分析

1.1 工程概況

宿豫區規劃新建某水廠,2025 年規模15×104m3/d,2030 年規模30×104m3/d。 擬建水廠選址位于宿豫區城郊北側,可用地27.76 hm2,地塊整體平整,高程19.0 m。 取水工程建設規模按遠期規劃設計,考慮水廠自用水量及輸水管道漏損率,取水工程設計流量為36×104m3/d(4.2 m3/s)。

1.2 備用水源及應急水源相關政策法規

江蘇省對飲用水源地關于備用水源和應急水源有相關規定,該水廠水源地方案確定時應著重考慮。

《江蘇省人民代表大會常務委員會關于加強飲用水源地保護的決定》[1],“設區的市、縣(市、區)人民政府應當加強應急飲用水源建設,保證應急用水。有條件的地區應當建設兩個以上相對獨立控制取水的飲用水源地;不具備條件建設兩個以上相對獨立控制取水飲用水源地的地區,應當與相鄰地區簽訂應急飲用水源協議,實行供水管道聯網?！?/p>

江蘇省住房城鄉建設廳省水利廳省環保廳《關于切實加強應急飲用水水源保護管理工作的通知》(蘇建城〔2017〕346 號),“不具備條件建設兩個以上相對獨立控制取水飲用水源地的地區,應當與相鄰地區實行供水管道聯網;應急供水能力原則上應不小于近5 年年平均日綜合生活用水量(公共服務用水和居民家庭用水之和)的70%”。

2 水源地初選

2.1 宿遷市現狀水源格局

宿遷市地表水源主要為駱馬湖水和京杭運河水,地下水源主要為農村自備井,目前已基本關?！，F狀水源分布格局見圖1。

圖1 現狀水源分布格局Fig.1 Current water source distribution pattern

2.1.1 駱馬湖水源

駱馬湖是江蘇省第四大湖泊,屬淺水型湖泊,流域面積5.2 萬km2,其主要入湖河流為沂河、中運河及房亭河,主要出湖河流為新沂河和中運河南段。駱馬湖是宿遷、徐州的重要飲用水水源地和南水北調東線工程的中轉站,水質可常年穩定在Ⅱ～Ⅲ類水質標準。

駱馬湖死水位20.50 m,相應庫容2.55 億m3;汛限水位22.50 m,相應庫容7.73 億m3;正常蓄水位23.00 m,相應庫容9.18 億m3;設計洪水位25.00 m,相應庫容15.95 億m3。 南水北調東線一期工程已于 2013 年 12 月正式建成通水,第一期工程規劃取水流量500 m3/s,駱馬湖入湖流量275 m3/s,規劃駱馬湖出水流量250 m3/s。

宿遷市位于駱馬湖的飲用水源地共兩處,分別為位于駱馬湖南岸附近的駱馬湖宿城水源地,規劃規模為43 萬m3/d,為水廠A 的主水源;位于駱馬湖東岸附近的駱馬湖嶂山水源地,規劃規模為6 萬m3/d,為水廠B 的唯一水源。

2.1.2 京杭運河水源

京杭運河自西北向東南橫貫宿遷全境,是宿遷市域內生活、生產及農業的主要水源,也是南水北調東線工程中主要輸水線路之一。 宿豫區C 水廠以京杭運河水為水源,取水口位于中運河劉老澗水源地,規劃取水規模12 萬m3/d,現狀實際取水規模6 萬m3/d。

2.1.3 其他情況說明

水廠A 于2017 年建成河湖連通水源地,以京杭運河水為應急備用水源,規劃取水規模38 萬m3/d,河湖連通水源泵站與宿城水源泵站出水管道通過一根DN1 400 的PCCP 管連接,在駱馬湖水源地不能滿足取水要求時,啟動河湖連通水源泵站輸送京杭運河水作為水廠水源,保障城鄉供水。

2.2 水廠水源地初選

宿豫區水資源配置未來主要是開發利用地表水,加強非常規水資源利用,供水管網范圍內逐步減少地下水開采,因此,不考慮地下水作為新建水廠的水源。 由于京杭運河是蘇北的黃金水道,船只來往運輸導致大運河水源容易受到污染,且劉老澗水源地的部分保護區范圍不在宿豫區內,跨區保護也為保護區的管理和防護造成不便,對劉老澗水源地安全保障帶來一定風險。 目前,中運河劉老澗閘上游新開陸運河并新建船舶服務區,待投入運行后,下游劉老澗水源地水污染風險增大;從長期的水質監測資料顯示,駱馬湖水質也優于中運河水質。 綜上,擬建該水廠的水源優先考慮駱馬湖為主水源,并根據要求[1],將運河水考慮作為備用水源地。

另外,根據《江蘇省人民代表大會常務委員會關于加強飲用水源地保護的決定》,若建設新水源地保護區,需要調整規劃建設用地性質,因此,新建水廠的駱馬湖取水點仍在原水源地附近。

3 水源取水分析

3.1 取水水量水位分析

駱馬湖是江水北調工程和南水北調東線重要的蓄水湖泊,在枯水期水源主要來自江水北調或南水北調工程,調水工程供水目標包括宿遷市的城市生活、工業、航運及農業用水,供水保證率分別為97%、97%、97%、75%,滿足本項目設計97%保證率取水要求。

根據已批復文件,目前宿遷市已有5 個取水工程獲淮委批準取水許可總量約2.396 億m3,尚余0.884 億m3分配水量。 2030 年宿遷市擬分配駱馬湖水量約3.28 億m3,目前該區域除本工程外,暫無已申請尚未獲得批復或已批復尚未建成的用水戶,本工程規劃2030 年新增取用宿遷市駱馬湖分配水量約1.02 億m3,高于剩余分配總量0.884 億m3要求,缺水量約0.136 億m3,需利用江水北調工程實施外調補給,日均總調水流量約0.43 m3/s,遠低于江水北調工程的設計入湖流量100 m3/s。 因此,本項目在江水北調工程正常運行的情況下,取水量是可靠的。

根據南水北調調配原則,黃河以南各調蓄湖泊為保證各區現有用水利益不受破壞,制定了各調蓄湖泊北調控制水位,一般情況下低于此水位時,停止抽湖泊蓄水北調出省。 南水北調東線第一期工程已于2013 年12 月正式建成通水,通水后,駱馬湖規劃控制水位見表1。

表1 駱馬湖規劃控制水位Tab.1 Planned control of water level in Luoma Lake

取嶂山閘1983—2017 年近35 年逐年平均及最低特征水位資料見圖2。

圖2 嶂山閘上游水位站逐年平均及最低水位統計Fig.2 Statistical chart of annual average and lowest water levels at the upstream water level station of Zhangshan Gate

在2013 年南水北調東線一期工程通水前,最低水位有8 年低于規劃死水位,而通水后已不再出現該現象。 受南水北調東線一期工程通水影響,2013 年前的水位統計對取水工程設計參考意義不大,而受此影響,通水后駱馬湖水位保證率會更高。

3.2 取水水質分析

2014—2018 年,駱馬湖調水保護區(宿遷)共監測了60 次(1 月/次),水質類別以Ⅱ、Ⅲ類為主,其中達到Ⅱ類水質共18 次,Ⅲ類水質共41 次,Ⅳ類共1 次,總體達標率為98.3%,見圖3。

圖3 駱馬湖(宿遷)5 年水質監測Fig.3 Five year water quality monitoring of Luoma Lake (Suqian)

由圖3 可知,其中,Ⅳ類水發生在2015 年6 月份,超標項目為氟化物1.21 mg/L,超標物質與吳雅麗[2]監測結果一致。 吳雅麗[2]對駱馬湖的水質監測顯示,駱馬湖2019 年主要污染物污染分擔率由高到低分別為氟化物(19.18%)、BOD5(17.67%)、CODCr(14.79%)、石油類(6.46%)、CODMn(5.94%)、其他16 項(35.96%),但總體水質保持在Ⅱ、Ⅲ類。 駱馬湖富營養化的主要原因為沂河和京杭大運河攜帶大量營養物質入湖。

覃寶利等[3]研究發現駱馬湖富營養化程度依然在增加,9 月總生物量呈西南區域明顯高于東北區域的趨勢。 徐明華等[4]研究發現駱馬湖及出入湖河流水中農藥總質量濃度呈現豐水期＞平水期＞枯水期,農藥質量濃度較高的點位多分布在駱馬湖入湖河流,水源地采樣點農藥總質量濃度相對較低。根據2014—2018 年駱馬湖調水保護區(宿遷)水功能區內5 個水質監測點水質資料(圖4),駱馬湖(宿遷)營養化狀態主要為中營養,在2019 年10 月份富營養指數51.4,為輕度富營養。 從年內時間分配來看,在6—8 月份湖區富營養化呈上升趨勢,8—10 月份湖區富營養化程度高于其他月份。 從空間分布來看,2014—2018 年的湖泊平均營養化指數各采樣點相差不大,營養化指數最低的(45.8)采樣點位于駱馬湖南岸,最高的(47.1)采樣點位于駱馬湖西南方向。 上述都顯示做好水源地保護的前提下,宿遷市位于駱馬湖的兩處水源地水質能滿足取水需求,總體來說,嶂山水源地位于駱馬湖東側,距離入湖河流及人類活動區域更遠,水質相對更有保障。

圖4 駱馬湖(宿遷)5 年營養狀態統計Fig.4 Statistics of nutrition status of Luoma Lake (Suqian) in five years

3.3 建設條件分析

宿城水源地現狀取水口距岸邊最近處僅200 m,湖底高程19.6 m 左右。 該區域水下地形較平緩,由于水深較淺,取水口位于該處的水廠A 已計劃將取水口向湖心深處延申2 000 m 以上,確保取水頭部的水位保證率。 距離岸邊2 000 m 左右的湖底高程約17.87 m,水深可確保死水位時在2.6 m以上,若水廠取水口選擇在此處,可同水廠A 的取水頭部一同考慮。 嶂山水源地現狀取水口距岸邊最近處1 600 m,取水口處湖堤岸穩定,沖淤變化不大,湖底高程16.77 ～17.27 m,水深可確保死水位時在3.7 m 以上,湖岸段地基經一定處理后,可以滿足取水構筑物建設要求。 水廠B 建設時,岸邊征地已完成,可省去征地手續,原水泵站具有充足的建設場地。從現狀條件比較,嶂山水源地取水條件更加成熟。

3.4 輸水條件對比

輸水管線按選用兩條DN1 400 管道輸水。 兩個水源地的輸水管線建設比較見表2。

從建設主水源輸水管方面考慮,兩個水源地在建設期及運維期各有其優勢。 若考慮備用水源的輸送,備用水源考慮為運河水,通過河湖連通工程可將運河水源輸送至駱馬湖宿城水源地,宿城水源地方案的原水輸水管線可同時輸送備用水源運河水,從該角度考慮,宿城水源地具有較大優勢。

3.5 造價對比

嶂山水源地從建設條件上具有較高的優勢,從盡快建成以滿足該規劃水廠運行的出發點,暫不考慮備用水源從運河取水建設成本,比較兩處水源地取水的建設費用見表3。 由于嶂山水源地至規劃水廠的輸水管道距離較長,嶂山水源地的靜態總投資高于宿城水源地的靜態總投資。

表3 兩處水源地選取造價Tab.3 Cost for selecting two water sources

3.6 水源選取

經過上述分析,兩處水源地取水各有優劣。 嶂山水源地取水協調部門較少,征地少,建設難度相對較低。 若選取嶂山水源地方案,短期可實現為該規劃水廠供水目的,但遠期仍需制定備用水源方案,通過新建原水管道或其他水廠聯網供水來實現,基于此,宿城水源地方案在造價低的基礎上可兼顧遠期備用水源的輸送,其造價優勢足以彌補以上其他劣勢。 因此,最終選取宿城水源地方案為推薦方案。

4 結語

① 駱馬湖作為該規劃水廠的水源地,其水量、水質是可靠的,尤其是南水北調東線一期工程和江水北調工程建成后,更加能保證該水廠的規劃取水。

② 宿遷市在駱馬湖現有水源地兩處,嶂山水源地和宿城水源地。 從實施建設角度看,嶂山水源地水深更深,取水構筑物建設條件更好,輸水管線施工協調難度相對較低,但嶂山水源地不能兼顧未來的備用水源輸送,需額外建設備用水源。 宿城水源地水深較淺,需將取水頭部往駱馬湖深處延伸,輸水管線沿線涉及產權單位多,綜合施工難度大,但是宿城水源地建設的原水輸水管線可兼顧運河水作為備用水源的輸送,靜態總投資3.36 億元也低于嶂山水源地4.17 億元的方案。 從投資方面兼顧備用水源輸送的特點,選擇宿城水源地取水。