付藝偉, 晉藝欣, 周 瑛

(1.中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司, 北京市 100101; 2.中國電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京 100024; 3.北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司, 北京 100085)

宿遷市城市現(xiàn)代化建設(shè)和社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)正在快速推進(jìn),對(duì)區(qū)域供水的需求進(jìn)一步擴(kuò)大,加快實(shí)施城鄉(xiāng)統(tǒng)籌區(qū)域供水,是保障城鄉(xiāng)居民飲用水安全、促進(jìn)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(qū)域供水規(guī)劃(2012-2030)》和《宿遷中心區(qū)供水規(guī)劃(2012-2030)》,統(tǒng)籌推進(jìn)區(qū)域供水和中心城區(qū)供水工程建設(shè),讓老百姓早日喝上安全水、放心水。

宿豫區(qū)規(guī)劃新建供水工程,目的在于解決宿豫區(qū)現(xiàn)狀供水問題,保障供水安全,實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)同網(wǎng)、同源、同質(zhì)供水。 本文就其原水工程方案進(jìn)行分析。

1 工程總體分析

1.1 工程概況

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

1.2 備用水源及應(yīng)急水源相關(guān)政策法規(guī)

江蘇省對(duì)飲用水源地關(guān)于備用水源和應(yīng)急水源有相關(guān)規(guī)定,該水廠水源地方案確定時(shí)應(yīng)著重考慮。

《江蘇省人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)關(guān)于加強(qiáng)飲用水源地保護(hù)的決定》[1],“設(shè)區(qū)的市、縣(市、區(qū))人民政府應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)應(yīng)急飲用水源建設(shè),保證應(yīng)急用水。有條件的地區(qū)應(yīng)當(dāng)建設(shè)兩個(gè)以上相對(duì)獨(dú)立控制取水的飲用水源地;不具備條件建設(shè)兩個(gè)以上相對(duì)獨(dú)立控制取水飲用水源地的地區(qū),應(yīng)當(dāng)與相鄰地區(qū)簽訂應(yīng)急飲用水源協(xié)議,實(shí)行供水管道聯(lián)網(wǎng)?！?/p>

江蘇省住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳省水利廳省環(huán)保廳《關(guān)于切實(shí)加強(qiáng)應(yīng)急飲用水水源保護(hù)管理工作的通知》(蘇建城〔2017〕346 號(hào)),“不具備條件建設(shè)兩個(gè)以上相對(duì)獨(dú)立控制取水飲用水源地的地區(qū),應(yīng)當(dāng)與相鄰地區(qū)實(shí)行供水管道聯(lián)網(wǎng);應(yīng)急供水能力原則上應(yīng)不小于近5 年年平均日綜合生活用水量(公共服務(wù)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(xiàn)狀水源格局

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

圖1 現(xiàn)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(yùn)河及房亭河,主要出湖河流為新沂河和中運(yùn)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(diào)東線工程的中轉(zhuǎn)站,水質(zhì)可常年穩(wěn)定在Ⅱ～Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

駱馬湖死水位20.50 m,相應(yīng)庫容2.55 億m3;汛限水位22.50 m,相應(yīng)庫容7.73 億m3;正常蓄水位23.00 m,相應(yīng)庫容9.18 億m3;設(shè)計(jì)洪水位25.00 m,相應(yīng)庫容15.95 億m3。 南水北調(diào)東線一期工程已于 2013 年 12 月正式建成通水,第一期工程規(guī)劃取水流量500 m3/s,駱馬湖入湖流量275 m3/s,規(guī)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(guī)劃規(guī)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(guī)劃規(guī)模為6 萬m3/d,為水廠B 的唯一水源。

2.1.2 京杭運(yùn)河水源

京杭運(yùn)河自西北向東南橫貫宿遷全境,是宿遷市域內(nèi)生活、生產(chǎn)及農(nóng)業(yè)的主要水源,也是南水北調(diào)東線工程中主要輸水線路之一。 宿豫區(qū)C 水廠以京杭運(yùn)河水為水源,取水口位于中運(yùn)河劉老澗水源地,規(guī)劃取水規(guī)模12 萬m3/d,現(xiàn)狀實(shí)際取水規(guī)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(yùn)河水為應(yīng)急備用水源,規(guī)劃取水規(guī)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(shí),啟動(dòng)河湖連通水源泵站輸送京杭運(yùn)河水作為水廠水源,保障城鄉(xiāng)供水。

2.2 水廠水源地初選

宿豫區(qū)水資源配置未來主要是開發(fā)利用地表水,加強(qiáng)非常規(guī)水資源利用,供水管網(wǎng)范圍內(nèi)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(yùn)河是蘇北的黃金水道,船只來往運(yùn)輸導(dǎo)致大運(yùn)河水源容易受到污染,且劉老澗水源地的部分保護(hù)區(qū)范圍不在宿豫區(qū)內(nèi),跨區(qū)保護(hù)也為保護(hù)區(qū)的管理和防護(hù)造成不便,對(duì)劉老澗水源地安全保障帶來一定風(fēng)險(xiǎn)。 目前,中運(yùn)河劉老澗閘上游新開陸運(yùn)河并新建船舶服務(wù)區(qū),待投入運(yùn)行后,下游劉老澗水源地水污染風(fēng)險(xiǎn)增大;從長期的水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料顯示,駱馬湖水質(zhì)也優(yōu)于中運(yùn)河水質(zhì)。 綜上,擬建該水廠的水源優(yōu)先考慮駱馬湖為主水源,并根據(jù)要求[1],將運(yùn)河水考慮作為備用水源地。

另外,根據(jù)《江蘇省人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)關(guān)于加強(qiáng)飲用水源地保護(hù)的決定》,若建設(shè)新水源地保護(hù)區(qū),需要調(diào)整規(guī)劃建設(shè)用地性質(zhì),因此,新建水廠的駱馬湖取水點(diǎn)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(diào)工程和南水北調(diào)東線重要的蓄水湖泊,在枯水期水源主要來自江水北調(diào)或南水北調(diào)工程,調(diào)水工程供水目標(biāo)包括宿遷市的城市生活、工業(yè)、航運(yùn)及農(nóng)業(yè)用水,供水保證率分別為97%、97%、97%、75%,滿足本項(xiàng)目設(shè)計(jì)97%保證率取水要求。

根據(jù)已批復(fù)文件,目前宿遷市已有5 個(gè)取水工程獲淮委批準(zhǔn)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(qū)域除本工程外,暫無已申請(qǐng)尚未獲得批復(fù)或已批復(fù)尚未建成的用水戶,本工程規(guī)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(diào)工程實(shí)施外調(diào)補(bǔ)給,日均總調(diào)水流量約0.43 m3/s,遠(yuǎn)低于江水北調(diào)工程的設(shè)計(jì)入湖流量100 m3/s。 因此,本項(xiàng)目在江水北調(diào)工程正常運(yùn)行的情況下,取水量是可靠的。

根據(jù)南水北調(diào)調(diào)配原則,黃河以南各調(diào)蓄湖泊為保證各區(qū)現(xiàn)有用水利益不受破壞,制定了各調(diào)蓄湖泊北調(diào)控制水位,一般情況下低于此水位時(shí),停止抽湖泊蓄水北調(diào)出省。 南水北調(diào)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(guī)劃控制水位見表1。

表1 駱馬湖規(guī)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(tǒng)計(jì)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(diào)東線一期工程通水前,最低水位有8 年低于規(guī)劃死水位,而通水后已不再出現(xiàn)該現(xiàn)象。 受南水北調(diào)東線一期工程通水影響,2013 年前的水位統(tǒng)計(jì)對(duì)取水工程設(shè)計(jì)參考意義不大,而受此影響,通水后駱馬湖水位保證率會(huì)更高。

3.2 取水水質(zhì)分析

2014—2018 年,駱馬湖調(diào)水保護(hù)區(qū)(宿遷)共監(jiān)測(cè)了60 次(1 月/次),水質(zhì)類別以Ⅱ、Ⅲ類為主,其中達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)共18 次,Ⅲ類水質(zhì)共41 次,Ⅳ類共1 次,總體達(dá)標(biāo)率為98.3%,見圖3。

圖3 駱馬湖(宿遷)5 年水質(zhì)監(jiān)測(cè)Fig.3 Five year water quality monitoring of Luoma Lake (Suqian)

由圖3 可知,其中,Ⅳ類水發(fā)生在2015 年6 月份,超標(biāo)項(xiàng)目為氟化物1.21 mg/L,超標(biāo)物質(zhì)與吳雅麗[2]監(jiān)測(cè)結(jié)果一致。 吳雅麗[2]對(duì)駱馬湖的水質(zhì)監(jiān)測(cè)顯示,駱馬湖2019 年主要污染物污染分擔(dān)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(xiàng)(35.96%),但總體水質(zhì)保持在Ⅱ、Ⅲ類。 駱馬湖富營養(yǎng)化的主要原因?yàn)橐屎雍途┖即筮\(yùn)河攜帶大量營養(yǎng)物質(zhì)入湖。

覃寶利等[3]研究發(fā)現(xiàn)駱馬湖富營養(yǎng)化程度依然在增加,9 月總生物量呈西南區(qū)域明顯高于東北區(qū)域的趨勢(shì)。 徐明華等[4]研究發(fā)現(xiàn)駱馬湖及出入湖河流水中農(nóng)藥總質(zhì)量濃度呈現(xiàn)豐水期＞平水期＞枯水期,農(nóng)藥質(zhì)量濃度較高的點(diǎn)位多分布在駱馬湖入湖河流,水源地采樣點(diǎn)農(nóng)藥總質(zhì)量濃度相對(duì)較低。根據(jù)2014—2018 年駱馬湖調(diào)水保護(hù)區(qū)(宿遷)水功能區(qū)內(nèi)5 個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)資料(圖4),駱馬湖(宿遷)營養(yǎng)化狀態(tài)主要為中營養(yǎng),在2019 年10 月份富營養(yǎng)指數(shù)51.4,為輕度富營養(yǎng)。 從年內(nèi)時(shí)間分配來看,在6—8 月份湖區(qū)富營養(yǎng)化呈上升趨勢(shì),8—10 月份湖區(qū)富營養(yǎng)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(yǎng)化指數(shù)各采樣點(diǎn)相差不大,營養(yǎng)化指數(shù)最低的(45.8)采樣點(diǎn)位于駱馬湖南岸,最高的(47.1)采樣點(diǎn)位于駱馬湖西南方向。 上述都顯示做好水源地保護(hù)的前提下,宿遷市位于駱馬湖的兩處水源地水質(zhì)能滿足取水需求,總體來說,嶂山水源地位于駱馬湖東側(cè),距離入湖河流及人類活動(dòng)區(qū)域更遠(yuǎn),水質(zhì)相對(duì)更有保障。

圖4 駱馬湖(宿遷)5 年?duì)I養(yǎng)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)Fig.4 Statistics of nutrition status of Luoma Lake (Suqian) in five years

3.3 建設(shè)條件分析

宿城水源地現(xiàn)狀取水口距岸邊最近處僅200 m,湖底高程19.6 m 左右。 該區(qū)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(jì)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(shí)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(xiàn)狀取水口距岸邊最近處1 600 m,取水口處湖堤岸穩(wěn)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(shí)在3.7 m 以上,湖岸段地基經(jīng)一定處理后,可以滿足取水構(gòu)筑物建設(shè)要求。 水廠B 建設(shè)時(shí),岸邊征地已完成,可省去征地手續(xù),原水泵站具有充足的建設(shè)場(chǎng)地。從現(xiàn)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(duì)比

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

從建設(shè)主水源輸水管方面考慮,兩個(gè)水源地在建設(shè)期及運(yùn)維期各有其優(yōu)勢(shì)。 若考慮備用水源的輸送,備用水源考慮為運(yùn)河水,通過河湖連通工程可將運(yùn)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(shí)輸送備用水源運(yùn)河水,從該角度考慮,宿城水源地具有較大優(yōu)勢(shì)。

3.5 造價(jià)對(duì)比

嶂山水源地從建設(shè)條件上具有較高的優(yōu)勢(shì),從盡快建成以滿足該規(guī)劃水廠運(yùn)行的出發(fā)點(diǎn),暫不考慮備用水源從運(yùn)河取水建設(shè)成本,比較兩處水源地取水的建設(shè)費(fèi)用見表3。 由于嶂山水源地至規(guī)劃水廠的輸水管道距離較長,嶂山水源地的靜態(tài)總投資高于宿城水源地的靜態(tài)總投資。

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

3.6 水源選取

經(jīng)過上述分析,兩處水源地取水各有優(yōu)劣。 嶂山水源地取水協(xié)調(diào)部門較少,征地少,建設(shè)難度相對(duì)較低。 若選取嶂山水源地方案,短期可實(shí)現(xiàn)為該規(guī)劃水廠供水目的,但遠(yuǎn)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(lián)網(wǎng)供水來實(shí)現(xiàn),基于此,宿城水源地方案在造價(jià)低的基礎(chǔ)上可兼顧遠(yuǎn)期備用水源的輸送,其造價(jià)優(yōu)勢(shì)足以彌補(bǔ)以上其他劣勢(shì)。 因此,最終選取宿城水源地方案為推薦方案。

4 結(jié)語

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

② 宿遷市在駱馬湖現(xiàn)有水源地兩處,嶂山水源地和宿城水源地。 從實(shí)施建設(shè)角度看,嶂山水源地水深更深,取水構(gòu)筑物建設(shè)條件更好,輸水管線施工協(xié)調(diào)難度相對(duì)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(shè)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(chǎn)權(quán)單位多,綜合施工難度大,但是宿城水源地建設(shè)的原水輸水管線可兼顧運(yùn)河水作為備用水源的輸送,靜態(tài)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(diǎn),選擇宿城水源地取水。