戴 韻,楊園晶,黃 鵠
(中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司深圳分院,廣東 深圳 518100)
珠江三角洲位于廣東省中南部,其經(jīng)濟發(fā)展和水資源配置不均衡,經(jīng)濟、人口重心在東部,而水資源重心在西部[1]。為解決水資源配置不均衡的問題,廣州市已于2010年實施了西江引水工程,將西江水引入石門、西村、江村三大水廠,供給廣州市中心城區(qū)使用[2]。而南沙區(qū)地處廣州市東南角,毗鄰東莞虎門,位于廣州市西江引水工程的供水范圍之外,其現(xiàn)狀取水點為沙灣水道,受咸潮影響,取水水源品質(zhì)難以保證。位于廣州以東的東莞市和深圳市,其主要供水水源為東江,但是東江的水資源開發(fā)利用率已達到極限,不宜再增加取水量。水的供需失衡成為困擾三地經(jīng)濟社會發(fā)展的瓶頸。因此,廣東省決定實施珠江三角洲水資源配置工程,從西江引水,以解決或緩解廣州南沙區(qū)和深圳、東莞等城市發(fā)展所面臨的水資源缺失問題。
珠江三角洲水資源配置工程總引水規(guī)模為80m3/s,其中廣州南沙、東莞和深圳的供水規(guī)模分別為:20、20、40m3/s。工程遠期2040年設(shè)計年供水量18.11億m3,廣州南沙、東莞和深圳的供水量分別為:5.54億、4.10億、8.47億m3。
珠江三角洲水資源配置工程項目建議書方案(以下簡稱“項建方案”)分為南線方案和北線方案,其中北線方案為推薦方案。北線方案為:從取水口(佛山市順德區(qū)杏壇鎮(zhèn)鯉魚洲西江干流)至輸水終點深圳市公明水庫采用四級泵站提升,設(shè)計總揚程為152m。輸水交水點分別為廣州市南沙區(qū)高新沙圍水庫(規(guī)劃新建)、東莞市松木山水庫和深圳市公明水庫。輸水干線總長度為92km,包括從取水口至高新沙圍水庫DN4800雙管41.6km(單管長度),從高新沙圍水庫至深圳市羅田水庫DN6400單管50.4km。東莞支線,從羅田水庫至松木山水庫DN4800輸水隧洞4.1km。深圳支線,從羅田水庫至公明水庫DN5400輸水隧洞1.5km和DN4800輸水隧洞11.8km,如圖1所示。
圖1 項建方案的平面圖
長距離調(diào)水工程的輸水方式有多級壓力提升和自流末端提升。前者管道埋深較淺,施工工法受地面環(huán)境和地質(zhì)條件的影響較大,需要設(shè)置多級泵站,運行和管理費用高;后者系統(tǒng)簡單,但是管道埋設(shè)深度大,施工難度大,末端泵站揚程高。珠江三角洲地區(qū)河網(wǎng)密布、河道錯綜復雜,作為沖積海積平原,受咸潮影響較大,地質(zhì)條件相對較差。如采用多級泵站提升的輸水方式,管道埋深淺,開挖放坡大,施工占地多,受外界環(huán)境影響大,對沿線建筑設(shè)施的干擾也大,而且臨時支護、導流、遷改的費用較高,相比之下,地下深埋隧洞的自流輸水方式更適合本地區(qū)。
項建方案采用四級提升壓力輸水,加壓泵站需設(shè)置大型壓力釋放井和調(diào)蓄池,使工程造價和能耗增加。在運行過程中由于不能在管道上直接串聯(lián)加壓,前一級泵站的余壓會在后一級泵站中釋放,加之泵站的多次水頭損失,造成系統(tǒng)的能量浪費。另外,壓力系統(tǒng)正常運行所需的運行費用較高。因此,不管是在能耗方面還是在造價和運行管理方面,珠江三角洲水資源配置工程采用泵站多級提水的方式均不是最節(jié)約、最綠色的方案。
廣州市南沙區(qū)交水點高新沙圍水庫為規(guī)劃水庫,在平原河網(wǎng)地區(qū)修建水庫占地多、成本高,壩體、庫岸基礎(chǔ)處理以及防滲處理的工程量和投資較大。另外,高新沙圍水庫目前仍在規(guī)劃階段,需要與珠江三角洲水資源配置工程同步建設(shè),水庫建成時間直接決定了引水工程的通水時間。
東莞市交水點為松木山水庫,水庫流域范圍涉及多個工業(yè)鎮(zhèn),部分鎮(zhèn)區(qū)仍為合流制系統(tǒng),點源污染和面源污染嚴重,導致水庫為Ⅴ類水質(zhì),部分時個別指標甚至達到劣Ⅴ類水質(zhì)[3]。而對水庫的治理涉及多條入庫河道的綜合整治、多個工業(yè)鎮(zhèn)的產(chǎn)業(yè)升級等,涉及范圍廣,治理難度大,所需時間和治污效果都不明確。而工程所引的西江水水質(zhì)為Ⅱ類標準,若原水輸送至松木山水庫調(diào)蓄,與水庫中較差水質(zhì)的存水混合后再凈化,雖有利于提高水庫水質(zhì),但是喪失了調(diào)引優(yōu)質(zhì)原水的初衷和優(yōu)勢,增加了水廠水處理的難度和費用。另外,東莞市中北部含松木山水庫在內(nèi)的水庫聯(lián)網(wǎng)工程已與東江聯(lián)通,而在經(jīng)濟發(fā)達的南部地區(qū)淡水資源缺乏,因此宜將交水點設(shè)置于東莞南部,形成對峙供水格局,將更利于整個城市的供水網(wǎng)絡(luò)布局。
珠江三角洲水資源配置工程是統(tǒng)籌東、西、北三江水資源、實現(xiàn)珠三角東部地區(qū)城市群多水源戰(zhàn)略、提高區(qū)域應急備用能力的重要工程。受水區(qū)未來對西江引水的依賴程度較高。由于受水區(qū)地處河網(wǎng)密集區(qū),修建大型調(diào)蓄水庫的條件非常有限。一旦發(fā)生供水事故,東莞市、深圳市尚有東江供水補充,而廣州南沙、中山、順德位于珠江口西岸,難以利用東江水資源,本地水資源開發(fā)利用潛力有限,系統(tǒng)應變能力較差。可以考慮借工程的修建,從珠江三角洲區(qū)域水資源合理配置著眼,提出東、西江連通方案,兩江水源互為補充,提高系統(tǒng)抗風險能力,進一步優(yōu)化區(qū)域水系連通工程布局,全面提升珠江三角洲城市水網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。
研究方案的輸水方式采用深埋大口徑單隧洞自流輸水,用水端泵站提升??紤]到枯水期和檢修期的反向供水,輸水干線全線設(shè)計規(guī)模采用80m3/s,管徑為DN6500,管道坡度0.5‰,管內(nèi)流速2.5m/s。管道采取深埋的方式,取水口處埋深13m,廣州南沙區(qū)分水點處埋深36m,東莞分水點處埋深47.5m,深圳取水點處埋深57.5m。
長距離自流輸水在我國已有多項成功的工程案例。例如我國新疆地區(qū)古老的坎兒井工程,將天山雪水匯聚成地下河,通過地下暗渠順地勢自然流動,為荒漠里的綠洲提供水源。20世紀50、60年代,新疆大約有坎兒井1700條,其中吐魯番就有1158條,總長約5000km,出水量在3億m3以上[4]。遼寧大伙房水庫輸水工程,采用盾構(gòu)法建設(shè)全長85.32km的自流輸水隧洞[5],將東部流域的水源引至大伙房水庫,供遼寧省中部地區(qū)6城市用水。工程設(shè)計輸水流量為70m3/s,多年平均輸水量達17.88億m3[6]。還有南水北調(diào)西線工程的代表性方案也采用長距離自流引水[7],從長江上游支流雅礱江、大渡河等長江水系調(diào)水,利用自流引水隧洞穿過長江與黃河的分水嶺巴顏喀拉山,調(diào)水入黃河。
采用自流引水,工程安全性提高,中途無須串聯(lián)加壓,集中在用水端進行提升,大型泵站投資減少,也無泵站節(jié)點能量浪費,運行費用低。沿途各城市、各水廠可在自流系統(tǒng)旁結(jié)合水廠設(shè)置提升泵站,分別提取各自規(guī)模的水量,取水量等于用水量,能源不浪費,分攤電費十分清楚。沿途流量分配調(diào)整對整體運行和運行費用影響不大。用水端提升泵房可采用深井泵房。深井泵房在我國長江沿線運用較多,如上海陳行水庫長江取水泵房[8],設(shè)計總規(guī)模為140x104m3/d,泵房內(nèi)徑和高度均為28m,取水泵房投產(chǎn)后運行良好,其經(jīng)濟、社會效益十分明顯。
采用深埋隧洞輸水,管道埋深大,沿線穿越珠江三角洲河網(wǎng)區(qū),可從河底深處穿越,不影響各河流水域,無臨時導流或河道改線工程;穿越城市對當?shù)厥姓A(chǔ)設(shè)施幾乎不影響,征地拆遷量少,尤其臨時征地量,管線、道路遷改工程量大幅減少。
采用單隧洞,相比于多管輸水,其造價大幅降低;相對小口徑管道,大口徑管道的沿程水頭損失小;無論滿流、非滿流,輸水隧洞內(nèi)均可保持一定流速,維持管內(nèi)沖淤、沖沙。
輸水主線全線采用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)法已是一項比較成熟的地下工程施工技術(shù),在我國已成功用于多項地鐵工程、長距離跨江越海隧道工程和鐵路、公路、市政等隧道工程[5]。在珠江三角洲水資源配置工程中,采用盾構(gòu)的方式通過隧洞穿越獅子洋,隧洞高程已在河底50~60m以下,在基巖層穿越,工程實施容易,安全性提高,且造價減少。
一般長距離引水工程在考慮各受水區(qū)現(xiàn)有水廠布局和未來規(guī)劃的基礎(chǔ)上,輸水線路應力求順直,不宜一味遷就各地的取水點和水廠布局,而造成引水主線路過長。同時此工程西江水作為優(yōu)質(zhì)的Ⅱ類水,宜原水直接進廠,既能節(jié)省調(diào)蓄過程的水頭浪費,又可直接處理Ⅱ類水,相比于混合后的水源減少處理難度。多余的水可再進水庫調(diào)蓄。
基于此,建議深圳市交水點設(shè)置在大空港水廠(深圳市寶安區(qū)西部),原水直接進廠,剩余水量再轉(zhuǎn)輸至公明水庫調(diào)蓄,此轉(zhuǎn)輸管又能作為水廠在引水工程檢修期的備用原水管。這種交水方式既能馬上解決深圳市寶安區(qū)西部缺水的“近渴”,又能避免原水入水庫調(diào)配過程中耗時、耗能、耗資的問題。東莞市可在南部填海區(qū)新建水廠作為交水點,縮短干線引水距離,并與東江水源的水廠形成對峙式供水格局。廣州市南沙區(qū)宜直接交水至橫瀝鎮(zhèn)水廠,工程通水不再受高新沙圍水庫建設(shè)的制約。
引水工程需考慮枯水期、檢修期、供水事故等情況下的水源補充調(diào)配問題。初步考慮開鑿一條同管徑輸水隧洞,東、西方向分別延伸至東江、西江,從東、西江引水,可在供水事故期、檢修期和枯水期相互調(diào)度,實現(xiàn)單線雙水源,不僅能提高供水保障度,而且各市東、西江聯(lián)合調(diào)度的工程投資和檢修期的調(diào)蓄工程投資可大幅減少。
珠江三角洲水資源配置工程輸水干線長度70km,其中從取水口至南沙分水點45.8km,從南沙分水點至干線終點東莞分水點24.2km。深圳支線從東莞分水點至深圳取水點5.4km。從東江取水口至西江連接段48.2km。研究方案的平面圖如圖2所示。
圖2 研究方案平面布置圖
將項建方案與研究方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較,可以看出:相比于項建方案,研究方案征地拆遷量少、施工工法成熟、投資和運行費用少,并且原水直接進廠,能夠使廣大市民直接使用到優(yōu)質(zhì)西江水。
研究方案工程投資為163.29億元,包括西江引水工程投資114.91億元,及為保障供水安全而增加的東江連通段投資48.38億元。相較于項建方案,研究方案節(jié)省投資約220億元,主要體現(xiàn)在:無需建設(shè)高新沙圍水庫,大型泵站的建設(shè)費用及征地拆遷費用大大減少,而且管線部分的投資也有所下降。此外,工程的運行管理費用及各市新建水廠的水處理費用也會相應減少,見表1。
珠江三角洲水資源配置工程是廣東省為解決廣州市南沙區(qū)、深圳市和東莞市等地區(qū)缺水問題而推進實施的水資源調(diào)配戰(zhàn)略工程。工程研究方案采用深埋大口徑單隧洞(盾構(gòu))自流輸水、原水直接入廠的方式,并將西江與東江連通。與項建方案相比,研究方案在技術(shù)和經(jīng)濟上具有一定的優(yōu)勢。在工程初步設(shè)計中,研究方案已部分落實,對研究方案的相關(guān)技術(shù)問題正進一步論證,以期更好的指導設(shè)計。
表1 項建方案與研究方案的技術(shù)經(jīng)濟比較
注:本表工程投資涵蓋管線投資、配水井及提升泵站投資,不包括水廠建設(shè)費用。