劉 洋，劉仁德

(江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，江西 南昌 330029)

1 概述

鉛山縣隸屬江西省上饒市，位于江西省東北部，上饒市的西南部，位于“南昌—鷹潭—上饒—衢州”的贛浙產(chǎn)業(yè)協(xié)作發(fā)展軸上，有著良好的發(fā)展機(jī)遇。經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，導(dǎo)致城市用水量日益增加，城市供水保障與安全是保障區(qū)域經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1-2]。

鉛山縣城區(qū)現(xiàn)有城南水廠1座，2016年城南水廠供水規(guī)模擴(kuò)大至6.0萬m3/d，水廠取水水源為規(guī)劃的清潭水庫下游河水，取水口距規(guī)劃壩址約200 m。由于清潭水庫目前還在設(shè)計(jì)階段，鉛山縣供水部門利用取水口上游約920 m處的攔河矮壩，攔蓄上游倫潭電站發(fā)電尾水和區(qū)間來水、抬高河流水位，并在攔河壩壩前右岸修建1條引水渠，河水通過引水渠流至取水口。經(jīng)近期調(diào)查，倫潭水庫與規(guī)劃清潭水庫河段水質(zhì)均能滿足供水要求。依據(jù)《鉛山縣城市總體規(guī)劃》(2015—2030)及《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50013—2018)，鉛山縣供水水源地可采用倫潭水庫或擬建的清潭水庫庫水[3-4]。

倫潭水庫位于上饒市鉛山縣境內(nèi)信江水系鉛山河支流楊村水中游天柱山鄉(xiāng)境內(nèi)，壩址距縣城約50 km， 是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、供水等綜合利用的大(Ⅱ)型水利樞紐。倫潭水庫擋水建筑物為碾壓砼單曲拱壩，水庫總庫容為1.798×108m3，水庫正常蓄水位為252.00 m，汛限水位為250.00 m，死水位為230.00 m。倫潭水庫目前已建成并投入運(yùn)營，結(jié)合其他防洪措施，可使下游楊村水兩岸防洪標(biāo)準(zhǔn)由5年一遇提高到20年一遇，鉛山河兩岸的防洪標(biāo)準(zhǔn)由10年一遇提高到20年一遇。倫潭水庫發(fā)電為引水隧洞發(fā)電，引水系統(tǒng)布置在大壩的左岸，引水隧洞進(jìn)口位于大壩上游約57 m處，引水發(fā)電隧洞總長約3.3 km。倫潭電站位于清潭村下游的黃土潭村附近，距壩址約7 km，為引水地面式廠房，廠內(nèi)裝機(jī)容量為40 MW，多年平均發(fā)電量為8 081×104kW·h。

規(guī)劃的清潭水庫壩址位于港東鄉(xiāng)政府上游約1.2 km的峽谷出口處，距離倫潭壩址約10 km 。清潭水庫正常蓄水位為139.0 m，死水位為136.0 m。設(shè)計(jì)洪水位為142.27 m，校核洪水位為143.17 m；水庫總庫容為626×104m3，調(diào)節(jié)庫容為137×104m3；大壩采用混凝土重力壩，最大壩高為22.2 m，壩長為160.0 m，堰頂高程為139.0 m。大壩左岸上游約0.7 km設(shè)置一副壩，土石壩結(jié)構(gòu)，最大壩高為4.5 m，壩頂寬為3.0 m，壩長為30 m，上下游邊坡為1：2.0。壩后式廠房裝機(jī)為3.2 MW，副廠房與升壓站布置于主廠房左端側(cè)，主廠房、副廠房、升壓開關(guān)站依次布置，發(fā)電尾水直接進(jìn)入新港東電站引水壩前的庫內(nèi)。清潭水庫為鉛山河支流楊村水規(guī)劃梯級(jí)開發(fā)中倫潭水庫下游的反調(diào)節(jié)水庫，目前處于設(shè)計(jì)前期工作中。

2 供水工程現(xiàn)狀及供水規(guī)模預(yù)測

鉛山縣現(xiàn)有供水管線起點(diǎn)位于港東村棺材棚取水口，管線全長為28.35 km，途經(jīng)葛仙山鄉(xiāng)、永平鎮(zhèn)、永平銅礦、河口鎮(zhèn)、新灘鄉(xiāng)等地。現(xiàn)狀引水管線采用DN1 000預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管自取水口接出，管線終點(diǎn)為城南水廠，水廠地面高程約54 m。經(jīng)近期調(diào)查，雖然倫潭水庫至棺材棚河段現(xiàn)狀水質(zhì)能滿足供水要求，但由于現(xiàn)狀供水工程主要依靠上游倫潭水庫下泄流量和電站尾水提供水源，而倫潭電站為調(diào)峰電站，發(fā)電下泄流量不均勻，因此，城南水廠取水水源的可靠性無法保障，取水保證率低。

本工程供水對(duì)象為鉛山縣城鄉(xiāng)居民綜合生活用水和企事業(yè)生產(chǎn)用水。經(jīng)預(yù)測分析，設(shè)計(jì)水平年2030年鉛山縣供水工程總需水量為11.71×104m3/d，年需水量為4 273×104m3。根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50013—2018)，本供水工程水廠原水輸水管道損失水量和水廠自用水兩項(xiàng)用水總量，可按總?cè)∷康?%取值，為372×104m3。因此，2030年鉛山縣供水工程年取水量總計(jì)為4 645×104m3(12.73×104m3/d)，相應(yīng)日均流量為1.47 m3/s。最高日城市綜合用水日變化系數(shù)取1.3，得鉛山縣供水工程取水規(guī)模為16.54×104m3/d，則輸水管設(shè)計(jì)流量為1.91 m3/s。

3 可選擇的供水方案

無論是直接從倫潭水庫取水，還是從規(guī)劃的反調(diào)節(jié)水庫清潭水庫取水，飲用水主要來之于倫潭水庫，對(duì)于任何一種取水方案，倫潭水庫庫周污染源均為治理范疇。為滿足鉛山縣供水需求，根據(jù)現(xiàn)狀了解情況及水文、水量、水質(zhì)、污染源的分析結(jié)果，初步擬定4種供水取水方案進(jìn)行比選。各方案工程布置示意見圖1。

圖1 工程布置示意

3.1 方案1

該方案為清潭水庫取水方案，取水口為待建的清潭水庫壩前取水口。由于倫潭水庫至清潭水庫區(qū)間存在生活污水污染源和選礦廠遺跡地，為保證清潭水庫水質(zhì)、滿足供水要求，本方案倫潭至清潭水庫間區(qū)間污水采用工程措施導(dǎo)出清潭水庫。

根據(jù)現(xiàn)狀地形、倫潭水電站布置及污染源分布情況，倫潭水電站廠房尾水以下無污染源，擬在電站尾水處河道選取適當(dāng)位置修建截污抬水壩，壩前修建排水口，沿山坡修建導(dǎo)排渠，將倫潭與清潭區(qū)間污水排至清潭水庫下游，建設(shè)清潭樞紐，保證清潭水庫水質(zhì)，滿足鉛山縣供水要求。

根據(jù)地質(zhì)資料，攔污壩場址表層為第四系及全強(qiáng)風(fēng)化層，開挖量較大；導(dǎo)污明渠沿線存在滲漏問題，需進(jìn)行全斷面襯護(hù)。

該方案截污抬水壩采用砼重力壩形式，最大壩高約10 m，長約70 m。壩頂高程為162 m，壩基高程為 152 m，頂寬為5 m，上游側(cè)直立，下游側(cè)坡比為1:0.7。抬水壩右岸壩段設(shè)2 m寬泄流孔，泄流孔下游接消力池，消力池尾部接導(dǎo)排渠。導(dǎo)排流量按年最枯4個(gè)月(10月—次年1月)最大月均流量的多年平均值0.99 m3/s考慮。導(dǎo)排渠沿山側(cè)布置，采用預(yù)制砼箱涵，縱坡為0.005，斷面尺寸為2 m×2 m，長為4.50 km。

該方案需建設(shè)清潭樞紐，清潭水庫庫水為倫潭電站發(fā)電尾水及區(qū)間來水，近年水質(zhì)較為穩(wěn)定，水質(zhì)良好，滿足要求。在枯水期間，區(qū)段生活污水和選礦廠遺跡地的地表徑流通過導(dǎo)排，不進(jìn)入清潭水庫，在一定程度上減小了清潭污染負(fù)荷；但大于導(dǎo)排流量時(shí)，生活污水和選礦廠遺跡地的徑流，同雨水仍能進(jìn)入清潭水庫。故本方案仍需利用清潭水庫的自凈作用。

3.2 方案2

該方案為新建清潭樞紐取水、污染源治理方案。取水口為待建的清潭水庫壩前取水口，由于倫潭水庫至清潭水庫區(qū)間存在生活污水污染源和選礦廠遺跡地，為保證清潭水庫水質(zhì)、滿足供水要求，倫潭至清潭水庫區(qū)間污染源采用截污治污措施進(jìn)行處理，修建清潭樞紐。各污染源截污治污措施根據(jù)專項(xiàng)情況進(jìn)行治理。

該方案需建設(shè)清潭樞紐，庫水為倫潭電站發(fā)電尾水及區(qū)間來水，近年水質(zhì)較為穩(wěn)定，水質(zhì)良好，滿足要求。污染源處污水雖然經(jīng)過處理，但排放口仍然處于飲用水源地保護(hù)范圍。若從清潭水庫取水，清潭水庫壩址至倫潭水庫壩址之間整個(gè)楊村水河段均為飲用水源保護(hù)區(qū)，該河段禁止新設(shè)立排污口，故從環(huán)境保護(hù)考慮，該方案與飲用水源保護(hù)有關(guān)規(guī)定相抵觸。

3.3 方案3

該方案為倫潭電站壓力鋼管取水方案。由于倫潭水庫庫水已通過引水發(fā)電隧洞引至倫潭電站，為減少供水管線長度，該方案取水口放置于倫潭電站壓力鋼管前，從倫潭水庫取水，保證水質(zhì)。

根據(jù)倫潭發(fā)電站布置及供水規(guī)模，于倫潭電站引水隧洞末端壓力鋼管設(shè)置分岔管。該方案需對(duì)倫潭電站壓力鋼管進(jìn)行改造，拆除岔管處原砼及鋼結(jié)構(gòu)，改造完成后對(duì)破壞的電站廠區(qū)路面等設(shè)施進(jìn)行恢復(fù)。岔管后接一發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)1.6 MW。在增設(shè)的發(fā)電機(jī)組尾水處接供水管線，采用DN1 200球墨鑄鐵管，管線沿縣道及河邊山地布置，終點(diǎn)接清潭現(xiàn)狀已建取水口，管線總長約3.62 km。

為補(bǔ)償鉛山縣城供水引起的倫潭電站發(fā)電損失，使倫潭水庫發(fā)揮原有效益，經(jīng)估算，該方案需在倫潭電站引水隧洞末端增設(shè)一臺(tái)裝機(jī)為1.6 MW的小機(jī)組，該小機(jī)組發(fā)電水頭與倫潭電站基本相同。若新建發(fā)電機(jī)組由倫潭電站統(tǒng)一管理，則倫潭電站發(fā)電流量和發(fā)電水頭基本不變，不會(huì)減小倫潭電站發(fā)電量，造成發(fā)電效益損失。若新建小機(jī)組不歸倫潭電站管理，則倫潭電站因?yàn)閾p失了平均1.47 m3/s的發(fā)電流量，造成電站年發(fā)電量減少1 125×104kW·h，年發(fā)電效益損失436萬元(上網(wǎng)電價(jià)為0.388元，下同)。

從環(huán)?？紤]，該方案上游取水口為倫潭引水發(fā)電隧洞取水口，近年水質(zhì)較為穩(wěn)定，水質(zhì)良好，滿足要求，但長期運(yùn)行可能存在低溶解氧現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行合理調(diào)度運(yùn)行。若出現(xiàn)低溶解氧現(xiàn)象，則要通過后期復(fù)氧工程措施進(jìn)行解決。該方案1級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)無污染源，2級(jí)保護(hù)區(qū)存在香榧基地、村莊、農(nóng)田等面源污染，需要進(jìn)行綜合整治，但不構(gòu)成制約因素。

3.4 方案4

該方案為直接從倫潭水庫庫內(nèi)取水。為保證長期引用倫潭水庫良好水質(zhì)的水源，避免后續(xù)可能出現(xiàn)的復(fù)氧工程的投入，擬在倫潭水庫發(fā)電隧洞進(jìn)水口一側(cè)山脊處新建分層取水口，取水口高為27.4 m，底板高程采用倫潭水庫死水位為230.00 m，取水塔頂高程采用壩頂高程為257.40 m，在不同高程共設(shè)4處進(jìn)水口。取水口進(jìn)水閘后山體中開挖壓力引水隧洞，洞徑為 1.8 m，總長為2.11 km。引水隧洞處弱下至微風(fēng)化巖體中，圍巖類別屬Ⅲ類，進(jìn)、出口洞臉邊坡采用噴砼護(hù)坡處理。管線沿線主要為第四系地層及全強(qiáng)風(fēng)化層，地質(zhì)條件簡單。

引水隧洞出口位于倫潭水庫下游石涵村處，出口處增設(shè)一裝機(jī)0.32 MW貫流式發(fā)電機(jī)組。機(jī)組尾水處接供水管線，采用DN 1 200球墨鑄鐵管及預(yù)制砼箱涵，管線沿縣道及河邊山地布置，終點(diǎn)接清潭現(xiàn)狀已建取水口，管線總長為6.96 km。

為盡量減少倫潭水庫由于供水引起的倫潭電站電量損失，經(jīng)估算，該方案發(fā)電機(jī)組多年平均發(fā)電水頭約30.5 m，比倫潭電站多年平均發(fā)電水頭低70.5 m。若新建小機(jī)組由倫潭電站統(tǒng)一管理，由于電站平均1.47 m3/s發(fā)電流量的水頭減少了70.5 m，造成電站年發(fā)電量減少722×104kW·h，年發(fā)電效益損失280萬元。若新建小機(jī)組不歸倫潭電站管理，則倫潭電站因?yàn)閾p失了1.47 m3/s的發(fā)電流量，造成電站年發(fā)電量減少1 125×104kW·h，年發(fā)電效益損失436萬元。

從環(huán)?？紤]，該方案2級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)存在香榧基地、村莊、農(nóng)田等面源污染，需要進(jìn)行綜合整治，但不構(gòu)成制約因素。近年水庫水質(zhì)較為穩(wěn)定，水質(zhì)良好，滿足要求，但該方案施工難度及投資均較大。

4 供水方案比選

方案1與方案2取水口上游均存在污染源，污染源問題均不能徹底有效解決，從環(huán)保考慮均不能保證供水水源水質(zhì)，與環(huán)保相關(guān)規(guī)定相抵觸，故不推薦采用。從環(huán)保、施工難度、投資等方面綜合考慮，方案3水源能滿足環(huán)保要求，施工難度較低、投資較少，明顯優(yōu)于方案4，故方案3較優(yōu)。

各方案特性及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1所示。

表1 供水方案對(duì)比

5 結(jié)語

從環(huán)保方面考慮，若取水口放置于清潭水庫，則倫潭水庫與清潭水庫區(qū)間的污染源引起的水質(zhì)污染無法得到有效控制，故不推薦采用清潭水庫取水方案，即方案1與方案2。

根據(jù)表1各方案主要對(duì)比情況，從環(huán)保方面，方案3與方案4水源符合環(huán)保要求、對(duì)水源地保護(hù)有利；從投資方面，方案4投資比方案3大得多，方案3明顯優(yōu)于方案4；從施工難度方面，方案4管線長、需修建長距離隧洞和庫區(qū)高圍堰，施工難度明顯大于方案3；方案3雖然施工時(shí)需對(duì)倫潭電站壓力鋼管進(jìn)行改造，不利于現(xiàn)有電站運(yùn)行，但通過增設(shè)小機(jī)組對(duì)損失電量進(jìn)行補(bǔ)償并在施工期進(jìn)行額外補(bǔ)償?shù)却胧┛山鉀Q以上問題。

綜合各方面因素，方案3較優(yōu)，即倫潭電站壓力鋼管取水方案進(jìn)行鉛山縣供水較為經(jīng)濟(jì)合理。