王 飛

(貴州省水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550081)

1 研究范圍、“三生”用水問(wèn)題分析、研究任

務(wù)及目標(biāo)

1.1 研究范圍的確定

根據(jù)《畢節(jié)市城市總體規(guī)劃》(2010-2030),畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)范圍、白甫河干流流經(jīng)區(qū)域、夾巖水利樞紐(畢大供水工程)(以下簡(jiǎn)稱“夾巖水利樞紐”)的供水范圍,綜合確定研究范圍為畢節(jié)市中心城區(qū)(七星關(guān)區(qū)城區(qū)、金海湖新區(qū)城區(qū)、大方縣縣城)。

1.2 “三生”用水問(wèn)題分析

1.2.1 畢節(jié)市中心城區(qū)生態(tài)環(huán)境水問(wèn)題

白甫河為六沖河左岸一級(jí)支流,屬于烏江水系。白甫河主河道上游建有龍官橋水庫(kù)和倒天河水庫(kù),一級(jí)支流觀音河上建有利民水庫(kù)。白甫河流經(jīng)畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)中心城區(qū),是七星關(guān)區(qū)唯一的城市生態(tài)水體。

龍官橋水庫(kù)、倒天河水庫(kù)、利民水庫(kù)3個(gè)水庫(kù)現(xiàn)狀皆作為畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)城區(qū)的供水水源。隨著畢節(jié)城市的發(fā)展用水需求急速增加,擠占了白甫河生態(tài)環(huán)境用水,導(dǎo)致白甫河生態(tài)基流基本斷流。

在畢節(jié)市七星關(guān)城區(qū)白甫河同心城市公園流倉(cāng)閘壩下游現(xiàn)狀河道無(wú)水流,下游河道水體生物群落遭到難以恢復(fù)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(cāng)閘壩上游庫(kù)水缺乏流動(dòng)性,沒(méi)有上游優(yōu)質(zhì)的生態(tài)環(huán)境水補(bǔ)充,不能保持水體的有效自凈能力。

根據(jù)2021年12月,中央第二生態(tài)環(huán)境保護(hù)督察組督察貴州發(fā)現(xiàn),白甫河生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重超負(fù)荷運(yùn)行,河道生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)無(wú)序狀態(tài)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,白甫河進(jìn)入七星關(guān)城區(qū)前水質(zhì)為Ⅱ類;流經(jīng)城區(qū)后水質(zhì)惡化為劣Ⅴ類,不滿足貴州省水功能區(qū)劃要求的Ⅲ類。

金海湖新區(qū)規(guī)劃建設(shè)較晚,規(guī)劃建設(shè)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(tài)環(huán)境水滿足現(xiàn)階段城市發(fā)展要求,不存在擠占生態(tài)環(huán)境水情況。

大方縣城區(qū)位于畢節(jié)市中心城市的東南片區(qū),縣城無(wú)穿城河,“三生用水”現(xiàn)階段基本能滿足城市發(fā)展需求。

1.2.2 畢節(jié)市中心城區(qū)生產(chǎn)、生活用水短缺問(wèn)題

1)七星關(guān)區(qū)生產(chǎn)、生活用水短缺問(wèn)題

畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)城區(qū)現(xiàn)狀供水水廠為畢節(jié)水廠和倒天河水廠,七星關(guān)區(qū)經(jīng)開區(qū)黔西北工業(yè)園區(qū)A區(qū)工業(yè)用水水廠為七星關(guān)區(qū)經(jīng)開區(qū)供水工程凈水廠。畢節(jié)水廠位于畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)中心城區(qū),原水為倒天河水庫(kù)及利民水庫(kù),現(xiàn)狀設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬(wàn) m3/d、實(shí)際供水量為10萬(wàn) m3/d,水廠進(jìn)水口高程為1 560 m。

倒天河水廠位于畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)倒天河水庫(kù)下游300 m處,原水為倒天河水庫(kù)及龍官橋水庫(kù),現(xiàn)狀水處理規(guī)模為6萬(wàn) m3/d,實(shí)際供水量為2萬(wàn) m3/d,水廠進(jìn)水口高程為1 540 m。

七星關(guān)區(qū)經(jīng)開區(qū)供水工程凈水廠位于畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)海子街鎮(zhèn)螞蟥村,原水為雙河口水庫(kù),設(shè)計(jì)水處理規(guī)模為2.14萬(wàn) m3/d,水廠進(jìn)水口高程1 480.00 m。

七星關(guān)城區(qū)現(xiàn)狀生產(chǎn)、生活用水供水水源龍官橋水庫(kù)、倒天河水庫(kù)、利民水庫(kù)總設(shè)計(jì)供水量為4 156萬(wàn) m3/a,實(shí)際供水量為4 317萬(wàn) m3/a,供水水源處于超負(fù)荷供水狀態(tài)。

圖1 白甫河流經(jīng)畢節(jié)市城區(qū)段水系圖

2)金海湖新區(qū)生產(chǎn)、生活用水現(xiàn)狀

金海湖新區(qū)城區(qū)現(xiàn)狀主要供水水廠主要為松林水廠及應(yīng)急水廠。

松林水廠位于金海湖新區(qū)梨樹鎮(zhèn)松林,原水現(xiàn)狀為歸化河者巴洞攔河壩提水工程供水,設(shè)計(jì)供水量為953萬(wàn) m3/a,現(xiàn)狀供水量1 004萬(wàn) m3/a,取水高程為1 335 m。松林水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為3萬(wàn) m3/d,實(shí)際供水量為2.5萬(wàn) m3/d,水廠進(jìn)水口高程為1 503 m。

應(yīng)急水廠位于金海湖新區(qū)雙山鎮(zhèn)小壩村,原水為毛栗水庫(kù)供水,總庫(kù)容395萬(wàn)m3,正常蓄水位1 546.04 m,設(shè)計(jì)供水量367萬(wàn) m3/a,現(xiàn)狀供水量361萬(wàn) m3/a。應(yīng)急水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為0.9萬(wàn) m3/d,實(shí)際供水量為0.9萬(wàn) m3/d,水廠進(jìn)水口高程為1 460 m。

松林水廠由于水源供給不足,導(dǎo)致水廠現(xiàn)狀只能供水2.5萬(wàn) m3/d,應(yīng)急水廠滿負(fù)荷運(yùn)行,故金海湖新區(qū)城區(qū)現(xiàn)狀生產(chǎn)、生活用水供水處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),現(xiàn)狀供水能力不足。

3)大方縣城區(qū)生產(chǎn)、生活用水現(xiàn)狀大方縣城區(qū)現(xiàn)狀供水水廠處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),現(xiàn)狀原水總設(shè)計(jì)供水量3 068萬(wàn) m3/a,實(shí)際供水量1 774萬(wàn) m3/a,供水水源處于低負(fù)荷供水狀態(tài)。大方縣現(xiàn)狀生產(chǎn)、生活用水供大于求,現(xiàn)狀不缺水(見(jiàn)表1)。

表1 大方縣供水水廠及水源情況表

1.3 研究任務(wù)

現(xiàn)狀畢節(jié)市中心城區(qū)“三生”用水短缺,生產(chǎn)、生活用水與生態(tài)環(huán)境水的矛盾沖突關(guān)系日益突出。通過(guò)對(duì)畢節(jié)市中心城區(qū)水資源情況調(diào)查分析,對(duì)夾巖水利樞紐管網(wǎng)延伸項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,補(bǔ)充供水解決現(xiàn)狀畢節(jié)市中心城區(qū)“三生”用水失衡及短缺問(wèn)題的可行性。

1.4 研究目標(biāo)

(1)通過(guò)水系內(nèi)水資源優(yōu)化配置,恢復(fù)白甫河水生態(tài)環(huán)境生態(tài)基流和提高水體自凈能力,維持河道水生生物物種穩(wěn)定和多樣性對(duì)生存空間的基本需求。

(2)通過(guò)系統(tǒng)思維共建共治共享,優(yōu)化白甫河的生態(tài)、生活、生產(chǎn)空間格局,使各河道斷面滿足貴州省水功能區(qū)劃要求。

(3)通過(guò)對(duì)畢節(jié)市中心城區(qū)“三生”用水供水保障,初步構(gòu)建互聯(lián)互通的區(qū)域供水網(wǎng)絡(luò)和水資源優(yōu)化配置。

2 “三生”用水需求分析及預(yù)測(cè)

2.1 生產(chǎn)、生活用水情況及需水預(yù)測(cè)

2.1.1 現(xiàn)狀用水

統(tǒng)計(jì)畢節(jié)市中心城區(qū)內(nèi)2020年水廠供水量,即居民生活、生產(chǎn)用水總量為7 456萬(wàn) m3(見(jiàn)表2)。

表2 畢節(jié)市中心城區(qū)2020年用水情況統(tǒng)計(jì)表

2.1.2 需水預(yù)測(cè)

結(jié)合《貴州省統(tǒng)計(jì)年鑒》,畢節(jié)市近3年內(nèi)的城市供水量增長(zhǎng)率為3.4%～5.5%,本次需水預(yù)測(cè)主要參考近幾年城市供水量增長(zhǎng)情況并結(jié)合經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃,綜合考慮按5%的用水增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)2025、2030年中心城區(qū)用水需求(見(jiàn)表3)。

表3 畢節(jié)市中心城區(qū)2025、2030年生產(chǎn)、生活需水預(yù)測(cè)成果表

2.1.3 需水預(yù)測(cè)的合理性

根據(jù)第七次人口普查數(shù)據(jù),截止2021年,畢節(jié)市中心城區(qū)城市人口為102.7萬(wàn)人,根據(jù)《畢節(jié)市2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》,以畢節(jié)市中心城區(qū)作為市域發(fā)展極核,到2025年,中心城區(qū)人口達(dá)120萬(wàn)人,按此人口規(guī)?？紤]2%的城區(qū)人口增長(zhǎng)率算至2030年的中心城區(qū)人口為132.5萬(wàn)人。

根據(jù)需水預(yù)測(cè)成果,至2025年畢節(jié)市中心城區(qū)城市綜合用水量為266 L/(人·d),至2030年中心城區(qū)城市綜合用水量為295 L/(人·d),滿足《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》(GB50282-2016)中大城市(100～300萬(wàn)人規(guī)模)的城市綜合用水量指標(biāo)250～500 L/(人·d)的指標(biāo)要求,因此認(rèn)為本次需水預(yù)測(cè)成果是合理的。

2.2 水生態(tài)環(huán)境需水情況

2.2.1 生態(tài)用水需水分析[1]

根據(jù)《河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》要求,維持河道水生生物物種穩(wěn)定和多樣性對(duì)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(lái)評(píng)估河流棲息地的保護(hù)水平,從而確定河流生態(tài)流量。

根據(jù)畢節(jié)市城區(qū)河段情況,河寬在18～25 m之間,生態(tài)用水需求的平均水深為0.18～0.3 m,得出白甫河城區(qū)河段生態(tài)需水流量為1.07～1.85 m3/s,為滿足城區(qū)河段生態(tài)用水需求,確定本次生態(tài)需水流量為1.85 m3/s,根據(jù)畢節(jié)中心城區(qū)白甫河河段生態(tài)逐月補(bǔ)水量,計(jì)算得倒天河水庫(kù)的修建造成壩址下游缺水河段生態(tài)用水缺水量為3 469萬(wàn) m3。

2.2.2 水景觀所需水量

白甫河為畢節(jié)市城區(qū)的穿城河,在城區(qū)中心河段有流倉(cāng)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(duì)應(yīng)流量為1.45 m3/s,即景觀最大需水量4 573萬(wàn) m3。

綜上,本次采用倒天河水庫(kù)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(duì)下游生態(tài)缺水有緩解作用,缺水量為1 424萬(wàn) m3。白甫河畢節(jié)市中心城區(qū)段(倒天河水庫(kù)至觀音河匯入口段)生態(tài)用水缺水量為3 469萬(wàn) m3。

2.3 已建水利工程供水分析

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查分析,除夾巖水利工程外,畢節(jié)市中心城區(qū)現(xiàn)狀已建和在建水源工程有10處,其中水庫(kù)8處,提水工程2處。夾巖水利樞紐設(shè)計(jì)總供水量4.55億 m3/a,其中向畢節(jié)中心城區(qū)設(shè)計(jì)供水量1.648 8億 m3/a。

龍官橋水庫(kù)、倒天河水庫(kù)、利民水庫(kù)作為七星關(guān)區(qū)現(xiàn)狀供水水源工程,隨著畢節(jié)城市的發(fā)展用水需求急速增加,倒天河水庫(kù)和龍官橋水庫(kù)現(xiàn)狀供水?dāng)D占了下游白甫河的環(huán)境用水,導(dǎo)致白甫河維持基本生態(tài)缺水量3 469萬(wàn) m3/a。

2.4 供需平衡分析

根據(jù)上述計(jì)算,考慮倒天河水庫(kù)、龍官橋水庫(kù)退出水源地向白甫河生態(tài)補(bǔ)水3 652萬(wàn) m3,利民水庫(kù)作備用水源后,2025年畢節(jié)中心城區(qū)缺水量為5 332萬(wàn) m3,2030年畢節(jié)中心城區(qū)缺水量為7 335萬(wàn) m3(見(jiàn)表4)。

表4 畢節(jié)市中心城區(qū)生活、生產(chǎn)用水情況統(tǒng)計(jì)表 萬(wàn)m3

3 水資源優(yōu)化配置方案

3.1 水資源優(yōu)化配置方案

根據(jù)對(duì)畢節(jié)市中心城區(qū)的現(xiàn)狀用水調(diào)查及供需平衡分析,七星關(guān)區(qū)城區(qū)現(xiàn)狀“三生”用水短缺,現(xiàn)狀水源不能滿足城區(qū)“三生”用水需求,需通過(guò)水資源優(yōu)化配置解決;金海湖新區(qū)城區(qū)僅存在生產(chǎn)、生活用水短缺問(wèn)題,現(xiàn)狀水源供給不足,需外部水源補(bǔ)充供水解決;大方縣城區(qū)現(xiàn)狀及規(guī)劃水平年2030年均不存在“三生”用水問(wèn)題。畢節(jié)市中心城區(qū)(七星關(guān)區(qū)城區(qū)及金海湖新區(qū)城區(qū))“三生”用水總?cè)笨跒? 335萬(wàn) m3/a。

畢節(jié)市中心城區(qū)水源總可供水量為25 632萬(wàn) m3/a,遠(yuǎn)大于2030年三生用水總量15 613萬(wàn) m3/a,水資源現(xiàn)狀供遠(yuǎn)大于求。根據(jù)七星關(guān)區(qū)城區(qū)及金海湖新區(qū)城區(qū)現(xiàn)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(yōu)化配置方案:

方案一:白甫河生態(tài)缺水量為3 469萬(wàn) m3,龍官橋水庫(kù)、倒天河水庫(kù)兩個(gè)水庫(kù)可供水量3 652萬(wàn) m3,采取由夾巖水利樞紐完全置換龍官橋水庫(kù)、倒天河水庫(kù)兩座水庫(kù)的供水功能向七星關(guān)區(qū)城區(qū)及金海湖新區(qū)城區(qū)水廠供水,滿足其近、遠(yuǎn)期水平年的主城區(qū)的生產(chǎn)生活用水缺口部分,龍官橋水庫(kù)、倒天河水庫(kù)兩座水庫(kù)向七星關(guān)區(qū)城區(qū)段白甫河水生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水,利民水庫(kù)供水功能不變。

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

生態(tài)環(huán)境水:龍官橋水庫(kù)+倒天河水庫(kù)(3 652萬(wàn) m3)

工程方案:雙管布置

方案二:白甫河生態(tài)缺水量為3 469萬(wàn) m3,龍官橋水庫(kù)、倒天河水庫(kù)、利民水庫(kù)三個(gè)水庫(kù)可供水量4 156萬(wàn) m3,采取由夾巖水利樞紐完全置換龍官橋水庫(kù)、倒天河水庫(kù)、利民水庫(kù)三座水庫(kù)的供水功能向七星關(guān)區(qū)城區(qū)及金海湖新區(qū)城區(qū)水廠供水,滿足其近、遠(yuǎn)期水平年的城區(qū)的生產(chǎn)生活用水缺口部分,龍官橋水庫(kù)、倒天河水庫(kù)兩座水庫(kù)向七星關(guān)區(qū)城區(qū)段白甫河水生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水。利民水庫(kù)可供水量504萬(wàn) m3,作為畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)城區(qū)備用水源。未來(lái)隨著畢節(jié)市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的進(jìn)一步提高,還可加大夾巖水利樞紐對(duì)畢節(jié)主城區(qū)的生產(chǎn)生活供水、生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水,以滿足可能的水量增長(zhǎng)需要。

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

生態(tài)環(huán)境水:龍官橋水庫(kù)+倒天河水庫(kù)(3 652萬(wàn) m3)

備用水源:利民水庫(kù)(504萬(wàn) m3)

工程方案:單管布置

3.2 水資源優(yōu)化配置方案比選

根據(jù)上述章節(jié)提出的方案進(jìn)行供水量、備用水源、年耗電量、總投資等進(jìn)行比較。

在供水量方面:方案一夾巖水利樞紐供水向七星關(guān)區(qū)城區(qū)及金海湖新區(qū)城區(qū)補(bǔ)充供水 6 831萬(wàn) m3,方案一“三生”用水量達(dá)到12 907萬(wàn) m3;方案二夾巖水利樞紐供水向七星關(guān)區(qū)城區(qū)及金海湖新區(qū)城區(qū)補(bǔ)充供水7 335萬(wàn) m3,方案二“三生”用水及備用水源量達(dá)到13 411萬(wàn) m3,方案二較優(yōu)。

在備用水源建設(shè)方面[2]:城市備用應(yīng)急水源是城市抵御突發(fā)性水源污染事件、應(yīng)對(duì)極端干旱天氣等最有效的預(yù)防手段,是城市保障供水體系和降低供水風(fēng)險(xiǎn)、保障供水安全的主要措施?！度珖?guó)抗早規(guī)劃》(國(guó)函〔2011〕41號(hào))、《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)水污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》(國(guó)發(fā)〔2015〕17號(hào))、《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市水利規(guī)劃工作的通知》,要求完善城市供水保障體系,原則上應(yīng)于2020年年底前基本完成單一水源供水城市(地級(jí)及以上)的備用或應(yīng)急水源工程建設(shè)[3]。故在備用水源建設(shè)方面,方案二利民水庫(kù)作為備用水源滿足國(guó)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(yùn)行電費(fèi)每年比方案一多179.16萬(wàn)元,方案一略優(yōu)于方案二。

在總投資上:方案一因無(wú)備用水源,作為主要城市供水管道需設(shè)置雙管供水。方案二因?qū)⒗袼畮?kù)作為備用水源,可不設(shè)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(wàn)元,方案二優(yōu)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(jù)推薦方案,實(shí)施從夾巖水利樞紐末端高位水池取水向七星關(guān)區(qū)城區(qū)及金海湖新區(qū)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(jīng)金海湖新區(qū)梨樹鎮(zhèn)、七星關(guān)區(qū)德溪經(jīng)開區(qū),從主城區(qū)北東方向進(jìn)入畢節(jié)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(zhǎng)度32.3 km,岔管長(zhǎng)度2.3 km;泵站設(shè)計(jì)流量為8 810.88 m3/h,揚(yáng)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(shè)管道進(jìn)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(zhǎng)度8.6 km,重力自流輸水。

工程總投資估算為58 555萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)水系內(nèi)水資源優(yōu)化配置,充分利用夾巖水利樞紐大水網(wǎng)建設(shè),初步構(gòu)建互聯(lián)互通的區(qū)域供水網(wǎng)絡(luò),初步研究路線可行。

(2)本次研究分析水質(zhì)、水量滿足畢節(jié)市中心城區(qū)未來(lái)發(fā)展需求,技術(shù)可行,經(jīng)濟(jì)合理。

(3)工程實(shí)施對(duì)促進(jìn)區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和保持社會(huì)穩(wěn)定起著積極重要的作用,具有良好的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。