郑州市民公共文化服务区水系供水方案研究

刘登科

郑州市民公共文化服务区水系供水方案研究

刘登科

一、区域概况

郑州市民公共文化服务区是郑州市“一心两翼”城市发展战略思路中西翼新城区的核心，生态水系建设是城市生态文明和景观体系建设的主要组成部分。《郑州市民公共文化服务区水系专题规划》明确了水系规划格局为“两纵两横、六湖一库”，并对区域水源条件进行分析，提出项目区水系生态用水无法利用区域自身水资源进行解决、需调用外部水源的研究结论。

二、水系总体布局

项目区现状水体由贾鲁河、须水河、常庄水库、南水北调中线总干渠、西流湖、植物园湖及柳湖构成。《郑州市民公共文化服务区水系专题规划》对项目区现状水系进行了完善，增加了“秀水河、市民公园湖、九曲莲湖、太极湖”，与现有水系共同构成了“两纵两横、六湖一库”的水系格局。

三、水系需水量预测

需水预测主要包括四部分：河道内生态基流；湖泊及河道拦蓄水体的换水量；湖泊、水库的蒸发及渗漏水量；其他环境需水量。项目区规划水系中，南水北调中线总干渠、贾鲁河、西流湖、常庄水库需水量已在各相关规划设计中考虑，本次仅对须水河、秀水河、柳湖、太极湖、市民公园湖、九曲莲湖进行需水量预测，并考虑植物园湖的水源替换。

1.河湖水体运行方式

项目区内须水河水体按照拦蓄水体方式运行。规划秀水河大部分河段拦蓄水体，末端设景观瀑布入西流湖，故秀水河规划以拦蓄水体和生态基流两种方式同时运行。

景观湖泊：规划项目区内需要考虑供水的景观湖泊中，柳湖、太极湖为吞吐型，但其所在须水河属于季节性河流，湖泊上游无稳定水源，其余湖泊均为闭口型，故本次规划供水湖泊需要外调水源进行补水，考虑供水成本，均采用间歇式补水运行方式。

2.河道基流需水量

规划秀水河基流量主要为瀑布运行需水量。瀑布按照全年运行，其中冬季120d不间断运行，其余时段每天运行12h；节假日设计流量按外部水源工程秀水河分水口设计流量0.74m3/s计算，其余时段设计流量按0.3m3/s计算，瀑布全年运行需水量为850.18万m3/a。

3.河湖水体更换及水质保护需水量

供水水源拟采用黄河水，原水基本达到III类水质，国内同类工程经验表明，河湖拦蓄水体每年需完全置换4～6次，才可保证水质不会严重恶化。根据水环境规划各水体水质要求，规划湖泊及河道拦蓄水体蓄水每年置换6次，年需水量为788.36万m3/a。

4.水体蒸发渗漏损失量

根据《河南省地表水资源附图》，查得郑州地区多年平均水面蒸发量1250mm。按拟补水河湖蓄水总面积51.41hm2计算，河湖水面蒸发量为64.27 万m3/a。

参考郑州市区水文地质情况，采用河海大学Autobank程序建模进行计算，须水河、柳湖按照正常渗漏计算，植物园湖考虑现有湖底防渗影响，且由于项目区拟建地下交通体系，为确保运行安全，秀水河蓄水段、太极湖、市民公园湖及九曲莲湖亦考虑防渗措施影响。经计算，河湖水体渗漏量为21.1万m3/a。

5.其他环境需水量

考虑景观及生物栖息的需要，取上述水量（不含河道生态基流需水量）的20%作为其他环境需水量，为174.75万m3/a。

6.水系总需水量

根据需水预测结果，从水量重复利用的角度看，秀水河河道内生态基流需水量可以同时满足秀水河拦蓄水体的蒸发、渗漏、换水和其他环境需水量，故总需水量测算不包含秀水河拦蓄水水体需水量。项目区水系总需水量为1745.65万m3/a，详见表1。

四、区域水源条件

项目区水体主要包括河道拦蓄水体、景观湖泊。其中河道拦蓄水体仅在非汛期运行，汛期来临前需放空以便河道泄洪，故秀水河、须水河拦蓄水体需水量不考虑雨水资源的补充，太极湖直接与须水河连通，与须水河拦蓄水体运行方式一致，汛期须放空，故太极湖无法利用雨水资源补充，可利用雨水资源进行补充的水体有市民公园湖、九曲莲湖、植物园湖及柳湖。

湖泊可集蓄雨水量按《雨水集蓄利用工程技术规范》中的相关公式进行计算。

式中：W—蓄水工程的年雨水可集蓄利用量（m3）；

Si—第i种材料的集流面面积（m2）；

ki—第i种材料的年集流效率；

Pp—设计保证率下的年降水量（mm），此次采用多年平均降雨量；

n—集流面材料种类数。

经计算，项目区可利用雨水资源量为14.2万m3/a，远小于河湖生态需水量。项目区现状有固定水源的水体中，南水北调中线总干渠输送水资源由国家统一调配，常庄水库已确定为南水北调中线调蓄水库之一，现状植物园湖水系均靠抽取地下水自身循环，西流湖及贾鲁河有其自身景观用水需求，故植物园湖、常庄水库、西流湖及贾鲁河的现状水资源均无法调用；而西部须水河属于雨源型河流，枯水季节基本断流。故项目区水系生态用水无法利用区域自身水资源进行解决，需调用外部水源。

表1　市民公共文化服务区水系需水量预测统计表

表2　项目区近期水量分配表

五、外部水源方案

项目区所处西部、西南部水系主要依靠现状郑州市生态水系输水工程、规划郑州西区生态供水工程，以及远期的牛口峪引黄调蓄工程进行联合供水。另外项目区南部马寨工业园区污水处理厂设计规模5万t/d，排水标准为一级A。故项目区周边现状及规划可用水源主要是引调黄河水及中水。

现状郑州市生态水系输水工程供水流量已分配完毕，且由于输水管线规模限制，供水量提升空间不大。本次规划水源主要考虑马寨污水处理厂排放中水郑州西区生态供水工程以及远期的牛口峪引黄调蓄工程进行补充供水。

项目区生态用水水源近期主要为目前正在施工的石佛沉沙池至郑州西区生态供水工程，取水点位于新建石佛西沉沙池，末端受水点位于项目区柳湖，设计供水流量3m3/s，年供水量6424.05万m3

马寨污水处理厂中水排放规模为5 万t/d，可供须水河景观用水量约1.87 万m3/d，即年可供水量约682.55万m3但中水一级A标准中BOD控制指标需进一步优化，才可满足湖泊景观用水的水质要求。因此，中水回用工程与牛口峪引黄调蓄工程均考虑作为远期水源。

考虑项目区可利用雨水资源量，项目区水系近期水量分配方案如表2。

六、结语

郑州市民公共文化服务区生态水系供水方案研究围绕水系需水量计算、区域水源条件分析、供水水源选择、水量分配方案制定等方面进行，力争做到水资源的高效利用和合理配置，确保生态水系用水得到可持续供给，从而有效改善城市生态环境，提高区域水环境承载能力，实现人水和谐

（作者单位：郑州市水利建筑勘测设计院450006）