贵州凤山水库水资源配置方案比选分析研究

王晓云，岳丽丽，刘悦琳

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

1 概况

黔南布依族苗族自治州（以下简称黔南州）位于贵州省中南部，总面积26197 km2，辖都匀市、福泉市2市和瓮安县、贵定县等10个县，州府是都匀市。黔南州河流分属长江、珠江两大流域的乌江、沅水和红水河、柳江4个水系，水资源总量165.1亿m3，境内降水量丰沛，但时空分布不均，4—9月降水量为全年总降水量的80%左右，中部偏东南的降水较多，南部和北部降水较少。黔南州矿产、能源、生物和文化旅游资源丰富，分布较为广泛，开发潜力巨大。目前已探明矿产资源50多种，磷矿在全国具有重要地位。

黔南州瓮安县城现状缺水严重，严重影响居民生活和经济发展，缺水原因是磷煤矿产开采和磷煤化工发展造成当地河流水质污染，同时城市、工业园沿河流建设，导致没有兴建满足县城生活用水水库的条件，缺水问题已成为制约瓮安县城建设和发展的瓶颈之一。福泉市区现状供水水源供水量充足。福泉市马场坪工业园和龙昌工业园除瓮福集团和国电福泉火电厂分别由黑塘桥水库和高车水库供水外，其他企业只能通过河道自备提水泵站取水或从生活供水管网临时供水，挤占了灌溉和生态环境用水，缺乏供水保障，同时新入驻企业缺乏供水水源。

凤山水库工程是《贵州省黔南州瓮福区域水资源配置规划》中的重点水源工程[1]，位于贵州省黔南州福泉市境内鱼梁江上游、福泉市马场坪区西南约3 km、鱼梁江黑塘桥水库现坝址下游约120 m，是黔南州规划建设的一座大（2）型水库。凤山水库工程任务以城乡生活和工业供水为主，兼顾发电，并为退还挤占的生态和灌溉用水创造条件，总库容1.04亿m3，死水位为868 m，正常蓄水位为909 m，供水对象为瓮安县城、福泉市区、福泉市马场坪工业园和龙昌工业园。水库工程包括水源工程和输水工程两部分，水源工程主要建筑物包括挡水、泄水及消能建筑物、引水系统和电站厂房等，其中挡水建筑物为碾压混凝土重力坝；输水主要建筑物由坝上取水口、无压调节池、起始端无压隧洞、末端无压隧洞、3座加压泵站、输水埋管、输水明管、过河管桥、过河埋管、过路结构和管道附属建筑物等组成。

2 水资源供需分析

水资源供需分析是在需水量预测与可供水量预测基础上，遵循一定的调度规则进行径流调节计算，是水利方案比选和评价的基础，是水资源配置的重要支撑。

2.1 需水预测

以受水区经济社会发展现状和供用水现状为基础，依托丰富的自然资源和区位优势，按照国家、贵州省和黔南州对瓮安县和福泉市的功能定位，以国家、贵州省和黔南州已制定的发展战略为指导，以城市总体规划和工业发展规划等为依据，考虑区域间协调发展，预测受水区设计水平年2030年经济社会指标。需水预测按照居民生活、第三产业、生态环境和工业等行业分别预测。居民生活需水量采用定额法预测，第三产业需水量采用万元增加值用水量法进行预测[2]，河道外生态环境需水量根据城区道路和绿地面积按定额法进行预测。马场坪工业园和龙昌工业园紧邻福泉市区，园区主要为工业用水户，采用万元增加值用水量法进行预测，其他用水在城区需水预测中统一考虑，不再进行单独预测。农村生活用水量采用定额法预测[3]。根据预测成果，2030年受水区总人口63.4万人，其中城区人口61.40万人、农村人口2.0万人，工业增加值123亿元，第三产业增加值460亿元。2030年受水区总需水量13765万m3，其中瓮安县城需水量3723万m3、福泉市区需水量2889万m3、马场坪工业园工业需水量6037万m3、龙昌工业园工业需水量1116万m3。

2.2 当地水源可供水量预测

根据受水区2030年需水预测成果和供水工程基本资料，在不考虑凤山水库供水的情况下，对当地水源进行可供水量计算。当地水库水源有高车水库、瓮偿水库、落马塘水库、水冲河水库、胜土水库、察耳岩水库、平堡河螺丝冲引水工程，引提水工程包括马场坪工业园企业自备泵站和龙昌工业园企业自备泵站，地下水为凤山镇泉水，其他水源为城区再生水。

可供水量为已建、在建和规划工程按照河道生态用水优先、供水优先生活然后满足工业、退还挤占灌溉用水和优先考虑再生水利用等供水原则调算得出。对高车水库、落马塘水库等供水任务调整较大的已建水库进行径流调节计算，复核水库可供水量；在建和规划的瓮偿水库和察耳岩水库采用设计供水成果；河道引提水工程和集中供水的泉水工程设计水平年2030年可供水量维持现状供水规模不变。

经计算，当地水源工程总可供水量6947万m3，其中向受水区供水量6430万m3；水库供水工程2030年入库径流量11700万m3，总可供水量4392万m3，其中向受水区供水量3875万m3；再生水利用工程向河道外生态环境和火电厂等工业供水，向受水区年供水量1543万m3，再生水利用率达到30%。

2.3 水资源供需分析

在不考虑凤山水库供水的情况下，进行水资源供需分析，受水区2030年需水量13820万m3，当地水源工程可供水量6430万m3，缺水量7335万m3。其中，瓮安县城缺水量1630万m3，福泉市区（含凤山镇）缺水量995万m3，马场坪工业园缺水量3880万m3，龙昌工业园缺水量830万m3。

3 水资源配置方案比选

水资源配置以水资源供需分析为手段，在供需分析、满足合理用水需求、有效增加供水、积极保护生态环境等措施进行组合及分析的基础上，对各种可行的水资源配置方案进行生成、评价和比选，提出推荐方案。水资源配置是进行工程总体布局的前提。

3.1 供水水源分析

福泉市境内河流属长江流域的乌江水系与洞庭湖水系，可能的供水水源包括鱼梁江干流、卫阻河、后河、皮弄河、洗布河和浪波河，从地形、地质、水质、水资源量、现状开发利用情况等条件进行分析后，仅鱼梁江黑塘桥以上断面具备继续开发利用的条件。

瓮安县境内河流属长江流域的乌江水系与洞庭湖水系，其中乌江水系包括瓮安河、乌江其他小支流、清水河左岸支流和老坟嘴河，洞庭湖水系包括长岭河。受水质、地形条件、水量等因素影响，瓮安河不能作为供水水源，同时受环境因素、地形条件等影响，瓮安河境内其他河流不能满足瓮安县城生活用水要求，境内仅乌江构皮滩水库可作为瓮安县供水水源。

因此，受水区供水水源从鱼梁江和乌江选取。福泉市可能的供水水源仅为鱼梁江上新建凤山水库，瓮安县城缺水问题可通过乌江提水或凤山水库供水解决。

3.2 配置方案比选

为解决瓮安县和福泉市受水区的缺水问题，拟定两个水资源配置方案[4]：方案1为集中供水方案，考虑由凤山水库向福泉市受水区和瓮安县城生活供水；方案2为分散供水方案，考虑由凤山水库向福泉市受水区供水，乌江提水向瓮安县城生活供水。经济合理的水资源配置方案需要从水资源条件、地质条件、施工条件、征地移民、环境影响、运行管理、工程投资和经济指标等方面进行综合比较分析。

3.2.1 方案1：集中供水方案

（1）水资源条件。凤山水库坝址1958—2014年共57 a系列多年平均天然径流量为2.15亿m3，多年平均流量为6.81 m3/s。考虑设计水平年上游多年平均耗水量后，多年平均设计入库径流量为1.99亿m3。水库死水位868 m，正常蓄水位909 m，原始调节库容9073万m3。坝址来水经凤山水库调节后，可以满足福泉市受水区用水需求和瓮安县城生活用水需求[5]。从水资源条件看，该方案凤山水库径流量虽较小，但建设大型调蓄水库，可满足福泉市和瓮安县用水需要。

（2）地质条件。凤山水库输水系统包括输水隧洞12.63 km、输水干管50.17 km和三级泵站等。输水线路经过地区属于低中山区，地面高程750～1300 m，相对高差一般100～300 m。输水线路经过地区地貌类型包括岩溶侵蚀地貌和构造侵蚀地貌，以溶蚀侵蚀地貌为主，沿线植被茂密。输水线路沿线穿越河谷地区，沟谷切割深度大，岸坡较陡。受风化卸荷影响，输水沿线局部地段有小规模崩塌现象，未见到大规模泥石流发育的地质现象。输水线路沿线碳酸盐岩地层岩溶发育。该方案无制约性地质因素。

（3）施工条件。凤山水库施工布置较为困难，工程区域缺乏天然砂砾石料，混凝土骨料需开采加工砂岩和灰岩获得，水库线路施工较为方便。

（4）征地移民。凤山水库工程建设征地处理范围包括凤山水库淹没影响区、水库枢纽工程建设区、供水系统建设区等。水库正常蓄水位909 m，淹没影响耕地面积446.4 hm2、人口2072人，建设征地移民投资228161万元。

（5）环境影响。凤山水库位于清水江支流鱼梁江上游，水质较优，为Ⅱ类。水库建设范围内没有珍稀动植物分布，仅涉及福泉市洒金谷省级风景名胜区和福泉市饮用水源保护区，不涉及其他环境敏感区域。

（6）运行管理。凤山水库供水线路共设三级泵站，工程年运行费为5750万元，运行管理集中且方便，单位供水运行成本较低。

（7）工程投资。固定资产投资为429267万元，按国民经济评价投资和年运行费进行折现，费用现值为465709万元。

3.2.2 方案2：分散供水方案

（1）水资源条件。凤山水库坝址1958—2014年共57 a系列多年平均天然径流量为2.15亿m3，多年平均流量为6.81 m3/s。考虑设计水平年上游多年平均耗水量后，多年平均设计入库径流量为1.99亿m3。

瓮安县境内乌江河段位于构皮滩水库库区，水库坝址多年平均径流量为226亿m3，多年平均流量为716 m3/s；水库调节库容为31.54亿m3，由于水库调节库容较大，水库在枯水期出库流量约为400～500 m3/s，完全能满足瓮安县城用水的水量要求。凤山水库死水位868 m，正常蓄水位903 m，原始调节库容6448万m3时可以满足福泉市供水要求。从水资源条件看，乌江取水断面位于构皮滩水库库区，乌江径流量大，构皮滩水库调蓄能力也较强，与凤山水库（中型）联合供水也可满足供水区用水需要。

（2）地质条件。输水线路沿线建筑物主要由三级泵站及进出水池、输水管线、无压输水隧洞、倒虹吸及管桥相连接，供水线路总长约31.195 km。工程区输水线路经过地区属于低中山区，地面高程580～1250 m，高差一般100～300 m，沿线植被茂密。地貌类型包括岩溶侵蚀地貌和构造侵蚀地貌，以溶蚀侵蚀地貌为主，沿线石丘、洼地相间，漏斗、落水洞众多，溶洞、地下暗河发育。洼地、谷地展布方向呈EW向或SN向，与构造线方向基本一致。该段输水线路对应地震基本烈度为Ⅵ度。隧洞大部分洞段在地下水位以下，可能出现涌水现象。该方案无制约性地质因素。

（3）施工条件。凤山水库施工布置较为困难，工程区域缺乏天然砂砾石料，混凝土骨料需开采加工砂岩和灰岩获得，水库线路施工较为方便，与方案1施工条件基本相同；乌江提水线路取水工程为泵船，泵船位于构皮滩水库中，库水位较高，施工导流难度较大，提水线路中无压隧洞断面较小，施工有一定困难。

（4）征地移民。凤山水库工程建设征地处理范围包括凤山水库淹没影响区、水库枢纽工程建设区、供水系统建设区等。凤山水库正常蓄水位降低至903 m，淹没影响耕地面积420.47 hm2、人口1535人；乌江提水方案建设征地为供水系统建设区。该方案建设征地移民投资为211147万元。

（5）环境影响。该方案从乌江提水，乌江上游磷矿开采和磷化工对乌江水质存在安全隐患，乌江提水水质风险较大；同时，乌江提水线路可能涉及矿产压覆等问题，区域地质条件也有待进一步勘察。

（6）运行管理。该方案凤山供水线路共设二级泵站，乌江供水线路共设三级泵站，需建设两套运行管理系统，年运行费用较高，为6660万元，运行管理较不方便。

（7）工程投资及经济指标。固定资产投资为424748万元，按国民经济评价投资和年运行费进行折现，费用现值为473109万元。

3.2.3 水资源配置方案比选结论

两方案从水源角度看，均可满足供水区用水需要，且地质条件相差不大，均无制约性地质因素，费用现值基本相当，方案1建设征地移民安置补偿投资较大，但从施工条件、环境影响和运行管理方面考虑较优。两方案工程投资相差不大，经济指标基本相当。

经综合考虑，水资源配置比选方案推荐采用凤山水库集中供水方案，水质保障程度高，施工条件优越，运行管理方便，费用现值较小，为较优方案。因此，推荐凤山水库作为向福泉市和瓮安县供水的水源工程。

3.3 推荐水资源配置方案

受水区2030年需水量13765万m3，当地水源工程可供水量6430万m3，凤山水库可供水量7335万m3。受水区总供水量13765万m3，其中水库工程供水量11210万m3、占81.4%，引提水工程供水量975万m3、占7.1%，泉水供水量37万m3、占0.3%，再生水利用工程供水量1543万m3、占11.2%。受水区供水水源以调节能力较高的水库为主，水库供水调节能力强，供水保障程度较高。

凤山水库多年平均供水量7110万m3。其中，向瓮安县城供水量（生活供水）1470万m3，向福泉市区供水量（生活供水）990万m3，向马场坪工业园供水量（工业供水）3830万m3，向龙昌工业园供水量（工业供水）820万m3。

4 结论

（1）水资源配置可通过各种工程及非工程手段，改变水资源的天然时空分布，利用科学可行的方法对可利用的水资源在不同区域间、不同用水部门之间进行时空调节及合理配置，水资源配置方案比选是在寻求配置方案总体效益最好的方法和手段，合理的水资源配置可以解决水资源供需矛盾，适应社会经济发展对用水的需求，实现水资源的可持续利用。

（2）凤山水库水资源配置方案比选将区域水资源配置格局进行了优化，通过集中供水方案和分散供水方案的比选，最终推荐通过建设凤山水库解决瓮安县水质型缺水的问题。其中，水库向瓮安县城供水量（生活供水）1470万m3、向福泉市区供水量（生活供水）990万m3、向马场坪工业园供水量（工业供水）3830万m3、向龙昌工业园供水量（工业供水）820万m3，为福泉市和瓮安县经济社会发展提供了可持续的水资源保障，可有效助推区域经济发展。