嫩江市城镇供水水源的选择

宋 晨,周玉婷

(1.黑龙江省水利水电勘测设计研究院,哈尔滨 150080;2.南岗公园养护所,哈尔滨 150080)

嫩江市位于黑龙江省西北部,为黑龙江省辖县级市,由黑河市代管。近年由于河道变化取水工程陈旧老化等因素,嫩江干流河道主槽已经偏离取水位置,嫩江市原有水源取水能力不满足供水需求,枯水年取水困难。由于缺乏有保障的供水工程,各行业用水非常紧张,已严重影响居民的正常生活,给嫩江市市区的社会稳定、招商引资等造成很大的负面影响,许多企业不能按设计能力生产,给国民经济造成重大损失。缺水已成为制约嫩江市经济发展的瓶颈。因此,为解决城镇工业和生活需水日益增长的要求,缓解用水紧张局面,修建嫩江市城镇供水工程是十分必要的。

本次选择嫩江干流为供水水源,新建嫩江市城镇供水工程,工程位于嫩江市嫩江镇域内,取水位置为嫩江干流河道内,靠近左岸北大营堤。工程取嫩江干流地表水及地下水,工程畅流期(5月初～10月末)渗渠取水为主;冰封期(11月初～次年4月末)取水头取地表水为主,不足部分以渗渠取水。工程任务为城镇生活、工业及城镇环境供水。设计取水规模为5.30×104m3/d,设计取水流量为0.61m3/s。本次研究现状水平年为2019年,规划水平年为2035年。供水工程主要供水范围为嫩江市境内嫩江镇。

1 自然地理概况

嫩江是松花江的北源,发源于大兴安岭伊勒呼里山中段南侧,源头称南瓮河。自河源由西北向东南,流经长度172.2km后,在十二站林场南约1km处与二根河汇合后转向南流始称嫩江。汇合点以下其流向基本从北向南,流经鄂伦春自治旗、呼玛、嫩江、莫力达瓦达斡尔自治旗、讷河、富裕、甘南、齐齐哈尔、龙江、泰来、杜尔伯特蒙古族自治县、大安、肇源和扶余等市、县(旗),在吉林省扶余县的三岔河与第二松花江(松花江南源)汇合,三岔河以下称为松花江干流。

嫩江市位于黑龙江省西北部,北依伊勒呼里山,与呼玛县交界;东接小兴安岭,与爱辉区、孙吴县、五大连池市毗邻;西邻嫩江,与内蒙古自治区莫力达瓦达斡尔族自治旗、鄂伦春自治旗隔江相望;南连松嫩平原,与讷河市接壤[1]。总面积15211.43km2。嫩江市地处松嫩平原连接大、小兴安岭山地的过渡地带,在黑龙江省五大地貌区域中,南部地区属松嫩平原区域,北部属大兴安岭山地区域。在地质构造、火山活动、冰川搬运、融冻过程等作用下,形成了变化复杂、起伏较大、切割分散、相间交错的地貌特征。市域最北端系大兴安岭与小兴安岭的结合部。形成向南开口、节节下降的马蹄状地势。山前常见冲积扇。东部紧靠小兴安岭,地势由东北向西南倾没。市内地势的总特点是北高南低、东高西低,嫩江由北向南流,嫩江左岸各支流均由东向西流,河岸北陡南缓、东陡西缓。全市最高处为黑岩峰西北的729.7高地,海拔高729.7m。全市最低处为位于嫩江干流上的嫩江、讷河两县交界处,海拔高193m。

2 供水规模计算

2.1 需水量计算

居民生活综合生活需水量根据人口预测,供水区2019年城市总人口为18.19万人,其中非农业人口为10.08万人,城镇化率为55.44%。根据供水区历年统计数据、人口普查成果及城市总体规划,采用机械增长率和自然增长率结合的方法对供水区的城市人口进行分析预测,人口近年均增长率-1.2‰,远期增长率放缓到-0.8‰。预测2035年供水区总人口17.89万人,城镇化率70.0%,城镇人口12.53万人。供水区现状生活用水参考水资源公报,2019年供水区城镇居民生活综合用水量为434.3×104m3,据此计算该区居民生活综合用水净定额为118L/r·d。预测各供水区各水平年居民生活综合用水定额,预测2025年、2030年、2035年城镇生活综合用水定额分别为123L/r·d、127L/r·d、130L/r·d,据此计算对应水平年城镇人口需水量分别为502.6×104m3、549.7×104m3、594.4.0×104m3。

一般工业用水根据工业增加值预测,供水区2019年一般工业增加值为20.08亿元,参考 “十四五”规划,近期工业万元增加值增长率取6.5%,远期增长放缓取5.9%,预测远期一般工业增加值达到52.97亿元。供水区现状水平年一般工业用量参考水资源公报,2019年万元增加值需水量22.0 m3/万元,重复利用率均为65%,工业净需水量441.8×104m3。利用弹性系数法预测规划年需水,2025年弹性系数为0.67,2030年弹性系数为0.42,2035年弹性系数为0.25。2035年万元增加值需水量13.20m3/万元,一般工业净需水量699.2×104m3[2]。

火电需水量根据装机计算,根据本次调查的供水区火电现状装机60kW,规划水平年增加50～110kW,计算火电现状水平年需水量49.00万m3,规划水平年净需水量67.83万m3。

城市环境用水包括城市绿地用水与浇洒道路用水两部分。供水区2019年绿地面积0.08km2,道路面积1.81 km2。规划年根据城市总体规划,到2035年城市绿地面积0.59m2,城市道路面积2.50 km2。现状年城市环境用水量参考水资源公报,2019年城镇绿地需水量8.4×104m3,城市道路浇洒需水量16.3×104m3。规划年根据指标及定额预测,2035年城镇绿地需水量59.3×104m3,城市道路浇洒需水量30.0×104m3。城市环境需水量预测成果见表1。

表1 供水区总需水量预测成果表

其他用水包括管网漏损水量及未可预见水量,供水区现状管网漏损率为20%,2035年降到8%。未可预见水量取生活、工业及环境用水量的8%。2019年管网漏失水量189.9×104m3,2035年管网漏失水量116.1×104m3。2035年未可预见水量125.3万m3。

供水区总需水量等于生活需水量、工业需水量、城市环境需水量及其他需水量之和,本次供水范围内2035年总需水量为1692×104m3。总需水量预测成果见表1。

2.2 供水量及供水规模计算

规划水平年嫩江市原取水工程转为备用水源,停止自有井取地下水,供水区居民生活、一般工业用水均由本工程提供,2035年用水量为1522×104m3。火电及环境用水由城区新建的污水处理厂中水提供,用水量为170×104m3。综合上述配置情况,具体成果见表2。

表2 供水区水源及用水水资源配置成果表 104m3

综上所述,火电及环境用水充分考虑中水后,居民生活及工业用水由本项目供水。本工程2035年供水区年总供水量为1522×104m3。

根据以上需水量预测与水量平衡计算结果,供水区城镇供水日变化系数[3]按k=1.2计算。本工程2035年最高日供水总供水规模为5.00×104m3/d。考虑净水厂自用水量6%后,本项目设计年取水量分别为1614×104m3,其中地表水取水量768×104m3,地下水取水量846×104m3。设计日取水量5.3×104m3/d,日均取水量为4.42×104m3/d。设计流量为0.61m3/s,平均取水流量为0.51m3/s。

3 水源方案比选

3.1 原有水源存在的问题

现状嫩江市供水水源(以下简称老水源)及供水厂筹建时间1999年,基础设施动工建设时间2003年,老水源以渗渠方式取嫩江干流水为城镇生活、工业、其他用水供水。嫩江干流为黑龙江省与内蒙古自治区分界线,右岸地区属内蒙古自治区,左岸为黑龙江省。由于内蒙古采砂活动,河道主槽逐渐偏向内蒙嫩江右岸一侧。老水源渗渠建成时间为2008年,渗渠长740m,埋深3m。位置靠近左岸嫩江镇,随着主槽偏移,现状渗渠实际高于河滩地高程暴露在外,根据调查,嫩江干流来水量大时会阻碍行洪。渗渠现状渗渠淤积严重,无法达到设计供水能力。为了保障安全供水,嫩江市政府2014年10月投资建成深井21眼开采当地地下水,于2015年投入使用,渗渠供水与地下水井供水比例约为6:4,水量仍然无法满足供水需求。

原有净水厂净水工艺为常规处理工艺,没有考虑嫩江地表水铁、锰超标、氨氮超标等水质特点,造成净水厂出厂水有时达不到生活饮用水卫生标准。原净水厂位于主城区北部,距离居民区较近,且位于嫩江市规划主要道路庆丰大街道路向北延伸,其位置与城市发展规模不相匹配,不符合城市新的总体规划要求。

现状污水处理厂无中水回用配套设施,再生水生产能力远远没有得到充分利用,造成水资源的浪费。

3.2 水源选择

本次取嫩江干流水作为城镇供水水源。经过平衡后,2035年缺水1522×104m3。为了满足供水范围内城镇生活用及工业的发展,新建嫩江市城镇供水工程,工程位于黑河市嫩江市嫩江镇域内,取水位置为嫩江干流河道内,位于老水源上游1.7km靠近左岸北大营堤,地理位置坐标为E125°13'5.0",N49°13'10"。原有取水水源作为备用水源,地下水井做废弃处理。

根据现场查勘及工程测量,在老水源地河道主槽已经偏向嫩江右岸内蒙一侧,新建取水水源施工围堰施工难度与工程量较大,且存在不规则沙坑。新水源地此位置水流畅通,江宽只有220m,有足够的水深,河道主槽在嫩江有左岸,符合取水位置选择原则,是理想的取水位置。此位置上游或下游江面逐渐变宽,水深逐渐变浅,且存有不规则采砂坑,无其他合适水源位置。

3.3 取水方式选择

1)畅流期(5月初～10月末)取水方式:嫩江干流嫩江镇位置畅流期地下水水质虽不能满足二级水源水标准,但略好于地表水水质,经过净水厂常规处理工艺+深度处理工艺处理后,水质可达到生活饮用水卫生标准的规定。考虑到该时期处理地表水相对于处理地下水,净化工艺和处理流程更复杂且成本更高,故本工程畅流期渗渠取水为主。

2)冰封期(11月初～次年4月末)取水方案:冰封期地下水水质相对较差,不能满足生活饮用水水源标准二级水源水标准。该时期地表水水质相对较好,可以满足二级水源水标准,经过净水厂常规处理后的水质可满足生活饮用水卫生标准的规定。但该地区冰封期地表水径流量较小,不能完全满足地表水取水需要。故本工程冰封期取水头取地表水为主,不足部分以渗渠取水。

综上本工程畅流期(5月初～10月末)渗渠取水为主;冰封期(11月初～次年4月末)取水头取地表水为主,不足部分以渗渠取水。为方便切换,工程采用渗渠及取水头两种方式取水,渗渠主要补给来源为嫩江干流地表水。

3.4 净水厂及污水处理厂

新建净水厂位置拟定为嫩江市原净水厂以北1600m处。经过净水厂深度处理后出水水质可以满足生活饮用水卫生标准要求。污水处理厂提标改造后可将污水处理后作为中水,供环境及火电行业使用。

4 取水可靠性分析

4.1 水量可靠性

取水断面多年平均可供水量为618305×104m3,地表水多年平均取水量768×104m3。P=95%典型年可供水量为228070×104m3,该年地表水取水量712×104m3,可以满足取水需求。工程11月～次年4月取地表水为主,按照11月～4月进行月排频,P=95%对应月份来水量为2665×104m3,对应地表水取水量为137×104m3,占可供水量的5.14%,可以满足取水需求。

假定地表水断流的情况下,计算渗渠出水量为6.60×104m3/d,满足项目日最大取水5.30×104m3/d的要求;地下水年平均需水量849.38×104m3(含论证区内农村生活用水)、年最大需水量936.58×104m3(含论证区内农村生活用水),可供水量936.64×104m3,可满足要求;最大地下水降深3.2m,小于含水层厚度的一半。因此,本项目取用地下水多年平均846.2×104m3年最大933.4×104m3比较可靠。

4.2 水质可靠性

地表水冰封期水质可以满足二级水源水标准,经过净水厂常规处理后可满足生活饮用水卫生标准的规定。地下水畅流期水质虽不能满足二级水源水标准,但好于地表水水质,经过净水厂常规处理工艺+深度处理工艺处理后的水质可满足生活饮用水卫生标准的规定。

另外,近些年来全省各地市加强水环境治理,污水处理厂建设与提标升级改造以及配套截污管线工程实施,大量生活污水与工业废水得到有效截流与处理,加之中水回用设施建设与投入使用,入河污染物将逐年减少,水环境将会越来越健康。

5 结 论

嫩江市取水存在诸多问题,通过新水源的选择及供水工程的建设,为嫩江市提供城镇生活用水与工业用水,不仅可以满足嫩江市自身发展对水资源的需求,还可以促进城市经济结构调整,提升嫩江市优势产业,对嫩江市各方面发展都有着深远的影响。