宿豫区某规划水厂取水水源方案选择分析

付艺伟, 晋艺欣, 周 瑛

(1.中交水运规划设计院有限公司, 北京市 100101; 2.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司,北京 100024; 3.北京清华同衡规划设计研究院有限公司, 北京 100085)

宿迁市城市现代化建设和社会主义新农村建设正在快速推进,对区域供水的需求进一步扩大,加快实施城乡统筹区域供水,是保障城乡居民饮用水安全、促进水资源合理配置和高效利用的重要举措。宿迁市组织修编了《宿迁市区域供水规划(2012-2030)》和《宿迁中心区供水规划(2012-2030)》,统筹推进区域供水和中心城区供水工程建设,让老百姓早日喝上安全水、放心水。

宿豫区规划新建供水工程,目的在于解决宿豫区现状供水问题,保障供水安全,实现城乡同网、同源、同质供水。 本文就其原水工程方案进行分析。

1 工程总体分析

1.1 工程概况

宿豫区规划新建某水厂,2025 年规模15×104m3/d,2030 年规模30×104m3/d。 拟建水厂选址位于宿豫区城郊北侧,可用地27.76 hm2,地块整体平整,高程19.0 m。 取水工程建设规模按远期规划设计,考虑水厂自用水量及输水管道漏损率,取水工程设计流量为36×104m3/d(4.2 m3/s)。

1.2 备用水源及应急水源相关政策法规

江苏省对饮用水源地关于备用水源和应急水源有相关规定,该水厂水源地方案确定时应着重考虑。

《江苏省人民代表大会常务委员会关于加强饮用水源地保护的决定》[1],“设区的市、县(市、区)人民政府应当加强应急饮用水源建设,保证应急用水。有条件的地区应当建设两个以上相对独立控制取水的饮用水源地;不具备条件建设两个以上相对独立控制取水饮用水源地的地区,应当与相邻地区签订应急饮用水源协议,实行供水管道联网。”

江苏省住房城乡建设厅省水利厅省环保厅《关于切实加强应急饮用水水源保护管理工作的通知》(苏建城〔2017〕346 号),“不具备条件建设两个以上相对独立控制取水饮用水源地的地区,应当与相邻地区实行供水管道联网;应急供水能力原则上应不小于近5 年年平均日综合生活用水量(公共服务用水和居民家庭用水之和)的70%”。

2 水源地初选

2.1 宿迁市现状水源格局

宿迁市地表水源主要为骆马湖水和京杭运河水,地下水源主要为农村自备井,目前已基本关停。现状水源分布格局见图1。

图1 现状水源分布格局Fig.1 Current water source distribution pattern

2.1.1 骆马湖水源

骆马湖是江苏省第四大湖泊,属浅水型湖泊,流域面积5.2 万km2,其主要入湖河流为沂河、中运河及房亭河,主要出湖河流为新沂河和中运河南段。骆马湖是宿迁、徐州的重要饮用水水源地和南水北调东线工程的中转站,水质可常年稳定在Ⅱ～Ⅲ类水质标准。

骆马湖死水位20.50 m,相应库容2.55 亿m3;汛限水位22.50 m,相应库容7.73 亿m3;正常蓄水位23.00 m,相应库容9.18 亿m3;设计洪水位25.00 m,相应库容15.95 亿m3。 南水北调东线一期工程已于 2013 年 12 月正式建成通水,第一期工程规划取水流量500 m3/s,骆马湖入湖流量275 m3/s,规划骆马湖出水流量250 m3/s。

宿迁市位于骆马湖的饮用水源地共两处,分别为位于骆马湖南岸附近的骆马湖宿城水源地,规划规模为43 万m3/d,为水厂A 的主水源;位于骆马湖东岸附近的骆马湖嶂山水源地,规划规模为6 万m3/d,为水厂B 的唯一水源。

2.1.2 京杭运河水源

京杭运河自西北向东南横贯宿迁全境,是宿迁市域内生活、生产及农业的主要水源,也是南水北调东线工程中主要输水线路之一。 宿豫区C 水厂以京杭运河水为水源,取水口位于中运河刘老涧水源地,规划取水规模12 万m3/d,现状实际取水规模6 万m3/d。

2.1.3 其他情况说明

水厂A 于2017 年建成河湖连通水源地,以京杭运河水为应急备用水源,规划取水规模38 万m3/d,河湖连通水源泵站与宿城水源泵站出水管道通过一根DN1 400 的PCCP 管连接,在骆马湖水源地不能满足取水要求时,启动河湖连通水源泵站输送京杭运河水作为水厂水源,保障城乡供水。

2.2 水厂水源地初选

宿豫区水资源配置未来主要是开发利用地表水,加强非常规水资源利用,供水管网范围内逐步减少地下水开采,因此,不考虑地下水作为新建水厂的水源。 由于京杭运河是苏北的黄金水道,船只来往运输导致大运河水源容易受到污染,且刘老涧水源地的部分保护区范围不在宿豫区内,跨区保护也为保护区的管理和防护造成不便,对刘老涧水源地安全保障带来一定风险。 目前,中运河刘老涧闸上游新开陆运河并新建船舶服务区,待投入运行后,下游刘老涧水源地水污染风险增大;从长期的水质监测资料显示,骆马湖水质也优于中运河水质。 综上,拟建该水厂的水源优先考虑骆马湖为主水源,并根据要求[1],将运河水考虑作为备用水源地。

另外,根据《江苏省人民代表大会常务委员会关于加强饮用水源地保护的决定》,若建设新水源地保护区,需要调整规划建设用地性质,因此,新建水厂的骆马湖取水点仍在原水源地附近。

3 水源取水分析

3.1 取水水量水位分析

骆马湖是江水北调工程和南水北调东线重要的蓄水湖泊,在枯水期水源主要来自江水北调或南水北调工程,调水工程供水目标包括宿迁市的城市生活、工业、航运及农业用水,供水保证率分别为97%、97%、97%、75%,满足本项目设计97%保证率取水要求。

根据已批复文件,目前宿迁市已有5 个取水工程获淮委批准取水许可总量约2.396 亿m3,尚余0.884 亿m3分配水量。 2030 年宿迁市拟分配骆马湖水量约3.28 亿m3,目前该区域除本工程外,暂无已申请尚未获得批复或已批复尚未建成的用水户,本工程规划2030 年新增取用宿迁市骆马湖分配水量约1.02 亿m3,高于剩余分配总量0.884 亿m3要求,缺水量约0.136 亿m3,需利用江水北调工程实施外调补给,日均总调水流量约0.43 m3/s,远低于江水北调工程的设计入湖流量100 m3/s。 因此,本项目在江水北调工程正常运行的情况下,取水量是可靠的。

根据南水北调调配原则,黄河以南各调蓄湖泊为保证各区现有用水利益不受破坏,制定了各调蓄湖泊北调控制水位,一般情况下低于此水位时,停止抽湖泊蓄水北调出省。 南水北调东线第一期工程已于2013 年12 月正式建成通水,通水后,骆马湖规划控制水位见表1。

表1 骆马湖规划控制水位Tab.1 Planned control of water level in Luoma Lake

取嶂山闸1983—2017 年近35 年逐年平均及最低特征水位资料见图2。

图2 嶂山闸上游水位站逐年平均及最低水位统计Fig.2 Statistical chart of annual average and lowest water levels at the upstream water level station of Zhangshan Gate

在2013 年南水北调东线一期工程通水前,最低水位有8 年低于规划死水位,而通水后已不再出现该现象。 受南水北调东线一期工程通水影响,2013 年前的水位统计对取水工程设计参考意义不大,而受此影响,通水后骆马湖水位保证率会更高。

3.2 取水水质分析

2014—2018 年,骆马湖调水保护区(宿迁)共监测了60 次(1 月/次),水质类别以Ⅱ、Ⅲ类为主,其中达到Ⅱ类水质共18 次,Ⅲ类水质共41 次,Ⅳ类共1 次,总体达标率为98.3%,见图3。

图3 骆马湖(宿迁)5 年水质监测Fig.3 Five year water quality monitoring of Luoma Lake (Suqian)

由图3 可知,其中,Ⅳ类水发生在2015 年6 月份,超标项目为氟化物1.21 mg/L,超标物质与吴雅丽[2]监测结果一致。 吴雅丽[2]对骆马湖的水质监测显示,骆马湖2019 年主要污染物污染分担率由高到低分别为氟化物(19.18%)、BOD5(17.67%)、CODCr(14.79%)、石油类(6.46%)、CODMn(5.94%)、其他16 项(35.96%),但总体水质保持在Ⅱ、Ⅲ类。 骆马湖富营养化的主要原因为沂河和京杭大运河携带大量营养物质入湖。

覃宝利等[3]研究发现骆马湖富营养化程度依然在增加,9 月总生物量呈西南区域明显高于东北区域的趋势。 徐明华等[4]研究发现骆马湖及出入湖河流水中农药总质量浓度呈现丰水期＞平水期＞枯水期,农药质量浓度较高的点位多分布在骆马湖入湖河流,水源地采样点农药总质量浓度相对较低。根据2014—2018 年骆马湖调水保护区(宿迁)水功能区内5 个水质监测点水质资料(图4),骆马湖(宿迁)营养化状态主要为中营养,在2019 年10 月份富营养指数51.4,为轻度富营养。 从年内时间分配来看,在6—8 月份湖区富营养化呈上升趋势,8—10 月份湖区富营养化程度高于其他月份。 从空间分布来看,2014—2018 年的湖泊平均营养化指数各采样点相差不大,营养化指数最低的(45.8)采样点位于骆马湖南岸,最高的(47.1)采样点位于骆马湖西南方向。 上述都显示做好水源地保护的前提下,宿迁市位于骆马湖的两处水源地水质能满足取水需求,总体来说,嶂山水源地位于骆马湖东侧,距离入湖河流及人类活动区域更远,水质相对更有保障。

图4 骆马湖(宿迁)5 年营养状态统计Fig.4 Statistics of nutrition status of Luoma Lake (Suqian) in five years

3.3 建设条件分析

宿城水源地现状取水口距岸边最近处仅200 m,湖底高程19.6 m 左右。 该区域水下地形较平缓,由于水深较浅,取水口位于该处的水厂A 已计划将取水口向湖心深处延申2 000 m 以上,确保取水头部的水位保证率。 距离岸边2 000 m 左右的湖底高程约17.87 m,水深可确保死水位时在2.6 m以上,若水厂取水口选择在此处,可同水厂A 的取水头部一同考虑。 嶂山水源地现状取水口距岸边最近处1 600 m,取水口处湖堤岸稳定,冲淤变化不大,湖底高程16.77 ～17.27 m,水深可确保死水位时在3.7 m 以上,湖岸段地基经一定处理后,可以满足取水构筑物建设要求。 水厂B 建设时,岸边征地已完成,可省去征地手续,原水泵站具有充足的建设场地。从现状条件比较,嶂山水源地取水条件更加成熟。

3.4 输水条件对比

输水管线按选用两条DN1 400 管道输水。 两个水源地的输水管线建设比较见表2。

从建设主水源输水管方面考虑,两个水源地在建设期及运维期各有其优势。 若考虑备用水源的输送,备用水源考虑为运河水,通过河湖连通工程可将运河水源输送至骆马湖宿城水源地,宿城水源地方案的原水输水管线可同时输送备用水源运河水,从该角度考虑,宿城水源地具有较大优势。

3.5 造价对比

嶂山水源地从建设条件上具有较高的优势,从尽快建成以满足该规划水厂运行的出发点,暂不考虑备用水源从运河取水建设成本,比较两处水源地取水的建设费用见表3。 由于嶂山水源地至规划水厂的输水管道距离较长,嶂山水源地的静态总投资高于宿城水源地的静态总投资。

表3 两处水源地选取造价Tab.3 Cost for selecting two water sources

3.6 水源选取

经过上述分析,两处水源地取水各有优劣。 嶂山水源地取水协调部门较少,征地少,建设难度相对较低。 若选取嶂山水源地方案,短期可实现为该规划水厂供水目的,但远期仍需制定备用水源方案,通过新建原水管道或其他水厂联网供水来实现,基于此,宿城水源地方案在造价低的基础上可兼顾远期备用水源的输送,其造价优势足以弥补以上其他劣势。 因此,最终选取宿城水源地方案为推荐方案。

4 结语

① 骆马湖作为该规划水厂的水源地,其水量、水质是可靠的,尤其是南水北调东线一期工程和江水北调工程建成后,更加能保证该水厂的规划取水。

② 宿迁市在骆马湖现有水源地两处,嶂山水源地和宿城水源地。 从实施建设角度看,嶂山水源地水深更深,取水构筑物建设条件更好,输水管线施工协调难度相对较低,但嶂山水源地不能兼顾未来的备用水源输送,需额外建设备用水源。 宿城水源地水深较浅,需将取水头部往骆马湖深处延伸,输水管线沿线涉及产权单位多,综合施工难度大,但是宿城水源地建设的原水输水管线可兼顾运河水作为备用水源的输送,静态总投资3.36 亿元也低于嶂山水源地4.17 亿元的方案。 从投资方面兼顾备用水源输送的特点,选择宿城水源地取水。