夹岩水利枢纽供水短缺问题研究分析

王 飞

(贵州省水利水电工程咨询有限责任公司,贵州 贵阳 550081)

1 研究范围、“三生”用水问题分析、研究任

务及目标

1.1 研究范围的确定

根据《毕节市城市总体规划》(2010-2030),毕节试验区范围、白甫河干流流经区域、夹岩水利枢纽(毕大供水工程)(以下简称“夹岩水利枢纽”)的供水范围,综合确定研究范围为毕节市中心城区(七星关区城区、金海湖新区城区、大方县县城)。

1.2 “三生”用水问题分析

1.2.1 毕节市中心城区生态环境水问题

白甫河为六冲河左岸一级支流,属于乌江水系。白甫河主河道上游建有龙官桥水库和倒天河水库,一级支流观音河上建有利民水库。白甫河流经毕节市七星关区中心城区,是七星关区唯一的城市生态水体。

龙官桥水库、倒天河水库、利民水库3个水库现状皆作为毕节市七星关区城区的供水水源。随着毕节城市的发展用水需求急速增加,挤占了白甫河生态环境用水,导致白甫河生态基流基本断流。

在毕节市七星关城区白甫河同心城市公园流仓闸坝下游现状河道无水流,下游河道水体生物群落遭到难以恢复的破坏,难以形成水体生物多样性,水体自净能力大幅度降低。流仓闸坝上游库水缺乏流动性,没有上游优质的生态环境水补充,不能保持水体的有效自净能力。

根据2021年12月,中央第二生态环境保护督察组督察贵州发现,白甫河生态环境严重超负荷运行,河道生态环境呈现无序状态。监测结果显示,白甫河进入七星关城区前水质为Ⅱ类;流经城区后水质恶化为劣Ⅴ类,不满足贵州省水功能区划要求的Ⅲ类。

金海湖新区规划建设较晚,规划建设具有一定前瞻性,已形成“景城一体”的园林城市雏形,且湿地公园成效初显,生态环境水满足现阶段城市发展要求,不存在挤占生态环境水情况。

大方县城区位于毕节市中心城市的东南片区,县城无穿城河,“三生用水”现阶段基本能满足城市发展需求。

1.2.2 毕节市中心城区生产、生活用水短缺问题

1)七星关区生产、生活用水短缺问题

毕节市七星关区城区现状供水水厂为毕节水厂和倒天河水厂,七星关区经开区黔西北工业园区A区工业用水水厂为七星关区经开区供水工程净水厂。毕节水厂位于毕节市七星关区中心城区,原水为倒天河水库及利民水库,现状设计规模为10万 m3/d、实际供水量为10万 m3/d,水厂进水口高程为1 560 m。

倒天河水厂位于毕节市七星关区倒天河水库下游300 m处,原水为倒天河水库及龙官桥水库,现状水处理规模为6万 m3/d,实际供水量为2万 m3/d,水厂进水口高程为1 540 m。

七星关区经开区供水工程净水厂位于毕节市七星关区海子街镇蚂蟥村,原水为双河口水库,设计水处理规模为2.14万 m3/d,水厂进水口高程1 480.00 m。

七星关城区现状生产、生活用水供水水源龙官桥水库、倒天河水库、利民水库总设计供水量为4 156万 m3/a,实际供水量为4 317万 m3/a,供水水源处于超负荷供水状态。

图1 白甫河流经毕节市城区段水系图

2)金海湖新区生产、生活用水现状

金海湖新区城区现状主要供水水厂主要为松林水厂及应急水厂。

松林水厂位于金海湖新区梨树镇松林,原水现状为归化河者巴洞拦河坝提水工程供水,设计供水量为953万 m3/a,现状供水量1 004万 m3/a,取水高程为1 335 m。松林水厂设计规模为3万 m3/d,实际供水量为2.5万 m3/d,水厂进水口高程为1 503 m。

应急水厂位于金海湖新区双山镇小坝村,原水为毛栗水库供水,总库容395万m3,正常蓄水位1 546.04 m,设计供水量367万 m3/a,现状供水量361万 m3/a。应急水厂设计规模为0.9万 m3/d,实际供水量为0.9万 m3/d,水厂进水口高程为1 460 m。

松林水厂由于水源供给不足,导致水厂现状只能供水2.5万 m3/d,应急水厂满负荷运行,故金海湖新区城区现状生产、生活用水供水处于满负荷运行状态,现状供水能力不足。

3)大方县城区生产、生活用水现状大方县城区现状供水水厂处于低负荷运行状态,现状原水总设计供水量3 068万 m3/a,实际供水量1 774万 m3/a,供水水源处于低负荷供水状态。大方县现状生产、生活用水供大于求,现状不缺水(见表1)。

表1 大方县供水水厂及水源情况表

1.3 研究任务

现状毕节市中心城区“三生”用水短缺,生产、生活用水与生态环境水的矛盾冲突关系日益突出。通过对毕节市中心城区水资源情况调查分析,对夹岩水利枢纽管网延伸项目实施的技术经济分析,补充供水解决现状毕节市中心城区“三生”用水失衡及短缺问题的可行性。

1.4 研究目标

(1)通过水系内水资源优化配置,恢复白甫河水生态环境生态基流和提高水体自净能力,维持河道水生生物物种稳定和多样性对生存空间的基本需求。

(2)通过系统思维共建共治共享,优化白甫河的生态、生活、生产空间格局,使各河道断面满足贵州省水功能区划要求。

(3)通过对毕节市中心城区“三生”用水供水保障,初步构建互联互通的区域供水网络和水资源优化配置。

2 “三生”用水需求分析及预测

2.1 生产、生活用水情况及需水预测

2.1.1 现状用水

统计毕节市中心城区内2020年水厂供水量,即居民生活、生产用水总量为7 456万 m3(见表2)。

表2 毕节市中心城区2020年用水情况统计表

2.1.2 需水预测

结合《贵州省统计年鉴》,毕节市近3年内的城市供水量增长率为3.4%～5.5%,本次需水预测主要参考近几年城市供水量增长情况并结合经济发展规划,综合考虑按5%的用水增长率预测2025、2030年中心城区用水需求(见表3)。

表3 毕节市中心城区2025、2030年生产、生活需水预测成果表

2.1.3 需水预测的合理性

根据第七次人口普查数据,截止2021年,毕节市中心城区城市人口为102.7万人,根据《毕节市2035年远景目标纲要》,以毕节市中心城区作为市域发展极核,到2025年,中心城区人口达120万人,按此人口规模考虑2%的城区人口增长率算至2030年的中心城区人口为132.5万人。

根据需水预测成果,至2025年毕节市中心城区城市综合用水量为266 L/(人·d),至2030年中心城区城市综合用水量为295 L/(人·d),满足《城市给水工程规划规范》(GB50282-2016)中大城市(100～300万人规模)的城市综合用水量指标250～500 L/(人·d)的指标要求,因此认为本次需水预测成果是合理的。

2.2 水生态环境需水情况

2.2.1 生态用水需水分析[1]

根据《河湖生态环境需水计算规范》要求,维持河道水生生物物种稳定和多样性对生存空间的需求,采用河流平均宽度、平均水深、平均流速以及湿周率来评估河流栖息地的保护水平,从而确定河流生态流量。

根据毕节市城区河段情况,河宽在18～25 m之间,生态用水需求的平均水深为0.18～0.3 m,得出白甫河城区河段生态需水流量为1.07～1.85 m3/s,为满足城区河段生态用水需求,确定本次生态需水流量为1.85 m3/s,根据毕节中心城区白甫河河段生态逐月补水量,计算得倒天河水库的修建造成坝址下游缺水河段生态用水缺水量为3 469万 m3。

2.2.2 水景观所需水量

白甫河为毕节市城区的穿城河,在城区中心河段有流仓闸坝,闸坝上游有城市花园景观需要,形成水面景观所需水深为闸坝堰顶以上15 cm,对应流量为1.45 m3/s,即景观最大需水量4 573万 m3。

综上,本次采用倒天河水库坝址和观音河汇入白甫河汇口作为控制断面,观音河汇入对下游生态缺水有缓解作用,缺水量为1 424万 m3。白甫河毕节市中心城区段(倒天河水库至观音河汇入口段)生态用水缺水量为3 469万 m3。

2.3 已建水利工程供水分析

根据现状调查分析,除夹岩水利工程外,毕节市中心城区现状已建和在建水源工程有10处,其中水库8处,提水工程2处。夹岩水利枢纽设计总供水量4.55亿 m3/a,其中向毕节中心城区设计供水量1.648 8亿 m3/a。

龙官桥水库、倒天河水库、利民水库作为七星关区现状供水水源工程,随着毕节城市的发展用水需求急速增加,倒天河水库和龙官桥水库现状供水挤占了下游白甫河的环境用水,导致白甫河维持基本生态缺水量3 469万 m3/a。

2.4 供需平衡分析

根据上述计算,考虑倒天河水库、龙官桥水库退出水源地向白甫河生态补水3 652万 m3,利民水库作备用水源后,2025年毕节中心城区缺水量为5 332万 m3,2030年毕节中心城区缺水量为7 335万 m3(见表4)。

表4 毕节市中心城区生活、生产用水情况统计表 万m3

3 水资源优化配置方案

3.1 水资源优化配置方案

根据对毕节市中心城区的现状用水调查及供需平衡分析,七星关区城区现状“三生”用水短缺,现状水源不能满足城区“三生”用水需求,需通过水资源优化配置解决;金海湖新区城区仅存在生产、生活用水短缺问题,现状水源供给不足,需外部水源补充供水解决;大方县城区现状及规划水平年2030年均不存在“三生”用水问题。毕节市中心城区(七星关区城区及金海湖新区城区)“三生”用水总缺口为7 335万 m3/a。

毕节市中心城区水源总可供水量为25 632万 m3/a,远大于2030年三生用水总量15 613万 m3/a,水资源现状供远大于求。根据七星关区城区及金海湖新区城区现状水资源情况及夹岩水利枢纽情况,提出以下两种水资源优化配置方案:

方案一:白甫河生态缺水量为3 469万 m3,龙官桥水库、倒天河水库两个水库可供水量3 652万 m3,采取由夹岩水利枢纽完全置换龙官桥水库、倒天河水库两座水库的供水功能向七星关区城区及金海湖新区城区水厂供水,满足其近、远期水平年的主城区的生产生活用水缺口部分,龙官桥水库、倒天河水库两座水库向七星关区城区段白甫河水生态环境补水,利民水库供水功能不变。

生产、生活用水:夹岩水利枢纽(6 831万 m3)+利民水库(504万 m3)+双河口水库(600万 m3)+毛栗水库(367万 m3)+者巴洞提水工程(953万 m3)

生态环境水:龙官桥水库+倒天河水库(3 652万 m3)

工程方案:双管布置

方案二:白甫河生态缺水量为3 469万 m3,龙官桥水库、倒天河水库、利民水库三个水库可供水量4 156万 m3,采取由夹岩水利枢纽完全置换龙官桥水库、倒天河水库、利民水库三座水库的供水功能向七星关区城区及金海湖新区城区水厂供水,满足其近、远期水平年的城区的生产生活用水缺口部分,龙官桥水库、倒天河水库两座水库向七星关区城区段白甫河水生态环境补水。利民水库可供水量504万 m3,作为毕节市七星关区城区备用水源。未来随着毕节市经济发展和城镇化水平的进一步提高,还可加大夹岩水利枢纽对毕节主城区的生产生活供水、生态环境补水,以满足可能的水量增长需要。

生产、生活用水:夹岩水利枢纽(7 335万 m3)+双河口水库(600万 m3)+毛栗水库(367万 m3)+者巴洞提水工程(953万 m3)

生态环境水:龙官桥水库+倒天河水库(3 652万 m3)

备用水源:利民水库(504万 m3)

工程方案:单管布置

3.2 水资源优化配置方案比选

根据上述章节提出的方案进行供水量、备用水源、年耗电量、总投资等进行比较。

在供水量方面:方案一夹岩水利枢纽供水向七星关区城区及金海湖新区城区补充供水 6 831万 m3,方案一“三生”用水量达到12 907万 m3;方案二夹岩水利枢纽供水向七星关区城区及金海湖新区城区补充供水7 335万 m3,方案二“三生”用水及备用水源量达到13 411万 m3,方案二较优。

在备用水源建设方面[2]:城市备用应急水源是城市抵御突发性水源污染事件、应对极端干旱天气等最有效的预防手段,是城市保障供水体系和降低供水风险、保障供水安全的主要措施。《全国抗早规划》(国函〔2011〕41号)、《国务院关于印发水污染防治行动计划的通知》(国发〔2015〕17号)、《关于进一步加强城市水利规划工作的通知》,要求完善城市供水保障体系,原则上应于2020年年底前基本完成单一水源供水城市(地级及以上)的备用或应急水源工程建设[3]。故在备用水源建设方面,方案二利民水库作为备用水源满足国家政策要求。

在年耗电量上:方案二夹岩水利枢纽供水提水较多,年运行电费每年比方案一多179.16万元,方案一略优于方案二。

在总投资上:方案一因无备用水源,作为主要城市供水管道需设置双管供水。方案二因将利民水库作为备用水源,可不设置双管供水。故在投资上方案一总投资较方案二总投资多16 356.85万元,方案二优于方案一。

综上所述,综合各方面因素,选取方案二作为水资源配置推荐方案。

4 工程方案拟定

根据推荐方案,实施从夹岩水利枢纽末端高位水池取水向七星关区城区及金海湖新区各水厂供水输水工程。

由夹岩水利枢纽末端高位水池取水,经金海湖新区梨树镇、七星关区德溪经开区,从主城区北东方向进入毕节水厂和倒天河水厂,单管布置;输水管道采用焊接钢管,直径DN1800,壁厚14 mm,主管长度32.3 km,岔管长度2.3 km;泵站设计流量为8 810.88 m3/h,扬程153 m。

由夹岩水利枢纽末端高位水池取水,沿城市主干道布设管道进入松林水厂,双管布置;输水管道采用焊接钢管,直径DN700,壁厚10 mm,主管长度8.6 km,重力自流输水。

工程总投资估算为58 555万元。

5 结语

(1)通过水系内水资源优化配置,充分利用夹岩水利枢纽大水网建设,初步构建互联互通的区域供水网络,初步研究路线可行。

(2)本次研究分析水质、水量满足毕节市中心城区未来发展需求,技术可行,经济合理。

(3)工程实施对促进区域内经济的发展和保持社会稳定起着积极重要的作用,具有良好的生态效益、经济效益和社会效益。