鄭州市龍湖供水方案研究

鄭州市水利建筑勘測設(shè)計院 魯康橋 董永立

鄭州市龍湖供水方案研究

鄭州市水利建筑勘測設(shè)計院 魯康橋 董永立

鄭東新區(qū)的建設(shè)是鄭州發(fā)展史上的里程碑，作為“水域靚城”總體發(fā)展規(guī)劃的點睛之筆，龍湖水系集中反映了城市建設(shè)“以人為本”的思想理念，符合人與自然和諧共處、生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟生活協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展的總體要求。目前，龍湖水系的建設(shè)已全面展開，水源問題成為龍湖水系建設(shè)的關(guān)鍵。本文，筆者通過對各種供水方案的分析和論證，推薦采用花園口與東大壩聯(lián)合調(diào)度方案作為龍湖的主要供水方案。

一、概述

鄭州市是全國缺水城市之一，人均水資源占有量僅為213m3，不足全國的1/10。在水資源越來越緊張的今天，按照資源水利的用水理念，在龍湖供水水源的方案上應(yīng)優(yōu)先考慮采用過境水，其次采用地表水，再次考慮地下水。鄭東新區(qū)龍湖沒有可利用的地表水，地下水也由于過度開采形成了面積約160km2的大漏斗，而過境的黃河水卻沒有得到充分利用。黃河管理部門分配給鄭州市的年取水量指標(biāo)為6億m3，而鄭州市的實際使用量僅為2.74億m3。因此，本文，筆者以黃河水作為龍湖供水的主要水源，對各種引黃供水方案進(jìn)行分析和論證。

二、鄭州市引黃口門概況

資料統(tǒng)計，黃河花園口站多年平均實測徑流量為470億m3。黃河在鄭州市境內(nèi)可以作為向龍湖供水的引黃口門主要有：邙山提灌站、花園口引水閘、東大壩提灌站、馬渡引水閘。

1. 邙山提灌站。邙山提灌站建于1970年，設(shè)計泵站總引水能力為13.6 m3/s，共裝有16臺型號為24SH-9的離心泵，單機流量為0.85～0.95 m3/s，提水凈揚程為29～32m，現(xiàn)在每年向鄭州市供水1.2～1.5億m3,占鄭州市城市總用水量的57.1%，已成為鄭州市城市供水的重要支柱，是鄭州市城市居民生產(chǎn)、生活的生命線。

2. 花園口引水閘?；▓@口引水閘于1955年興建，1956年開始引水，設(shè)計引水流量為20m3/s；花園口提灌站位于花園口引水閘下游總干渠南側(cè)，緊鄰鄭花公路，1978年為解決鄭州市城鎮(zhèn)供水和農(nóng)業(yè)灌溉而興建，共有機組16臺，供水能力達(dá)10m3/s，提水凈揚程7.8m，1990年停止向城市供水。由于城市規(guī)模迅速擴大，灌區(qū)面積衰減，提灌站設(shè)備閑置。

3. 東大壩提灌站。東大壩引水閘興建于1977年，引水閘閘底高程為88.3m，單孔寬度為1.5m，高2.0m，共3孔，設(shè)計過流能力為10m3/s。1985年改造為6臺機組，機組型號為26HB-40。1998年重新改造4臺機組，機組型號為650HW-7。改造后，機組仍為6臺，包括4臺650HW-7、2臺26HB-40，供水能力達(dá)6 m3/s。

4.馬渡引水閘。馬渡閘位于花園口水文站下游約12.5km處的馬渡險工，1975年建成，設(shè)計引水流量20 m3/s。 馬渡險工上承雙井工程來流，建成后一直擔(dān)負(fù)引水灌溉任務(wù)。

三、引黃供水方案

依據(jù)《龍湖水資源保護(hù)及運行方式研究》（河海大學(xué)編制），可采用小流量連續(xù)引水和大流量間隔引水相結(jié)合的引水措施，使龍湖全年以1m3/s流量連續(xù)引水，以補償湖區(qū)由于蒸發(fā)、下滲減少的水量。在汛期及其前后再增施間隔引水措施，即在1m3/s流量連續(xù)引水的基礎(chǔ)上再增加9m3/s，使總流量達(dá)到10m3/s，共引水7次38天，汛前1次，汛期5次，汛后1次，平均每次引水5.4天，其他時段均按1m3/s流量引水。本次，筆者主要分析馬渡、花園口自流、花園口自流與東大壩聯(lián)合調(diào)度、邙山提灌站4個方案。在充分考慮供水能力的前提下，從科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟、合理的角度，實事求是地進(jìn)行論證。同時，在鄭州市現(xiàn)有的引黃口門基礎(chǔ)上盡可能地利用現(xiàn)有工程，以減少工程投資。

1. 馬渡方案。馬渡閘設(shè)計閘前水位為88.53 m，設(shè)計閘后水位為87.63 m，閘底板高程為86.33m，2孔涵洞式引水閘，凈尺寸為2.5m×2.5m。根據(jù)花園口黃河淤灌處所提的近幾年的黃河水流量及水位資料推算，馬渡閘閘前水位為88.67m。因此，可利用現(xiàn)有祭城干渠引水到新莊閘后通過泵站加壓向龍湖供水。自流和有壓供水相結(jié)合從沉沙池出口到新莊閘的8.02km利用現(xiàn)有的祭城干渠，按1∶5 000的比降自流到新莊閘（渠底高程84.05m，水位85.98m），再通過泵站加壓把水輸往龍湖。輸水管用4根（3根直徑1.5m、1根直徑1.0m）鋼筋砼有壓管道，有壓管道長2.27km。該方案估算工程總投資為1.6億元。

2. 花園口自流方案。本項工程是從花園口總干渠自流10 m3/s黃河水，沿花園口總干渠進(jìn)入新建一級沉沙池，經(jīng)一級沉沙后沿總干渠進(jìn)入二級沉沙池，然后直接匯入六堡干渠，再由六堡干渠輸水至大河村附近，埋設(shè)箱涵入龍湖。工程引水線路總長12.12km，其中花園口總干渠線路長3.47km，六堡干渠線路長5.23km，箱涵長4km；新建配套建筑物主要有沉沙池2座、水閘13座、倒虹吸2座。工程內(nèi)容包括干渠疏挖和護(hù)砌、箱涵埋設(shè)、沉沙池工程、水閘工程、倒虹吸和橋梁工程等。

該方案利用總干渠及六堡干渠輸水，根據(jù)具體要求，結(jié)合實際情況，二級沉沙后，經(jīng)六堡干渠輸水至大河村附近，再埋設(shè)箱涵進(jìn)入龍湖。該線路方案是充分利用原有六堡干渠，最大限度地利用渠道輸水，對渠道進(jìn)行疏浚和局部擴挖，不需大量開挖土方，就能滿足輸水要求。該方案估算工程總投資為8 906萬元。

3. 花園口與東大壩聯(lián)合調(diào)度方案。從花園口引水閘引黃河水流量為5m3/s，經(jīng)2.77km的花園口總干渠自流至南月堤后，入總干渠以南、東大壩干渠以西的開闊地帶新建的Ⅰ號沉沙池。大流量供水時從花園口引水閘及東大壩提灌站各引水5m3/s，沿花園口總干渠及東大壩干渠輸水至兩條干渠交匯處入新建的Ⅰ號、Ⅱ號沉沙池。經(jīng)沉沙池沉沙后，水流由沉沙池進(jìn)入六堡干渠，由六堡干渠輸水5.23km至大河村附近后埋設(shè)兩孔箱涵進(jìn)入龍湖。工程引水線路總長13.42km，其中花園口總干渠線路長2.77km，東大壩干渠線路長1.42km，六堡干渠線路長5.23km，箱涵長4km；配套建筑物主要有新建沉沙池2座；新建水閘12座、加固水閘1座；新建倒虹吸2座，加固改造倒虹吸1座；重建橋梁7座。該方案估算工程總投資為9 572萬元。

4. 邙山提灌站方案。本方案是從邙山提灌站提水，經(jīng)隧洞、明渠及暗管，將水送到石佛沉沙池。水出石佛沉沙池后用直徑為2.4m的鋼筋混凝土管沿江山路、連霍高速公路南側(cè)林帶到體育中心北側(cè)，再沿魏河南岸到黑莊流入龍湖，設(shè)計流量為10m3/s，沿線路分別布置蝶閥、排氣閥井和排水井。該方案估算工程總投資為7 600萬元。

四、方案論證

1. 馬渡方案。馬渡方案同花園口與東大壩聯(lián)合調(diào)度方案比較，投資較大，所需修建泵站揚程高，運行費用高。

2. 花園口自流方案。該方案可通過花園口引水閘直接將水引入花園口干渠，利用原有花園口灌區(qū)渠道自流送水到達(dá)龍湖，運行成本低，工程投資小。但由于目前利用該口門引水入東風(fēng)渠已被鄭州市發(fā)展與改革委員會立項，工程即將開工建設(shè)，因此，該方案同花園口與東大壩聯(lián)合調(diào)度方案比較，供水保證率低；同時，考慮到小浪底水庫運用黃河河床下切，花園口引水流量減小將不能滿足兩個工程同時用水。

3. 花園口與東大壩聯(lián)合調(diào)度方案。該方案近期在小流量時可充分利用花園口引水閘自流入龍湖，大流量時結(jié)合東大壩提水供給龍湖；運行成本低；工程投資少；供水目的專一，不存在與其他農(nóng)業(yè)用水及城市供水的矛盾。

4. 邙山提灌站供水方案。該方案利用現(xiàn)有的邙山供水系統(tǒng)，供水系統(tǒng)完善，可充分利用現(xiàn)有工程。該方案同花園口與東大壩聯(lián)合調(diào)度方案比較，首先，投資規(guī)模相當(dāng)，但泵站揚程高，水資源費較高，相應(yīng)的運行費用高；其次，該供水系統(tǒng)為鄭州市主要的城市供水系統(tǒng)，存在著供水矛盾問題（占城市供水的57.1%），因此，在優(yōu)先保證城市供水的前提下，龍湖供水將受到影響，供水保證率低。

五、論證結(jié)果

經(jīng)過論證，筆者推薦使用花園口與東大壩聯(lián)合調(diào)度方案。該方案技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理，主要優(yōu)點包括以下幾個方面。

1. 供水成本低。近期在小流量供水的情況下可以通過自流向龍湖供水，遠(yuǎn)期及在大流量的情況下可通過泵站提水。泵站揚程相對較低，運行成本低。

2. 供水目的專一。該方案供水的主要目的是向龍湖供水，沒有其他用水需求，不存在和農(nóng)業(yè)及城市供水的矛盾問題，供水保證率高。

3. 工程投資較低，施工難度小，工期短，見效快，可以與龍湖的開挖建設(shè)同時進(jìn)行，能夠滿足龍湖建成后迅速投入使用的要求。

4. 水質(zhì)有保證。引水口門在中法水廠水源地附近，水源水質(zhì)好；沿線明渠原為花園口灌區(qū)灌溉渠道，渠道高于兩岸高程，地面污染不能進(jìn)入渠道；沿途工礦企業(yè)和村莊少，沒有排污口進(jìn)入，村莊密集段采用管道輸水，避開了污染，因此，水質(zhì)有保證。

5. 管理機構(gòu)健全。花園口淤灌處有一支具有四十余年供水經(jīng)驗的管理隊伍和技術(shù)資源，不需要建立新的管理機構(gòu)。

6. 本方案充分利用了現(xiàn)有花園口灌區(qū)的輸引水系統(tǒng)，在現(xiàn)有工程的基礎(chǔ)上，盡量利用現(xiàn)有渠道，相對減少了工程投資，同時，也避免了因為灌區(qū)縮減及產(chǎn)業(yè)調(diào)整造成的國有資產(chǎn)浪費。

7. 水資源費低。根據(jù)2006年7月1日起實施的水資源費征收辦法，農(nóng)業(yè)用水水資源費遠(yuǎn)低于城市供水水資源費。花園口及東大壩原為花園口灌區(qū)，為農(nóng)業(yè)用水，相應(yīng)的供水費用也低。

綜上，鄭東新區(qū)龍湖水源輸引水是建設(shè)生態(tài)鄭州的一項重要舉措，也是鄭東新區(qū)龍湖水系重要的配套設(shè)施。它的實施，不僅使鄭州市的水資源得到了進(jìn)一步優(yōu)化配置，還能夠解決龍湖的水源補給問題，從而滿足龍湖景觀建設(shè)用水要求，保證鄭東新區(qū)龍湖水系水面達(dá)到約700萬m2，改善城市生態(tài)環(huán)境，提高城市品位，為推動鄭州市經(jīng)濟發(fā)展提供良好的條件。另外，該工程的實施在社會、土地增值、旅游等方面的效益都非常顯著。