鄭州市民公共文化服務區(qū)水系供水方案研究

劉登科

鄭州市民公共文化服務區(qū)水系供水方案研究

劉登科

一、區(qū)域概況

鄭州市民公共文化服務區(qū)是鄭州市“一心兩翼”城市發(fā)展戰(zhàn)略思路中西翼新城區(qū)的核心，生態(tài)水系建設是城市生態(tài)文明和景觀體系建設的主要組成部分?！多嵵菔忻窆参幕諈^(qū)水系專題規(guī)劃》明確了水系規(guī)劃格局為“兩縱兩橫、六湖一庫”，并對區(qū)域水源條件進行分析，提出項目區(qū)水系生態(tài)用水無法利用區(qū)域自身水資源進行解決、需調(diào)用外部水源的研究結論。

二、水系總體布局

項目區(qū)現(xiàn)狀水體由賈魯河、須水河、常莊水庫、南水北調(diào)中線總干渠、西流湖、植物園湖及柳湖構成?！多嵵菔忻窆参幕諈^(qū)水系專題規(guī)劃》對項目區(qū)現(xiàn)狀水系進行了完善，增加了“秀水河、市民公園湖、九曲蓮湖、太極湖”，與現(xiàn)有水系共同構成了“兩縱兩橫、六湖一庫”的水系格局。

三、水系需水量預測

需水預測主要包括四部分：河道內(nèi)生態(tài)基流；湖泊及河道攔蓄水體的換水量；湖泊、水庫的蒸發(fā)及滲漏水量；其他環(huán)境需水量。項目區(qū)規(guī)劃水系中，南水北調(diào)中線總干渠、賈魯河、西流湖、常莊水庫需水量已在各相關規(guī)劃設計中考慮，本次僅對須水河、秀水河、柳湖、太極湖、市民公園湖、九曲蓮湖進行需水量預測，并考慮植物園湖的水源替換。

1.河湖水體運行方式

項目區(qū)內(nèi)須水河水體按照攔蓄水體方式運行。規(guī)劃秀水河大部分河段攔蓄水體，末端設景觀瀑布入西流湖，故秀水河規(guī)劃以攔蓄水體和生態(tài)基流兩種方式同時運行。

景觀湖泊：規(guī)劃項目區(qū)內(nèi)需要考慮供水的景觀湖泊中，柳湖、太極湖為吞吐型，但其所在須水河屬于季節(jié)性河流，湖泊上游無穩(wěn)定水源，其余湖泊均為閉口型，故本次規(guī)劃供水湖泊需要外調(diào)水源進行補水，考慮供水成本，均采用間歇式補水運行方式。

2.河道基流需水量

規(guī)劃秀水河基流量主要為瀑布運行需水量。瀑布按照全年運行，其中冬季120d不間斷運行，其余時段每天運行12h；節(jié)假日設計流量按外部水源工程秀水河分水口設計流量0.74m3/s計算，其余時段設計流量按0.3m3/s計算，瀑布全年運行需水量為850.18萬m3/a。

3.河湖水體更換及水質保護需水量

供水水源擬采用黃河水，原水基本達到III類水質，國內(nèi)同類工程經(jīng)驗表明，河湖攔蓄水體每年需完全置換4～6次，才可保證水質不會嚴重惡化。根據(jù)水環(huán)境規(guī)劃各水體水質要求，規(guī)劃湖泊及河道攔蓄水體蓄水每年置換6次，年需水量為788.36萬m3/a。

4.水體蒸發(fā)滲漏損失量

根據(jù)《河南省地表水資源附圖》，查得鄭州地區(qū)多年平均水面蒸發(fā)量1250mm。按擬補水河湖蓄水總面積51.41hm2計算，河湖水面蒸發(fā)量為64.27 萬m3/a。

參考鄭州市區(qū)水文地質情況，采用河海大學Autobank程序建模進行計算，須水河、柳湖按照正常滲漏計算，植物園湖考慮現(xiàn)有湖底防滲影響，且由于項目區(qū)擬建地下交通體系，為確保運行安全，秀水河蓄水段、太極湖、市民公園湖及九曲蓮湖亦考慮防滲措施影響。經(jīng)計算，河湖水體滲漏量為21.1萬m3/a。

5.其他環(huán)境需水量

考慮景觀及生物棲息的需要，取上述水量（不含河道生態(tài)基流需水量）的20%作為其他環(huán)境需水量，為174.75萬m3/a。

6.水系總需水量

根據(jù)需水預測結果，從水量重復利用的角度看，秀水河河道內(nèi)生態(tài)基流需水量可以同時滿足秀水河攔蓄水體的蒸發(fā)、滲漏、換水和其他環(huán)境需水量，故總需水量測算不包含秀水河攔蓄水水體需水量。項目區(qū)水系總需水量為1745.65萬m3/a，詳見表1。

四、區(qū)域水源條件

項目區(qū)水體主要包括河道攔蓄水體、景觀湖泊。其中河道攔蓄水體僅在非汛期運行，汛期來臨前需放空以便河道泄洪，故秀水河、須水河攔蓄水體需水量不考慮雨水資源的補充，太極湖直接與須水河連通，與須水河攔蓄水體運行方式一致，汛期須放空，故太極湖無法利用雨水資源補充，可利用雨水資源進行補充的水體有市民公園湖、九曲蓮湖、植物園湖及柳湖。

湖泊可集蓄雨水量按《雨水集蓄利用工程技術規(guī)范》中的相關公式進行計算。

式中：W—蓄水工程的年雨水可集蓄利用量（m3）；

Si—第i種材料的集流面面積（m2）；

ki—第i種材料的年集流效率；

Pp—設計保證率下的年降水量（mm），此次采用多年平均降雨量；

n—集流面材料種類數(shù)。

經(jīng)計算，項目區(qū)可利用雨水資源量為14.2萬m3/a，遠小于河湖生態(tài)需水量。項目區(qū)現(xiàn)狀有固定水源的水體中，南水北調(diào)中線總干渠輸送水資源由國家統(tǒng)一調(diào)配，常莊水庫已確定為南水北調(diào)中線調(diào)蓄水庫之一，現(xiàn)狀植物園湖水系均靠抽取地下水自身循環(huán)，西流湖及賈魯河有其自身景觀用水需求，故植物園湖、常莊水庫、西流湖及賈魯河的現(xiàn)狀水資源均無法調(diào)用；而西部須水河屬于雨源型河流，枯水季節(jié)基本斷流。故項目區(qū)水系生態(tài)用水無法利用區(qū)域自身水資源進行解決，需調(diào)用外部水源。

表1　市民公共文化服務區(qū)水系需水量預測統(tǒng)計表

表2　項目區(qū)近期水量分配表

五、外部水源方案

項目區(qū)所處西部、西南部水系主要依靠現(xiàn)狀鄭州市生態(tài)水系輸水工程、規(guī)劃鄭州西區(qū)生態(tài)供水工程，以及遠期的?？谟S調(diào)蓄工程進行聯(lián)合供水。另外項目區(qū)南部馬寨工業(yè)園區(qū)污水處理廠設計規(guī)模5萬t/d，排水標準為一級A。故項目區(qū)周邊現(xiàn)狀及規(guī)劃可用水源主要是引調(diào)黃河水及中水。

現(xiàn)狀鄭州市生態(tài)水系輸水工程供水流量已分配完畢，且由于輸水管線規(guī)模限制，供水量提升空間不大。本次規(guī)劃水源主要考慮馬寨污水處理廠排放中水鄭州西區(qū)生態(tài)供水工程以及遠期的?？谟S調(diào)蓄工程進行補充供水。

項目區(qū)生態(tài)用水水源近期主要為目前正在施工的石佛沉沙池至鄭州西區(qū)生態(tài)供水工程，取水點位于新建石佛西沉沙池，末端受水點位于項目區(qū)柳湖，設計供水流量3m3/s，年供水量6424.05萬m3

馬寨污水處理廠中水排放規(guī)模為5 萬t/d，可供須水河景觀用水量約1.87 萬m3/d，即年可供水量約682.55萬m3但中水一級A標準中BOD控制指標需進一步優(yōu)化，才可滿足湖泊景觀用水的水質要求。因此，中水回用工程與?？谟S調(diào)蓄工程均考慮作為遠期水源。

考慮項目區(qū)可利用雨水資源量，項目區(qū)水系近期水量分配方案如表2。

六、結語

鄭州市民公共文化服務區(qū)生態(tài)水系供水方案研究圍繞水系需水量計算、區(qū)域水源條件分析、供水水源選擇、水量分配方案制定等方面進行，力爭做到水資源的高效利用和合理配置，確保生態(tài)水系用水得到可持續(xù)供給，從而有效改善城市生態(tài)環(huán)境，提高區(qū)域水環(huán)境承載能力，實現(xiàn)人水和諧

（作者單位：鄭州市水利建筑勘測設計院450006）