慶陽市區(qū)應急水源工程規(guī)劃淺析

侯爰冰，許 濤，聶 龑

（1.甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000；2.蘭州大學管理學院，甘肅 蘭州 730000）

慶陽市位于甘肅省東部，市政府所在地西峰區(qū)坐落在“北控河套，南屏關中”的董志塬中部。巴家咀水庫作為慶陽市區(qū)唯一的集中式飲用水源，長期以來由于水質(zhì)較差，供水問題一度引發(fā)廣泛的社會關注。隨著城市人口大幅增長，經(jīng)濟總量逐年提升，慶陽市區(qū)供水壓力也日益凸顯。2015 年，《國務院關于印發(fā)水污染防治行動計劃的通知》（國發(fā)〔2015〕17 號）明確指出“單一水源供水的地級及以上城市應于2020 年底前基本完成備用水源或應急水源建設，有條件的地方可以適當提前”。故慶陽市區(qū)應急水源的建設已迫在眉睫。本文對應急水源選擇、風險期、需水量、應急水源規(guī)模進行分析。

1 慶陽市區(qū)供水存在的主要問題

（1）慶陽市區(qū)缺少與城市發(fā)展相配套的應急水源

慶陽市區(qū)現(xiàn)狀供水水源由巴家咀水庫、南小河溝水庫、五臺山水庫及地下水組成。南小河溝和五臺山均為注入式水庫，和巴家咀水庫是同一水源，均為蒲河。近年來由于地下水超采，造成地下水位下降嚴重，地下水水源可供水量日益減少，巴家咀水庫將成為城區(qū)唯一供水水源。隨著城市規(guī)模的不斷擴大和用水量的增加，隱性供水矛盾日漸突出，特別是在遇到干旱年份、極端地質(zhì)災害和突發(fā)水污染事故時，城市供水將會受到嚴重威脅。

（2）巴家咀水庫供水水質(zhì)較差

依據(jù)2012 年～2016 年甘肅省水資源公報，巴家咀水庫水源地化學需氧量、硫酸鹽及氟化物存在不同程度的超標問題[1]。近年來，由于水庫周邊群眾生產(chǎn)生活及上游鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水排入，導致巴家咀水庫現(xiàn)狀總磷總氮超標，水體富營養(yǎng)化，水質(zhì)有惡化趨勢。

（3）地下水超采現(xiàn)象嚴重，生態(tài)環(huán)境問題日益突出

慶陽市地下水資源因水量穩(wěn)定、水質(zhì)良好和易于開采，長期作為農(nóng)村人飲、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)和城市生活的重要水源。近年來，一些區(qū)域不同程度地出現(xiàn)了超采問題，地下水水位持續(xù)下降，引發(fā)了地面沉降、土壤沙化、水土流失加重、農(nóng)作物減產(chǎn)等一系列問題。目前，董志塬區(qū)域已形成3 個地下水超采區(qū)，涉及西峰區(qū)、寧縣及慶城縣共322.77 km2，超采量429.29 萬m3[2]。

2 應急水源選擇

隨著城市的迅速發(fā)展和飲用水水源地污染的日益加劇，為保證城市居民飲水的質(zhì)和量，全國很多大中型城市都已經(jīng)開始尋找或者建設應急備用水源地[3]。陳然[4]等人采用模糊評價法分析了柘林水庫作為南昌、九江兩市備用水源地的可行性，結(jié)果表明，柘林水庫在水質(zhì)條件、水量條件、地理位置、水庫構(gòu)造及地質(zhì)條件上作為城市備用水源地都是合理可行的。王獻輝[5]等人結(jié)合流域及區(qū)域水利規(guī)劃，提出南片石臼湖出口建閘和從水陽江補水的規(guī)劃方案，北片以金牛湖為主水源，聯(lián)合山湖水庫、三岔水庫共同構(gòu)成應急備用水源，為南京市應急備用水源地規(guī)劃建設提供參考。黃智[6]等人針對桂林市飲用水水源現(xiàn)狀和存在的安全隱患，提出了建立以漓江水源為主，以周邊水庫、漓江支流和地下水水源為輔的城市飲用水供水體系。李力南[7]結(jié)合壓力- 狀態(tài)- 響應機制構(gòu)建城市備用水源地的適應性評價體系，以遼寧南部某城市為研究實例，依據(jù)適應度因子對城市備用水源地進行等級劃分。

2.1 應急水源要求

在國務院、水利部各項文件指導下，基于對我國已建應急水源地分析及應急水源地相關研究[8]，總結(jié)出應急水源的要求如下：

（1）水量要求：盡可能多、盡可能長時段為城市供水；

（2）水質(zhì)要求：處理后可行；

（3）可取性要求：短時間能盡可能取出維持城市基本需求的水量；

（4）時間要求：能及時地并盡可能長時段的為城市供水；

（5）安全性要求：較高安全性，抗干擾能力強；

（6）人為干預要求：集中供水并網(wǎng)和分散并網(wǎng)同時開啟；

（7）利益平衡要求：以法律形式明確應急供水地位和實施條件。

2.2 水源確定

慶陽市遠離大江大河，水資源十分短缺，水質(zhì)條件也相對較差，能夠利用的水源工程非常有限?，F(xiàn)對全市可利用水源逐一分析：

（1）地下水水源：近來年地下水位逐漸降低，市區(qū)及附近出現(xiàn)了程度不同的下降漏斗區(qū)；石油工業(yè)的迅速發(fā)展也對地下水水質(zhì)造成日益嚴重的污染破壞。水源不符合水量和水質(zhì)要求。

（2）馬蓮河：依據(jù)2014 年～2016 年馬蓮河上曲子、慶陽、雨落坪三個水質(zhì)站監(jiān)測成果可知，化學需氧量、氨氮、六價鉻、氟化物、總磷超標。水源不符合水質(zhì)要求。

（3）小盤河水庫：與巴家咀水庫同處蒲河流域，難以應對上游自然災害和突發(fā)事件等對水源和供水系統(tǒng)的威脅。水源不符合安全性要求。

（4）蓮花寺水庫：水庫距離慶陽市區(qū)輸水距離173 km，地形高差441 m，輸水工程需要穿越子午嶺自然保護區(qū)，地質(zhì)條件復雜，施工難度大，近期內(nèi)無法實施完成作為應急水源。

（5）揚黃工程：是慶陽市最大的一項跨流域調(diào)水項目，近期富余水量較大，且目前在建工程已引水至慶城縣城，距離慶陽市區(qū)較近。該水源符合應急水源的各項要求，適合作為慶陽市區(qū)應急水源。

3 應急水源規(guī)模確定

3.1 風險期確定

慶陽市區(qū)應急水源的供水目標主要為滿足巴家咀水庫受到污染或破壞時城區(qū)居民基本生活需水要求，《城市供水應急水源工程技術規(guī)程》[9]中推薦水源水質(zhì)惡化對城市的影響時間為30 天～120 天。依據(jù)2012 年～2016 年巴家咀水庫站水質(zhì)站監(jiān)測成果，巴家咀水庫5 月～9 月水質(zhì)監(jiān)測指標存在超標問題，水質(zhì)較差。因7 月、8 月巴家咀水庫汛期沖沙敞泄運行，由五臺山水庫和南小河溝水庫為慶陽市區(qū)供水，兩水庫在非汛期時蓄滿，則7 月、8 月巴家咀水庫水質(zhì)不會影響供水。供水風險期主要為5 月、6 月、9 月共計91 天。

3.2 設計水平年確定

綜合考慮不同水平年揚黃工程富余水量及慶陽市城市總體規(guī)劃期限，應急水源規(guī)模確定的設計水平年采用2025 年。

3.3 應急水量計算

對于單一供水水源城市，應急水量按城市風險期日需水量（m3）乘以應急持續(xù)時間（d）確定，風險期日需水量按城市平均日用水量乘以風險期用水壓縮后的供水比例確定[9]。計算公式如下：

式中：Q 為應急水量，m3；q 為城市平均日用水量，m3/d；k 為風險期用水壓縮比例，%；t 為持續(xù)時間，d。

2025 年慶陽市區(qū)人口為53.0 萬人[10]。依據(jù)《甘肅省行業(yè)用水定額（2017 版）》中指標（見表1），慶陽市區(qū)屬二類D 型，正常供水情況下，慶陽市區(qū)居民生活用水定額確定為120 L/（人·d），日凈用水量為6.36 萬m3，考慮10%管網(wǎng)漏損及3%水廠自用水量，平均日用水量為7.28 萬m3。

表1 甘肅省城鎮(zhèn)居民生活用水定額表

應急情況下，城市居民生活用水量可壓縮比例按一般型、節(jié)約型、拘謹型分類，壓縮比例分別為0～10%，10%～30%，30%～50%[9]。

由于慶陽市水資源匱乏，應急水源規(guī)模受客觀條件限制，因此壓縮比例按照拘謹型50%考慮，則風險期日需水量為3.64 萬m3。風險期持續(xù)時間為91 天，則應急水量為：Q=7.28×（1-50%）×91=331 萬m3。

3.4 應急水源規(guī)模

依據(jù)《城市供水應急水源工程技術規(guī)程》要求，應急水源規(guī)模應能滿足風險期應急水量的要求，且應有一定的富余量。本次設計時，考慮15%的富余水量，即應急水源規(guī)模為331×（1+15%）=381 萬m3，推算至揚黃工程11#泵站處為497 萬m3。

4 應急水源工程規(guī)劃

4.1 揚黃工程水量分析

揚黃工程供水范圍為環(huán)縣縣城及16 鄉(xiāng)鎮(zhèn)、華能環(huán)縣中部煤田開發(fā)及電廠、慶城縣城區(qū)及其周邊農(nóng)村，寧夏、甘肅兩省區(qū)分水口門李家大莊11#泵站前池處可供水量為2466 萬m3。

經(jīng)需水預測，2025 年揚黃工程受水區(qū)總需水量為1908 萬m3，其中：環(huán)縣縣城及16 鄉(xiāng)鎮(zhèn)需水量為1308 萬m3；華能環(huán)縣中部煤田開發(fā)及電廠建設項目滯后暫無需水量；慶城縣城區(qū)及其周邊農(nóng)村需水量為600 萬m3。揚黃工程富余水量為558 萬m3，能夠滿足慶陽市區(qū)應急水源規(guī)模497 萬m3的用水需求。

4.2 工程總體布局

揚黃工程一期工程及續(xù)建工程實現(xiàn)輸水至環(huán)縣及受水區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的水廠或水池，環(huán)縣縣城由張南灣水庫供水。為解決慶城縣的用水問題，慶陽市實施揚黃續(xù)建向慶城延伸供水工程，從張南灣水庫引水至慶城縣新建芡子溝水庫。

慶陽市區(qū)應急水源工程以揚黃工程近期富余水量為水源，工程自芡子溝水庫處取水，設置兩處取水口：一處在芡子溝水庫下游側(cè)，自芡子溝水庫出水管取水；另一處在芡子溝水庫進水管上增設分水口，向本工程一泵站前池分水。本工程設兩級泵站提水：一泵站進水池設計水位為1061.0 m，經(jīng)一泵站加壓提水2.675 km 至二泵站，二泵站進水池設計水位為1312.0 m；經(jīng)二泵站加壓提水26.97 km 至驛馬鎮(zhèn)出水池，驛馬鎮(zhèn)出水池設計水位為1511.5 m。自驛馬鎮(zhèn)出水池后，經(jīng)26.84 km 重力自流段管道至本工程供水末端西峰新建董志塬水廠，董志塬水廠高程為1376.0 m。工程布局見圖1。

圖1 慶陽市區(qū)應急水源工程布局圖

4.3 工程調(diào)度運行方案

由于受到揚黃工程供水時段的限制，本工程僅能在揚黃工程供水時段引水，即每年4 月15 日～9 月1 日計140 天和10月17 日～11 月18 日計33 天。在應急情況啟動下，慶陽市區(qū)在芡子溝水庫節(jié)點實際需水情況為5 月、6 月、9 月共計91 天，日需水量為3.64 萬m3?，F(xiàn)狀已建、在建工程可供水能力與慶陽市城區(qū)實際需水情況不匹配。此外，當揚黃工程無富余水量后，本工程需另選其他水源。為此，制定以下三種調(diào)度方案。

（1）現(xiàn)狀已建、在建工程供水能力條件下的調(diào)度方案。應急供水風險期中，5 月、6 月為揚黃工程供水期，可直接由本工程供水；9 月為揚黃工程檢修期，芡子溝水庫設計水平年為2025 年，近期水庫有富余調(diào)蓄能力，可利用芡子溝水庫為慶陽市區(qū)供水。經(jīng)復核上游張南灣水庫至芡子溝水庫輸水管道最大供水能力可達0.5 m3/s，在滿足芡子溝水庫蓄水計劃的入庫流量且不影響芡子溝水庫蓄水的情況下，管道富余流量為0.18 m3/s，即本工程日供水流量為0.18 m3/s，日供水量1.56 萬m3。

（2）達到本工程設計供水能力的調(diào)度方案。為延長揚黃工程供水時段，慶陽市規(guī)劃實施甜水堡水庫工程，以實現(xiàn)向張南灣水庫、芡子溝水庫和各受水區(qū)全年足額供水，并根據(jù)甜水、環(huán)縣、慶城各受水區(qū)需水量適時調(diào)節(jié)，為慶陽市區(qū)提供應急水源。甜水堡水庫建成后，揚黃工程供水時段可延長至全年365 天，風險期可由本工程為慶陽市區(qū)居民生活供水，日供水量為3.64 萬m3。

（3）揚黃工程無富余水量后的調(diào)度方案。揚黃工程無富余水量后，遠期以蓮花寺水庫作為本工程水源，遠景以白龍江引水工程作為本工程水源，日供水量為3.64 萬m3。不同調(diào)度方案下工程運行方式見表2。

表2 慶陽市區(qū)應急水源工程調(diào)度運行方案

5 結(jié)論

（1）慶陽市區(qū)應急水源工程的實施，是落實國務院、水利部對城市應急水源地建設及飲用水水源地應急管理體系建設要求的重要舉措。同時，在促進老區(qū)振興、保障當?shù)仫嬎踩?yōu)化區(qū)域水資源配置、建立完整的水資源配置體系、促進當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了重要作用。

（2）為更好地發(fā)揮慶陽市區(qū)應急水源工程的供水效益，應加快推進實施甜水堡水庫工程。受揚黃工程運行時間及已建工程供水能力制約，本工程難以達到設計供水能力，應加快實施甜水堡水庫工程，延長揚黃工程供水時段，以實現(xiàn)向揚黃工程受水區(qū)全年足額供水，并根據(jù)受水區(qū)需水量適時調(diào)節(jié)，為慶陽市區(qū)提供應急水源。

（3）揚黃工程無富余水量后，遠期以蓮花寺水庫作為本工程水源，遠景以白龍江引水工程作為本工程水源。