鉛山縣供水工程方案對比分析

劉 洋，劉仁德

(江西省水利規(guī)劃設(shè)計研究院，江西 南昌 330029)

1 概述

鉛山縣隸屬江西省上饒市，位于江西省東北部，上饒市的西南部，位于“南昌—鷹潭—上饒—衢州”的贛浙產(chǎn)業(yè)協(xié)作發(fā)展軸上，有著良好的發(fā)展機遇。經(jīng)濟社會發(fā)展和城市化進程加快，導致城市用水量日益增加，城市供水保障與安全是保障區(qū)域經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1-2]。

鉛山縣城區(qū)現(xiàn)有城南水廠1座，2016年城南水廠供水規(guī)模擴大至6.0萬m3/d，水廠取水水源為規(guī)劃的清潭水庫下游河水，取水口距規(guī)劃壩址約200 m。由于清潭水庫目前還在設(shè)計階段，鉛山縣供水部門利用取水口上游約920 m處的攔河矮壩，攔蓄上游倫潭電站發(fā)電尾水和區(qū)間來水、抬高河流水位，并在攔河壩壩前右岸修建1條引水渠，河水通過引水渠流至取水口。經(jīng)近期調(diào)查，倫潭水庫與規(guī)劃清潭水庫河段水質(zhì)均能滿足供水要求。依據(jù)《鉛山縣城市總體規(guī)劃》(2015—2030)及《室外給水設(shè)計標準》(GB 50013—2018)，鉛山縣供水水源地可采用倫潭水庫或擬建的清潭水庫庫水[3-4]。

倫潭水庫位于上饒市鉛山縣境內(nèi)信江水系鉛山河支流楊村水中游天柱山鄉(xiāng)境內(nèi)，壩址距縣城約50 km， 是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、供水等綜合利用的大(Ⅱ)型水利樞紐。倫潭水庫擋水建筑物為碾壓砼單曲拱壩，水庫總庫容為1.798×108m3，水庫正常蓄水位為252.00 m，汛限水位為250.00 m，死水位為230.00 m。倫潭水庫目前已建成并投入運營，結(jié)合其他防洪措施，可使下游楊村水兩岸防洪標準由5年一遇提高到20年一遇，鉛山河兩岸的防洪標準由10年一遇提高到20年一遇。倫潭水庫發(fā)電為引水隧洞發(fā)電，引水系統(tǒng)布置在大壩的左岸，引水隧洞進口位于大壩上游約57 m處，引水發(fā)電隧洞總長約3.3 km。倫潭電站位于清潭村下游的黃土潭村附近，距壩址約7 km，為引水地面式廠房，廠內(nèi)裝機容量為40 MW，多年平均發(fā)電量為8 081×104kW·h。

規(guī)劃的清潭水庫壩址位于港東鄉(xiāng)政府上游約1.2 km的峽谷出口處，距離倫潭壩址約10 km 。清潭水庫正常蓄水位為139.0 m，死水位為136.0 m。設(shè)計洪水位為142.27 m，校核洪水位為143.17 m；水庫總庫容為626×104m3，調(diào)節(jié)庫容為137×104m3；大壩采用混凝土重力壩，最大壩高為22.2 m，壩長為160.0 m，堰頂高程為139.0 m。大壩左岸上游約0.7 km設(shè)置一副壩，土石壩結(jié)構(gòu)，最大壩高為4.5 m，壩頂寬為3.0 m，壩長為30 m，上下游邊坡為1：2.0。壩后式廠房裝機為3.2 MW，副廠房與升壓站布置于主廠房左端側(cè)，主廠房、副廠房、升壓開關(guān)站依次布置，發(fā)電尾水直接進入新港東電站引水壩前的庫內(nèi)。清潭水庫為鉛山河支流楊村水規(guī)劃梯級開發(fā)中倫潭水庫下游的反調(diào)節(jié)水庫，目前處于設(shè)計前期工作中。

2 供水工程現(xiàn)狀及供水規(guī)模預測

鉛山縣現(xiàn)有供水管線起點位于港東村棺材棚取水口，管線全長為28.35 km，途經(jīng)葛仙山鄉(xiāng)、永平鎮(zhèn)、永平銅礦、河口鎮(zhèn)、新灘鄉(xiāng)等地?，F(xiàn)狀引水管線采用DN1 000預應(yīng)力鋼筒混凝土管自取水口接出，管線終點為城南水廠，水廠地面高程約54 m。經(jīng)近期調(diào)查，雖然倫潭水庫至棺材棚河段現(xiàn)狀水質(zhì)能滿足供水要求，但由于現(xiàn)狀供水工程主要依靠上游倫潭水庫下泄流量和電站尾水提供水源，而倫潭電站為調(diào)峰電站，發(fā)電下泄流量不均勻，因此，城南水廠取水水源的可靠性無法保障，取水保證率低。

本工程供水對象為鉛山縣城鄉(xiāng)居民綜合生活用水和企事業(yè)生產(chǎn)用水。經(jīng)預測分析，設(shè)計水平年2030年鉛山縣供水工程總需水量為11.71×104m3/d，年需水量為4 273×104m3。根據(jù)《室外給水設(shè)計標準》(GB 50013—2018)，本供水工程水廠原水輸水管道損失水量和水廠自用水兩項用水總量，可按總?cè)∷康?%取值，為372×104m3。因此，2030年鉛山縣供水工程年取水量總計為4 645×104m3(12.73×104m3/d)，相應(yīng)日均流量為1.47 m3/s。最高日城市綜合用水日變化系數(shù)取1.3，得鉛山縣供水工程取水規(guī)模為16.54×104m3/d，則輸水管設(shè)計流量為1.91 m3/s。

3 可選擇的供水方案

無論是直接從倫潭水庫取水，還是從規(guī)劃的反調(diào)節(jié)水庫清潭水庫取水，飲用水主要來之于倫潭水庫，對于任何一種取水方案，倫潭水庫庫周污染源均為治理范疇。為滿足鉛山縣供水需求，根據(jù)現(xiàn)狀了解情況及水文、水量、水質(zhì)、污染源的分析結(jié)果，初步擬定4種供水取水方案進行比選。各方案工程布置示意見圖1。

圖1 工程布置示意

3.1 方案1

該方案為清潭水庫取水方案，取水口為待建的清潭水庫壩前取水口。由于倫潭水庫至清潭水庫區(qū)間存在生活污水污染源和選礦廠遺跡地，為保證清潭水庫水質(zhì)、滿足供水要求，本方案倫潭至清潭水庫間區(qū)間污水采用工程措施導出清潭水庫。

根據(jù)現(xiàn)狀地形、倫潭水電站布置及污染源分布情況，倫潭水電站廠房尾水以下無污染源，擬在電站尾水處河道選取適當位置修建截污抬水壩，壩前修建排水口，沿山坡修建導排渠，將倫潭與清潭區(qū)間污水排至清潭水庫下游，建設(shè)清潭樞紐，保證清潭水庫水質(zhì)，滿足鉛山縣供水要求。

根據(jù)地質(zhì)資料，攔污壩場址表層為第四系及全強風化層，開挖量較大；導污明渠沿線存在滲漏問題，需進行全斷面襯護。

該方案截污抬水壩采用砼重力壩形式，最大壩高約10 m，長約70 m。壩頂高程為162 m，壩基高程為 152 m，頂寬為5 m，上游側(cè)直立，下游側(cè)坡比為1:0.7。抬水壩右岸壩段設(shè)2 m寬泄流孔，泄流孔下游接消力池，消力池尾部接導排渠。導排流量按年最枯4個月(10月—次年1月)最大月均流量的多年平均值0.99 m3/s考慮。導排渠沿山側(cè)布置，采用預制砼箱涵，縱坡為0.005，斷面尺寸為2 m×2 m，長為4.50 km。

該方案需建設(shè)清潭樞紐，清潭水庫庫水為倫潭電站發(fā)電尾水及區(qū)間來水，近年水質(zhì)較為穩(wěn)定，水質(zhì)良好，滿足要求。在枯水期間，區(qū)段生活污水和選礦廠遺跡地的地表徑流通過導排，不進入清潭水庫，在一定程度上減小了清潭污染負荷；但大于導排流量時，生活污水和選礦廠遺跡地的徑流，同雨水仍能進入清潭水庫。故本方案仍需利用清潭水庫的自凈作用。

3.2 方案2

該方案為新建清潭樞紐取水、污染源治理方案。取水口為待建的清潭水庫壩前取水口，由于倫潭水庫至清潭水庫區(qū)間存在生活污水污染源和選礦廠遺跡地，為保證清潭水庫水質(zhì)、滿足供水要求，倫潭至清潭水庫區(qū)間污染源采用截污治污措施進行處理，修建清潭樞紐。各污染源截污治污措施根據(jù)專項情況進行治理。

該方案需建設(shè)清潭樞紐，庫水為倫潭電站發(fā)電尾水及區(qū)間來水，近年水質(zhì)較為穩(wěn)定，水質(zhì)良好，滿足要求。污染源處污水雖然經(jīng)過處理，但排放口仍然處于飲用水源地保護范圍。若從清潭水庫取水，清潭水庫壩址至倫潭水庫壩址之間整個楊村水河段均為飲用水源保護區(qū)，該河段禁止新設(shè)立排污口，故從環(huán)境保護考慮，該方案與飲用水源保護有關(guān)規(guī)定相抵觸。

3.3 方案3

該方案為倫潭電站壓力鋼管取水方案。由于倫潭水庫庫水已通過引水發(fā)電隧洞引至倫潭電站，為減少供水管線長度，該方案取水口放置于倫潭電站壓力鋼管前，從倫潭水庫取水，保證水質(zhì)。

根據(jù)倫潭發(fā)電站布置及供水規(guī)模，于倫潭電站引水隧洞末端壓力鋼管設(shè)置分岔管。該方案需對倫潭電站壓力鋼管進行改造，拆除岔管處原砼及鋼結(jié)構(gòu)，改造完成后對破壞的電站廠區(qū)路面等設(shè)施進行恢復。岔管后接一發(fā)電機組，裝機1.6 MW。在增設(shè)的發(fā)電機組尾水處接供水管線，采用DN1 200球墨鑄鐵管，管線沿縣道及河邊山地布置，終點接清潭現(xiàn)狀已建取水口，管線總長約3.62 km。

為補償鉛山縣城供水引起的倫潭電站發(fā)電損失，使倫潭水庫發(fā)揮原有效益，經(jīng)估算，該方案需在倫潭電站引水隧洞末端增設(shè)一臺裝機為1.6 MW的小機組，該小機組發(fā)電水頭與倫潭電站基本相同。若新建發(fā)電機組由倫潭電站統(tǒng)一管理，則倫潭電站發(fā)電流量和發(fā)電水頭基本不變，不會減小倫潭電站發(fā)電量，造成發(fā)電效益損失。若新建小機組不歸倫潭電站管理，則倫潭電站因為損失了平均1.47 m3/s的發(fā)電流量，造成電站年發(fā)電量減少1 125×104kW·h，年發(fā)電效益損失436萬元(上網(wǎng)電價為0.388元，下同)。

從環(huán)?？紤]，該方案上游取水口為倫潭引水發(fā)電隧洞取水口，近年水質(zhì)較為穩(wěn)定，水質(zhì)良好，滿足要求，但長期運行可能存在低溶解氧現(xiàn)象，應(yīng)進行合理調(diào)度運行。若出現(xiàn)低溶解氧現(xiàn)象，則要通過后期復氧工程措施進行解決。該方案1級保護區(qū)內(nèi)無污染源，2級保護區(qū)存在香榧基地、村莊、農(nóng)田等面源污染，需要進行綜合整治，但不構(gòu)成制約因素。

3.4 方案4

該方案為直接從倫潭水庫庫內(nèi)取水。為保證長期引用倫潭水庫良好水質(zhì)的水源，避免后續(xù)可能出現(xiàn)的復氧工程的投入，擬在倫潭水庫發(fā)電隧洞進水口一側(cè)山脊處新建分層取水口，取水口高為27.4 m，底板高程采用倫潭水庫死水位為230.00 m，取水塔頂高程采用壩頂高程為257.40 m，在不同高程共設(shè)4處進水口。取水口進水閘后山體中開挖壓力引水隧洞，洞徑為 1.8 m，總長為2.11 km。引水隧洞處弱下至微風化巖體中，圍巖類別屬Ⅲ類，進、出口洞臉邊坡采用噴砼護坡處理。管線沿線主要為第四系地層及全強風化層，地質(zhì)條件簡單。

引水隧洞出口位于倫潭水庫下游石涵村處，出口處增設(shè)一裝機0.32 MW貫流式發(fā)電機組。機組尾水處接供水管線，采用DN 1 200球墨鑄鐵管及預制砼箱涵，管線沿縣道及河邊山地布置，終點接清潭現(xiàn)狀已建取水口，管線總長為6.96 km。

為盡量減少倫潭水庫由于供水引起的倫潭電站電量損失，經(jīng)估算，該方案發(fā)電機組多年平均發(fā)電水頭約30.5 m，比倫潭電站多年平均發(fā)電水頭低70.5 m。若新建小機組由倫潭電站統(tǒng)一管理，由于電站平均1.47 m3/s發(fā)電流量的水頭減少了70.5 m，造成電站年發(fā)電量減少722×104kW·h，年發(fā)電效益損失280萬元。若新建小機組不歸倫潭電站管理，則倫潭電站因為損失了1.47 m3/s的發(fā)電流量，造成電站年發(fā)電量減少1 125×104kW·h，年發(fā)電效益損失436萬元。

從環(huán)?？紤]，該方案2級保護區(qū)內(nèi)存在香榧基地、村莊、農(nóng)田等面源污染，需要進行綜合整治，但不構(gòu)成制約因素。近年水庫水質(zhì)較為穩(wěn)定，水質(zhì)良好，滿足要求，但該方案施工難度及投資均較大。

4 供水方案比選

方案1與方案2取水口上游均存在污染源，污染源問題均不能徹底有效解決，從環(huán)?？紤]均不能保證供水水源水質(zhì)，與環(huán)保相關(guān)規(guī)定相抵觸，故不推薦采用。從環(huán)保、施工難度、投資等方面綜合考慮，方案3水源能滿足環(huán)保要求，施工難度較低、投資較少，明顯優(yōu)于方案4，故方案3較優(yōu)。

各方案特性及優(yōu)缺點對比見表1所示。

表1 供水方案對比

5 結(jié)語

從環(huán)保方面考慮，若取水口放置于清潭水庫，則倫潭水庫與清潭水庫區(qū)間的污染源引起的水質(zhì)污染無法得到有效控制，故不推薦采用清潭水庫取水方案，即方案1與方案2。

根據(jù)表1各方案主要對比情況，從環(huán)保方面，方案3與方案4水源符合環(huán)保要求、對水源地保護有利；從投資方面，方案4投資比方案3大得多，方案3明顯優(yōu)于方案4；從施工難度方面，方案4管線長、需修建長距離隧洞和庫區(qū)高圍堰，施工難度明顯大于方案3；方案3雖然施工時需對倫潭電站壓力鋼管進行改造，不利于現(xiàn)有電站運行，但通過增設(shè)小機組對損失電量進行補償并在施工期進行額外補償?shù)却胧┛山鉀Q以上問題。

綜合各方面因素，方案3較優(yōu)，即倫潭電站壓力鋼管取水方案進行鉛山縣供水較為經(jīng)濟合理。