湘江長(zhǎng)沙樞紐工程對(duì)城區(qū)給水排水工程的影響分析

李 波

長(zhǎng)沙市規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007

湘江長(zhǎng)沙樞紐工程位于長(zhǎng)沙市下游望城區(qū)境內(nèi)的蔡家洲，于2015年底建成。樞紐主要建構(gòu)筑物為船閘、泄水閘、電站、壩頂公路橋、魚道、護(hù)岸及業(yè)主營(yíng)地等。庫(kù)區(qū)水位將常年維持在29.7m左右。項(xiàng)目建成后，將產(chǎn)生航運(yùn)、防洪供水、宜居旅游、發(fā)電和公路交通五大效應(yīng)，同時(shí)改變了區(qū)域周圍的生態(tài)環(huán)境，將原徑流型河道轉(zhuǎn)變?yōu)楹拥佬蛶?kù)區(qū)，也帶來了許多不利影響，例如因大壩阻隔，破壞了自然的生態(tài)系統(tǒng)；河水流速變慢、泥沙容易淤積堵塞；水環(huán)境容量降低、部分水域較易富營(yíng)養(yǎng)化；地下水位抬高等。該工程對(duì)長(zhǎng)沙市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)的很多領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響，文章重點(diǎn)討論該工程對(duì)長(zhǎng)沙市給水、排水工程的影響。

1 湘江長(zhǎng)沙樞紐工程對(duì)長(zhǎng)沙市給水工程的影響

1.1 保障自來水廠在枯水期取水的安全

大壩建成后，水位的抬高使得城鄉(xiāng)生活生產(chǎn)用水都有了保障。湘江長(zhǎng)沙樞紐工程在蓄水前，湘江持續(xù)多年出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間季節(jié)性缺水，枯水期平均5個(gè)月，特長(zhǎng)年份長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月。湘江長(zhǎng)沙樞紐工程建成后，長(zhǎng)沙市告別了季節(jié)性缺水。大壩正常蓄水時(shí)，總庫(kù)容為6.75億m3，相當(dāng)于3個(gè)株樹橋水庫(kù)或5個(gè)黃材水庫(kù)的蓄水量。

1.2 對(duì)自來水廠的源水水質(zhì)產(chǎn)生不利影響

水廠的源水水質(zhì)主要受兩個(gè)方面的影響：一是上游的氮、磷的排放，可能造成庫(kù)區(qū)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化；二是在枯水期因上游水體重金屬污染，庫(kù)水有重金屬超標(biāo)的危害。根據(jù)有關(guān)研究，湘江長(zhǎng)沙段的主要污染物為生活污水和以鉛、鎘、砷為主的重金屬。湘江長(zhǎng)沙水利樞紐工程建成后，湘江長(zhǎng)沙段將原徑流型河道轉(zhuǎn)變?yōu)楹拥佬蛶?kù)區(qū)。湘江長(zhǎng)沙段水文情況必然發(fā)生變化，水位上升，流速減慢，趨向于水庫(kù)水文，特別是對(duì)枯水期的湘江水質(zhì)影響較大。首先，在枯水期，河水流速較以前變慢，導(dǎo)致水體交換能力減弱，降解系數(shù)減小，河水的自凈能力降低，環(huán)境容量減少，庫(kù)區(qū)河水更易富營(yíng)養(yǎng)化。其次，在枯水期水庫(kù)條件下，上游城市群污水廠排出的尾水中的氮、磷等污染物更容易富集。

隨著水利樞紐工程的蓄水，水位上升，水體深度、溫度和光照強(qiáng)度的變化，氨氮等有機(jī)物的去除率必然下降，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，從而產(chǎn)生水體富營(yíng)養(yǎng)化。同時(shí)，因庫(kù)區(qū)流速減緩，水體滯留時(shí)間增長(zhǎng)，水體中大量泥沙等顆粒物沉積在庫(kù)區(qū)，吸附在顆粒物上的重金屬也同時(shí)沉降，從而長(zhǎng)期滯留在庫(kù)區(qū)底泥中。根據(jù)水利樞紐工程蓄水前的湘江長(zhǎng)沙段的水質(zhì)調(diào)查，湘江長(zhǎng)沙段的重金屬的鉛、鎘，在枯水期濃度最高，在平水期和豐水期相對(duì)較低。因此，在枯水期，水利樞紐工程蓄水后，上游來水的重金屬易大量積集。同時(shí)因水流減緩，水體自凈能力下降，重金屬的稀釋和生化作用較低，這時(shí)庫(kù)水有重金屬超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

為了消除水利樞紐工程對(duì)長(zhǎng)沙市的水廠源水水質(zhì)帶來的不利影響，應(yīng)采取如下的措施。

（1）在湘江長(zhǎng)沙綜合樞紐工程正式蓄水前，消除庫(kù)區(qū)存在的突出環(huán)境隱患，達(dá)到蓄水要求，保障供水安全：加快開展主城區(qū)截污管網(wǎng)建設(shè)、污水處理設(shè)施建設(shè)、工業(yè)污染源治理、農(nóng)業(yè)面源污染治理、廢渣清理、水上餐飲、兩岸餐飲及挖砂船整治、交通碼頭整治等工作。

（2）加強(qiáng)管理、嚴(yán)格執(zhí)法：省市有關(guān)部門協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，成立庫(kù)區(qū)管理的專門機(jī)構(gòu)和執(zhí)法隊(duì)伍，制訂整體行動(dòng)方案。

（3）組織專家論證，科學(xué)決策，參考國(guó)際國(guó)內(nèi)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，確保樞紐庫(kù)區(qū)水質(zhì)安全。

1.3 對(duì)自來水廠的制水工藝提出了更高的要求

因水利樞紐蓄水后，庫(kù)區(qū)的水質(zhì)、水位發(fā)生了變化，從而影響了自來水廠的制水工序。首先，水廠取水口的常水位和最低保障水位發(fā)生變化，由原來的最低水位25.0m變成常年水位30.0m左右。原來的水泵型號(hào)不在高效區(qū)范圍內(nèi)，應(yīng)改選為揚(yáng)程-流量曲線更加平緩的水泵，以便節(jié)約能源。其次，因水質(zhì)發(fā)生變化，特別是在枯水期源水中COD指標(biāo)污染嚴(yán)重，水廠的處理工藝應(yīng)強(qiáng)化氮、磷和氨氮的去除。長(zhǎng)沙市原來的水廠處理工藝為混凝反應(yīng)→沉淀→砂濾→清水池，且采用液氯消毒。經(jīng)過優(yōu)化后的處理工藝如下：在混凝反應(yīng)池中加入臭氧，進(jìn)行預(yù)消毒和氧化，在原有砂濾池的基礎(chǔ)上新增一套處理工藝，即廠內(nèi)提升泵站，并利用活性炭進(jìn)行吸附過濾，在炭濾池中加入臭氧和適當(dāng)?shù)乃巹┻M(jìn)行反應(yīng)消化。

2 湘江長(zhǎng)沙樞紐工程對(duì)長(zhǎng)沙市排水工程的影響

水利樞紐工程建成后，大壩正常蓄水位為29.7m。對(duì)長(zhǎng)沙市已建的出江口、截污系統(tǒng)、泵站和污水系統(tǒng)，以及城區(qū)地下水位等方面產(chǎn)生了很大影響，許多已不能適應(yīng)庫(kù)區(qū)的環(huán)境，必須進(jìn)行改造。

2.1 對(duì)已建高排出江口的影響

長(zhǎng)沙市已建高排出江口和涵閘大部分標(biāo)高在29.0m以下，以前一年大部分時(shí)間處于水面以上，只在汛期時(shí)淹沒在水面下。大壩蓄水后這些管涵均淹沒在水面下，如果不進(jìn)行抬高改造，則無法開展日常維護(hù)和管理，一段時(shí)間后也會(huì)被淤塞。

抬高改造方案有以下兩種情況：（1）當(dāng)改變上游管涵的水利坡降技術(shù)上可行、周邊的用地也許可時(shí)，提高現(xiàn)狀出江口和涵閘的標(biāo)高；（2）當(dāng)上游管涵的排水坡度沒有富余，或周邊用地沒有條件時(shí)，應(yīng)新增加一套出江系統(tǒng)，即一用一備，解決日常維護(hù)問題，同時(shí)出江口由原來的重力自流變?yōu)檠蜎]出流，管涵的斷面尺寸應(yīng)根據(jù)淹沒出流計(jì)算確定。

2.2 對(duì)已建雨水泵站的影響

雨水泵站均位于地勢(shì)低洼地區(qū)，大壩蓄水前，在汛期，當(dāng)河水位漲到30.0m時(shí)，雨水泵站才會(huì)開啟抽排方式；在非汛期，即水位較低時(shí)，雨水通過泵站的自排涵閘，在重力作用下自流出江，故以前的雨水泵站一年的運(yùn)行時(shí)間約為3個(gè)月左右，其他時(shí)間處于閑置或維護(hù)狀態(tài)。

大壩蓄水后，泵站的自排涵閘常年失去作用，雨水均無法自排出江，雨水出江均需抽排。雨水泵站需進(jìn)行如下改造：（1）封堵或拆除出江自排涵和涵閘；（2）泵站由以前的間歇式運(yùn)行改為常年運(yùn)行，即泵站沒有大修的時(shí)間，需要提高泵站設(shè)施和設(shè)備的安全性、可靠性，宜設(shè)兩套系統(tǒng)并聯(lián)，一用一備，集水池宜設(shè)獨(dú)立的兩格。

2.3 對(duì)現(xiàn)狀合流制截污系統(tǒng)的影響

長(zhǎng)沙市河?xùn)|大部分地區(qū)為雨污合流制，在河道堤岸邊采用截污井，晴天高排系統(tǒng)的污水經(jīng)過截污井，進(jìn)入低排管網(wǎng)或截污管內(nèi)，再通過污水泵站提升至污水廠。已建的大部分截污井的截流坎標(biāo)高位于30.0m以下。如果不對(duì)該部分截污井進(jìn)行改造，河水會(huì)從出江口倒灌進(jìn)入截污管或低排管，從而影響污水廠的進(jìn)水水質(zhì)，增加污水廠的處理荷載和處理難度，同時(shí)也會(huì)造成污水下河，污染庫(kù)區(qū)水體。

改造方案：改變截污井的位置，提高截流坎的標(biāo)高至30.5m以上；截污管上應(yīng)設(shè)限流措施，限制河水進(jìn)入污水系統(tǒng)；延長(zhǎng)截污管；增設(shè)沉砂池和攔污柵等。

2.4 對(duì)飲用水源保護(hù)區(qū)排污口的影響

湘江長(zhǎng)沙樞紐工程建成后，湘江長(zhǎng)沙段將原徑流型河道轉(zhuǎn)變?yōu)楹拥佬蛶?kù)區(qū)，飲用水源保護(hù)區(qū)的劃分方式發(fā)生改變。在飲用水源一級(jí)和二級(jí)保護(hù)區(qū)的現(xiàn)狀已建排污口對(duì)供水安全產(chǎn)生很大影響，必須加以清理或改造。

改造方案：全面取締或封堵長(zhǎng)株潭湘江段及湘江一級(jí)支流飲用水源一級(jí)保護(hù)區(qū)排污口；對(duì)于二級(jí)保護(hù)區(qū)的現(xiàn)狀排污口，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整和截污改造。

2.5 對(duì)岳麓污水處理廠、長(zhǎng)沙榔梨污水處理廠排污口的影響

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，岳麓污水處理廠規(guī)模為每天處理60萬t污水，其處理后的尾水如果全部排入庫(kù)區(qū)水體，對(duì)庫(kù)區(qū)的影響很大，同時(shí)該排污口位置位于望城水廠取水口的上游，根據(jù)環(huán)保部的環(huán)評(píng)要求，應(yīng)將岳麓污水處理廠尾水排污口移至壩址下游，建設(shè)2根DN2200壓力污水管，總長(zhǎng)度約為23km。

現(xiàn)狀長(zhǎng)沙榔梨污水處理廠排污口位置距榔梨自來水廠取水口的距離較近（約為200m）。蓄水后變?yōu)閹?kù)區(qū)，為避免對(duì)水廠取水口源水水質(zhì)造成不利影響，需調(diào)整該污水廠排污口的位置，或者上移水廠的取水口。

2.6 導(dǎo)致城區(qū)地下水位上升、污水廠處理難度增加

大壩蓄水后，因河水與地下水是聯(lián)通的，城區(qū)低排區(qū)的地下水位會(huì)常年在30.0m以上。長(zhǎng)沙大部分低排區(qū)的地面標(biāo)高在32.5～30.0m，已建的現(xiàn)狀雨、污水管網(wǎng)一般均在29.7m以下，同時(shí)現(xiàn)狀排水管網(wǎng)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，密閉性較差，大量地下水進(jìn)入污水管內(nèi)，稀釋了污水廠的進(jìn)水濃度，增加了污水廠處理負(fù)荷和處理難度，也增加了污水處理成本。

2.7 導(dǎo)致有關(guān)工程的基坑處理成本增加

大壩蓄水前，在枯水期，地下水位較低。城區(qū)建設(shè)工程（包括給排水工程）的基坑處理較簡(jiǎn)單。蓄水后，地下水位上升至30.0m以上。許多工程的基坑處理需采用打止水圍幕、降水措施，以及增加抽水臺(tái)班等，導(dǎo)致基坑處理成本增加。

3 結(jié)束語

湘江長(zhǎng)沙樞紐工程蓄水后，主要對(duì)長(zhǎng)沙地區(qū)的給排水工程產(chǎn)生了如下影響：（1）徹底解決了枯水期長(zhǎng)沙水廠的取水問題；（2）蓄水后，水環(huán)境容量減小，水體自凈能力降低，如果不對(duì)上游區(qū)域加強(qiáng)環(huán)境管理，特別是排污治理，重金屬污染會(huì)加劇，庫(kù)區(qū)水質(zhì)有富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)；（3）蓄水前，需對(duì)已建的高排涵閘和出江口、雨水泵站、截污井、飲用水源保護(hù)區(qū)排污口，以及岳麓污水廠和長(zhǎng)沙榔梨污水處理廠的排污口進(jìn)行改造或調(diào)整；（4）蓄水后，部分城區(qū)的地下水位會(huì)提高，并長(zhǎng)期保持在30.0m以上。