冬奧會延慶賽區(qū)造雪引水需求分析

趙江湖 孫銳嬌

(1.北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京 100082；2.北京交通大學(xué)，北京 100044)

冬季奧林匹克運動會(簡稱冬奧會)是世界規(guī)模最大的冬季綜合性運動會，我國將于2022年舉辦第24屆冬奧會。該屆冬奧會設(shè)7個大項，15個分項，109個小項[1]，北京將承辦所有冰上項目，延慶和張家口將承辦所有的雪上項目。其中延慶賽區(qū)承擔高山滑雪、雪車、鋼架雪車、雪橇項目的比賽任務(wù)，并在賽后為國內(nèi)外賽事及專業(yè)運動員提供訓(xùn)練場所。配套市政引水工程的建設(shè)是保障北京2022年冬奧會順利進行的基礎(chǔ)，以達到滿足運動員賽前訓(xùn)練、賽時參賽以及觀眾觀看比賽的需求。

據(jù)《芝加哥論壇報》估算統(tǒng)計，占地90英畝的雪場每年需2700萬加侖水，水量足以滿足5700人一年的用水需要，可見雪場用水需求十分巨大。加之冬奧會雪道、雪場的標準更高，供水保障成為亟待研究的課題。張凌云、楊晶晶[2]對王富德先生關(guān)于北京市滑雪場用水量的計算方法提出質(zhì)疑，并介紹了國外關(guān)于滑雪場對水資源影響的相關(guān)研究。張義斌[3]根據(jù)滑雪旅游區(qū)的運行特點，分析和討論了滑雪旅游區(qū)給排水工程規(guī)劃應(yīng)注意的問題。陳嘉熺[4]通過生物監(jiān)測手段，分析了工程擴建對亞布力滑雪場水源地水質(zhì)和水生生物的影響。劉中新[5]總結(jié)出建造高山人造滑雪場的最佳、適宜、基本適宜和不適宜地點，并對雪崩、大霧等風(fēng)險因素進行評估。已有針對滑雪區(qū)進行的水利工程研究，大多基于旅游資源管理視角，缺乏結(jié)合體育賽事特點進行的分析。本文本著因地制宜、減少擾動、循環(huán)利用的原則，分別從水質(zhì)、水量與可持續(xù)3個方面，對冬奧會延慶賽區(qū)引水需求特征進行分析。

1 項目概況

延慶賽區(qū)位于北京市延慶區(qū)張山營鎮(zhèn)小海坨山。賽區(qū)將建設(shè)國家高山滑雪中心、國家雪車雪橇中心、奧運村、山地媒體中心以及相關(guān)配套設(shè)施，確保滿足2022年冬奧會舉辦的各項功能需求。

1.1 地形地貌

規(guī)劃區(qū)以中山峽谷地貌為主，海拔在1000～2198m，北依小海坨山主峰，最高海拔2198m。由北向南海拔逐漸降低，局部小山走向組成較為多樣的地貌。

1.2 水文水系

海陀山區(qū)花崗巖裂隙發(fā)育，且上游植被茂密，故基巖裂隙水豐富，所以地表徑流較為穩(wěn)定，即使在枯水期也有泉水補給，終年常流。地下水的主要補給來源為大氣降水入滲。一般枯水期水位低，夏末秋初豐水期水位較高。徑流特征為中低山區(qū)向鄰近溝谷匯流。排泄方式主要是地表及溝谷區(qū)的側(cè)向徑流。

1.3 土壤與植被

延慶賽區(qū)土壤類型主要為棕壤、褐土和草甸土，自然植被多為雜木林或灌叢。植被類型可以分為落葉闊葉林、亞高山灌叢、亞高山草甸3個植被亞型，其中落葉闊葉林作為研究區(qū)最重要的植被類型，主要分布在海拔1700m以下區(qū)域。

2 水質(zhì)需求

2.1 水源水質(zhì)

冬奧會延慶賽區(qū)造雪用水水源來自佛峪口水庫和白河堡水庫，通過修建輸水管道、加壓泵站等設(shè)施將水輸送至賽區(qū)。佛峪口水庫水質(zhì)除總大腸菌群、pH值外，其他檢測項目均滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)[6]中的Ⅱ類水質(zhì)標準；白河堡水庫水質(zhì)類別為Ⅱ類，符合水質(zhì)目標要求，二者均可以作為引水水源。

由于冬奧會為國際性賽事，對于水質(zhì)的要求應(yīng)滿足世界衛(wèi)生組織標準。就水質(zhì)要求等級最高的飲用水標準來看，參考世界衛(wèi)生組織《飲用水水質(zhì)準則》(2004)、歐盟《飲用水水質(zhì)指令》(1998)、美國EPA飲用水水質(zhì)國家標準(2004)、俄羅斯國家飲用水衛(wèi)生標準(2002)和日本飲用水水質(zhì)基準，基本與國際組織和經(jīng)濟發(fā)達國家同類標準接軌。同時，賽區(qū)安裝了水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控，為賽時運動員的用水安全提供保障。

2.2 水廠出水水質(zhì)

出水水質(zhì)要執(zhí)行《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)[7]，其中出廠水濁度小于0.5NTU，保證率大于95%。為保證出水水質(zhì)，新建水廠采用“預(yù)處理—常規(guī)處理—深度處理”的水處理工藝路線[8]。該工藝是物理吸附、化學(xué)和生物分解、超濾膜過濾相結(jié)合的工藝，可以有效去除消毒副產(chǎn)物前體物、控制水質(zhì)生物穩(wěn)定性以及明顯改善水質(zhì)的感官特性(嗅、味等)，是近幾年處理微污染水源采用較多的處理工藝。將常規(guī)處理、臭氧-活性炭處理、超濾膜過濾和安全消毒工藝相結(jié)合，可以有效去除原水中的大部分有機物、細菌和病毒，保證出水濁度，改善供水水質(zhì)的生物穩(wěn)定性，提高供水安全度。凈水工藝流程見圖1。

圖1 新建水廠凈水工藝流程圖

2.3 雪質(zhì)

賽道雪質(zhì)在雪密度、雪溫度、雪含水率等方面均有嚴格要求，其目的是保證運動員能力的發(fā)揮，并盡量降低由于雪質(zhì)問題造成的意外發(fā)生率，雪密度要求見表1[9]。自然降雪由氣候條件決定，容易產(chǎn)生松散的粉狀雪和摩擦系數(shù)小的泥狀雪，導(dǎo)致運動員在滑行時撞傷、摔傷的概率增加。有研究表明[10]，人造雪比天然雪更穩(wěn)定，一定程度上能夠抵御氣候波動的影響。這就意味著造雪機要保證穩(wěn)定的水源輸入，水中的顆粒物雜質(zhì)必須控制在較低水平，否則易損壞造雪機噴頭，雪質(zhì)也會受到影響。

表1 雪密度列表

3 水量需求

3.1 造雪需求

本項目造雪引水工程通過建設(shè)塘壩(蓄水池)、引水管線及泵站，將外部調(diào)水在賽區(qū)內(nèi)進行調(diào)蓄并輸送到國家高山滑雪中心造雪系統(tǒng)前水池，滿足冬奧會延慶賽區(qū)高山滑雪中心造雪系統(tǒng)用水需求，保障賽事順利舉辦和賽后可持續(xù)利用。同時通過建設(shè)塘壩、蓄水池、引水管線及泵站對融雪水進行收集，根據(jù)情況進行處理、循環(huán)利用或排放至佛峪口水庫下游。造雪引水系統(tǒng)見圖2。

圖2 造雪引水系統(tǒng)圖

該系統(tǒng)賽時造雪總需水量約為74萬m3。其中比賽道造雪用水量28.11萬m3，訓(xùn)練道造雪用水量30.32萬m3，技術(shù)道造雪用水量3.93萬m3，連接道造雪用水量7.21萬m3，景觀道造雪用水量4.27萬m3。根據(jù)《北京冬奧組委規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展部關(guān)于北京2022延慶賽區(qū)雪務(wù)需求的函》(冬奧組委規(guī)函〔2017〕95號)，造雪系統(tǒng)要具備在合適溫度情況下，200h內(nèi)完成全部比賽用造雪雪量的能力。在目前條件下可理解為200h內(nèi)完成除景觀雪道及技術(shù)道外的全部造雪雪量，即200h供水能力需達到65.64萬m3。

3.2 生活用水需求

根據(jù)項目聯(lián)合體設(shè)計單位提供的資料，區(qū)域內(nèi)奧運村、國家高山滑雪中心、國家雪車雪橇中心、媒體區(qū)用水量按人口指標法計算，西大莊科村用水量采用不同類別用地指標法計算，具體用水量指標見表2。

表2 延慶賽區(qū)人均用水量指標

西大莊科村規(guī)劃用地面積6.25hm2，高日用水量約為625m3/d?？紤]自來水供水10%的管網(wǎng)漏損和15%的未預(yù)見水量，由各用水項目預(yù)計使用人數(shù)，本規(guī)劃區(qū)高日供水量為3539m3/d，由時變化系數(shù)公式可求得高日高時供水量。

時變化系數(shù)公式：

式中：Kh——時變化系數(shù)；

Qh——高日高時供水量，m3/h；

Qd——最高日供水量，m3/d。

這里時變化系數(shù)取1.5，可計算可得規(guī)劃區(qū)高日高時供水量約為221m3/h。

3.3 再生水需求

冬奧會比賽期間人員活動主要發(fā)生在冬季。在賽事期間再生水不用于綠化，其主要用途為建筑沖廁和車庫沖洗；賽后主要用途為建筑沖廁、車庫沖洗、綠化澆灑及道路沖洗。建筑沖廁用水量按人口指標法計算，車庫沖洗、綠化澆灑及道路沖洗按面積指標法計算。建筑沖廁和車庫沖洗用水量指標見表3。

表3 延慶賽區(qū)建筑沖廁和車庫沖洗用水量指標

根據(jù)各地塊人數(shù)及規(guī)劃再生水用水量指標，可計算出賽區(qū)規(guī)劃區(qū)域(不含西大莊科村、高山滑雪中心及媒體轉(zhuǎn)播中心)再生水日用水總量約為462m3/d(雪車雪橇中心取賽后用水量)，其中建筑沖廁用水量為432m3/d，車庫沖洗用水量約為30m3/d，充分考慮15%不可預(yù)見的再生水量及10%管網(wǎng)漏損量，2022冬奧會延慶賽區(qū)再生水日供水量為578m3/d。

3.4 綜合分析

根據(jù)上文分析，目前冬奧會延慶賽區(qū)主要的水量需求為造雪需求(65.64萬m3/200h)、生活用水需求(221m3/h)以及再生水需求(578m3/d)。為保障冬奧會延慶賽區(qū)造雪造冰及生活用水需求，新建冬奧會延慶賽區(qū)應(yīng)急水源保障工程。該工程從白河堡水庫調(diào)水以解決佛峪口水庫供水水源不足問題，包含泵站及配套管線工程兩部分：泵站位于白河堡水庫管理處院內(nèi)，設(shè)計流量為1.0m3/s，調(diào)水能力8.6萬m3/d，能夠滿足8.46萬m3/d的綜合水量需求；管線工程起點為白河引水隧洞出口調(diào)節(jié)池，沿白河北干渠巡渠路、香龍路、舊小路、古龍路及東佛路敷設(shè)DN500、DN900輸水管線34607.7m至冬奧會延慶賽區(qū)造雪引水及集中供水工程一級泵站調(diào)節(jié)池。

4 可持續(xù)需求

可持續(xù)發(fā)展是2022年冬奧會和冬殘奧會的三大理念之一，是我國向世界作出的莊嚴承諾。在規(guī)劃與修建引水工程時應(yīng)考慮以下幾個階段的可持續(xù)性需求。

4.1 準備期可持續(xù)性

應(yīng)及早采取措施促使關(guān)鍵利益相關(guān)方參與，區(qū)分各相關(guān)方的職責，以確保將承諾目標落實到位。主要包括：闡明公共機構(gòu)與舉辦機構(gòu)的職責以及關(guān)系，明確奧組委在可持續(xù)性計劃管理中的關(guān)鍵角色；與非政府組織(NGO)和其他民間社團建立信任關(guān)系，對其提出的相關(guān)要求進行處理；奧組委與城市主辦機構(gòu)以及其他賽會舉辦合作伙伴共同采取措施，召集所有主要利益群體，定期舉行利益相關(guān)方通報會，通報進展情況；開展可持續(xù)性戰(zhàn)略與目標的制定工作。

4.2 規(guī)劃建設(shè)期可持續(xù)性

可持續(xù)性實施計劃是可持續(xù)性計劃的核心，可持續(xù)性管理體系ISO20121、可持續(xù)性采購與供應(yīng)鏈管理、碳管理與緩解措施以及廢棄物管理四個領(lǐng)域，均要求可持續(xù)性團隊在設(shè)立戰(zhàn)略方向、確定目標、協(xié)調(diào)實施、監(jiān)控和報告結(jié)果方面要起到主導(dǎo)作用。在規(guī)劃設(shè)計時要注重山地場館運行與水資源要素相協(xié)調(diào)[11]，針對季節(jié)變化中不同物理狀態(tài)下水的循環(huán)系統(tǒng)，采用全面高效的節(jié)水型用水器具，引入科學(xué)的水監(jiān)測與管理系統(tǒng)。施工時應(yīng)減少表土資源的流失浪費，注重動植物資源、生態(tài)環(huán)境的保護。

4.3 運行期可持續(xù)性

從第一批主要測試賽起，一直到賽后解散階段，雖然指導(dǎo)賽時階段規(guī)劃和準備都會占用可持續(xù)性職能領(lǐng)域大量時間，但賽時會明顯轉(zhuǎn)向場館為主的活動，主要涉及監(jiān)控是否符合基礎(chǔ)設(shè)施運行管理的可持續(xù)性要求，以及對事件進行評估、管理、報告并從中吸取經(jīng)驗教訓(xùn)。

4.4 賽后恢復(fù)期可持續(xù)性

一方面要按照規(guī)劃完成永久場館的功能轉(zhuǎn)換和臨時場館的恢復(fù)，盡可能減少場館恢復(fù)過程中對環(huán)境的影響，另一方面要加強可持續(xù)性報告編制和經(jīng)驗的學(xué)習(xí)?？沙掷m(xù)性是一個相對較新的主題，而且在奧運會實施的可持續(xù)性計劃要比主辦城市、區(qū)域和國家的大多數(shù)其他項目和組織機構(gòu)的計劃都要走得更遠、更深入，因此這個學(xué)習(xí)機會對實現(xiàn)可持續(xù)性尤其重要。

本項目積極推進“循環(huán)經(jīng)濟”理念，主要是為加強“節(jié)約用水、循環(huán)用水”的意識[12]，引導(dǎo)“中水回用”在澆灑道路、綠化噴灌等方面的應(yīng)用。采取高效節(jié)水型新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料。將雨水或生活污水回用作為綠化用水，以利于節(jié)水及利用自然滲透補充地下水。

5 結(jié) 語

“冰天雪地也是金山銀山”。在發(fā)展冰雪經(jīng)濟、冰雪運動的同時，我們應(yīng)結(jié)合項目所在地的地形地質(zhì)條件、氣候條件、競賽特點等方面，綜合考慮供水工程的特殊需求。經(jīng)分析，冬奧延慶賽區(qū)總體供水能夠滿足水質(zhì)需求、供水需求和賽時賽后可持續(xù)性利用需求，通過合理規(guī)劃與設(shè)計，盡量減少對原有水資源系統(tǒng)的擾動，使項目區(qū)能夠得到可持續(xù)發(fā)展。