貴州鳳山水庫水資源配置方案比選分析研究

王曉云，岳麗麗，劉悅琳

（中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

1 概況

黔南布依族苗族自治州（以下簡稱黔南州）位于貴州省中南部，總面積26197 km2，轄都勻市、福泉市2市和甕安縣、貴定縣等10個縣，州府是都勻市。黔南州河流分屬長江、珠江兩大流域的烏江、沅水和紅水河、柳江4個水系，水資源總量165.1億m3，境內(nèi)降水量豐沛，但時空分布不均，4—9月降水量為全年總降水量的80%左右，中部偏東南的降水較多，南部和北部降水較少。黔南州礦產(chǎn)、能源、生物和文化旅游資源豐富，分布較為廣泛，開發(fā)潛力巨大。目前已探明礦產(chǎn)資源50多種，磷礦在全國具有重要地位。

黔南州甕安縣城現(xiàn)狀缺水嚴重，嚴重影響居民生活和經(jīng)濟發(fā)展，缺水原因是磷煤礦產(chǎn)開采和磷煤化工發(fā)展造成當(dāng)?shù)睾恿魉|(zhì)污染，同時城市、工業(yè)園沿河流建設(shè)，導(dǎo)致沒有興建滿足縣城生活用水水庫的條件，缺水問題已成為制約甕安縣城建設(shè)和發(fā)展的瓶頸之一。福泉市區(qū)現(xiàn)狀供水水源供水量充足。福泉市馬場坪工業(yè)園和龍昌工業(yè)園除甕福集團和國電福泉火電廠分別由黑塘橋水庫和高車水庫供水外，其他企業(yè)只能通過河道自備提水泵站取水或從生活供水管網(wǎng)臨時供水，擠占了灌溉和生態(tài)環(huán)境用水，缺乏供水保障，同時新入駐企業(yè)缺乏供水水源。

鳳山水庫工程是《貴州省黔南州甕福區(qū)域水資源配置規(guī)劃》中的重點水源工程[1]，位于貴州省黔南州福泉市境內(nèi)魚梁江上游、福泉市馬場坪區(qū)西南約3 km、魚梁江黑塘橋水庫現(xiàn)壩址下游約120 m，是黔南州規(guī)劃建設(shè)的一座大（2）型水庫。鳳山水庫工程任務(wù)以城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水為主，兼顧發(fā)電，并為退還擠占的生態(tài)和灌溉用水創(chuàng)造條件，總庫容1.04億m3，死水位為868 m，正常蓄水位為909 m，供水對象為甕安縣城、福泉市區(qū)、福泉市馬場坪工業(yè)園和龍昌工業(yè)園。水庫工程包括水源工程和輸水工程兩部分，水源工程主要建筑物包括擋水、泄水及消能建筑物、引水系統(tǒng)和電站廠房等，其中擋水建筑物為碾壓混凝土重力壩；輸水主要建筑物由壩上取水口、無壓調(diào)節(jié)池、起始端無壓隧洞、末端無壓隧洞、3座加壓泵站、輸水埋管、輸水明管、過河管橋、過河埋管、過路結(jié)構(gòu)和管道附屬建筑物等組成。

2 水資源供需分析

水資源供需分析是在需水量預(yù)測與可供水量預(yù)測基礎(chǔ)上，遵循一定的調(diào)度規(guī)則進行徑流調(diào)節(jié)計算，是水利方案比選和評價的基礎(chǔ)，是水資源配置的重要支撐。

2.1 需水預(yù)測

以受水區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展現(xiàn)狀和供用水現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，依托豐富的自然資源和區(qū)位優(yōu)勢，按照國家、貴州省和黔南州對甕安縣和福泉市的功能定位，以國家、貴州省和黔南州已制定的發(fā)展戰(zhàn)略為指導(dǎo)，以城市總體規(guī)劃和工業(yè)發(fā)展規(guī)劃等為依據(jù)，考慮區(qū)域間協(xié)調(diào)發(fā)展，預(yù)測受水區(qū)設(shè)計水平年2030年經(jīng)濟社會指標(biāo)。需水預(yù)測按照居民生活、第三產(chǎn)業(yè)、生態(tài)環(huán)境和工業(yè)等行業(yè)分別預(yù)測。居民生活需水量采用定額法預(yù)測，第三產(chǎn)業(yè)需水量采用萬元增加值用水量法進行預(yù)測[2]，河道外生態(tài)環(huán)境需水量根據(jù)城區(qū)道路和綠地面積按定額法進行預(yù)測。馬場坪工業(yè)園和龍昌工業(yè)園緊鄰福泉市區(qū)，園區(qū)主要為工業(yè)用水戶，采用萬元增加值用水量法進行預(yù)測，其他用水在城區(qū)需水預(yù)測中統(tǒng)一考慮，不再進行單獨預(yù)測。農(nóng)村生活用水量采用定額法預(yù)測[3]。根據(jù)預(yù)測成果，2030年受水區(qū)總?cè)丝?3.4萬人，其中城區(qū)人口61.40萬人、農(nóng)村人口2.0萬人，工業(yè)增加值123億元，第三產(chǎn)業(yè)增加值460億元。2030年受水區(qū)總需水量13765萬m3，其中甕安縣城需水量3723萬m3、福泉市區(qū)需水量2889萬m3、馬場坪工業(yè)園工業(yè)需水量6037萬m3、龍昌工業(yè)園工業(yè)需水量1116萬m3。

2.2 當(dāng)?shù)厮纯晒┧款A(yù)測

根據(jù)受水區(qū)2030年需水預(yù)測成果和供水工程基本資料，在不考慮鳳山水庫供水的情況下，對當(dāng)?shù)厮催M行可供水量計算。當(dāng)?shù)厮畮焖从懈哕囁畮?、甕償水庫、落馬塘水庫、水沖河水庫、勝土水庫、察耳巖水庫、平堡河螺絲沖引水工程，引提水工程包括馬場坪工業(yè)園企業(yè)自備泵站和龍昌工業(yè)園企業(yè)自備泵站，地下水為鳳山鎮(zhèn)泉水，其他水源為城區(qū)再生水。

可供水量為已建、在建和規(guī)劃工程按照河道生態(tài)用水優(yōu)先、供水優(yōu)先生活然后滿足工業(yè)、退還擠占灌溉用水和優(yōu)先考慮再生水利用等供水原則調(diào)算得出。對高車水庫、落馬塘水庫等供水任務(wù)調(diào)整較大的已建水庫進行徑流調(diào)節(jié)計算，復(fù)核水庫可供水量；在建和規(guī)劃的甕償水庫和察耳巖水庫采用設(shè)計供水成果；河道引提水工程和集中供水的泉水工程設(shè)計水平年2030年可供水量維持現(xiàn)狀供水規(guī)模不變。

經(jīng)計算，當(dāng)?shù)厮垂こ炭偪晒┧?947萬m3，其中向受水區(qū)供水量6430萬m3；水庫供水工程2030年入庫徑流量11700萬m3，總可供水量4392萬m3，其中向受水區(qū)供水量3875萬m3；再生水利用工程向河道外生態(tài)環(huán)境和火電廠等工業(yè)供水，向受水區(qū)年供水量1543萬m3，再生水利用率達到30%。

2.3 水資源供需分析

在不考慮鳳山水庫供水的情況下，進行水資源供需分析，受水區(qū)2030年需水量13820萬m3，當(dāng)?shù)厮垂こ炭晒┧?430萬m3，缺水量7335萬m3。其中，甕安縣城缺水量1630萬m3，福泉市區(qū)（含鳳山鎮(zhèn)）缺水量995萬m3，馬場坪工業(yè)園缺水量3880萬m3，龍昌工業(yè)園缺水量830萬m3。

3 水資源配置方案比選

水資源配置以水資源供需分析為手段，在供需分析、滿足合理用水需求、有效增加供水、積極保護生態(tài)環(huán)境等措施進行組合及分析的基礎(chǔ)上，對各種可行的水資源配置方案進行生成、評價和比選，提出推薦方案。水資源配置是進行工程總體布局的前提。

3.1 供水水源分析

福泉市境內(nèi)河流屬長江流域的烏江水系與洞庭湖水系，可能的供水水源包括魚梁江干流、衛(wèi)阻河、后河、皮弄河、洗布河和浪波河，從地形、地質(zhì)、水質(zhì)、水資源量、現(xiàn)狀開發(fā)利用情況等條件進行分析后，僅魚梁江黑塘橋以上斷面具備繼續(xù)開發(fā)利用的條件。

甕安縣境內(nèi)河流屬長江流域的烏江水系與洞庭湖水系，其中烏江水系包括甕安河、烏江其他小支流、清水河左岸支流和老墳嘴河，洞庭湖水系包括長嶺河。受水質(zhì)、地形條件、水量等因素影響，甕安河不能作為供水水源，同時受環(huán)境因素、地形條件等影響，甕安河境內(nèi)其他河流不能滿足甕安縣城生活用水要求，境內(nèi)僅烏江構(gòu)皮灘水庫可作為甕安縣供水水源。

因此，受水區(qū)供水水源從魚梁江和烏江選取。福泉市可能的供水水源僅為魚梁江上新建鳳山水庫，甕安縣城缺水問題可通過烏江提水或鳳山水庫供水解決。

3.2 配置方案比選

為解決甕安縣和福泉市受水區(qū)的缺水問題，擬定兩個水資源配置方案[4]：方案1為集中供水方案，考慮由鳳山水庫向福泉市受水區(qū)和甕安縣城生活供水；方案2為分散供水方案，考慮由鳳山水庫向福泉市受水區(qū)供水，烏江提水向甕安縣城生活供水。經(jīng)濟合理的水資源配置方案需要從水資源條件、地質(zhì)條件、施工條件、征地移民、環(huán)境影響、運行管理、工程投資和經(jīng)濟指標(biāo)等方面進行綜合比較分析。

3.2.1 方案1：集中供水方案

（1）水資源條件。鳳山水庫壩址1958—2014年共57 a系列多年平均天然徑流量為2.15億m3，多年平均流量為6.81 m3/s?？紤]設(shè)計水平年上游多年平均耗水量后，多年平均設(shè)計入庫徑流量為1.99億m3。水庫死水位868 m，正常蓄水位909 m，原始調(diào)節(jié)庫容9073萬m3。壩址來水經(jīng)鳳山水庫調(diào)節(jié)后，可以滿足福泉市受水區(qū)用水需求和甕安縣城生活用水需求[5]。從水資源條件看，該方案鳳山水庫徑流量雖較小，但建設(shè)大型調(diào)蓄水庫，可滿足福泉市和甕安縣用水需要。

（2）地質(zhì)條件。鳳山水庫輸水系統(tǒng)包括輸水隧洞12.63 km、輸水干管50.17 km和三級泵站等。輸水線路經(jīng)過地區(qū)屬于低中山區(qū)，地面高程750～1300 m，相對高差一般100～300 m。輸水線路經(jīng)過地區(qū)地貌類型包括巖溶侵蝕地貌和構(gòu)造侵蝕地貌，以溶蝕侵蝕地貌為主，沿線植被茂密。輸水線路沿線穿越河谷地區(qū)，溝谷切割深度大，岸坡較陡。受風(fēng)化卸荷影響，輸水沿線局部地段有小規(guī)模崩塌現(xiàn)象，未見到大規(guī)模泥石流發(fā)育的地質(zhì)現(xiàn)象。輸水線路沿線碳酸鹽巖地層巖溶發(fā)育。該方案無制約性地質(zhì)因素。

（3）施工條件。鳳山水庫施工布置較為困難，工程區(qū)域缺乏天然砂礫石料，混凝土骨料需開采加工砂巖和灰?guī)r獲得，水庫線路施工較為方便。

（4）征地移民。鳳山水庫工程建設(shè)征地處理范圍包括鳳山水庫淹沒影響區(qū)、水庫樞紐工程建設(shè)區(qū)、供水系統(tǒng)建設(shè)區(qū)等。水庫正常蓄水位909 m，淹沒影響耕地面積446.4 hm2、人口2072人，建設(shè)征地移民投資228161萬元。

（5）環(huán)境影響。鳳山水庫位于清水江支流魚梁江上游，水質(zhì)較優(yōu)，為Ⅱ類。水庫建設(shè)范圍內(nèi)沒有珍稀動植物分布，僅涉及福泉市灑金谷省級風(fēng)景名勝區(qū)和福泉市飲用水源保護區(qū)，不涉及其他環(huán)境敏感區(qū)域。

（6）運行管理。鳳山水庫供水線路共設(shè)三級泵站，工程年運行費為5750萬元，運行管理集中且方便，單位供水運行成本較低。

（7）工程投資。固定資產(chǎn)投資為429267萬元，按國民經(jīng)濟評價投資和年運行費進行折現(xiàn)，費用現(xiàn)值為465709萬元。

3.2.2 方案2：分散供水方案

（1）水資源條件。鳳山水庫壩址1958—2014年共57 a系列多年平均天然徑流量為2.15億m3，多年平均流量為6.81 m3/s?？紤]設(shè)計水平年上游多年平均耗水量后，多年平均設(shè)計入庫徑流量為1.99億m3。

甕安縣境內(nèi)烏江河段位于構(gòu)皮灘水庫庫區(qū)，水庫壩址多年平均徑流量為226億m3，多年平均流量為716 m3/s；水庫調(diào)節(jié)庫容為31.54億m3，由于水庫調(diào)節(jié)庫容較大，水庫在枯水期出庫流量約為400～500 m3/s，完全能滿足甕安縣城用水的水量要求。鳳山水庫死水位868 m，正常蓄水位903 m，原始調(diào)節(jié)庫容6448萬m3時可以滿足福泉市供水要求。從水資源條件看，烏江取水?dāng)嗝嫖挥跇?gòu)皮灘水庫庫區(qū)，烏江徑流量大，構(gòu)皮灘水庫調(diào)蓄能力也較強，與鳳山水庫（中型）聯(lián)合供水也可滿足供水區(qū)用水需要。

（2）地質(zhì)條件。輸水線路沿線建筑物主要由三級泵站及進出水池、輸水管線、無壓輸水隧洞、倒虹吸及管橋相連接，供水線路總長約31.195 km。工程區(qū)輸水線路經(jīng)過地區(qū)屬于低中山區(qū)，地面高程580～1250 m，高差一般100～300 m，沿線植被茂密。地貌類型包括巖溶侵蝕地貌和構(gòu)造侵蝕地貌，以溶蝕侵蝕地貌為主，沿線石丘、洼地相間，漏斗、落水洞眾多，溶洞、地下暗河發(fā)育。洼地、谷地展布方向呈EW向或SN向，與構(gòu)造線方向基本一致。該段輸水線路對應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。隧洞大部分洞段在地下水位以下，可能出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。該方案無制約性地質(zhì)因素。

（3）施工條件。鳳山水庫施工布置較為困難，工程區(qū)域缺乏天然砂礫石料，混凝土骨料需開采加工砂巖和灰?guī)r獲得，水庫線路施工較為方便，與方案1施工條件基本相同；烏江提水線路取水工程為泵船，泵船位于構(gòu)皮灘水庫中，庫水位較高，施工導(dǎo)流難度較大，提水線路中無壓隧洞斷面較小，施工有一定困難。

（4）征地移民。鳳山水庫工程建設(shè)征地處理范圍包括鳳山水庫淹沒影響區(qū)、水庫樞紐工程建設(shè)區(qū)、供水系統(tǒng)建設(shè)區(qū)等。鳳山水庫正常蓄水位降低至903 m，淹沒影響耕地面積420.47 hm2、人口1535人；烏江提水方案建設(shè)征地為供水系統(tǒng)建設(shè)區(qū)。該方案建設(shè)征地移民投資為211147萬元。

（5）環(huán)境影響。該方案從烏江提水，烏江上游磷礦開采和磷化工對烏江水質(zhì)存在安全隱患，烏江提水水質(zhì)風(fēng)險較大；同時，烏江提水線路可能涉及礦產(chǎn)壓覆等問題，區(qū)域地質(zhì)條件也有待進一步勘察。

（6）運行管理。該方案鳳山供水線路共設(shè)二級泵站，烏江供水線路共設(shè)三級泵站，需建設(shè)兩套運行管理系統(tǒng)，年運行費用較高，為6660萬元，運行管理較不方便。

（7）工程投資及經(jīng)濟指標(biāo)。固定資產(chǎn)投資為424748萬元，按國民經(jīng)濟評價投資和年運行費進行折現(xiàn)，費用現(xiàn)值為473109萬元。

3.2.3 水資源配置方案比選結(jié)論

兩方案從水源角度看，均可滿足供水區(qū)用水需要，且地質(zhì)條件相差不大，均無制約性地質(zhì)因素，費用現(xiàn)值基本相當(dāng)，方案1建設(shè)征地移民安置補償投資較大，但從施工條件、環(huán)境影響和運行管理方面考慮較優(yōu)。兩方案工程投資相差不大，經(jīng)濟指標(biāo)基本相當(dāng)。

經(jīng)綜合考慮，水資源配置比選方案推薦采用鳳山水庫集中供水方案，水質(zhì)保障程度高，施工條件優(yōu)越，運行管理方便，費用現(xiàn)值較小，為較優(yōu)方案。因此，推薦鳳山水庫作為向福泉市和甕安縣供水的水源工程。

3.3 推薦水資源配置方案

受水區(qū)2030年需水量13765萬m3，當(dāng)?shù)厮垂こ炭晒┧?430萬m3，鳳山水庫可供水量7335萬m3。受水區(qū)總供水量13765萬m3，其中水庫工程供水量11210萬m3、占81.4%，引提水工程供水量975萬m3、占7.1%，泉水供水量37萬m3、占0.3%，再生水利用工程供水量1543萬m3、占11.2%。受水區(qū)供水水源以調(diào)節(jié)能力較高的水庫為主，水庫供水調(diào)節(jié)能力強，供水保障程度較高。

鳳山水庫多年平均供水量7110萬m3。其中，向甕安縣城供水量（生活供水）1470萬m3，向福泉市區(qū)供水量（生活供水）990萬m3，向馬場坪工業(yè)園供水量（工業(yè)供水）3830萬m3，向龍昌工業(yè)園供水量（工業(yè)供水）820萬m3。

4 結(jié)論

（1）水資源配置可通過各種工程及非工程手段，改變水資源的天然時空分布，利用科學(xué)可行的方法對可利用的水資源在不同區(qū)域間、不同用水部門之間進行時空調(diào)節(jié)及合理配置，水資源配置方案比選是在尋求配置方案總體效益最好的方法和手段，合理的水資源配置可以解決水資源供需矛盾，適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展對用水的需求，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。

（2）鳳山水庫水資源配置方案比選將區(qū)域水資源配置格局進行了優(yōu)化，通過集中供水方案和分散供水方案的比選，最終推薦通過建設(shè)鳳山水庫解決甕安縣水質(zhì)型缺水的問題。其中，水庫向甕安縣城供水量（生活供水）1470萬m3、向福泉市區(qū)供水量（生活供水）990萬m3、向馬場坪工業(yè)園供水量（工業(yè)供水）3830萬m3、向龍昌工業(yè)園供水量（工業(yè)供水）820萬m3，為福泉市和甕安縣經(jīng)濟社會發(fā)展提供了可持續(xù)的水資源保障，可有效助推區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。