南水北調(diào)供水區(qū)某地表水廠(chǎng)取用水源分析

趙長(zhǎng)周

(河北省衡水水文勘測(cè)研究中心，河北 衡水 053000)

1 基本情況

河北省阜城縣位于河北省東南部、衡水市東北部、京杭大運(yùn)河西岸，縣域東西長(zhǎng)45km，南北寬16km，總面積697km2，轄5鎮(zhèn)，610個(gè)行政村，人口33萬(wàn)。該區(qū)域交通條件優(yōu)越，具有四通八達(dá)的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。近年來(lái)，阜城縣大力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，發(fā)展壯大紡織服裝、農(nóng)副產(chǎn)品加工等優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。阜城縣境內(nèi)共有4條骨干河道，主要有南運(yùn)河、清涼江、江江河、湘江河。阜城縣現(xiàn)有水閘27座，按規(guī)模劃分，中型水閘3座，小(1)型水閘14座，小(2)型水閘10座；其中規(guī)模以上水閘按類(lèi)型分，節(jié)制閘15座、引(進(jìn))水閘4座。

阜城縣地表水廠(chǎng)位于阜城縣阜城鎮(zhèn)郭塔頭村東，總占地面積40056m2，建設(shè)方式為集成式一體化單元凈水模塊，供水規(guī)模為4萬(wàn)m3/d。

2 水源方案比選及合理性分析

根據(jù)當(dāng)前的水資源政策，新建建設(shè)項(xiàng)目取水水源考慮順序依次為中水、地表水水源、地下水水源。本項(xiàng)目為城市集中供水工程，可供選擇的水源只有地表水和地下水。

地表水：阜城縣多年平均地表水資源量為246.1萬(wàn)m3，多年平均徑流深13.5mm。由于當(dāng)?shù)厮Y源量較少，且資源時(shí)空分布不均勻，年內(nèi)分配比較集中，水質(zhì)較差，很難蓄集和利用。阜城縣境內(nèi)河流主要為南運(yùn)河、清涼江、江江河、湘江河，各河道受上游節(jié)建閘控制影響，來(lái)水無(wú)規(guī)律，且入境水量很少，河流水質(zhì)大部分以Ⅴ類(lèi)或劣Ⅴ類(lèi)水為主，主要用于沿途的農(nóng)田灌溉?？梢?jiàn)，地表水不但水量也不能滿(mǎn)足供水保證率的要求，而且水質(zhì)達(dá)不到飲用水水源衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，不能作為本項(xiàng)目用水。

地下水：阜城縣境內(nèi)淺層地下水富水性較差，供水保障程度較低，且受地表水水質(zhì)的影響，容易污染，不能滿(mǎn)足項(xiàng)目用水要求。深層地下水屬于嚴(yán)重超采區(qū)，按照《河北省地下水管理?xiàng)l例》地下水只能作為戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備或應(yīng)急水源，嚴(yán)格限制開(kāi)采，河北省水利廳批復(fù)的阜城縣地下水熱備維護(hù)運(yùn)行水量為25.35萬(wàn)m3/a，僅作為應(yīng)急備用，不能作為常規(guī)供水水源。

南水北調(diào)引江水：根據(jù)《河北省南水北調(diào)受水區(qū)供水配套工程規(guī)劃》，該工程在河南省安陽(yáng)市豐樂(lè)鎮(zhèn)西穿越漳河后進(jìn)入河北省，供水范圍涉及邯鄲、邢臺(tái)、石家莊、保定、廊坊、衡水、滄州，供水目標(biāo)主要為生活、工業(yè)兼顧生態(tài)。

其中，河北省衡水南水北調(diào)配套工程承擔(dān)著向衡水市13個(gè)縣(市)區(qū)的供水任務(wù)，分配水量3.1億m3。取水路線(xiàn)從南水北調(diào)中線(xiàn)總干渠田莊口門(mén)分水，在古運(yùn)河河槽下部以暗涵型式至趙陵鋪后進(jìn)入石津干渠，以下利用石津干渠輸水到軍齊后分為兩支：一支為滄州支線(xiàn)，一支為衡水支線(xiàn)。在衡水市境內(nèi)，衡水市南水北調(diào)配套工程布置6條輸水管線(xiàn)與13個(gè)供水目標(biāo)相連接。其中北4縣(安平縣、饒陽(yáng)縣、深州市、武強(qiáng)縣)和東部2縣(阜城縣、景縣)就近從滄州支線(xiàn)取水，中南部7縣(衡水市區(qū)、工業(yè)新區(qū)、濱湖新區(qū)、武邑縣、冀州市、棗強(qiáng)縣、故城縣)從衡水支線(xiàn)軍齊干渠傅家莊取水。

目前，南水北調(diào)中線(xiàn)干線(xiàn)全線(xiàn)通水，由于水廠(chǎng)以下配水管網(wǎng)工程建設(shè)依然不完善，引江水處于供大于求的狀態(tài)，為此，河北省人民政府辦公廳下發(fā)了《關(guān)于用足用好南水北調(diào)引江水的意見(jiàn)》，明確提出了要擴(kuò)大引江水直供目標(biāo)，加快引江水切換利用，基本實(shí)現(xiàn)對(duì)城鎮(zhèn)生活和工業(yè)用水的全覆蓋。

綜上，項(xiàng)目區(qū)境內(nèi)地表水匱乏，水量無(wú)保證，且水質(zhì)不符合要求；淺層地下水大部分為微咸水，淡水資源量較少；深層地下水屬?lài)?yán)重超采區(qū)，限制開(kāi)采，按照南水北調(diào)配水區(qū)“引江水高效利用、地表水調(diào)節(jié)利用、地下水控制利用”的水資源優(yōu)化配置原則，南水北調(diào)引江水符合本項(xiàng)目供水要求。

2.1 來(lái)水量分析

南水北調(diào)中線(xiàn)工程分配衡水市多年平均引水量31012萬(wàn)m3，在南水北調(diào)來(lái)水的豐水年和平水年份，按照供水目標(biāo)的重要程度，分先后順序依次滿(mǎn)足設(shè)區(qū)市、重點(diǎn)工業(yè)區(qū)、縣級(jí)市、縣城等供水目標(biāo)的用水需求，豐水時(shí)段直供后多余水量充蓄各市的調(diào)蓄水庫(kù)，供年內(nèi)缺水時(shí)段用水。在南水北調(diào)來(lái)水的枯水年份，因水量缺口較大，考慮到邯鄲、邢臺(tái)、石家莊、保定等市可以通過(guò)山前水庫(kù)地表水補(bǔ)充供水，所以通過(guò)壓縮上述幾市的引江水指標(biāo)，置換出部分水量供水資源條件較差的衡水、滄州、廊坊等市。

2019年，衡水市根據(jù)不同縣(市、區(qū))的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)發(fā)展定位，結(jié)合配套管網(wǎng)建設(shè)規(guī)模對(duì)市內(nèi)各供水目標(biāo)的可供水量實(shí)施了進(jìn)一步的優(yōu)化配置，依據(jù)《衡水市人民政府辦公室關(guān)于用足用好南水北調(diào)引江水的實(shí)施意見(jiàn)》，規(guī)劃阜城縣分水量為965萬(wàn)m3。

2.2 可供水量分析

2.2.1用水指標(biāo)分析

根據(jù)衡水市南水北調(diào)辦公室對(duì)受水區(qū)內(nèi)各供水目標(biāo)的優(yōu)化配置，阜城縣分水指標(biāo)合2.64萬(wàn)m3/d，按輸水損失6%計(jì)算，南水北調(diào)可供水量為907.1萬(wàn)m3/a；規(guī)劃水平年(2025年)南水北調(diào)取水量為897.85萬(wàn)m3/a，分水指標(biāo)滿(mǎn)足用水需求。

2.2.2輸水管道設(shè)計(jì)分析

(1)阜景干線(xiàn)輸水管道

根據(jù)《衡水市南水北調(diào)配套工程水廠(chǎng)以上輸水管道工程第三設(shè)計(jì)單元初步設(shè)計(jì)報(bào)告》原設(shè)計(jì)阜景干線(xiàn)分配水量為2915萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)流量為1.15m3/s，由加壓泵站向阜城水廠(chǎng)、景縣水廠(chǎng)進(jìn)行加壓供水。管道長(zhǎng)度為16.092km，采用的是DN1200 DIP球墨鑄鐵管道，管道設(shè)計(jì)壓力為1.1MPa，工作壓力等級(jí)為0.6MPa。

由于2018年經(jīng)衡水市政府協(xié)調(diào)，阜景干線(xiàn)輸水管道的分配水量增加100萬(wàn)m3，共3015萬(wàn)m3/年。依據(jù)GB 50013—2018《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及原設(shè)計(jì)選取的參數(shù)，日變化系數(shù)采用1.24，增加100萬(wàn)m3后阜景干線(xiàn)輸水管道的設(shè)計(jì)流量為1.19m3/s，管道長(zhǎng)度和管徑均沒(méi)有發(fā)生變化。

根據(jù)GB 50013—2018《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》沿程水頭損失計(jì)算采用海曾威廉公式：

h=10.67C-1.852Q1.852d-4.87L

(1)

式中，h—管道沿程水頭損失，m；Q—流量，m3/s；L—管段長(zhǎng)度，m；d—管道計(jì)算內(nèi)徑，m；C—海曾威廉系數(shù)，球墨鑄鐵管取C=130～140，本次工程取中間值135。

局部水頭損失按其沿程水頭損失的10%計(jì)算。

通過(guò)計(jì)算，管道水頭損失增加0.73m，相應(yīng)管道壓力增加0.0073MPa；根據(jù)原設(shè)計(jì)報(bào)告，阜景干線(xiàn)首端設(shè)置分水口泵站1座，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為55.2m，管道的壓力為0.552MPa，增加用水量后管道最大壓力為0.5593MPa，小于工作壓力0.6MPa，設(shè)計(jì)壓力小于設(shè)計(jì)壓力1.1MPa，故現(xiàn)狀管道滿(mǎn)足要求。

(2)阜城支線(xiàn)輸水管道

根據(jù)《衡水市南水北調(diào)配套工程水廠(chǎng)以上輸水管道工程第三設(shè)計(jì)單元初步設(shè)計(jì)報(bào)告》原設(shè)計(jì)阜城支線(xiàn)分配水量為765萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)流量為0.3m3/s，向阜城水廠(chǎng)進(jìn)行供水。管道長(zhǎng)度為0.222km，采用的是DN500 DIP球墨鑄鐵管道，管道設(shè)計(jì)壓力為0.9MPa，工作壓力等級(jí)為0.45MPa。

由于衡水市分配水量的調(diào)劑，阜城支線(xiàn)輸水管道的分配水量增加200萬(wàn)m3，共965萬(wàn)m3/年。依據(jù)GB 50013—2018《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及原設(shè)計(jì)選取的參數(shù)，日變化系數(shù)采用1.24，增加200萬(wàn)m3后阜城支線(xiàn)輸水管道的設(shè)計(jì)流量為0.38m3/s，管道長(zhǎng)度和管徑均沒(méi)有發(fā)生變化。

根據(jù)GB 50013—2018計(jì)算，管道水頭損失增加0.5m，相應(yīng)管道壓力增加0.005MPa；根據(jù)原設(shè)計(jì)報(bào)告，阜城支線(xiàn)首端最高水頭為30m，管道的壓力為0.3MPa，增加用水量后管道最大壓力為0.305MPa，小于工作壓力0.45MPa，設(shè)計(jì)壓力小于設(shè)計(jì)壓力0.9MPa，故現(xiàn)狀管道滿(mǎn)足要求。

2.2.3水廠(chǎng)供水規(guī)模分析

阜城縣地表水廠(chǎng)供水規(guī)模為4萬(wàn)m3/d，預(yù)測(cè)阜城縣2025年南水北調(diào)最大日取水量為2.98萬(wàn)m3/d，取水量小于供水規(guī)模，滿(mǎn)足供水要求。

可見(jiàn)，阜城縣地表水廠(chǎng)供水規(guī)模、分水指標(biāo)及管道輸水能力均能滿(mǎn)足項(xiàng)目需要要求。

2.3 水源質(zhì)量評(píng)價(jià)

南水北調(diào)工程引水水源為丹江口水庫(kù)庫(kù)區(qū)地表水，2020年6月5日通過(guò)對(duì)南水北調(diào)引江水進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，選用pH值、糞大腸菌群、溶解氧、水溫、五日生化需氧量等29項(xiàng)指標(biāo)，應(yīng)用單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)法、綜合評(píng)價(jià)法，對(duì)該項(xiàng)目水源水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明水源水質(zhì)良好，符合GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，可滿(mǎn)足本項(xiàng)目生產(chǎn)和生活取水水源要求。見(jiàn)表1。

表1 阜城縣地表水廠(chǎng)地表水源水水質(zhì)評(píng)價(jià)表

2.4 取水口設(shè)置合理性分析

阜景線(xiàn)取水口位于武邑縣馬回臺(tái)村東北，河北省南水北調(diào)配套干渠石津干渠滄州支線(xiàn)暗涵段樁號(hào)153+700處。其中阜城縣取水口位于衡水市阜城縣阜城鎮(zhèn)郭塔頭村阜景支線(xiàn)阜城取水口。該取水口被列入衡水市南水北調(diào)規(guī)劃，己經(jīng)建成運(yùn)行，并且己經(jīng)證明兼顧了經(jīng)濟(jì)性、水質(zhì)安全性等各方面要求，取水口設(shè)置合理。

2.5 取水可靠性分析

2.5.1工程可靠性分析

南水北調(diào)工程是我國(guó)大型的公共供水工程，由國(guó)家專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)管理，調(diào)水、配水統(tǒng)一規(guī)劃，來(lái)水穩(wěn)定，保證率較高。

2.5.2取水量可靠性分析

依據(jù)《衡水市人民政府辦公室關(guān)于用足用好南水北調(diào)引江水的實(shí)施意見(jiàn)》，規(guī)劃阜城多年平均引江水量可滿(mǎn)足2025年阜城縣地表水廠(chǎng)取水量897.85萬(wàn)m3的要求。

根據(jù)南水北調(diào)水源地長(zhǎng)系列來(lái)水過(guò)程線(xiàn)分析，75%以上的枯水年份，南水北調(diào)水源存在連續(xù)幾個(gè)月來(lái)水量很小或無(wú)水的情況發(fā)生，來(lái)水過(guò)程不均勻。針對(duì)這一問(wèn)題，河北省南水北調(diào)規(guī)劃及配置方案提出了水量通過(guò)實(shí)施上游山區(qū)水庫(kù)與總干渠聯(lián)合調(diào)蓄調(diào)度，引江水主要用于中東部水資源嚴(yán)重缺乏地區(qū)(滄州、衡水、廊坊)，可有效保證論證區(qū)的水源水量問(wèn)題，確保南水北調(diào)的分配水量。

3 結(jié)語(yǔ)

南水北調(diào)工程是我國(guó)大型的公共供水工程，具有調(diào)水、配水統(tǒng)一規(guī)劃，來(lái)水穩(wěn)定，保證率較高的優(yōu)勢(shì)，為解決阜城縣淺層地下水可利用范圍小、深層地下水超采嚴(yán)重、水資源匱乏、供需矛盾突出的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多方面分析論證，阜城縣地表水廠(chǎng)利用南水北調(diào)引江水解決當(dāng)?shù)鼐用裆詈凸I(yè)用水，不僅修復(fù)了阜城縣地下水環(huán)境、推進(jìn)了水資源高效利用、保障了該地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，更為南水北調(diào)及其他跨流域調(diào)水供水區(qū)水資源的合理利用和優(yōu)化配置提供了借鑒與參考。