嫩江市城鎮(zhèn)供水水源的選擇

宋 晨,周玉婷

(1.黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院,哈爾濱 150080;2.南崗公園養(yǎng)護所,哈爾濱 150080)

嫩江市位于黑龍江省西北部,為黑龍江省轄縣級市,由黑河市代管。近年由于河道變化取水工程陳舊老化等因素,嫩江干流河道主槽已經(jīng)偏離取水位置,嫩江市原有水源取水能力不滿足供水需求,枯水年取水困難。由于缺乏有保障的供水工程,各行業(yè)用水非常緊張,已嚴重影響居民的正常生活,給嫩江市市區(qū)的社會穩(wěn)定、招商引資等造成很大的負面影響,許多企業(yè)不能按設(shè)計能力生產(chǎn),給國民經(jīng)濟造成重大損失。缺水已成為制約嫩江市經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。因此,為解決城鎮(zhèn)工業(yè)和生活需水日益增長的要求,緩解用水緊張局面,修建嫩江市城鎮(zhèn)供水工程是十分必要的。

本次選擇嫩江干流為供水水源,新建嫩江市城鎮(zhèn)供水工程,工程位于嫩江市嫩江鎮(zhèn)域內(nèi),取水位置為嫩江干流河道內(nèi),靠近左岸北大營堤。工程取嫩江干流地表水及地下水,工程暢流期(5月初～10月末)滲渠取水為主;冰封期(11月初～次年4月末)取水頭取地表水為主,不足部分以滲渠取水。工程任務(wù)為城鎮(zhèn)生活、工業(yè)及城鎮(zhèn)環(huán)境供水。設(shè)計取水規(guī)模為5.30×104m3/d,設(shè)計取水流量為0.61m3/s。本次研究現(xiàn)狀水平年為2019年,規(guī)劃水平年為2035年。供水工程主要供水范圍為嫩江市境內(nèi)嫩江鎮(zhèn)。

1 自然地理概況

嫩江是松花江的北源,發(fā)源于大興安嶺伊勒呼里山中段南側(cè),源頭稱南甕河。自河源由西北向東南,流經(jīng)長度172.2km后,在十二站林場南約1km處與二根河匯合后轉(zhuǎn)向南流始稱嫩江。匯合點以下其流向基本從北向南,流經(jīng)鄂倫春自治旗、呼瑪、嫩江、莫力達瓦達斡爾自治旗、訥河、富裕、甘南、齊齊哈爾、龍江、泰來、杜爾伯特蒙古族自治縣、大安、肇源和扶余等市、縣(旗),在吉林省扶余縣的三岔河與第二松花江(松花江南源)匯合,三岔河以下稱為松花江干流。

嫩江市位于黑龍江省西北部,北依伊勒呼里山,與呼瑪縣交界;東接小興安嶺,與愛輝區(qū)、孫吳縣、五大連池市毗鄰;西鄰嫩江,與內(nèi)蒙古自治區(qū)莫力達瓦達斡爾族自治旗、鄂倫春自治旗隔江相望;南連松嫩平原,與訥河市接壤[1]?？偯娣e15211.43km2。嫩江市地處松嫩平原連接大、小興安嶺山地的過渡地帶,在黑龍江省五大地貌區(qū)域中,南部地區(qū)屬松嫩平原區(qū)域,北部屬大興安嶺山地區(qū)域。在地質(zhì)構(gòu)造、火山活動、冰川搬運、融凍過程等作用下,形成了變化復(fù)雜、起伏較大、切割分散、相間交錯的地貌特征。市域最北端系大興安嶺與小興安嶺的結(jié)合部。形成向南開口、節(jié)節(jié)下降的馬蹄狀地勢。山前常見沖積扇。東部緊靠小興安嶺,地勢由東北向西南傾沒。市內(nèi)地勢的總特點是北高南低、東高西低,嫩江由北向南流,嫩江左岸各支流均由東向西流,河岸北陡南緩、東陡西緩。全市最高處為黑巖峰西北的729.7高地,海拔高729.7m。全市最低處為位于嫩江干流上的嫩江、訥河兩縣交界處,海拔高193m。

2 供水規(guī)模計算

2.1 需水量計算

居民生活綜合生活需水量根據(jù)人口預(yù)測,供水區(qū)2019年城市總?cè)丝跒?8.19萬人,其中非農(nóng)業(yè)人口為10.08萬人,城鎮(zhèn)化率為55.44%。根據(jù)供水區(qū)歷年統(tǒng)計數(shù)據(jù)、人口普查成果及城市總體規(guī)劃,采用機械增長率和自然增長率結(jié)合的方法對供水區(qū)的城市人口進行分析預(yù)測,人口近年均增長率-1.2‰,遠期增長率放緩到-0.8‰。預(yù)測2035年供水區(qū)總?cè)丝?7.89萬人,城鎮(zhèn)化率70.0%,城鎮(zhèn)人口12.53萬人。供水區(qū)現(xiàn)狀生活用水參考水資源公報,2019年供水區(qū)城鎮(zhèn)居民生活綜合用水量為434.3×104m3,據(jù)此計算該區(qū)居民生活綜合用水凈定額為118L/r·d。預(yù)測各供水區(qū)各水平年居民生活綜合用水定額,預(yù)測2025年、2030年、2035年城鎮(zhèn)生活綜合用水定額分別為123L/r·d、127L/r·d、130L/r·d,據(jù)此計算對應(yīng)水平年城鎮(zhèn)人口需水量分別為502.6×104m3、549.7×104m3、594.4.0×104m3。

一般工業(yè)用水根據(jù)工業(yè)增加值預(yù)測,供水區(qū)2019年一般工業(yè)增加值為20.08億元,參考 “十四五”規(guī)劃,近期工業(yè)萬元增加值增長率取6.5%,遠期增長放緩取5.9%,預(yù)測遠期一般工業(yè)增加值達到52.97億元。供水區(qū)現(xiàn)狀水平年一般工業(yè)用量參考水資源公報,2019年萬元增加值需水量22.0 m3/萬元,重復(fù)利用率均為65%,工業(yè)凈需水量441.8×104m3。利用彈性系數(shù)法預(yù)測規(guī)劃年需水,2025年彈性系數(shù)為0.67,2030年彈性系數(shù)為0.42,2035年彈性系數(shù)為0.25。2035年萬元增加值需水量13.20m3/萬元,一般工業(yè)凈需水量699.2×104m3[2]。

火電需水量根據(jù)裝機計算,根據(jù)本次調(diào)查的供水區(qū)火電現(xiàn)狀裝機60kW,規(guī)劃水平年增加50～110kW,計算火電現(xiàn)狀水平年需水量49.00萬m3,規(guī)劃水平年凈需水量67.83萬m3。

城市環(huán)境用水包括城市綠地用水與澆灑道路用水兩部分。供水區(qū)2019年綠地面積0.08km2,道路面積1.81 km2。規(guī)劃年根據(jù)城市總體規(guī)劃,到2035年城市綠地面積0.59m2,城市道路面積2.50 km2。現(xiàn)狀年城市環(huán)境用水量參考水資源公報,2019年城鎮(zhèn)綠地需水量8.4×104m3,城市道路澆灑需水量16.3×104m3。規(guī)劃年根據(jù)指標及定額預(yù)測,2035年城鎮(zhèn)綠地需水量59.3×104m3,城市道路澆灑需水量30.0×104m3。城市環(huán)境需水量預(yù)測成果見表1。

表1 供水區(qū)總需水量預(yù)測成果表

其他用水包括管網(wǎng)漏損水量及未可預(yù)見水量,供水區(qū)現(xiàn)狀管網(wǎng)漏損率為20%,2035年降到8%。未可預(yù)見水量取生活、工業(yè)及環(huán)境用水量的8%。2019年管網(wǎng)漏失水量189.9×104m3,2035年管網(wǎng)漏失水量116.1×104m3。2035年未可預(yù)見水量125.3萬m3。

供水區(qū)總需水量等于生活需水量、工業(yè)需水量、城市環(huán)境需水量及其他需水量之和,本次供水范圍內(nèi)2035年總需水量為1692×104m3?？傂杷款A(yù)測成果見表1。

2.2 供水量及供水規(guī)模計算

規(guī)劃水平年嫩江市原取水工程轉(zhuǎn)為備用水源,停止自有井取地下水,供水區(qū)居民生活、一般工業(yè)用水均由本工程提供,2035年用水量為1522×104m3。火電及環(huán)境用水由城區(qū)新建的污水處理廠中水提供,用水量為170×104m3。綜合上述配置情況,具體成果見表2。

表2 供水區(qū)水源及用水水資源配置成果表 104m3

綜上所述,火電及環(huán)境用水充分考慮中水后,居民生活及工業(yè)用水由本項目供水。本工程2035年供水區(qū)年總供水量為1522×104m3。

根據(jù)以上需水量預(yù)測與水量平衡計算結(jié)果,供水區(qū)城鎮(zhèn)供水日變化系數(shù)[3]按k=1.2計算。本工程2035年最高日供水總供水規(guī)模為5.00×104m3/d?？紤]凈水廠自用水量6%后,本項目設(shè)計年取水量分別為1614×104m3,其中地表水取水量768×104m3,地下水取水量846×104m3。設(shè)計日取水量5.3×104m3/d,日均取水量為4.42×104m3/d。設(shè)計流量為0.61m3/s,平均取水流量為0.51m3/s。

3 水源方案比選

3.1 原有水源存在的問題

現(xiàn)狀嫩江市供水水源(以下簡稱老水源)及供水廠籌建時間1999年,基礎(chǔ)設(shè)施動工建設(shè)時間2003年,老水源以滲渠方式取嫩江干流水為城鎮(zhèn)生活、工業(yè)、其他用水供水。嫩江干流為黑龍江省與內(nèi)蒙古自治區(qū)分界線,右岸地區(qū)屬內(nèi)蒙古自治區(qū),左岸為黑龍江省。由于內(nèi)蒙古采砂活動,河道主槽逐漸偏向內(nèi)蒙嫩江右岸一側(cè)。老水源滲渠建成時間為2008年,滲渠長740m,埋深3m。位置靠近左岸嫩江鎮(zhèn),隨著主槽偏移,現(xiàn)狀滲渠實際高于河灘地高程暴露在外,根據(jù)調(diào)查,嫩江干流來水量大時會阻礙行洪。滲渠現(xiàn)狀滲渠淤積嚴重,無法達到設(shè)計供水能力。為了保障安全供水,嫩江市政府2014年10月投資建成深井21眼開采當?shù)氐叵滤?于2015年投入使用,滲渠供水與地下水井供水比例約為6:4,水量仍然無法滿足供水需求。

原有凈水廠凈水工藝為常規(guī)處理工藝,沒有考慮嫩江地表水鐵、錳超標、氨氮超標等水質(zhì)特點,造成凈水廠出廠水有時達不到生活飲用水衛(wèi)生標準。原凈水廠位于主城區(qū)北部,距離居民區(qū)較近,且位于嫩江市規(guī)劃主要道路慶豐大街道路向北延伸,其位置與城市發(fā)展規(guī)模不相匹配,不符合城市新的總體規(guī)劃要求。

現(xiàn)狀污水處理廠無中水回用配套設(shè)施,再生水生產(chǎn)能力遠遠沒有得到充分利用,造成水資源的浪費。

3.2 水源選擇

本次取嫩江干流水作為城鎮(zhèn)供水水源。經(jīng)過平衡后,2035年缺水1522×104m3。為了滿足供水范圍內(nèi)城鎮(zhèn)生活用及工業(yè)的發(fā)展,新建嫩江市城鎮(zhèn)供水工程,工程位于黑河市嫩江市嫩江鎮(zhèn)域內(nèi),取水位置為嫩江干流河道內(nèi),位于老水源上游1.7km靠近左岸北大營堤,地理位置坐標為E125°13'5.0",N49°13'10"。原有取水水源作為備用水源,地下水井做廢棄處理。

根據(jù)現(xiàn)場查勘及工程測量,在老水源地河道主槽已經(jīng)偏向嫩江右岸內(nèi)蒙一側(cè),新建取水水源施工圍堰施工難度與工程量較大,且存在不規(guī)則沙坑。新水源地此位置水流暢通,江寬只有220m,有足夠的水深,河道主槽在嫩江有左岸,符合取水位置選擇原則,是理想的取水位置。此位置上游或下游江面逐漸變寬,水深逐漸變淺,且存有不規(guī)則采砂坑,無其他合適水源位置。

3.3 取水方式選擇

1)暢流期(5月初～10月末)取水方式:嫩江干流嫩江鎮(zhèn)位置暢流期地下水水質(zhì)雖不能滿足二級水源水標準,但略好于地表水水質(zhì),經(jīng)過凈水廠常規(guī)處理工藝+深度處理工藝處理后,水質(zhì)可達到生活飲用水衛(wèi)生標準的規(guī)定?？紤]到該時期處理地表水相對于處理地下水,凈化工藝和處理流程更復(fù)雜且成本更高,故本工程暢流期滲渠取水為主。

2)冰封期(11月初～次年4月末)取水方案:冰封期地下水水質(zhì)相對較差,不能滿足生活飲用水水源標準二級水源水標準。該時期地表水水質(zhì)相對較好,可以滿足二級水源水標準,經(jīng)過凈水廠常規(guī)處理后的水質(zhì)可滿足生活飲用水衛(wèi)生標準的規(guī)定。但該地區(qū)冰封期地表水徑流量較小,不能完全滿足地表水取水需要。故本工程冰封期取水頭取地表水為主,不足部分以滲渠取水。

綜上本工程暢流期(5月初～10月末)滲渠取水為主;冰封期(11月初～次年4月末)取水頭取地表水為主,不足部分以滲渠取水。為方便切換,工程采用滲渠及取水頭兩種方式取水,滲渠主要補給來源為嫩江干流地表水。

3.4 凈水廠及污水處理廠

新建凈水廠位置擬定為嫩江市原凈水廠以北1600m處。經(jīng)過凈水廠深度處理后出水水質(zhì)可以滿足生活飲用水衛(wèi)生標準要求。污水處理廠提標改造后可將污水處理后作為中水,供環(huán)境及火電行業(yè)使用。

4 取水可靠性分析

4.1 水量可靠性

取水斷面多年平均可供水量為618305×104m3,地表水多年平均取水量768×104m3。P=95%典型年可供水量為228070×104m3,該年地表水取水量712×104m3,可以滿足取水需求。工程11月～次年4月取地表水為主,按照11月～4月進行月排頻,P=95%對應(yīng)月份來水量為2665×104m3,對應(yīng)地表水取水量為137×104m3,占可供水量的5.14%,可以滿足取水需求。

假定地表水斷流的情況下,計算滲渠出水量為6.60×104m3/d,滿足項目日最大取水5.30×104m3/d的要求;地下水年平均需水量849.38×104m3(含論證區(qū)內(nèi)農(nóng)村生活用水)、年最大需水量936.58×104m3(含論證區(qū)內(nèi)農(nóng)村生活用水),可供水量936.64×104m3,可滿足要求;最大地下水降深3.2m,小于含水層厚度的一半。因此,本項目取用地下水多年平均846.2×104m3年最大933.4×104m3比較可靠。

4.2 水質(zhì)可靠性

地表水冰封期水質(zhì)可以滿足二級水源水標準,經(jīng)過凈水廠常規(guī)處理后可滿足生活飲用水衛(wèi)生標準的規(guī)定。地下水暢流期水質(zhì)雖不能滿足二級水源水標準,但好于地表水水質(zhì),經(jīng)過凈水廠常規(guī)處理工藝+深度處理工藝處理后的水質(zhì)可滿足生活飲用水衛(wèi)生標準的規(guī)定。

另外,近些年來全省各地市加強水環(huán)境治理,污水處理廠建設(shè)與提標升級改造以及配套截污管線工程實施,大量生活污水與工業(yè)廢水得到有效截流與處理,加之中水回用設(shè)施建設(shè)與投入使用,入河污染物將逐年減少,水環(huán)境將會越來越健康。

5 結(jié) 論

嫩江市取水存在諸多問題,通過新水源的選擇及供水工程的建設(shè),為嫩江市提供城鎮(zhèn)生活用水與工業(yè)用水,不僅可以滿足嫩江市自身發(fā)展對水資源的需求,還可以促進城市經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整,提升嫩江市優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),對嫩江市各方面發(fā)展都有著深遠的影響。