应城城市供水水源方案研究.pdf

水利水电技术第4 7 卷2 0 1 6 年第8 期 应城城市供水水源方案研究 李娟，曹国良，常景坤 ( 湖北省水利水电勘测设计院，湖北武汉4 3 0 0 6 4 ) 摘要：为研究应城城市供水问题，本文以目前的多水源供水方案为基础，研究了城市缺水量及缺水 规模，从区域供水条件角度提出了城市补充供水方案，并在技术及经济上进行比较。 关键词：城市供水；需水预测；方案选择 d o i：1 0 1 3 9 2 8 j c n k iw r a h e 2 0 1 6 0 8 0 2 6 中图分类号：T U 9 9 1 1 1 ；T V 2 1 3 4文献标识码：B 文章编号：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 6 ) 0 8 0 1 0 2 0 4 S t u d yo nu r b a nw a t e rs u p p l ys c h e m ef o rY in g c h e n g L IJ u a n ，C A OG u o l ia n g ，C H A N GJ in g k u n ( H u b e iP r o v in c ia lW a t e rR e s o u r c e sa n dH y d r o p o w e rP l a n n in gS u r v e ya n dD e s ig nI n s t it u t e ，W u h a n4 3 0 0 6 4 ，H u b e i，C h in a ) A b s t r a c t ：I no r d e rt os t u d yt h eu r b a nw a t e rs u p p l ys c h e m eo fY in g c h e n g ，t h ew a t e rs h o r t a g ea n dit ss c a l ea r ea n a l y z e dh e r e ino n t h eb a s iso ft h em u l t i s o u r c ew a t e rs u p p l ys c h e m ea tp r e s e n t ，a n dt h e nas u p p l e m e n t a lu r b a nw a t e rs u p p l ys c h e m eisp u tf o r w a r d f r o mt h ea s p e c to ft h er e g io n a lw a t e rs u p p l yc o n d it io n ，w h ic hist e c h n ic a l l ya n de c o n o m ic a l l yc o m p a r e da sw e l l K e yw o r d s ：u r b a nw a t e rs u p p l y ；w a t e rd e m a n dp r e d ic t io n ；s c h e m es e l e c t io n 一般城市供水水源的研究主要聚焦于城市公共 部分供水水量，而大部分工业取用水来自于自备水 源，且取用水量较大，影响城市公共供水部分的来 水条件，因此城市供水水源分析不全面。本文以应 城城市水源方案研究为范例，从城市全行业全口径 需水方面着手，研究与区域来水条件的适应性，结 合城市规划分析当地水资源条件对城市发展的承载 能力，统筹区域供水条件，确定应城城市供水水源 方案。 1 应城市概况 应城市位于湖北省中部偏东，孝感市区西南，属 汉江流域，其城市城区分为主城区和东城区，主城区 包括城北街办、城中街办、四里棚街办、城南经济开 发区、黄滩镇，东城区包括东马坊街办、长江埠街办 和郎君镇等。应城市中心城区和东城区是应城市的主 要产业聚集区，其中布局了经济开发区、四里棚盐化 工业园、赛孚工业园和民营经济园以及孝感1 0 强企 业新都公司和双环集团。应城城市现状供水水厂情况 如表1 所列。 1 0 2 2 城市供水存在的主要问题 ( 1 ) 大富水时常出现断流，导致城区居民饮水困 难。应城城市供水的主要水源大富水，大富水为季节 性河流，干旱年份经常出现断流现象。根据统计资 料，大富水在1 9 8 8 、1 9 9 0 、2 0 0 0 2 0 0 1 、2 0 0 3 2 0 0 5 、2 0 1 1 2 0 1 3 年均出现不同程度的断流现象， 其中2 0 0 0 、2 0 0 1 、2 0 0 5 、2 0 1 3 年断流天数在一个月 以上。 ( 2 ) 区域水量不足，难以满足城市社会经济发 展。应城市现状人均占有水量仅为6 0 6m 3 ，远低于 湖北省人均水资源量16 5 8m 3 ，当地水资源相对短 缺。随着应城城区人口逐年增加、经济社会的发展， 用水量也逐年增加。根据预测，2 0 3 0 年主城区需水 量为1 11 8 5 万m 3 ，日平均需水量为3 0 6 万m 3 ，根 据大富水来水分析，其供水保证率仅为6 9 8 ，与 设计保证率9 0 相差较大。 收稿日期：2 0 1 6 0 3 - 1 7 作者简介：李娟( 1 9 8 1 一) ，女，工程师。 W a t e rR e s o u r c e sa n dH y d r o p o w e rE n g in e e r in gV o L4 7N o 8 表1应城市现状供水水厂情况 李娟，等应城城市供水水源方案研究 所在乡镇供水量 水厂名称供水能力1 0 4 m 3 d 一供水范围 水源 ( 办事处) 1 0 4 m 3 倒口水厂 中心城区l O 城中、城北、四里棚办事处和城南 20 8 4 大富水、短港水库 第二水厂中心城区一期工程已建成，目前尚未运行供水 经济开发区 东马坊自来水厂东马坊办事处 0 1 5 5 5 5 东马坊办事处 郎君自来水厂郎君镇 O 0 51 8 2 郎君镇 长江埠自来水厂长江埠办事处 O 2 28 2 O 长江埠办事处 地下水 黄滩自来水厂 黄滩镇 0 0 28 O 黄滩镇 合计 22 4 8 ( 3 ) 争水现象严重。近年城市集中供水水源大 富水出现连续断流，经省防汛抗旱指挥部协调，高 关水库加大进入大富水河道的下泄流量，以保证城 市生活供水。2 0 1 3 年大富水断流期间，短港水库 向倒口水厂进行应急供水时，发生了供水管道沿 线农民破管抢水事件，给社会带来了不安定的隐 患。 3 城市需水预测 城市需水量预测采用分项指标法计算。根据城 市给水工程规划规范( G B5 0 2 8 2 - - - 9 8 ) 及室外给水 设计规范( G B5 0 0 1 3 - - 2 0 0 6 ) 中的相关规定，城市需 水量预测按综合生活用水、工业用水、道路浇洒及绿 化、管网漏失、未预见水量等进行计算。经计算，应 城市2 0 3 0 年总需水量分别为2 12 8 6 万m 3 ，其中城市 公共自来水部分的需水量为73 2 6 万m 3 ，自备水源部 分的需水量为1 39 6 0 万m 3 。 4 城市缺水分析 针对应城市当地水源条件，进行供需平衡计算分 析应城市缺水情况。 4 1 计算原则及方法 计算原则：充分利用当地水源的供水能力；从河 道取水应满足河流最小下泄流量的要求；地下水开发 利用应符合相关地下水利用与保护规划的要求，基本 维持现状开采量；短港水库作为城市应急备用水源， 城市常规供需平衡计算不计入。 计算方法：采用1 9 8 4 2 0 1 1 年共2 8 年系列逐旬 进行平衡计算。 应城城市水资源供需网络如图1 所示，主城 区主要水源为大富水，东城区主要水源为府河， 其补充水源均为地下水。在平衡计算时首先扣除 大富水和府河的生态流量，再按城市公共和工业 自备分别进行计算。在工业自备部分平衡时考虑 水利水电技术第4 7 卷2 0 1 6 年第8 期 地下水源供水。 大 富 水 图1应城市当地水资源供需平衡网络示意 府 河 4 2 分析结果 2 0 3 0 年规划范围内需水总量为2 12 8 6 万m 3 ，供 水总量为1 72 5 7 万m 3 ，其中大富水、府河、地下水 多年平均供水量分别为98 9 2 万m 3 、66 8 7 万m 3 和 6 7 8 万m 3 ，多年平均缺水量为40 2 9 万m 3 ，缺水率 为1 8 9 3 。9 0 保证率的年总缺水量65 8 3 万m 3 ， 9 0 保证率的旬缺水总量为2 5 2 万m 3 ；9 5 保证率 的年总缺水量82 5 5 万m 3 ，9 5 保证率的旬缺水总量 为3 7 9 万m 。 由此可见，2 0 3 0 年规划水平年缺水问题十分严 重。现状大富水水资源开发利用率接近5 0 ，开发 利用程度超过了国际公认的4 0 上限，将对河流生 态环境造成较严重的影响。 5 城市供水水源选择 5 1区域内水源初选 应城市地势北高南低，主要为丘陵平原区，区 内主要水系除已考虑作为供水水源地的府河、大富 水外，还包括汉北河及中型水库2 座，后者分别为 短港水库和渔子河水库。其中短港水库来水面积 1 0 3 李娟，等应城城市供水水源方案研究 7 0k m 2 ，兴利库容41 4 l 万m 3 ，设计灌溉面积1 2 万亩，主要功能为灌溉、供水，是应城市的应急 备用水源；渔子河水库来水面积1 8k m 2 ，兴利库 容12 9 8 万m 3 ，设计灌溉面积6 4 万亩，主要功能 为灌溉。区内湖泊有老观湖( 水面面积7k m 2 ) 、龙 赛湖( 水面面积9 5k m 2 ) 、东西汉湖( 水面面积 2 4 3k m 2 ) 。 水质检测数据显示，汉北河枯水期、丰水期的水 质不符合水源水类水质标准。老观湖现状枯期水质 为类，东西汉湖现状枯期水质为V 类，龙赛湖现状 枯期水质为类，不能满足城市供水需要，不宜作为 城市的供水水源地。 经对渔子河水库及短港水库进行供需平衡计 算，水库仅在灌区续建配套及节水改造工程全部完 成后，仅能基本保障农业用水需求，无法对城市进 行供水。 综上所述，应城市内地表水体水量均无法满 足城市供水需求；水质方面短港水库及渔子河水 库可满足要求，但短港水库及渔子河水库各自灌 区的用水需求也非常紧张，无法满足应城城市用 水需求。 5 2 区域外水源选择 根据应城市周边区域基本情况，可选择的水源 地有京山县境内的高关水库、郑家河水库及汉川市 汉江江段。高关水库及郑家河水库水质为类，均 满足饮用水水源地水质要求，但两水库分别为高关 灌区和郑家河水库灌区( 国家大型灌区) 的主要水 源，需对两水库规划水平年的可供水量进行分析； 汉江水质较好，符合水源地类水质标准，且流量 较大。 ( 1 ) 高关水库及郑家河水库。经供需平衡分析， 规划水平年2 0 3 0 年高关水库灌区灌溉保证率为 8 1 ，灌区仅能满足自身的灌溉设计保证率8 0 的要求，在不影响灌区供水的前提下，无多余水 量对应城市进行供水。郑家河水库规划水平年 2 0 3 0 年灌区灌溉保证率满足设计保证率要求，达 到8 3 ，当灌区达到8 0 设计保证率时，可供水 量仅为5 5 0 万m 3 ，难以满足应城市规划水平年用 水需求。 ( 2 ) 汉江。应城市属汉江流域，其用水总量指 标在汉江流域用水总量控制指标之内。根据南水 北调中线工程规划报告，汉江中下游干流供水区 的供水范围包括襄阳市、荆门市、荆州市、孝感市 和武汉市所辖的1 9 个市、县、区，天门市、潜江 1 0 4 市、仙桃市3 个省直管市，以及“屈家岭”“沙洋” “沉湖”等农场的全部或部分范围，自然面积2 3 5 万k m 2 。汉川二站灌区总灌溉面积1 9 0 8 6 万亩，其 中应城市灌溉面积4 5 5 万亩。根据湖北省汉江中 下游干流供水区供需分析专题，2 0 3 0 年汉川二站 灌区多年平均需汉江供给总水量1 7 3 8 亿m 3 ，其中 应城市需汉江供给水量为5 3 1 亿m 3 ，本次规划供 水范围均位于汉川二站灌区范围内，因此汉江对本 规划区域供水是合理的。 湖北省人民政府批复的湖北省城市水源地安全 保障规划报告也提出规划实施汉北平原区城乡水源 地水资源调配工程，由汉江兴隆库区向汉北河生态补 水，提高孝感市、天门市和应城市饮用水安全保障。 孝感市从汉江引水的三水厂工程、天门市从汉江引水 的二水厂工程均在建设之中。应城市从汉江引水也是 十分必要的。 汉江规划水平年2 0 3 0 年，在考虑重大调水工程 实施后，仙桃站多年平均来水量为3 3 5 亿m 3 ，多年 平均流量为10 6 0m 3 s ，保证率9 5 时仙桃站年平均 来水量2 0 8 亿m 3 、多年平均流量5 7 4m 3 s 。汉江引 水可完全满足应城市规划水平年用水需求。同时，本 工程最大引水流量2 5 5m 3 s ，占9 9 保证率对应的 流量的0 7 2 ，对河道水生态环境和其他用水户基 本无影响。 6 城市补充水源方案选择 根据高关水库、郑家河水库、汉江三个水源地规 划水平年供需平衡及可供水量分析成果可知，汉江水 源地可满足应城市规划水平年用水需求，高关水库、 郑家河水库在满足灌区用水前提下无法满足应城市供 水要求。另外，据应城市疾病预防控制中心提供的汉 江水质监测报告，本次初选的汉江取水口河段内现状 水质较好，符合类水质标准。 由于高关及郑家河水库合计可供水量不能满足应 城市2 0 3 0 年多年平均缺水量40 2 9 万m 3 的要求，因 此本次不考虑高关及郑家河水库联合供水方案。根据 前述各水源地水量、水质综合分析，应城城市补充供 水水源地方案如下。 方案一：水源置换方案，即考虑汉北河枯期水质 低于类，不能满足饮用水水源水质的要求，故利用 汉北河对高关灌区应城市境内农作物进行供水，应城 城市补充供水水源选择为高关水库。主要建设内容为 新建汉北河提水泵站( 为与方案二进行同等比较，提 ( 下转第1 0 8 页) 水利水电技术第4 7 卷2 0 1 6 年第8 期 涂江静，等龙背湾混凝土面板堆石坝抗震设计 实要达到设计标准；一方面坝料各分区的标准不应有 较大差异，如主次堆石区、砂砾石填筑区；另一方面 是各分区在内的全坝体压实较均匀，防止地震情况下 产生较大的沉降变形，造成坝体上游区面板出现受拉 开裂等问题。另外，在面板施工期间，应预留足够的 坝体沉降期，防止因沉降问题导致面板脱空和止水变 形较大。 龙背湾面板坝在止水结构设计上采取了以下措 施，也极大地增加了地震情况下止水结构的适应性和 自愈能力：( 1 ) 取消了周边缝中部的橡胶止水带，在 S R 塑性填料下部设置波浪形橡胶止水带，以适应周 边缝较大的接缝位移，并消除了混凝土浇筑时的振捣 不密实问题。( 2 ) 一般情况下，表层S R 塑性填料在 底部橡胶棒的支撑和波浪形橡胶止水带的封闭下，保 持在V 形槽嵌填位置发挥止水作用；在地震情况下， 如接缝位移超出设计条件，波浪形橡胶止水带发生破 裂时，S R 塑性填料能够在水压力作用下向周边缝内 流动，填充接缝发挥防渗作用。( 3 ) 在高程4 2 6 0 0m 以下设置了面板、周边缝及垂直缝表面的无粘性粉煤 灰铺盖，使止水结构及可能产生的面板裂缝具备自愈 功能，增加了地震情况下的大坝防渗安全储备。 2 6 面板坝的抗震稳定性问题 面板堆石坝本身具有良好的抗震性能，国内外有 不少面板坝建在强地震区，有的面板坝已经受了强地 震的考验。2 0 0 8 年5 月1 2 日中国四川汶川发生了 8 0 级地震，距离震中仅1 7k m 的紫坪铺面板坝即经 受了超设计标准的地震考验。紫坪铺面板坝坝高 1 5 8 0 0m ，上下游坝坡均为1 ：1 4 0 。地震后经专家 鉴定，坝体震陷仅7 4 4 3m m ( 占坝高的0 4 7 ) ；下 游坝坡除中上部部分区域块石松动、沿坡面向下稍有 滑移外，没有明显的块石滚落；尽管出现周边缝拉 开、面板错台、面板挤压破坏等，但地震后大坝的防 渗功能并没有被明显破坏。工程实例证明，面板坝具 有较强的抗震能力。 3 结语 根据国内外已建面板坝工程经验，面板坝具有较 强的抗震能力。在设计过程中，依据已建工程的经验 和计算分析及试验采取相应的抗震工程措施( 如适当 放缓下游坝坡、增加坝体压实密度、在坝料分区和填 筑施工中尽量做到全坝体压实较均匀、合理确定坝顶 宽度和坝顶结构形式、加强坝顶部位坝体的刚度，采 用加筋堆石和浆砌块石护坡、优化止水结构等) 均有 较实用的价值。 参考文献： 1 s L2 0 3 9 7 ，水工建筑物抗震设计规范 s 2 S L 2 2 8 - - 2 0 1 3 ，混凝土面板堆石坝设计规范 s 3 D L T5 11 5 2 0 0 0 ，混凝土面板堆石坝接缝止水技术规范 s 4 李国英，沈婷，吴红光，等龙背湾水电站面板坝三维有限元 静动力分析报告 R 南京：南京水利科学研究院岩土工程