（环境工程专业论文）南水北调东线工程宁阳洸河截污导流工程方案设计.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 南水北调东线工程山东境内分为南北干线及东西干线，截污导流工程是南 水北调东线一期工程的重要组成部分，是输水干线在输水期间防止沿线工业、城 镇生活污废水( 中水) 排放而影响调水水质的控制性工程。 洗河宁阳截污导流工程的建设可以减少污染物的排放量，进一步加大企业的 点源治理、结构调整、城市污水管网及污水处理厂的建设力度。 洗河截污导流工程实施后，将建成一些拦蓄工程，可增加水面面积近 4 k r n 2 ，不仅有利于改善当地小气候及农业灌溉条件，而且对地下水将起到补给 作用，因此，本工程实施后对当地生态环境的改善将发挥一定的作用。 本文主要分析了南水北调截污导流工程的意义及建设的必要性和紧迫性， 选择宁阳洗河控制单元进行了方案比选，最终选择利用现有河道加新建拦河建筑 物方案，对工程进行了可行性分析，并且进行了工程设计。 关键词：南水北调洗河截污导流 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t ：t h ee a s t - l i n ep r o j e c tf o rs o u t h n o r t hw a t e rd i v e r s i o ni ns h a n d o n g i n c l u d i n gn o r t h s o u t hr o u t ea n de a s t - w e s tr o u t e m e d i a t e dc l o s u r eo fs e w a g ei sa l l i m p o r t a n tp a r to ft h ee a s t - l i n ep r o j e c t i ti sa l s oac o n t r o l l i n gp r o j e c tt op r e v e n tw a t e r q u a l i t yp o l l u t e db e c a u s eo fi n d u s t r i a la n dw a s t e w a t e rm u n i c i p a ls e w a g ei n f l o w i n g i n t or i v e rp o l l u t e n i n g y a n gp o l l u t a n tg u a n gr i v e rd i v e r s i o np r o j e c t s t or e d u c ee m i s s i o n so f p o l l u t a n t s ，f u r t h e r i n c r e a s eo fp o i n ts o u r c e e n t e r p r i s eg o v e r n a n c e ，s t r u c t u r a l a d j u s t m e n t ，u r b a ns e w a g ep i p en e t w o r ka n ds e w a g et r e a t m e n tp l a n tc o n s t r u c t i o n p o l l u t a n tg u a n gr i v e rd i v e r s i o np r o j e c tw i l lb es t o r i n gan u m b e ro fp r o j e c t s c o m p l e t e d ，i n c r e a s et h es u r f a c ea r e ao fn e a r l y1 4 k m 2 ，i sn o to n l yc o n d u c i v et o i m p r o v i n gt h el o c a l m i c r o c l i m a t ea n di r r i g a t i o nc o n d i t i o n s ，a n dr e c h a r g eo f g r o u n d w a t e rw i l lp l a yar o l e ，t h e r e f o r e ，a f t e rt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h i sp r o j e c to nt h e i m p r o v e m e n to f t h el o c a le c o l o g i c a le n v i r o n m e n tw i l lp l a yar o l e t h i sa r t i c l e m i a n l ya n a l y s e dt h en e s s a r ya n du r g e n c yo fm e d i a t e dc l o s u r eo f s e w a g ep r o j e c tf o rs o u t h - n o r t hw a t e rd i v e r s i o n i tc h o o s e dg u a n g r i v e ro fn i n gy a n g a st h ec o n t r o lu n i tt oc o m p a r i s o na n ds e l e c t i o n i ta n a l y s e dt h ef e a s i b i l i t yo f p r o j e c t t h e n ，w ed e s i g n e dt h es p e c i f i cp r o j e c t k e yw o r d s ：s o u t h n o r t hw a t e r d i v e r s i o n ； g u a n g h e r i v e r ；m e d i a t e d c l o s u r eo fs e w a g e 2 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：耋砂移2 日 论文作者签名：。盘垒! 日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：虹导师签名：纽日 期： 山东大学硕士学位论文 第1 章引言 中国水资源分布具有南方水多北方水少的特点，因此决定了中国既是一个 严重缺水国家，又是一个洪灾发生频繁的国家。2 0 世纪5 0 年代初，毛泽东主席 曾提出“南方水多，北方水少，如有可能，借一点是可以的。”自此，在中国揭开 了研究和探讨大型跨流域调水工程南水北调的序幕。南水北调通过东、中、 西三条调水线路，将长江、淮河、黄河及海河有机联系起来，形成中国水资源南 北调配、东西互济的格局。通过南水北调，南方水资源对北方的可持续供给，并 可经黄河调配，将在较大程度上突破制约我国北方国土资源利用、经济社会发展 及生态环境保护的瓶颈，整体提升我国北方水土资源承载能力，对支撑我国经济 社会经济可持续发展具有基础意义。 1 1 南水北调工程简介 经过多年的勘测、规划、研究，按照长江与北方缺水区之间的地形、地质状 况，分别在长江下游、中游和上游规划了三条调水线路，形成了南水北调东线、 中线和西线的总体规划布局。通过三条调水线路与长江、黄河、淮河和海河四大 江河的联系，构成以“四横三纵”为主体的总体布局，以利于实现我国水资源南北 调配、东西互济的合理配置格局。三条调水线路既有各自的主要供水目标和各自 合理的供水范围，又是一个整体，可以互相补充。 东线工程从长江下游扬州附近抽引长江水，利用和扩建京杭大运河逐级提 水北送，经洪泽湖、骆马湖、南四湖和东平湖，在位山附近穿过黄河后自流，经 位临运河、南运河到天津。输水主干线长1 1 5 0 k m 其中黄河以南6 6 0 k m ，黄河以 北4 9 0 3 1 _ o 。全线最高处东平湖蓄水位与抽江水位之差为4 0 m ，共建1 3 个梯级泵 站，总扬程6 5 m 。东线工程的供水范围是黄淮海平原东部地区，包括苏北、皖北、 山东、河北黑龙港和运东地区、天津市等。主要任务是供水，并兼有航运、防洪、 除涝等综合利用效益。 中线工程从汉江丹江口水库引水，输水总干渠自陶岔渠首闸起，沿伏牛山 和太行山山前平原，京广铁路西侧，跨江、淮、黄、海四大流域，自流输水到北 京、天津。输水总干渠长l2 4 6 1 0 0 ，天津干渠长1 4 4 1 锄a 中线工程的供水范围是 3 山东大学硕士学位论文 北京、天津、华北平原及沿线湖北、河南两省部分地区。主要任务是城市生活和 工业供水，兼顾农业及其它用水，输水总干渠不结合通航西线工程从长江上游干 支流调水入黄河上游，拟定在通天河、雅砻江、大渡河上游筑坝建库，采用引水 隧洞穿过长江与黄河的分水岭巴颜喀拉山。入黄河年平均调水量为1 4 5 1 9 5 亿 m 3 ，其中从通天河调水5 5 1 0 0 亿m 3 ，雅砻江4 0 - - - 4 5 亿m 3 ，大渡河5 0 亿m 3 。 西线工程的供水范围包括青海、甘肃、宁夏、内蒙古陕西和山西六省( 区) 。主要 任务是补充黄河水资源的不足和解决西北地区、华北西部地区工农牧业生产和城 乡人畜用水。 按照目前规划，南水北调东、中、西三条线路都将建设并分期实施。目前 开工建设的为东线工期和中线i 期工程，到2 0 1 0 年，东线i 、i i 工期及中线i 期工程完工后，可向华北、苏北及胶东半岛调水2 0 0 亿m 3 ，其中新增供水1 5 0 亿m 3 ；2 0 1 0 年起，将计划实施南水北调东线i 工期、中线i i 期工程，并通过西 线i 期工程向黄河源头调水，到2 0 3 0 年，将为中国北方地区继续新增调水1 0 8 亿m 3 ，年调水总规模将达到3 1 8 亿m 3 ：2 0 3 0 年起，将继续完成东线i 期和中 线i i 期工程，开始实施西线i i 、i n 期工程，到2 0 5 0 年实现调水总规模为4 4 8 亿 m 3 。1 1 2 南水北调东线工程工程简介 南水北调东线工程山东境内分为南北干线及东西干线，南北干线全长 4 8 7 k m ，自苏鲁省界经韩庄运河进入南四湖，经梁济运河、柳长河进入东平湖，在 解山和位山之间穿黄河( 隧道) ，入小运河，沿卫运河入七一、六五河，在武城进 入大屯水库调蓄。东西干线即胶东输水干线，全长7 0 1 k m ，由东平湖渠首分水闸 引水，沿济平干渠、小清河至引黄济青，再由引黄济青至宋庄分水闸分水至烟台、 威海。干线汇水区域包括东平湖、南四湖流域、海河流域和胶东半岛，涉及枣庄、 临沂、济宁、菏泽、泰安、莱芜、聊城、德州、济南等市。 1 【5 】南水北调工程总体规划，国家计委、水利部，2 0 0 2 年9 月 4 山东大学硕士学位论文 1 3 截污导流工程简介 为确保南水北调东线工程山东段的输水水质，山东省各级政府一直在不断 加大对工业点源污染治理的力度，同时也加快了污水处理厂的建设进度和提高中 水回用的利用率。但一方面由于区域内污染物的产生量较大，另一方面受目前污 水处理成本和技术因素制约，c o d 和n h 3 n 等污染因子的含量仍较高，仍有大 量的污染物将排放到下游河流，超过了河流的自然净化能力，也超过了南水北 调东线工程治污规划确定的河道的环境容量。所以，必须采取其他措施，进一 步削减污染物的入河量，才可以保证输水干线的调水水质。 为此，根据河流的环境容量和对干线水质的影响情况，南水北调东线工程 治污规划提出了以治为主，配套截污导流工程，将处理厂处理后的尾水分别导 向回用处理设施、农业灌溉设施和择段排放设施，依靠各类污水资源化设施和流 域综合整治工程，提高污水的资源化水平，使东线治污工程项目形成“治、截、 导、用、整”一体化的治污工程体系，并通过实施清水廊道、用水保障和水质改 善三大工程措施，来保证干线的输水水质。该规划明确将截污导流工程作为清水 廊道工程的措施之一，作为治污工程的配套措施，通过建设截污导流工程进一步 拦截和利用中水，则可有效的减少污染物入河量，可基本保证输水干线的水质。 截污导流工程是南水北调东线一期工程的重要组成部分，是贯彻“三先三 后”原则的重要措施，是输水干线在输水期间防止沿线工业、城镇生活污废水( 中 水) 排放而影响调水水质的控制性工程。2 1 4 南水北调重大意义 南水北调工程是从根本上解决我国华北、西北地区水资源短缺的一种项战 略性基础设施工程。从国家和区域层次上，其重大意义超过美国加州调水工程， 可以与以色列国家调水工程相比，是中国可持续发展的支撑工程。南水北调工程 通过三条调水线路与长江、黄河、淮河和海河四大江河的联系，逐步构成以“四 横三纵”为主体的中国水资源网络布局，可基本覆盖黄淮海流域、胶东地区和西 北内陆河部分地区，从此形成我国水资源南北调配、东西互济、可合理配置的格 局，从整体上提升我国北方地区的承载能力，具有重大的战略意义。 2 【5 】南水北调工程总体规划，国家计委、水利部，2 0 0 2 年9 月 5 山东大学硕士学位论文 由于我国所处的地理位置和特殊的地形、地貌、气候条件，导致水资源丰 枯时空分布极不均匀，从东南沿海向西北内陆逐步递减，与人口和土地资源分布 不相适应。长江流域及其以南地区的河川径流量占全国的8 0 以上，耕地面积 仅占全国的3 5 ，是我国的丰水地区。海河、黄河和淮河三大流域河川径流量 不到全国的6 ，耕地面积却占全国的4 0 ，均属缺水地区，这三大流域包括北 京、天津、河北、河南、山西、山东、苏北、皖北、内蒙古和西北几省区，特别 是京津冀等省市所在的海河流域，人口和耕地分别占全国的1 0 和1 2 ，而径 流量不足全国的1 。海河流域和长江流域相比，长江流域人均径流量是海河流 域的1 0 倍，耕地亩均水量的1 7 倍。海河流域的人均水资源量甚至低于中东地区 著名干旱缺水国家的水平，是全国缺水最为严重的地区。不相匹配的水土资源组 合必将影响国民经济发展和水土资源的合理利用。 黄河自古就是中国民族的象征。然而，就是这样一条曾经奔流不息的大河， 1 9 7 2 年至19 9 8 的2 7 年中，竟有2 1 年下游出现断流。进入9 0 年代，年年断流， 1 9 9 7 年距河口最近的利津水文站全年断流达2 2 6 天，断流河段曾上延至距河口 约7 8 0 k m 的河南开封附近。黄河断流引起国人乃至世界的广泛关注：一条奔腾 了千万年的大河，一条被中国人视为母亲的大河，一条创造了古老而辉煌文明的 大河，会不会从此告别大海走向消亡? 淮河流域自古就是鱼米之乡。然而，二十 世纪后期淮河水越来越浑。淮河水“5 0 年代淘米洗菜，6 0 年代浇地灌溉，7 0 年 代水质变坏，8 0 年代鱼虾绝代，9 0 年代变成公害”，出现了“居在水乡无水喝”的 现象；“一条大河波浪宽，风吹稻花香两岸”曾是九河下梢海河的真实写照。现在 海河是“有河皆干、有水皆污”。与五十年代末相比，全流域已累计消耗地下水储 量近1 0 0 0 亿m 3 ，成为世界最大的地下水漏斗。未处理污水的使用，使人们不得 不严重担忧供水卫生和食品安全问题，依靠超采地下水和破坏生态环境维持生产 和生活用水，带来的不良后果将难以挽救。种种迹象昭示一个人们不愿意面对、 但却必须正视的现实：水危机已全面逼近中国，特别是中国北方地区! 改革开放以来，我国国民经济进入高速增长期，各经济部门对水资源的需 求快速增长，其中城镇生活与工业用水年增长率更是高达6 2 ，水资源供应跟 不上经济高速增长带动下的需水快速增长，导致我国北方地区和沿海城市自上个 世纪8 0 年代开始便出现水资源短缺现象，这种矛盾不断加剧，已经成为制约国 6 山东大学硕士学位论文 民经济与社会发展的瓶颈。据统计，目前全国年缺水量已接近4 0 0 亿m 3 ，造成 工业产值损失近2 0 0 0 亿元，农业减产粮食2 0 0 多亿公斤，4 0 0 多座城市缺水， 3 0 0 0 多万农村人口饮水困难。 二十世纪八十年代以来，北方地区依靠对当地水资源的过度开发，维持了 社会经济的高速发展。海河流域水资源利用率已达9 5 ，黄河超过了6 5 ，淮 河则也超过了5 9 ，造成河流断流、湖泊干涸、地下水超采、水环境恶化等现 象，代价十分沉重。在被当今世界称作“全球问题”的人类生存危机中，三项属于 人与自然关系范畴的问题，即人口膨胀、资源短缺和生态系统恶化，在我国的北 方，全部可以看到。 “欲求木之长者，必固其根；欲求流之远者，必浚其源”。解决水资源短缺， 节水、治污、挖潜、改造、提高水价、合理配置都是重要手段，但其前提是：要 有水可节、有水可管、有水可治。现实北方地区、尤其是黄淮海平原地区的城市 用水在最紧张时要限量供应，农业灌溉用水几乎全是污水，生态用水更被挤占得 一无所有。有分析表明，将所有节水措施用到极致，到2 0 1 0 年黄淮海地区也只 能解决2 9 0 亿m 3 的缺水量，还有31 9 亿m 3 的缺口，远远超出了当地水资源的 承载能力。跨流域调水势必成为解决这些地区资源性缺水，保障水资源可持续供 给的重要手段。 改革开放以来，经过2 0 多年大规模建设，曾经制约国民经济和社会发展的 交通网、电网、信息网等“瓶颈”己在较大程度上被一一冲破，唯独关系国计民生 命脉的水资源网还滞后于时代发展的需求。南水北调工程的实施，无疑将解除这 个“瓶颈”制约，从根本上改变我国水资源分布不均的不利状况，构筑起全国水资 源优化配置的基本格局，对我国经济社会的可持续发展将起到重要的支撑和保障 作用。 国内外许多已建调水工程的实践证明，建设跨流域调水工程是缓解缺水地区 水资源短缺供需矛盾、促进地区经济繁荣和社会发展的有效途径，也是支撑缺水 地区可持续发展的重要基础设施。随着南水北调工程的全面实施，将会产生巨大 的效益。 7 山东大学硕士学位论文 1 5 本论文研究的主要内容、目的及意义 1 5 1 研究的内容及必要性 南水北调东线工程山东境内分为南北干线及东西干线，截污导流工程是南水 北调东线一期工程的重要组成部分，是输水干线在输水期间防止沿线工业、城镇 生活污废水( 中水) 排放而影响调水水质的控制性工程。 本文主要分析了南水北调截污导流工程的意义及建设的必要性和紧迫性，选 择宁阳洗河控制单元进行了方案比选，最终选择利用现有河道加新建拦河建筑物 方案进行了工程设计，并且对工程进行了工程效益及财务评价。 南四湖周边河道众多，洗河是其中之一，为保证东线工程山东段的调水水质 长期稳定达至u i i i 类地表水水质标准，解决山东省水资源短缺与水环境严重污染的 尖锐矛盾，做到节水、治污、生态保护与调水相统一，促进山东省社会、经济、 环境的可持续的和协调的发展，加快实施洗河截污导流工程是非常重要也是非常 紧迫的。 根据南水北调东线工程输水要求，韩庄运河、梁济运河、柳长河、小运河、 七一六五等河道为南水北调东线的输水主干线，南四湖、东平湖为南水北调工程 调蓄湖泊，以上工程在输水期间不允许沿线排污口直接向其排放污水。因此，沿 线各河流入河水质应达到干线输水水质一地表水m 类水质标准。而该区域内在建 的和规划的污水处理厂的排放标准为一级标准( c o d 含量不大于6 0 m g l ，n h 3 - n 含量不大于5 m g l ) ，而工业企业的排放标准更低，所以其出水水质还远不能满 足南水北调调水水质要求，必须对污水处理厂排放的中水再经两级处理才能达到 类水标准。 如果没有截污导流工程，则每年有c o d 4 8 7 万t ，n h 3 0 n 0 5 3 万t ，进入输 水干渠，按年均调水1 4 6 l 亿m 3 考虑( 山东进口处水质标准为地表水类，c o d 含量最大按2 0 m g l ，n h 3 - n 最大按l m g 几考虑( 地表水环境质量标准， g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ) ，则c o d 最大为2 9 3 万t ，n h 3 - no 1 5 万t ) ，则c o d 含量最 大达到5 3 2 m g l ，n h 3 n 最大达到4 6 3 m g l ，水质超过地表水v 类标准。由此 可见，截污导流工程的建设效益十分显著，兴建截污导流工程也势在必行。 在洗河宁阳段污水治理全部达标排放的前提下，截污导流工程每年可减少入 8 山东大学硕士学位论文 河量c o d 7 8 5 i t ，n h 3 - n 3 4 i t 。则该段河流的c o d 、n h 3 - n 入河量只有5 6 8 、 4 4 t a ，均小于允许入河量，可基本保证干线输水水质。 1 5 2 研究的意义 南水北调东线工程是解决我国北方缺水问题的战略工程，也是解决山东省未 来缺水的关键工程。而南四湖是南水北调东线第一期工程的重要调蓄工程，将承 担南水北调东线的水量调控和输水任务，因此沿线河道输水期入湖水质的好坏， 将直接影响到南水北调东线工程的供水水质。 洗河是南四湖湖东地区的主要汇水河道之一，洗河宁阳截污导流工程的建设 可以减少污染物的排放量，进一步加大企业的点源治理、结构调整、城市污水管 网及污水处理厂的建设力度。 洗河截污导流工程实施后，将建成一些拦蓄工程，可增加水面面积近 1 4 k m 2 ，不仅有利于改善当地小气候及农业灌溉条件，而且对地下水将起到补给 作用，因此，本工程实施后对当地生态环境的改善将发挥一定的作用。 1 5 3 本研究的技术关键 本论文的技术关键是按照节约投资、少占耕地、便于利用的原则，结合水利 工程实际，多方面分析，寻找一个能够充分利用现有河道的拦蓄能力和现状管网 建设，占地少、施工难度小、投资少的最佳方案。 9 山东大学硕士学位论文 2 1 项目背景 第2 章项目概况 南水北调东线工程山东境内分为南北干线及东西干线，南北干线全长4 8 7 k m ， 自苏鲁省界经韩庄运河进入南四湖，经梁济运河、柳长河进入东平湖，在解山和 位山之间穿黄河( 隧道) ，入小运河，沿卫运河入七一、六五河，在武城进入大屯 水库调蓄。东西干线即胶东输水干线，全长7 0 1 k m ，由东平湖渠首分水闸引水， 沿济平干渠、小清河至引黄济青，再由引黄济青至宋庄分水闸分水至烟台、威海。 干线汇水区域包括东平湖、南四湖流域、海河流域和胶东半岛，涉及枣庄、临沂、 济宁、菏泽、泰安、莱芜、聊城、德州、济南等市。 为保证输水干线水质，宁阳县洗河子单元全面实施和完成南水北调东线工 程治污规划所确定的治污任务的前提下，仍不能达到南水北调东线工程治污 规划所确定的行政辖区内污染物零排放的目标。为此，对污染物超过允许入河 量的区域，计划在其辖区内通过兴建截污导流工程进行拦截，通过农业灌溉回用 和拦蓄，可以进一步减少污染物的入河量，实现行政区域内的污染物的控制排放， 可有效降低输水期间水质污染的几率。 2 2 设计依据 l 、水利水电工程可行性研究报告编制规程( d l 5 0 2 0 - - 9 3 ) ； 2 、水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准( s l 2 5 2 - - 2 0 0 0 ) t 3 、堤防工程设计规范( g b 5 0 2 8 6 - - 9 8 ) ； 4 、水工建筑物荷载设计规范( d l 5 0 7 7 1 9 9 7 ) ； 5 、橡胶坝技术规范( s l 2 2 7 - - 9 8 ) ； 6 、建筑地基基础设计规范( g b 5 0 0 0 7 - - 2 0 0 2 ) ； 7 、砌体结构设计规范( g b 5 0 0 0 3 - - 2 0 0 1 ) ； 8 、压力钢管制造安装及验收规范d l 5 0 1 7 9 3 9 、国家颁布的其他有关现行规范、规程及技术标准。 1 0 山东大学硕士学位论文 2 3 流域污染及治理状况 洗河及其支流宁阳沟是宁阳县的主要纳污合流。宁阳县的污染特点是排放集 中，且远大于河流的环境容量，因此河流的污染较严重。 据2 0 0 2 年监测结果统计，光府河侯店断面为劣v 类水，远达不到规划目标 要求，主要超标因子为c o d 、高锰酸盐指数、b o d 5 、氨氮、石油类。但是随着 近几年一控双达标和再提高工程的实施，光府河的污染加重的趋势得到遏制，污 染有所减轻。 2 3 1 现状年污废水排放量 2 3 1 1 现状年工业排污量 洗河宁阳段现状年排放的主要企业有宁阳华明热电有限公司、山东飞达化工 有限公司、宁阳正大煤业有限公司、山东华宁矿业有限公司、山东天和纸业有限 公司、宁阳华润纸业有限公司、宁阳金彩山酒业有限公司、宁阳新岳丝业有限公 司、泰安华兴纺织有限公司等企业。2 0 0 8 年工业废水排放量为1 3 1 5 9 万t ，c o d 排放量为5 8 2 3 5 t ，n h 3 - n 排放量为1 3 4 5 t 。 宁阳县洗河现状年工业污染排放量，详见下表2 1 。 表2 2宁阳县洗河2 0 0 8 年工业污染源排放表 废水排放量c o d 排放量n h 3 - n 排放量 子单元名称 ( 万t ) ( t )( t ) 洗府河宁阳段 1 3 1 5 95 8 2 3 51 3 4 5 2 3 1 2 现状年生活排污量 宁阳县洗河2 0 0 8 年城镇生活废水排放量为5 9 3 6 万t ，c o d 排放量为2 5 4 3 9 t ， n h 3 n 排放量为2 1 2 0 t 。 宁阳县洗河2 0 0 8 年生活污水排放量，详见下表4 4 4 。 2 3 1 3 污废水及污染物排放总量 综上，宁阳县洗河2 0 0 8 年污废水排放总量为1 9 0 9 5 万t ，c o d 排放量为 8 3 6 7 4 t ，n h 3 - n 排放量为3 4 6 5 t 。 宁阳县洗河2 0 0 8 年污废水及污染物排放总量，详见下表2 - 2 。 山东大学硕士学位论文 表2 2宁阳县洗河2 0 0 8 年污水及污染物排放量统计表 子单元废水 c o d n h 3 - n 类别 名称( 万t ) ( t )( t ) 生活5 9 3 62 5 4 3 92 1 2 0 宁阳段工业1 3 1 5 95 8 2 3 51 3 4 5 合计1 9 0 9 58 3 6 7 43 4 6 5 2 4 环境现状评价 2 4 1 现状存在的问题 2 4 1 1 排放量大于允许排放量 洗河是南四湖湖东地区的主要汇水河道之一，洗河宁阳段控制子单元现状年 污水排放量达1 9 0 9 5 万t ，c o d 、n h 3 - n 排放量为8 3 6 7 4 、3 4 6 5 t ；2 0 0 7 年污水 排放量达2 2 7 1 9 万t ，c o d 排放量为9 9 2 1 0 t ，c o d 超过允许排放量9 7 7 1 4 t ； n h 3 - n 排放量为4 7 6 0 t ，超过允许排放量4 6 8 2 t 。 由以上数据可以看出，到2 0 0 7 年该控制单元c o d 和n h 3 - n 排放量全部超 过南水北调东线工程治污规划所规定的允许排放量，超出允许排放的6 5 3 2 倍和6 0 0 3 倍。所以，该控制单元必须进行企业点源治理和污水处理，减少污染 物排放量。 2 4 1 2 入河量大于允许入河量 为减少污染物的排放量，该控制单元进一步加大了企业的点源治理、结构调 整、城市污水管网及污水处理厂的建设力度，通过以上治污措施，可削减废水 7 5 7 9 v a ，c o d 8 6 5 8 2 v a 、n h 3 - n 4 1 8 3 v a 。不考虑入河损失的话，则该控制单元 的c o d 入河量为1 2 6 2 8 v a ，超环境容量1 4 9 6 t ；n h 3 - n 入河量为5 7 7 v a ，超过 环境容量7 8 t 。分别超标8 4 4 倍和7 4 0 倍。 光府河宁阳段污染物环境容量对比，详见下表2 3 。 3 【2 】刘希成等，南水北调东线一期工程山东境内截污导流工程可行性研究报告，山东省水利勘测设计院， 2 0 0 8 年 1 2 山东大学硕士学位论文 表2 3 洗河污染物排放量与允许入河量对比表水量：万t a 污染物：t a 处理后 超过 污水及污染物排放量削减量 允许入河量 排放量允许入河量 水量 2 2 7 1 9 7 5 7 91 5 1 4 0 c o d9 9 2 l8 6 5 8 2 1 2 6 2 81 4 9 6l l l 5 1 n h 3 - n 4 4 6 4 1 8 35 7 77 84 9 9 2 4 2 现状问题分析 从以上计算成果可以看出，到2 0 0 7 年，该控制单元在全部实现南水北调 东线工程治污规划确定的治污目标情况下，该控制单元内的污染物入河量仍然 超过了南水北调东线工程治污规划规定的允许值。 宁阳县洗河子单元污染源主要来自于宁阳县区生活及部分重点企业，预测 2 0 0 7 年处理尾水排放量为1 5 1 4 0 万t ，c o d 、n i - 1 3 一n 排放量为1 2 6 2 7 、5 7 7 t 。 而治污方案所规定的该子单元的控制入河指标c o d 、n h 3 - n 分别为1 4 9 6 、 7 8 t 。所以，在干线输水期间必须拦截回用。 洗河是一条防洪除涝河道，承担着该区域内的防洪除涝任务。目前，该河道 上仅有灌溉用溢流闸1 座。如果再将该区域的处理尾水依靠现有拦河工程进行调 节，其拦蓄能力是远远不够的，必须增加拦蓄库容。为此，新建后许桥、泗店两 座橡胶坝。 宁阳沟也是一条防洪除涝河道，承担着该区域内的防洪除涝任务。目前，该 河道上建有纸坊节制闸1 座。如果再将该区域的处理尾水依靠现有拦河工程进行 调节，其拦蓄能力是远远不够的，必须增加拦蓄库容 1 3 山东大学硕士学位论文 3 1 选择原则 第3 章方案选择 按照节约投资、少占耕地、便于利用的原则，结合水利工程实际，寻找一个 能够充分利用现有河道的拦蓄能力和现状管网建设，占地少、施工难度小、投资 少的最佳方案。 3 2 设计参数 3 2 1 洪水标准 堤防建筑物级别为4 级，根据堤防设计规范( g b 5 0 2 8 6 9 8 ) ，洗河、宁 阳沟堤防设计洪水标准为2 0 年一遇。橡胶坝、提水泵站建筑物级别为3 级，依 据水利水电工程等级划分及洪水标准( s l 2 5 2 - - 2 0 0 0 ) ，确定橡胶坝、提水泵 站等 3 2 2 排水标准 排水标准采用3 年一遇。 3 2 3 地震设防烈度 根据中国地震动参数区划图( g b l 8 3 0 6 2 0 0 1 ) ，确定宁阳县洗河截污导 流工程地震动峰值加速度为0 0 5 9 ，地震动反映谱特征周期为0 4 0 s ，相应地震设 防烈度6 度。 3 3 工程设计任务 南水北调东线工程治污规划提出以治为主，配套截污导流工程，将处理 厂处理后的中水分别导向回用处理设施、农业灌溉设施和择段排放设施，依靠各 类污水资源化设施和流域综合整治工程，提高污水的资源化水平，使东线治污工 1 4 山东大学硕士学位论文 程项目形成“治、截、导、用、整”一体化的治污工程体系，并通过实施清水廊道、 用水保障和水质改善三大工程措施，来保证干线的输水水质。该规划将截污导流 工程作为清水廊道工程的措施之一，并将宁阳县洗河截污导流工程列入到该规划 中。 南水北调东线工程山东段控制单元治污方案进一步明确了各控制单元水 污染防治任务，按照目标、总量、项目、投资四位一体的小流域控制思路，全面 推进流域内产业结构调整、工业综合深化治理、城市污水集中处理、污水资源化、 生态保护与建设工作，进一步落实主要污染物产生量、排放量、入河量等指标， 进而确定规模和建设方案及投资，确保南水北调东线工程的顺利实施。 3 4 工程方案及比选 3 4 1 工程方案 根据宁阳县污水处理工程现状和规划情况，按照节约投资、少占耕地、便于 利用的原则，结合水利工程实际，对工程建设初拟了3 个方案，分析如下： 方案i ：平原水库方案 在洗河下游新建平原水库，污水处理厂处理后的中水及各污染企业达标排放 的中水经泵站加压由管道输送至中水水库拦蓄，入库后再考虑中水回用，需新建 提水泵站用于农灌，为在汛期腾空水库，新建泄水涵洞。 工程主要内容：l 座水库，2 座泵站，l 座泄水洞，输水管道。 方案：河道型水库方案 对洗河和宁阳沟扩挖、复堤，通过新建洗河泗店拦河闸和宁阳沟古城拦河闸 形成两条河道型水库拦蓄，即洗河水库、宁阳沟水库，水库水深5 2 m 。考虑中 水回用，在泗店拦河闸上游左岸新建泗店泵站，在古城拦河闸上游左岸新建古城 泵站提水灌溉。 工程主要内容：河道扩挖，2 座泵站，2 座拦河闸，输水管道。 方案：利用现有河道加新建拦河建筑物方案 该方案是在充分考虑现有河道拦蓄能力的基础上，在洗河和宁阳沟上新建4 座拦河建筑物进行拦蓄，并进行农田灌溉。 该方案的工程布置是：在洗河上新建后许桥、泗店橡胶坝( 设计桩号分别为 15 山东大学硕士学位论文 4 + 8 7 7 、1 0 + 1 3 6 ) ，在泗店橡胶坝右岸新建l 座提水泵站和6 7 k m 输水管道，引 水入东疏镇缺水区；在宁阳沟新建纸坊、古城橡胶坝( 设计桩号分别为7 + 4 7 8 、 l1 + 1 9 0 ) ，在古城橡胶坝左岸新建提水泵站l 座和输水管道9 5 k m ，引水入乡饮 乡西部缺水区进行农田灌溉。 3 4 2 方案比选 3 4 2 1 方案i 经现场查勘，工程区内没有可兴建水库的有利地形，只能考虑占用耕地，同 时，各污染企业和污水处理厂现状均为经管道排入、桄河和宁阳沟，如果新建平原 水库，必然要改变现状管网分布，造成重复建设。新建水库需要拦蓄中水量1 5 1 4 万m 3 a ，考虑中水灌溉回用以及控制单元允许下泄指标，需拦蓄库容2 8 0 万m 3 。 仅考虑水库工程占地就达11 5 0 亩，征地补偿投资达4 6 0 0 万元；另外，污水收集 需新建中水收集管道；且水库方案运行费用很高，所以，该方案实施难度大。 3 4 2 2 方案、 方案i i 、i i i f 毙够充分利用现有河道的拦蓄能力和现状管网建设，河道为国有 土地，移民迁占任务轻；河道现状无拦蓄建筑物，蓄水影响较小。方案i i 与方案 i 相比，增加了土方开挖和筑堤工程，方案i i 建筑为2 座拦河闸，方案为4 座 橡胶坝，其他建筑物如泵站、管道等没有变化。现就方案i i 和方案可比项做投 资比较，详见表3 1 、3 2 。 表3 - 1方案土方及占地工程量表 方案河流河道扩挖范围挖方筑堤 永久占地弃土占压 ( 万m 3 )( 万m 3 )( 亩) ( 亩) 洗河 3 + 5 5 0 1 0 + 1 3 61 9 0 6 53 3 0 92 8 7 2 4 9 3 2 2 9 方案i i 宁阳沟 3 + 3 9 2 - 1l + 1 9 06 6 7 92 2 9 6 1 2 5 1 61 0 6 4 2 合计 2 5 7 4 45 6 0 5 4 1 2 4 01 0 3 8 7 1 洗河 1 + 3 1 2 1 0 + 1 3 65 9 0 12 8 9 0 2 5 7 1 82 5 7 1 8 方案i 宁阳沟 3 + 9 2 8 l l + 1 9 02 0 1 31 2 3 5 8 4 2 98 4 2 9 合计 7 9 1 44 1 2 5 3 4 1 4 73 4 1 4 7 1 6 山东大学硕士学位论文 表3 2方案、可比项工程投资表 单位：万元 方案挖方填方永久占地弃土占压拦蓄建筑物可比项投资 方案 1 6 9 42 5 85 3 95 4 61 5 0 04 5 3 7 方案 3 8 2 1 5 4 1 5 61 1 2 7 1 8 1 9 注：方案永久占地位于堤防范围内，属国有土地，不列入工程投资。 所以，方案能够充分利用现有河道的拦蓄能力和现状管网建设，具有占地 少、施工难度小、投资少等优点，经综合比较，本次设计采用方案i i i ，即利用现 有河道、修建4 座拦河建筑物方案。4 3 5 工程主要建设内容 3 5 1 洗河 1 宁阳洗河扩挖从设计桩号l + 2 0 5 1 0 + 1 3 6 ，扩挖长度8 9 3 k m ；后许桥橡 胶坝回水段上游连接段从设计桩号1 + 11 2 l + 2 0 5 ；泗店橡胶坝回水段下游连接 段从设计桩号l o + 1 3 6 1 0 + 2 3 7 ； 2 洗河筑堤，从设计桩号1 + 31 2 1 0 + 2 3 7 ； 3 洗河设计桩号l + 8 0 4 2 + 0 0 0 右岸、2 + 2 0 l 2 + 6 9 4 两岸浆砌石挡土墙； 4 洗河拆除废闸l 座； 5 新建后许桥、泗店橡胶坝； 6 新建后许桥、泗店灌溉提水泵站； 7 新建泗店输水管道，长6 7 1 4 m ，经与地方协商，桩号o + o o o 3 + 3 0 0 段 列入本工程投资，其余部分由地方负责建设。 3 5 2 宁阳沟 i 宁阳沟扩挖从设计桩号5 + 0 2 8 11 + 1 9 0 ，扩挖长度6 1 6 k m ，上游3 + 9 2 8 4 2 1 翔j 希成等，南水北调东线一期工程山东境内截污导流工程可行性研究报告，山东省水利勘测设计院， 2 0 0 8 年 1 7 山东大学硕士学位论文 5 + 0 2 8 清淤，下游设连接段1 1 + 1 9 0 l1 + 2 9 0 ： 2 宁阳沟筑堤，设计桩号4 + 8 5 5 - - 11 + 2 9 0 ，共计6 4 4 k m ； 3 宁阳沟拆除废闸1 座。 4 新建纸坊、古城橡胶坝； 5 新建纸坊、古城灌溉提水泵站； 6 新建古城输水管道，长9 4 9 5 m ，经与地方协商，桩号0 + 0 0 0 4 + 2 5 0 段 列入本工程投资，其余部分由地方负责建设。 1 8 山东大学硕士学位论文 4 1 工程设计依据 4 1 - 1 规范、规程 第4 章工程设计 1 、水利水电工程可行性研究报告编制规程( d l 5 0 2 0 - - 9 3 ) ； 2 、水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准( s l 2 5 2 2 0 0 0 ) ： 3 、堤防工程设计规范( g b 5 0 2 8 6 - - 9 8 ) ； 4 、水工建筑物荷载设计规范( d l 5 0 7 7 - - 1 9 9 7 ) ； 5 、橡胶坝技术规范( s l 2 2 7 9 8 ) ； 6 、建筑地基基础设计规范( g b 5 0 0 0 7 - - 2 0 0 2 ) ； 7 、砌体结构设计规范( g b 5 0 0 0 3 - - 2 0 0 1 ) ； 8 、压力钢管制造安装及验收规范d l 5 0 1 7 - - 9 3 9 、国家颁布的其他有关现行规范、规程及技术标准。 4 2 河道工程设计 4 2 1 河道平面设计 4 211 河道设计底宽的确定 根据蓄水库容需求，确定河道底宽。最终确定洗河扩挖设计桩号l + 2 0 5 1 0 + 1 3 6 底宽为4 6 0 m 。宁阳沟扩挖设计桩号4 + 8 5 5 - - 8 + 5 6 9 底宽3 0 0 m ，设计桩 号8 + 5 6 9 l1 + 1 9 0 底宽为3 4 0 m 。 4 2 1 2 河道扩挖设计 回水段扩挖原则：本着以蓄水为目的，兼顾河道防洪的原则进行扩挖设计。 考虑回水末端挖河增容较少，洗河后许桥回水段扩挖至设计桩号1 + 2 0 5 ，宁 阳沟扩挖至设计桩号5 + 0 2 8 。扩挖河段与现状河道增加连接段设计：洗河后许桥 橡胶坝上游设计桩号1 + 2 0 5 断面扩挖很少，与上游未开挖段设计桩号1 + 11 2 之间 设连接段，连接段长9 3 m ，比降l 1 3 0 0 ，连接段宽度邻近治理段一侧为4 6 m ， 1 9 山东大学硕士学位论文 上游侧和现状未开挖段河道宽度相同，中间部分宽度、两岸边坡根据实际地形平 顺连接。 洗河下游扩挖至河道设计桩号1 0 + 1 3 6 ，与下游设计桩号1 0 + 2 3 7 之间设连接 段，连接段长l o l m ，比降l 2 0 0 ，连接段宽度邻近治理段一侧为4 6 m ，另一侧 和现状未开挖段河道宽度相同，中间部分宽度、两岸边坡根据实际地形平顺连接。 宁阳沟上游设计桩号5 + 0 2 8 以上为县城衬砌段，仅考虑回水段内清淤，无需 再设连接段；宁阳沟下游扩挖至河道设计桩号1 0 + 1 9 0 ，与下游设计桩号1 0 + 2 9 0 之间设连接段，连接段长l o o m ，比降l 2 0 0 ，连接段宽度邻近治理段一侧为3 4 m ， 另一侧和现状未开挖段河道宽度相同，中间部分宽度、两岸边坡根据实际地形平 顺连接。 最终确定洗河扩挖段为设计桩号l + 2 0 5 1 0 + 1 3 6 ，扩挖长度8 9 3 k m ；宁阳 沟扩挖段为设计桩号4 + 8 5 5 , - - - l1 + 1 9 0 ，扩挖长度6 3 4 k m 。 4 2 1 3 设计堤距的确定 设计堤距确定原则：河堤堤线应与河势流向相适应，并与大洪水的主流线大 致平行；堤线布置应力求顺直，各堤段宜平缓连接，尽量避免出现急弯；尽可能 利用现有堤防和有利地形，堤线应布置在土质条件较好、比较稳定的地段，尽量 避免软弱地基、深水地段。设计堤心距一般控制在8 0 - l o o m 之间，以最大限度 地减少占地。 设计桩号l + 8 0 4 2