珠江三角洲水资源配置工程思路研究

2019-08-07杨园晶

水利规划与设计 2019年7期

戴韵，杨园晶，黄鹄

(中国市政工程西北设计研究院有限公司深圳分院，广东深圳 518100)

1 研究背景

珠江三角洲位于广东省中南部，其经济发展和水资源配置不均衡，经济、人口重心在东部，而水资源重心在西部[1]。为解决水资源配置不均衡的问题，广州市已于2010年实施了西江引水工程，将西江水引入石门、西村、江村三大水厂，供给广州市中心城区使用[2]。而南沙区地处广州市东南角，毗邻东莞虎门，位于广州市西江引水工程的供水范围之外，其现状取水点为沙湾水道，受咸潮影响，取水水源品质难以保证。位于广州以东的东莞市和深圳市，其主要供水水源为东江，但是东江的水资源开发利用率已达到极限，不宜再增加取水量。水的供需失衡成为困扰三地经济社会发展的瓶颈。因此，广东省决定实施珠江三角洲水资源配置工程，从西江引水，以解决或缓解广州南沙区和深圳、东莞等城市发展所面临的水资源缺失问题。

2 引水方案简介

珠江三角洲水资源配置工程总引水规模为80m3/s，其中广州南沙、东莞和深圳的供水规模分别为：20、20、40m3/s。工程远期2040年设计年供水量18.11亿m3，广州南沙、东莞和深圳的供水量分别为：5.54亿、4.10亿、8.47亿m3。

珠江三角洲水资源配置工程项目建议书方案(以下简称“项建方案”)分为南线方案和北线方案，其中北线方案为推荐方案。北线方案为：从取水口(佛山市顺德区杏坛镇鲤鱼洲西江干流)至输水终点深圳市公明水库采用四级泵站提升，设计总扬程为152m。输水交水点分别为广州市南沙区高新沙围水库(规划新建)、东莞市松木山水库和深圳市公明水库。输水干线总长度为92km，包括从取水口至高新沙围水库DN4800双管41.6km(单管长度)，从高新沙围水库至深圳市罗田水库DN6400单管50.4km。东莞支线，从罗田水库至松木山水库DN4800输水隧洞4.1km。深圳支线，从罗田水库至公明水库DN5400输水隧洞1.5km和DN4800输水隧洞11.8km，如图1所示。

图1 项建方案的平面图

3 方案分析

3.1 输水方式

长距离调水工程的输水方式有多级压力提升和自流末端提升。前者管道埋深较浅，施工工法受地面环境和地质条件的影响较大，需要设置多级泵站，运行和管理费用高；后者系统简单，但是管道埋设深度大，施工难度大，末端泵站扬程高。珠江三角洲地区河网密布、河道错综复杂，作为冲积海积平原，受咸潮影响较大，地质条件相对较差。如采用多级泵站提升的输水方式，管道埋深浅，开挖放坡大，施工占地多，受外界环境影响大，对沿线建筑设施的干扰也大，而且临时支护、导流、迁改的费用较高，相比之下，地下深埋隧洞的自流输水方式更适合本地区。

项建方案采用四级提升压力输水，加压泵站需设置大型压力释放井和调蓄池，使工程造价和能耗增加。在运行过程中由于不能在管道上直接串联加压，前一级泵站的余压会在后一级泵站中释放，加之泵站的多次水头损失，造成系统的能量浪费。另外，压力系统正常运行所需的运行费用较高。因此，不管是在能耗方面还是在造价和运行管理方面，珠江三角洲水资源配置工程采用泵站多级提水的方式均不是最节约、最绿色的方案。

3.2 交水点

广州市南沙区交水点高新沙围水库为规划水库，在平原河网地区修建水库占地多、成本高，坝体、库岸基础处理以及防渗处理的工程量和投资较大。另外，高新沙围水库目前仍在规划阶段，需要与珠江三角洲水资源配置工程同步建设，水库建成时间直接决定了引水工程的通水时间。

东莞市交水点为松木山水库，水库流域范围涉及多个工业镇，部分镇区仍为合流制系统，点源污染和面源污染严重，导致水库为Ⅴ类水质，部分时个别指标甚至达到劣Ⅴ类水质[3]。而对水库的治理涉及多条入库河道的综合整治、多个工业镇的产业升级等，涉及范围广，治理难度大，所需时间和治污效果都不明确。而工程所引的西江水水质为Ⅱ类标准，若原水输送至松木山水库调蓄，与水库中较差水质的存水混合后再净化，虽有利于提高水库水质，但是丧失了调引优质原水的初衷和优势，增加了水厂水处理的难度和费用。另外，东莞市中北部含松木山水库在内的水库联网工程已与东江联通，而在经济发达的南部地区淡水资源缺乏，因此宜将交水点设置于东莞南部，形成对峙供水格局，将更利于整个城市的供水网络布局。

3.3 区域供水保障性

珠江三角洲水资源配置工程是统筹东、西、北三江水资源、实现珠三角东部地区城市群多水源战略、提高区域应急备用能力的重要工程。受水区未来对西江引水的依赖程度较高。由于受水区地处河网密集区，修建大型调蓄水库的条件非常有限。一旦发生供水事故，东莞市、深圳市尚有东江供水补充，而广州南沙、中山、顺德位于珠江口西岸，难以利用东江水资源，本地水资源开发利用潜力有限，系统应变能力较差。可以考虑借工程的修建，从珠江三角洲区域水资源合理配置着眼，提出东、西江连通方案，两江水源互为补充，提高系统抗风险能力，进一步优化区域水系连通工程布局，全面提升珠江三角洲城市水网系统的安全性和稳定性。

4 方案研究

4.1 输水方式的选择

研究方案的输水方式采用深埋大口径单隧洞自流输水，用水端泵站提升。考虑到枯水期和检修期的反向供水，输水干线全线设计规模采用80m3/s，管径为DN6500，管道坡度0.5‰，管内流速2.5m/s。管道采取深埋的方式，取水口处埋深13m，广州南沙区分水点处埋深36m，东莞分水点处埋深47.5m，深圳取水点处埋深57.5m。

长距离自流输水在我国已有多项成功的工程案例。例如我国新疆地区古老的坎儿井工程，将天山雪水汇聚成地下河，通过地下暗渠顺地势自然流动，为荒漠里的绿洲提供水源。20世纪50、60年代，新疆大约有坎儿井1700条，其中吐鲁番就有1158条，总长约5000km，出水量在3亿m3以上[4]。辽宁大伙房水库输水工程，采用盾构法建设全长85.32km的自流输水隧洞[5]，将东部流域的水源引至大伙房水库，供辽宁省中部地区6城市用水。工程设计输水流量为70m3/s，多年平均输水量达17.88亿m3[6]。还有南水北调西线工程的代表性方案也采用长距离自流引水[7]，从长江上游支流雅砻江、大渡河等长江水系调水，利用自流引水隧洞穿过长江与黄河的分水岭巴颜喀拉山，调水入黄河。

采用自流引水，工程安全性提高，中途无须串联加压，集中在用水端进行提升，大型泵站投资减少，也无泵站节点能量浪费，运行费用低。沿途各城市、各水厂可在自流系统旁结合水厂设置提升泵站，分别提取各自规模的水量，取水量等于用水量，能源不浪费，分摊电费十分清楚。沿途流量分配调整对整体运行和运行费用影响不大。用水端提升泵房可采用深井泵房。深井泵房在我国长江沿线运用较多，如上海陈行水库长江取水泵房[8]，设计总规模为140x104m3/d，泵房内径和高度均为28m，取水泵房投产后运行良好，其经济、社会效益十分明显。

采用深埋隧洞输水，管道埋深大，沿线穿越珠江三角洲河网区，可从河底深处穿越，不影响各河流水域，无临时导流或河道改线工程；穿越城市对当地市政基础设施几乎不影响，征地拆迁量少，尤其临时征地量，管线、道路迁改工程量大幅减少。

采用单隧洞，相比于多管输水，其造价大幅降低；相对小口径管道，大口径管道的沿程水头损失小；无论满流、非满流，输水隧洞内均可保持一定流速，维持管内冲淤、冲沙。

输水主线全线采用盾构法施工。盾构法已是一项比较成熟的地下工程施工技术，在我国已成功用于多项地铁工程、长距离跨江越海隧道工程和铁路、公路、市政等隧道工程[5]。在珠江三角洲水资源配置工程中，采用盾构的方式通过隧洞穿越狮子洋，隧洞高程已在河底50～60m以下，在基岩层穿越，工程实施容易，安全性提高，且造价减少。

4.2 交水点选取

一般长距离引水工程在考虑各受水区现有水厂布局和未来规划的基础上，输水线路应力求顺直，不宜一味迁就各地的取水点和水厂布局，而造成引水主线路过长。同时此工程西江水作为优质的Ⅱ类水，宜原水直接进厂，既能节省调蓄过程的水头浪费，又可直接处理Ⅱ类水，相比于混合后的水源减少处理难度。多余的水可再进水库调蓄。

基于此，建议深圳市交水点设置在大空港水厂(深圳市宝安区西部)，原水直接进厂，剩余水量再转输至公明水库调蓄，此转输管又能作为水厂在引水工程检修期的备用原水管。这种交水方式既能马上解决深圳市宝安区西部缺水的“近渴”，又能避免原水入水库调配过程中耗时、耗能、耗资的问题。东莞市可在南部填海区新建水厂作为交水点，缩短干线引水距离，并与东江水源的水厂形成对峙式供水格局。广州市南沙区宜直接交水至横沥镇水厂，工程通水不再受高新沙围水库建设的制约。

4.3 东、西江连通

引水工程需考虑枯水期、检修期、供水事故等情况下的水源补充调配问题。初步考虑开凿一条同管径输水隧洞，东、西方向分别延伸至东江、西江，从东、西江引水，可在供水事故期、检修期和枯水期相互调度，实现单线双水源，不仅能提高供水保障度，而且各市东、西江联合调度的工程投资和检修期的调蓄工程投资可大幅减少。

4.4 方案平面

珠江三角洲水资源配置工程输水干线长度70km，其中从取水口至南沙分水点45.8km，从南沙分水点至干线终点东莞分水点24.2km。深圳支线从东莞分水点至深圳取水点5.4km。从东江取水口至西江连接段48.2km。研究方案的平面图如图2所示。

图2 研究方案平面布置图

4.5 技术经济比较

将项建方案与研究方案进行技术经济比较，可以看出：相比于项建方案，研究方案征地拆迁量少、施工工法成熟、投资和运行费用少，并且原水直接进厂，能够使广大市民直接使用到优质西江水。

研究方案工程投资为163.29亿元，包括西江引水工程投资114.91亿元，及为保障供水安全而增加的东江连通段投资48.38亿元。相较于项建方案，研究方案节省投资约220亿元，主要体现在：无需建设高新沙围水库，大型泵站的建设费用及征地拆迁费用大大减少，而且管线部分的投资也有所下降。此外，工程的运行管理费用及各市新建水厂的水处理费用也会相应减少，见表1。

5 结语

珠江三角洲水资源配置工程是广东省为解决广州市南沙区、深圳市和东莞市等地区缺水问题而推进实施的水资源调配战略工程。工程研究方案采用深埋大口径单隧洞(盾构)自流输水、原水直接入厂的方式，并将西江与东江连通。与项建方案相比，研究方案在技术和经济上具有一定的优势。在工程初步设计中，研究方案已部分落实，对研究方案的相关技术问题正进一步论证，以期更好的指导设计。