“引丹入城”水利工程建设的必要性与可行性分析

郭乙霏 王文婷

摘 要：拟建的“引丹入城”引入沁阳市区后，可向护城河和天鹅湖供水，设计引水流量0.7m3/s，年引水总量1 051万m3。工程的建设可有效保障沁阳市城市河湖生态环境用水，生态环境和旅游效益显著，促进了区域社会经济的可持续发展。

关键词：工程建设;必要性;可行性

中图分类号：F323.213;S27 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）13-0077-03

Abstract： The proposed "Diversion of Dan into the City" can supply water to the moat and Swan Lake after it was introduced into Qinyang City. The designed diversion flow is 0.7 m3/s and the annual total amount of diversion water is 10.51 million m3. The construction of the project can effectively guarantee the ecological environment water use of the urban rivers and lakes in Qinyang City. The ecological environment and tourism benefits are remarkable， and promote the sustainable development of regional socio-economic.

Keywords： engineering construction;necessity;feasibility

1 工程概况

拟建的沁阳市“引丹入城”工程从庙岭坡电站的退水渠友爱河五支渠分水口处引水，经山王庄镇和西万镇，自北向南依次穿越景明石河、北截排、逍遥石河以及沁河进入沁阳市区，向护城河和天鹅湖供水。工程由引水口、输水管线和穿越工程3部分组成。引水口位于丹西灌区友爱河五支渠节制闸上游附近，由引水渠和引水前池组成，年引水总量1 051万m3，设计引水流量0.7m3/s。输水管线采用有压重力流输水方式，管线起点为友爱河，终点为沁阳市中心天鹅湖，线路总长约13km。管线先后穿越省道S306、S238、景明石河、逍遥石河以及沁河等道路和河道[1]。

2 河流水系及水环境现状

丹河是黄河一级支流沁河支流，发源于山西省高平县北丹朱岭，流经陵川、晋城、沁阳以及博爱入沁河，全长169km，流域面积3 125km2。丹河自常平乡郜疙瘩村西北入沁阳市境内，向南流经西铁村、动铁村等22个村镇，于北金村东南入沁河，境内河长50km，流域面积104km2，是沁阳市境内第二大河流。上游山西省境内20世纪60年代以来，先后在丹河干支流上修建了3座中型水库、23座小（1）型水库和56座小（2）型水库;河南省境内已建青天河水库1座，青天河水库坝址以上控制流域面积2 513km2。

项目区属于暖温带大陆性季风气候，多年平均降水量532mm，多年平均蒸发量982mm。降水量年内分配不均，多集中于6—9月，占年降水量的67%。多年平均气温14.3℃，无霜期180d，多年平均最大风速15m/s。

庙岭坡电站位于沁阳市山王庄镇张坡村北，紧邻焦枝铁路。该电站利用丹西灌区丰收渠在山前形成的自然落差，在不影响丹西灌区灌溉的前提下引水发电。丰收渠是丹西灌区从丹河引水的主要渠道，设计引水流量3.0m3/s，历年平均实际引水量1.0～1.5m3/s。庙岭坡电站总装机容量800kW，2台机组，主要建筑物由引水渠、压力前池、引水管道、厂房、泄水渠（友爱河）及10kV输电线路等部分组成。

天鹅湖位于沁阳城区东北角，古代称其为东湖。现天鹅湖水面面积10.33万m2，平均水深2.5m，蓄水量25.83万m3。天鹅湖系人工开挖形成，运行多年来，由于湖底没有防渗，渗漏严重。现主要通过水南关泵站引沁河水补充天鹅湖的生态环境用水，引水量不能满足天鹅湖和护城河等生态需水。

沁阳市现有3座污水处理厂，污水处理能力17万m3/d。污水处理厂的中水主要回用于沁南工业园区，不能满足天鹅湖和护城河等水系水质及水量要求。

结合以上情况，选用庙岭坡水电站退水作为“引丹入城”补充天鹅湖及护城河等中心城区的水系水源。根据计算，天鹅湖等水系年需水量共955.78万m3，其中天鹅湖年需水量235.19万m3，护城河年需水量411.51万m3，翠蓉湖和水上乐园年需水量1.19万m3，小官河年需水量307.90万m3。确定“引丹入城”工程设计引水流量0.70m3/s，设计年引水量1 051万m3。

3 需水量计算及供水规模确定

本次供水对象为沁阳市中心城区水系，主要包括天鹅湖、护城河、翠蓉湖、水上乐园和小官河，退水经过广利总干渠，最终流入沁河。

3.1 天鹅湖需水量分析

天鵝湖生态需水量为湖区生态需水量和出湖生态需水量之和。生态需水量包括补充蒸发渗漏和维持湖区水质的需水量，出湖生态需水量主要是下游小官河生态基流需水量。

根据测量资料，现天鹅湖水面面积10.33万m2，平均水深2.5m，水体规模25.83万m3。沁阳市多年平均蒸发量1 200mm，多年平均降雨量627mm。天鹅湖的水体渗漏量暂按水体规模20%计算，则补充天鹅湖蒸发渗漏需水量8.78万m3。

通过现场调查，参考相关工程运行情况，天鹅湖换水次数暂按每年5次计算：每年2—6月换水1次;7—9月气温高，水体污染较严重，每月换水1次;10月到来年1月换水1次。考虑到天鹅湖的实际情况，每次换水需8d，换水量20.66万m3，则年换水总量103.30万m3。

出湖生态需水量主要是下游小官河的生态需水量。天鹅湖下游退水口与小官河南北向河道连通，河道长约0.45km，起点位于天鹅湖泄水闸，与东西向河道交汇于县东街和县后街西100m处，河道平均宽1.2m，深2m。小官河的生态需水量123.11万m3，其中补充蒸发渗漏需水量0.04万m3，生态基流需水量123.07万m3。

根据上述分析计算，天鹅湖生态需水量235.19万m3，其中补充蒸发渗漏量8.82万m3，维持湖区水质需水量103.30m3，出湖生态需水量123.07万m3。

3.2 护城河及翠蓉湖等需水量分析

护城河及翠蓉湖等需水量，包括补充蒸发渗漏和河道内最小生态需水量2部分。

3.2.1 补充蒸发渗漏需水量。沁阳市于2008年实施了护城河衬砌工程，对护城河全线进行清淤、衬砌和截污，并新建节流闸形成一定的景观水面。

①现护城河全长5.775km，河宽3～5m。根据护城河闸的断面资料，平均水深按2m计算，护城河水体规模4.64万m3;补充蒸发渗漏需水量按照水体规模的5%计算，为1.28万m3。

②翠蓉湖位于护城河西北角顶点处，进水口与护城河东线连通，没有退水渠道，入湖生态需水量只考虑湖区生态需水量、补充水体的蒸发和渗漏。现湖面面积约0.83hm2，平均水深约1.8m。按照水体规模的20%计算，蒸发渗漏需水量为0.68万m3。

③水上乐园位于怀府东路与商埠大街交叉口正南100m处，进水口与小官河东西向河道連通，有退水渠道，入湖生态需水量只考虑湖区生态需水量、补充水体的蒸发和渗漏。现湖面面积0.60hm2，平均水深2m。按照水体规模的20%计算，蒸发渗漏需水量0.51万m3。

④小官河最早修建于元朝，总长约3.3km，其中：东西向河道长约2.07km，起点位于护城河西北角顶点沿护城河西段河道向南200m处，并与护城河西段河道连通，终点与南北向河道交汇于县东街和县后街西100m处，河道宽1.2～1.5m，深2m;南北向河道长约0.45km，起点位于天鹅湖泄水闸，与东西向河道交汇于县东街和县后街西100m处，河道平均宽1.2m，深2m;东西向河道、南北向河道交汇后，向东南方向于和风桥处汇入护城河，此段河道长0.7km，河道平均宽1.5m，深2m。按照水体规模5%计算，小官河蒸发渗漏需水量0.23万m3。

综上所述，护城河及翠蓉湖等补充蒸发渗漏需水总量为2.7万m3。

3.2.2 河道内最小生态需水量。综合考虑沁阳市和护城河现状、已有资料情况，河道内生态需水选择水力学方法中的R2CROSS法进行计算。根据R2CROSS方法，按照保证河道内0.3m/s的流速，护城河河道内生态需水量为410.23万m3，小官河河道内生态需水量为307.67万m3。

3.3 供水规模确定

综合以上计算分析，天鹅湖、护城河以及翠蓉湖等水系年需水量955.78万m3，其中天鹅湖需水量235.19万m3，护城河需水量411.51万m3，翠蓉湖和水上乐园年需水量1.19万m3，小官河需水量307.90万m3。确定“引丹入城”水利工程设计引水流量0.70m3/s，设计年引水量1 051万m3。

4 工程建设的必要性

4.1 是建设沁阳市水生态文明城市、促进沁阳市崛起的需要

沁阳市因位于沁水之北而得名，是河南省25个重点发展县（市）之一，主要经济发展指标在全省、市（县）中居前列，属经济发展良好的城市。但是，水资源总量不足，属严重的资源型缺水城市。城区天鹅湖、护城河等河湖水体污染严重，生态用水得不到保障，导致水体纳污能力下降，水体自净能力严重减弱，不能满足水生态文明城市建设需求。因此，实施“引丹入城”，可有效保障沁阳市城市河湖生态环境用水安全，改善生态环境，促进区域社会经济可持续发展。

4.2 是落实沁阳市城市总体规划、建设宜居城市发展的需要

《沁阳市城乡总体规划》（2014—2030）提出：沁阳市规划形成“碧水融城、双核驱动、四轴延伸、六区共进”的空间布局结构。本次“引丹入城”水利工程是根据《沁阳市城市城乡总体规划》（2014—2030）要求，从丹西灌区友爱河引水，补充沁阳市中心城区水系的生态环境用水，将沁阳市中心城区水系构建成为城市的生态廊道，以发挥中心城区水系在城市发展中的纽带作用，在改善城市生态环境的同时，提高城市品位。

4.3 是实施中原经济区发展战略，加快建设生态城市的需要

河南省城镇发展战略提出构建以郑州市为中心的中原城市群，大力发展区域中心城市，增强其吸引力和辐射力，积极发展小城市和小城镇。沁阳市作为中原经济区的重要组成部分，积极响应中原经济区规划提出的建设生态城市和生态功能区的要求，科学规划，打造中心城区城市景观水系，完善中心城区水系的生态功能和景观功能，对于促进中部地区崛起、加快中原经济区建设具有重要意义。

5 工程建设的可行性

5.1 水源水质有保证

“引丹入城”水源主要为庙岭坡水电站退水。根据庙岭坡水电站设计报告，该电站利用丹西灌区丰收渠引水，汛期设计引水量3.0m3/s，引水时间60d，非汛期设计引水量1.0m3/s，引水时间305d。从庙岭坡水电站历年引水量统计分析，非汛期实际引水量均大于设计引水量。汛期实际引水量在保障灌区需水的前提下，能够满足本次工程的引水量。此外，根据沁阳市环境监测结果，友爱河水体水质达到地表水Ⅲ类标准，符合生态环境用水的要求。

5.2 全线自流，不涉及拆迁，施工难度小

工程范围内地势北高南低，利用自然高差，采用管道有压重力流输水方式，从友爱河直接取水，管道取水口高程160m，管道进出口水头差43m。由于全线采用管道输水，沿线无生活污水汇入，水质有保证。管线沿五支渠西侧向南铺设，穿越省道S306，在万南村东侧斜向西南方铺设，在石庄村北侧穿越省道S238后沿省道S238西侧布置，沿线穿越景明石河、省道S238、逍遥石河、北截排以及沁河等。管线进入主城区后，沿旧渠道铺设至护城河，一部分流入护城河，一部分沿护城河向东铺设至天鹅湖西北角。工程采用水平向钻方案，将一次性穿越沁河、逍遥石河以及北截排，施工技术成熟。

5.3 经济评价

“引丹入城”水利工程总投资5 142.08万元，工程实施后其生态环境和补水效益539万元。由于该工程属社会公益性项目，主要进行国民经济评价。评价以经济内部收益率（EIRR）、经济净现值（ENPV）和经济效益费用比（EBCR）等经济指标表示。经计算，经济内部收益率13.85%，大于8%的社会折现率;经济效益费用比1.75，大于1;经济净现值3 993万元，大于0。可见，各项经济指标满足规范要求，工程在经济上具有可行性。

参考文献：

[1]黄河勘测设计有限责任公司.沁阳市“引丹入城”水利工程可行性研究报告方案[R].2016.