铅山县供水工程方案对比分析

刘 洋，刘仁德

(江西省水利规划设计研究院，江西 南昌 330029)

1 概述

铅山县隶属江西省上饶市，位于江西省东北部，上饶市的西南部，位于“南昌—鹰潭—上饶—衢州”的赣浙产业协作发展轴上，有着良好的发展机遇。经济社会发展和城市化进程加快，导致城市用水量日益增加，城市供水保障与安全是保障区域经济持续发展的重要物质基础[1-2]。

铅山县城区现有城南水厂1座，2016年城南水厂供水规模扩大至6.0万m3/d，水厂取水水源为规划的清潭水库下游河水，取水口距规划坝址约200 m。由于清潭水库目前还在设计阶段，铅山县供水部门利用取水口上游约920 m处的拦河矮坝，拦蓄上游伦潭电站发电尾水和区间来水、抬高河流水位，并在拦河坝坝前右岸修建1条引水渠，河水通过引水渠流至取水口。经近期调查，伦潭水库与规划清潭水库河段水质均能满足供水要求。依据《铅山县城市总体规划》(2015—2030)及《室外给水设计标准》(GB 50013—2018)，铅山县供水水源地可采用伦潭水库或拟建的清潭水库库水[3-4]。

伦潭水库位于上饶市铅山县境内信江水系铅山河支流杨村水中游天柱山乡境内，坝址距县城约50 km， 是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电、供水等综合利用的大(Ⅱ)型水利枢纽。伦潭水库挡水建筑物为碾压砼单曲拱坝，水库总库容为1.798×108m3，水库正常蓄水位为252.00 m，汛限水位为250.00 m，死水位为230.00 m。伦潭水库目前已建成并投入运营，结合其他防洪措施，可使下游杨村水两岸防洪标准由5年一遇提高到20年一遇，铅山河两岸的防洪标准由10年一遇提高到20年一遇。伦潭水库发电为引水隧洞发电，引水系统布置在大坝的左岸，引水隧洞进口位于大坝上游约57 m处，引水发电隧洞总长约3.3 km。伦潭电站位于清潭村下游的黄土潭村附近，距坝址约7 km，为引水地面式厂房，厂内装机容量为40 MW，多年平均发电量为8 081×104kW·h。

规划的清潭水库坝址位于港东乡政府上游约1.2 km的峡谷出口处，距离伦潭坝址约10 km 。清潭水库正常蓄水位为139.0 m，死水位为136.0 m。设计洪水位为142.27 m，校核洪水位为143.17 m；水库总库容为626×104m3，调节库容为137×104m3；大坝采用混凝土重力坝，最大坝高为22.2 m，坝长为160.0 m，堰顶高程为139.0 m。大坝左岸上游约0.7 km设置一副坝，土石坝结构，最大坝高为4.5 m，坝顶宽为3.0 m，坝长为30 m，上下游边坡为1：2.0。坝后式厂房装机为3.2 MW，副厂房与升压站布置于主厂房左端侧，主厂房、副厂房、升压开关站依次布置，发电尾水直接进入新港东电站引水坝前的库内。清潭水库为铅山河支流杨村水规划梯级开发中伦潭水库下游的反调节水库，目前处于设计前期工作中。

2 供水工程现状及供水规模预测

铅山县现有供水管线起点位于港东村棺材棚取水口，管线全长为28.35 km，途经葛仙山乡、永平镇、永平铜矿、河口镇、新滩乡等地。现状引水管线采用DN1 000预应力钢筒混凝土管自取水口接出，管线终点为城南水厂，水厂地面高程约54 m。经近期调查，虽然伦潭水库至棺材棚河段现状水质能满足供水要求，但由于现状供水工程主要依靠上游伦潭水库下泄流量和电站尾水提供水源，而伦潭电站为调峰电站，发电下泄流量不均匀，因此，城南水厂取水水源的可靠性无法保障，取水保证率低。

本工程供水对象为铅山县城乡居民综合生活用水和企事业生产用水。经预测分析，设计水平年2030年铅山县供水工程总需水量为11.71×104m3/d，年需水量为4 273×104m3。根据《室外给水设计标准》(GB 50013—2018)，本供水工程水厂原水输水管道损失水量和水厂自用水两项用水总量，可按总取水量的8%取值，为372×104m3。因此，2030年铅山县供水工程年取水量总计为4 645×104m3(12.73×104m3/d)，相应日均流量为1.47 m3/s。最高日城市综合用水日变化系数取1.3，得铅山县供水工程取水规模为16.54×104m3/d，则输水管设计流量为1.91 m3/s。

3 可选择的供水方案

无论是直接从伦潭水库取水，还是从规划的反调节水库清潭水库取水，饮用水主要来之于伦潭水库，对于任何一种取水方案，伦潭水库库周污染源均为治理范畴。为满足铅山县供水需求，根据现状了解情况及水文、水量、水质、污染源的分析结果，初步拟定4种供水取水方案进行比选。各方案工程布置示意见图1。

图1 工程布置示意

3.1 方案1

该方案为清潭水库取水方案，取水口为待建的清潭水库坝前取水口。由于伦潭水库至清潭水库区间存在生活污水污染源和选矿厂遗迹地，为保证清潭水库水质、满足供水要求，本方案伦潭至清潭水库间区间污水采用工程措施导出清潭水库。

根据现状地形、伦潭水电站布置及污染源分布情况，伦潭水电站厂房尾水以下无污染源，拟在电站尾水处河道选取适当位置修建截污抬水坝，坝前修建排水口，沿山坡修建导排渠，将伦潭与清潭区间污水排至清潭水库下游，建设清潭枢纽，保证清潭水库水质，满足铅山县供水要求。

根据地质资料，拦污坝场址表层为第四系及全强风化层，开挖量较大；导污明渠沿线存在渗漏问题，需进行全断面衬护。

该方案截污抬水坝采用砼重力坝形式，最大坝高约10 m，长约70 m。坝顶高程为162 m，坝基高程为 152 m，顶宽为5 m，上游侧直立，下游侧坡比为1:0.7。抬水坝右岸坝段设2 m宽泄流孔，泄流孔下游接消力池，消力池尾部接导排渠。导排流量按年最枯4个月(10月—次年1月)最大月均流量的多年平均值0.99 m3/s考虑。导排渠沿山侧布置，采用预制砼箱涵，纵坡为0.005，断面尺寸为2 m×2 m，长为4.50 km。

该方案需建设清潭枢纽，清潭水库库水为伦潭电站发电尾水及区间来水，近年水质较为稳定，水质良好，满足要求。在枯水期间，区段生活污水和选矿厂遗迹地的地表径流通过导排，不进入清潭水库，在一定程度上减小了清潭污染负荷；但大于导排流量时，生活污水和选矿厂遗迹地的径流，同雨水仍能进入清潭水库。故本方案仍需利用清潭水库的自净作用。

3.2 方案2

该方案为新建清潭枢纽取水、污染源治理方案。取水口为待建的清潭水库坝前取水口，由于伦潭水库至清潭水库区间存在生活污水污染源和选矿厂遗迹地，为保证清潭水库水质、满足供水要求，伦潭至清潭水库区间污染源采用截污治污措施进行处理，修建清潭枢纽。各污染源截污治污措施根据专项情况进行治理。

该方案需建设清潭枢纽，库水为伦潭电站发电尾水及区间来水，近年水质较为稳定，水质良好，满足要求。污染源处污水虽然经过处理，但排放口仍然处于饮用水源地保护范围。若从清潭水库取水，清潭水库坝址至伦潭水库坝址之间整个杨村水河段均为饮用水源保护区，该河段禁止新设立排污口，故从环境保护考虑，该方案与饮用水源保护有关规定相抵触。

3.3 方案3

该方案为伦潭电站压力钢管取水方案。由于伦潭水库库水已通过引水发电隧洞引至伦潭电站，为减少供水管线长度，该方案取水口放置于伦潭电站压力钢管前，从伦潭水库取水，保证水质。

根据伦潭发电站布置及供水规模，于伦潭电站引水隧洞末端压力钢管设置分岔管。该方案需对伦潭电站压力钢管进行改造，拆除岔管处原砼及钢结构，改造完成后对破坏的电站厂区路面等设施进行恢复。岔管后接一发电机组，装机1.6 MW。在增设的发电机组尾水处接供水管线，采用DN1 200球墨铸铁管，管线沿县道及河边山地布置，终点接清潭现状已建取水口，管线总长约3.62 km。

为补偿铅山县城供水引起的伦潭电站发电损失，使伦潭水库发挥原有效益，经估算，该方案需在伦潭电站引水隧洞末端增设一台装机为1.6 MW的小机组，该小机组发电水头与伦潭电站基本相同。若新建发电机组由伦潭电站统一管理，则伦潭电站发电流量和发电水头基本不变，不会减小伦潭电站发电量，造成发电效益损失。若新建小机组不归伦潭电站管理，则伦潭电站因为损失了平均1.47 m3/s的发电流量，造成电站年发电量减少1 125×104kW·h，年发电效益损失436万元(上网电价为0.388元，下同)。

从环保考虑，该方案上游取水口为伦潭引水发电隧洞取水口，近年水质较为稳定，水质良好，满足要求，但长期运行可能存在低溶解氧现象，应进行合理调度运行。若出现低溶解氧现象，则要通过后期复氧工程措施进行解决。该方案1级保护区内无污染源，2级保护区存在香榧基地、村庄、农田等面源污染，需要进行综合整治，但不构成制约因素。

3.4 方案4

该方案为直接从伦潭水库库内取水。为保证长期引用伦潭水库良好水质的水源，避免后续可能出现的复氧工程的投入，拟在伦潭水库发电隧洞进水口一侧山脊处新建分层取水口，取水口高为27.4 m，底板高程采用伦潭水库死水位为230.00 m，取水塔顶高程采用坝顶高程为257.40 m，在不同高程共设4处进水口。取水口进水闸后山体中开挖压力引水隧洞，洞径为 1.8 m，总长为2.11 km。引水隧洞处弱下至微风化岩体中，围岩类别属Ⅲ类，进、出口洞脸边坡采用喷砼护坡处理。管线沿线主要为第四系地层及全强风化层，地质条件简单。

引水隧洞出口位于伦潭水库下游石涵村处，出口处增设一装机0.32 MW贯流式发电机组。机组尾水处接供水管线，采用DN 1 200球墨铸铁管及预制砼箱涵，管线沿县道及河边山地布置，终点接清潭现状已建取水口，管线总长为6.96 km。

为尽量减少伦潭水库由于供水引起的伦潭电站电量损失，经估算，该方案发电机组多年平均发电水头约30.5 m，比伦潭电站多年平均发电水头低70.5 m。若新建小机组由伦潭电站统一管理，由于电站平均1.47 m3/s发电流量的水头减少了70.5 m，造成电站年发电量减少722×104kW·h，年发电效益损失280万元。若新建小机组不归伦潭电站管理，则伦潭电站因为损失了1.47 m3/s的发电流量，造成电站年发电量减少1 125×104kW·h，年发电效益损失436万元。

从环保考虑，该方案2级保护区内存在香榧基地、村庄、农田等面源污染，需要进行综合整治，但不构成制约因素。近年水库水质较为稳定，水质良好，满足要求，但该方案施工难度及投资均较大。

4 供水方案比选

方案1与方案2取水口上游均存在污染源，污染源问题均不能彻底有效解决，从环保考虑均不能保证供水水源水质，与环保相关规定相抵触，故不推荐采用。从环保、施工难度、投资等方面综合考虑，方案3水源能满足环保要求，施工难度较低、投资较少，明显优于方案4，故方案3较优。

各方案特性及优缺点对比见表1所示。

表1 供水方案对比

5 结语

从环保方面考虑，若取水口放置于清潭水库，则伦潭水库与清潭水库区间的污染源引起的水质污染无法得到有效控制，故不推荐采用清潭水库取水方案，即方案1与方案2。

根据表1各方案主要对比情况，从环保方面，方案3与方案4水源符合环保要求、对水源地保护有利；从投资方面，方案4投资比方案3大得多，方案3明显优于方案4；从施工难度方面，方案4管线长、需修建长距离隧洞和库区高围堰，施工难度明显大于方案3；方案3虽然施工时需对伦潭电站压力钢管进行改造，不利于现有电站运行，但通过增设小机组对损失电量进行补偿并在施工期进行额外补偿等措施可解决以上问题。

综合各方面因素，方案3较优，即伦潭电站压力钢管取水方案进行铅山县供水较为经济合理。