建设项目水源方案论证实例分析

2021-01-07张笮娜袁丽娜

黑龙江水利科技 2021年3期

张笮娜，黄凯，袁丽娜

(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵阳 550002)

1 项目概况

沿河土家族自治县位于贵州省东北角、铜仁地区北部、乌江下游，县域面积2468.8km2，乌江流经沿河境内132km，水资源丰富，被称为“乌江百里画廊”。小溪水库为沿河县列入贵州省“十三五”水利发展规划的中型水库，工程任务为向沿河县中心城区供水。本次结合乌江水源、沿河县城现状供水及乌江水质处理与小溪水库供水的经济性，进一步论述小溪水库建设项目的必要性，通过分析论证，选定沿河县城水源配置的最优方案。

2 受水区分布基本情况

供水对象为沿河县中心城区(含老城区、沙子及中界片区)，老城区处于坝坨河与乌江汇口下游，高程分布在400-350m，该片区规划水厂为位于沙陀电站右岸的土地坳水厂，进水池高程437.4m；沙中片区处于乌江右岸山脊背后的低洼地带，高程分布在500-600m，该片区规划水厂为峡门口水厂，进水池高程600m。

3 需水预测

经需水预测分析，水资源供需二次平衡可知，供水范围在充分考虑节水、中水利用及当地水资源优化配置情况下，仍缺水1968万m3，供水能力不能满足未来社会经济可持续发展要求，其中，2030年老城片区水源缺水量达694万m3，沙中片区水源缺水量达1274万m3。为满足社会经济发展需求，需寻求新的供水水源方案。

4 受水区附近的水资源分布情况

根据受水区水资源及水利水电工程分布特点分析，受水区主要沿乌江及乌江二级支流坝坨河分布，附近现有的水源点有峡门口水库，乌江沙陀电站库区提水及坝坨河支流小溪水库供水。

4.1 峡门口水库

峡门口水库位于贵州沿河土家族自治县中界乡境内的乌江二级支流沙子河中上游，是一座兼有防洪、灌溉、发电等综合效益的已建中型水库。水库正常库容800.6万m3，死库容60万m3，水库正常蓄水位578.90m，死水位557.62m，水库主要供水区域是水库下游至沙子南庄村一带，原设计灌溉面积700hm2。至2030年根据沿河县城总体的发展规划，经初步分析原设计灌区有一部分将变成县城用地，但结合“高水高用，近水近用”的水资源配置原则及全县水资源开发利用规划布局，可将水库附近地势较高的晓景乡村镇供水纳入峡门口供水范围，同时如考虑峡门口水库兴利库容全部调整为城镇供水，经复核最大城镇供水量(P=95%)1316万m3，也不能满足沿河县城2030年缺水量1967万m3，也还需另找水源解决沿河县的缺水量。从水资源配置分析峡门口解决附近用水更合适[1]。

4.2 乌江沙陀电站

沙沱电站位于坝坨河与乌江汇口处，沿河老城区上游，距主要供水对象沿河县中心城区仅1km。从沙沱水电站库区取水具有取水条件较好、线路布置短等优势，但水库死水位较低，乌江水质较差，需涉及高扬程提水及水深度处理。

4.3 小溪水库

小溪水库位于坝坨河与支流坨井河汇口以上1km处，具有水质条件好，水源稳定等优势。上游无乡镇及县城，水质相对较好，淹没影响小，且河道平均比降为7.50‰，相对较陡，建坝位置河床高程较高，建坝成库后可自流解决受水区大部分供水。

5 受水区水源方案拟定

初步分析沿河县县城周边水源情况：沿河县县城现状取水为乌江提水以及峡门口水库减少灌面后的优化供水，规划水源有沙陀电站取水(乌江提水)以及小溪水库。根据乌江的调度原则以及水质监测结果来看，乌江取水具有受到航运、发电以及上游工矿企业排污影响等多重风险，全年不定期水质会超出地表水饮用标准中的Ш类标准，处理成本较高，饮水安全风险较大[2]。小溪水库水质好，上游无污染因素且工程经济性也较好，由小溪水库先置换现状乌江提水水源，设计水平年后若有合适的水源再逐步置换沙陀电站取水，将乌江水源作为沿河县城备用水源，待将来乌江水质彻底变好，且沿河县城又有更大的用水需求，再由乌江提水。乌江提水与小溪水库两个水源方案比较采用相同供水效益比选。

两水源方案均只考虑向县城供水，受水区供水规模及供水末端位置高程均一致，按供水同效益进行比较，总供水量为1968万m3，输水终端为峡门口水厂(高程600m)及土地坳水厂(高程437.4m)。

6 水源方案比选

水源方案的比选从工程布置、地质条件、施工条件、水质监测、工程投资及后期运行费用等几个方面进行比较。

6.1 工程布置

小溪水库方案为：从枢纽取水后采用管道自流输水至干管末端分为两个支管，左支管自流输水至土地坳水厂，右支管经泵站提水至峡门口水厂，泵站装机2130MW，提水设计扬程为175m，管道均为单管铺设。

乌江沙沱电站提水方案为：取水泵站位于沙沱电站坝址上游1km处的淇滩乡政府附近。结合地形及考虑乌江航运影响，取水建筑物采用岸边圆筒式泵站。

至老城土地坳水厂提水输水线路为：泵站(扬程90m)→440m高位水池→输水管道→老城土地坳水厂，线路总长1.5km。

至峡门口水厂提水输水线路为：泵站(扬程275m)→620m高位水池→输水管道→峡门口隧洞→管道→峡门口水厂，线路总长11.5km。

6.2 地质条件

小溪水库及乌江提水方案沿线地层均为桐梓组灰岩夹页岩、灰岩和白云岩互层；红花园组灰岩夹少量白云质灰岩，地质条件相当。

6.3 施工条件

小溪水库输水沿线均有公路分布，需从现有乡村公路新建临时道路至主要水工建筑物附近及弃渣场，场内交通运输除利用场区内现有的道路外，还需新建部分场内施工临时公路，管线沿公路铺设，施工方便。

乌江提水至峡门口水库周围乡村公路较少，需要新建及改建公路工程量较大，场内交通运输除利用场区内现有的道路外，还需新建的部分场内施工临时公路。乌江提水方案泵站规模较大，在沙沱库区修建泵站，施工难度大，施工临时工程造价高。

6.4 水质监测

小溪水库监测结果水质评价均达到或优于Ⅲ类。现状水质评价为《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类标准，水质较好，达到生产、生活用水水源地的水质要求。

乌江近年水质监测资料表明，乌江部分流域治污形势严峻，乌江水质不稳定，个别月份水常年氮、磷严重超标，现状水质不足以满足城镇集中供水要求，存在供水风险。

6.5 工程投资

小溪水库工程直接投资包含水库、大坝及输水建筑物土建投资、机电设备及安装工程、金属结构设备及安装工程、施工临时工程，总投资52742万元。乌江沙沱库区提水工程直接投资包含泵站及输水线路土建投资、机电设备及安装工程、金属结构设备及安装工程、施工临时工程，投资合计20540万元。

从直接工程投资看，小溪水库项目涉及水库淹没、新建大坝等投资，乌江提水直接从乌江沙沱电站库区提水，投资较节省。

6.6 运行费用

小溪水库输水线路采用自流输水至土地坳水厂，泵站提水至峡门口水厂。除了涉及土建投资，还涉及泵站提水运行费用，泵站提水扬程175m，提水流量0.488m3/s，每年提水耗电量为945kW·h，考虑一般工商业及其他用电提水电价为0.7044元/kW·h，年运行费用为665.7万元。小溪水库水质为Ⅲ类水，根据已实施项目经验常规水处理综合费用约0.5元/m3，合计年水处理费用合计984万元。

沙陀库区提水除了涉及土建投资，同样还涉及泵站提水运行费用，低扬程机组提水至土地坳水厂，提水扬程90m，提水流量0.264m3/s，高扬程机组提水至峡门口水厂，提水扬程275m，提水流量0.488m3/s，合计每年提水耗电量为1730kW·h，考虑一般工商业及其他用电提水电价为0.7044元/kW·h，提水年运行费用为1218.6万元。

城乡生活用水对水质要求较高，需进行深度处理，经对类似水厂进行调查，针对水源总磷超标的问题，主要增加除磷措施，结合除磷工艺综合考虑，目前磷超标水处理费用比一般常规处理要高0.5-0.9元/m3，水处理综合费用按1.2元/m3取，合计年水处理费用合计2361.6万元。

同时，乌江提水对沙陀电站发电影响，减少梯级发电量208万kW·h，电量补偿费0.3元/度，合计电量补偿费用62.4万元。

6.7 费用现值比较

小溪水库工程因新建挡水建筑物，存在水库淹没，其工程投资较高，较乌江沙沱库区提水工程高32202万元；乌江沙沱库区提水工程不涉及枢纽建筑物，但提水运行费及水处理费用较高，两方案只考虑工程建设费用及运行成本费，不考虑水质处理费用时，小溪水库总费用现值为73045万元，较乌江沙沱库区提水工程高19037万元；考虑水质处理费用时，较乌江沙沱库区提水工程只多2184万元，水质处理费用占据很大的比例。

6.8 综合比较

综合比较分析后，新建小溪水库直接投资较高，但考虑水处理费用后，总费用现值略高，且可自流解决大部分区域供水，水质较好，不存在水污染风险，实施条件成熟，对乌江发电、通航无影响，后期管理方便等优势。

沙沱库区提水工程因直接从乌江取水，不存在淹没及挡水建筑物投资，工程直接投资较低，但年提水运行费用较高，且对电站发电影响较大，提水存在水处理成本高，治理难度大，治理时间长的不利因素，且随着河段的通航功能日益完善以及上游工业发展，乌江水质还存在污染风险，水厂需增设水质处理设备及专项水处理措施，必将导致水厂一次性投资及水处理费用的增加[3]。虽然乌江中下游水质逐年改善，但乌江作为贵州的经济动脉，伴随经济发展带来的环境压力，导致乌江水质改善仍存在诸多不稳定因素；同时，乌江中下游规划通航，存在较高的发生水污染事故的风险，也是沿河县城供水的安全隐患。从长期稳定供水水源保障来看，乌江提水存在突发性水质污染风险，也是沿河县城供水的安全隐患，小溪水库相比之下更有保障性。