湘江长沙枢纽工程对城区给水排水工程的影响分析

李 波

长沙市规划设计院有限责任公司，湖南 长沙 410007

湘江长沙枢纽工程位于长沙市下游望城区境内的蔡家洲，于2015年底建成。枢纽主要建构筑物为船闸、泄水闸、电站、坝顶公路桥、鱼道、护岸及业主营地等。库区水位将常年维持在29.7m左右。项目建成后，将产生航运、防洪供水、宜居旅游、发电和公路交通五大效应，同时改变了区域周围的生态环境，将原径流型河道转变为河道型库区，也带来了许多不利影响，例如因大坝阻隔，破坏了自然的生态系统；河水流速变慢、泥沙容易淤积堵塞；水环境容量降低、部分水域较易富营养化；地下水位抬高等。该工程对长沙市的社会经济发展和城市建设的很多领域产生了重大影响，文章重点讨论该工程对长沙市给水、排水工程的影响。

1 湘江长沙枢纽工程对长沙市给水工程的影响

1.1 保障自来水厂在枯水期取水的安全

大坝建成后，水位的抬高使得城乡生活生产用水都有了保障。湘江长沙枢纽工程在蓄水前，湘江持续多年出现长时间季节性缺水，枯水期平均5个月，特长年份长达7个月。湘江长沙枢纽工程建成后，长沙市告别了季节性缺水。大坝正常蓄水时，总库容为6.75亿m3，相当于3个株树桥水库或5个黄材水库的蓄水量。

1.2 对自来水厂的源水水质产生不利影响

水厂的源水水质主要受两个方面的影响：一是上游的氮、磷的排放，可能造成库区水质富营养化；二是在枯水期因上游水体重金属污染，库水有重金属超标的危害。根据有关研究，湘江长沙段的主要污染物为生活污水和以铅、镉、砷为主的重金属。湘江长沙水利枢纽工程建成后，湘江长沙段将原径流型河道转变为河道型库区。湘江长沙段水文情况必然发生变化，水位上升，流速减慢，趋向于水库水文，特别是对枯水期的湘江水质影响较大。首先，在枯水期，河水流速较以前变慢，导致水体交换能力减弱，降解系数减小，河水的自净能力降低，环境容量减少，库区河水更易富营养化。其次，在枯水期水库条件下，上游城市群污水厂排出的尾水中的氮、磷等污染物更容易富集。

随着水利枢纽工程的蓄水，水位上升，水体深度、温度和光照强度的变化，氨氮等有机物的去除率必然下降，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，从而产生水体富营养化。同时，因库区流速减缓，水体滞留时间增长，水体中大量泥沙等颗粒物沉积在库区，吸附在颗粒物上的重金属也同时沉降，从而长期滞留在库区底泥中。根据水利枢纽工程蓄水前的湘江长沙段的水质调查，湘江长沙段的重金属的铅、镉，在枯水期浓度最高，在平水期和丰水期相对较低。因此，在枯水期，水利枢纽工程蓄水后，上游来水的重金属易大量积集。同时因水流减缓，水体自净能力下降，重金属的稀释和生化作用较低，这时库水有重金属超标的风险。

为了消除水利枢纽工程对长沙市的水厂源水水质带来的不利影响，应采取如下的措施。

（1）在湘江长沙综合枢纽工程正式蓄水前，消除库区存在的突出环境隐患，达到蓄水要求，保障供水安全：加快开展主城区截污管网建设、污水处理设施建设、工业污染源治理、农业面源污染治理、废渣清理、水上餐饮、两岸餐饮及挖砂船整治、交通码头整治等工作。

（2）加强管理、严格执法：省市有关部门协调联动，成立库区管理的专门机构和执法队伍，制订整体行动方案。

（3）组织专家论证，科学决策，参考国际国内先进经验，确保枢纽库区水质安全。

1.3 对自来水厂的制水工艺提出了更高的要求

因水利枢纽蓄水后，库区的水质、水位发生了变化，从而影响了自来水厂的制水工序。首先，水厂取水口的常水位和最低保障水位发生变化，由原来的最低水位25.0m变成常年水位30.0m左右。原来的水泵型号不在高效区范围内，应改选为扬程-流量曲线更加平缓的水泵，以便节约能源。其次，因水质发生变化，特别是在枯水期源水中COD指标污染严重，水厂的处理工艺应强化氮、磷和氨氮的去除。长沙市原来的水厂处理工艺为混凝反应→沉淀→砂滤→清水池，且采用液氯消毒。经过优化后的处理工艺如下：在混凝反应池中加入臭氧，进行预消毒和氧化，在原有砂滤池的基础上新增一套处理工艺，即厂内提升泵站，并利用活性炭进行吸附过滤，在炭滤池中加入臭氧和适当的药剂进行反应消化。

2 湘江长沙枢纽工程对长沙市排水工程的影响

水利枢纽工程建成后，大坝正常蓄水位为29.7m。对长沙市已建的出江口、截污系统、泵站和污水系统，以及城区地下水位等方面产生了很大影响，许多已不能适应库区的环境，必须进行改造。

2.1 对已建高排出江口的影响

长沙市已建高排出江口和涵闸大部分标高在29.0m以下，以前一年大部分时间处于水面以上，只在汛期时淹没在水面下。大坝蓄水后这些管涵均淹没在水面下，如果不进行抬高改造，则无法开展日常维护和管理，一段时间后也会被淤塞。

抬高改造方案有以下两种情况：（1）当改变上游管涵的水利坡降技术上可行、周边的用地也许可时，提高现状出江口和涵闸的标高；（2）当上游管涵的排水坡度没有富余，或周边用地没有条件时，应新增加一套出江系统，即一用一备，解决日常维护问题，同时出江口由原来的重力自流变为淹没出流，管涵的断面尺寸应根据淹没出流计算确定。

2.2 对已建雨水泵站的影响

雨水泵站均位于地势低洼地区，大坝蓄水前，在汛期，当河水位涨到30.0m时，雨水泵站才会开启抽排方式；在非汛期，即水位较低时，雨水通过泵站的自排涵闸，在重力作用下自流出江，故以前的雨水泵站一年的运行时间约为3个月左右，其他时间处于闲置或维护状态。

大坝蓄水后，泵站的自排涵闸常年失去作用，雨水均无法自排出江，雨水出江均需抽排。雨水泵站需进行如下改造：（1）封堵或拆除出江自排涵和涵闸；（2）泵站由以前的间歇式运行改为常年运行，即泵站没有大修的时间，需要提高泵站设施和设备的安全性、可靠性，宜设两套系统并联，一用一备，集水池宜设独立的两格。

2.3 对现状合流制截污系统的影响

长沙市河东大部分地区为雨污合流制，在河道堤岸边采用截污井，晴天高排系统的污水经过截污井，进入低排管网或截污管内，再通过污水泵站提升至污水厂。已建的大部分截污井的截流坎标高位于30.0m以下。如果不对该部分截污井进行改造，河水会从出江口倒灌进入截污管或低排管，从而影响污水厂的进水水质，增加污水厂的处理荷载和处理难度，同时也会造成污水下河，污染库区水体。

改造方案：改变截污井的位置，提高截流坎的标高至30.5m以上；截污管上应设限流措施，限制河水进入污水系统；延长截污管；增设沉砂池和拦污栅等。

2.4 对饮用水源保护区排污口的影响

湘江长沙枢纽工程建成后，湘江长沙段将原径流型河道转变为河道型库区，饮用水源保护区的划分方式发生改变。在饮用水源一级和二级保护区的现状已建排污口对供水安全产生很大影响，必须加以清理或改造。

改造方案：全面取缔或封堵长株潭湘江段及湘江一级支流饮用水源一级保护区排污口；对于二级保护区的现状排污口，应进行调整和截污改造。

2.5 对岳麓污水处理厂、长沙榔梨污水处理厂排污口的影响

根据相关规划，岳麓污水处理厂规模为每天处理60万t污水，其处理后的尾水如果全部排入库区水体，对库区的影响很大，同时该排污口位置位于望城水厂取水口的上游，根据环保部的环评要求，应将岳麓污水处理厂尾水排污口移至坝址下游，建设2根DN2200压力污水管，总长度约为23km。

现状长沙榔梨污水处理厂排污口位置距榔梨自来水厂取水口的距离较近（约为200m）。蓄水后变为库区，为避免对水厂取水口源水水质造成不利影响，需调整该污水厂排污口的位置，或者上移水厂的取水口。

2.6 导致城区地下水位上升、污水厂处理难度增加

大坝蓄水后，因河水与地下水是联通的，城区低排区的地下水位会常年在30.0m以上。长沙大部分低排区的地面标高在32.5～30.0m，已建的现状雨、污水管网一般均在29.7m以下，同时现状排水管网建设年代久远，密闭性较差，大量地下水进入污水管内，稀释了污水厂的进水浓度，增加了污水厂处理负荷和处理难度，也增加了污水处理成本。

2.7 导致有关工程的基坑处理成本增加

大坝蓄水前，在枯水期，地下水位较低。城区建设工程（包括给排水工程）的基坑处理较简单。蓄水后，地下水位上升至30.0m以上。许多工程的基坑处理需采用打止水围幕、降水措施，以及增加抽水台班等，导致基坑处理成本增加。

3 结束语

湘江长沙枢纽工程蓄水后，主要对长沙地区的给排水工程产生了如下影响：（1）彻底解决了枯水期长沙水厂的取水问题；（2）蓄水后，水环境容量减小，水体自净能力降低，如果不对上游区域加强环境管理，特别是排污治理，重金属污染会加剧，库区水质有富营养化风险；（3）蓄水前，需对已建的高排涵闸和出江口、雨水泵站、截污井、饮用水源保护区排污口，以及岳麓污水厂和长沙榔梨污水处理厂的排污口进行改造或调整；（4）蓄水后，部分城区的地下水位会提高，并长期保持在30.0m以上。