鄭州市民公共文化服務區水系供水方案研究

劉登科

鄭州市民公共文化服務區水系供水方案研究

劉登科

一、區域概況

鄭州市民公共文化服務區是鄭州市“一心兩翼”城市發展戰略思路中西翼新城區的核心，生態水系建設是城市生態文明和景觀體系建設的主要組成部分。《鄭州市民公共文化服務區水系專題規劃》明確了水系規劃格局為“兩縱兩橫、六湖一庫”，并對區域水源條件進行分析，提出項目區水系生態用水無法利用區域自身水資源進行解決、需調用外部水源的研究結論。

二、水系總體布局

項目區現狀水體由賈魯河、須水河、常莊水庫、南水北調中線總干渠、西流湖、植物園湖及柳湖構成。《鄭州市民公共文化服務區水系專題規劃》對項目區現狀水系進行了完善，增加了“秀水河、市民公園湖、九曲蓮湖、太極湖”，與現有水系共同構成了“兩縱兩橫、六湖一庫”的水系格局。

三、水系需水量預測

需水預測主要包括四部分：河道內生態基流；湖泊及河道攔蓄水體的換水量；湖泊、水庫的蒸發及滲漏水量；其他環境需水量。項目區規劃水系中，南水北調中線總干渠、賈魯河、西流湖、常莊水庫需水量已在各相關規劃設計中考慮，本次僅對須水河、秀水河、柳湖、太極湖、市民公園湖、九曲蓮湖進行需水量預測，并考慮植物園湖的水源替換。

1.河湖水體運行方式

項目區內須水河水體按照攔蓄水體方式運行。規劃秀水河大部分河段攔蓄水體，末端設景觀瀑布入西流湖，故秀水河規劃以攔蓄水體和生態基流兩種方式同時運行。

景觀湖泊：規劃項目區內需要考慮供水的景觀湖泊中，柳湖、太極湖為吞吐型，但其所在須水河屬于季節性河流，湖泊上游無穩定水源，其余湖泊均為閉口型，故本次規劃供水湖泊需要外調水源進行補水，考慮供水成本，均采用間歇式補水運行方式。

2.河道基流需水量

規劃秀水河基流量主要為瀑布運行需水量。瀑布按照全年運行，其中冬季120d不間斷運行，其余時段每天運行12h；節假日設計流量按外部水源工程秀水河分水口設計流量0.74m3/s計算，其余時段設計流量按0.3m3/s計算，瀑布全年運行需水量為850.18萬m3/a。

3.河湖水體更換及水質保護需水量

供水水源擬采用黃河水，原水基本達到III類水質，國內同類工程經驗表明，河湖攔蓄水體每年需完全置換4～6次，才可保證水質不會嚴重惡化。根據水環境規劃各水體水質要求，規劃湖泊及河道攔蓄水體蓄水每年置換6次，年需水量為788.36萬m3/a。

4.水體蒸發滲漏損失量

根據《河南省地表水資源附圖》，查得鄭州地區多年平均水面蒸發量1250mm。按擬補水河湖蓄水總面積51.41hm2計算，河湖水面蒸發量為64.27 萬m3/a。

參考鄭州市區水文地質情況，采用河海大學Autobank程序建模進行計算，須水河、柳湖按照正常滲漏計算，植物園湖考慮現有湖底防滲影響，且由于項目區擬建地下交通體系，為確保運行安全，秀水河蓄水段、太極湖、市民公園湖及九曲蓮湖亦考慮防滲措施影響。經計算，河湖水體滲漏量為21.1萬m3/a。

5.其他環境需水量

考慮景觀及生物棲息的需要，取上述水量（不含河道生態基流需水量）的20%作為其他環境需水量，為174.75萬m3/a。

6.水系總需水量

根據需水預測結果，從水量重復利用的角度看，秀水河河道內生態基流需水量可以同時滿足秀水河攔蓄水體的蒸發、滲漏、換水和其他環境需水量，故總需水量測算不包含秀水河攔蓄水水體需水量。項目區水系總需水量為1745.65萬m3/a，詳見表1。

四、區域水源條件

項目區水體主要包括河道攔蓄水體、景觀湖泊。其中河道攔蓄水體僅在非汛期運行，汛期來臨前需放空以便河道泄洪，故秀水河、須水河攔蓄水體需水量不考慮雨水資源的補充，太極湖直接與須水河連通，與須水河攔蓄水體運行方式一致，汛期須放空，故太極湖無法利用雨水資源補充，可利用雨水資源進行補充的水體有市民公園湖、九曲蓮湖、植物園湖及柳湖。

湖泊可集蓄雨水量按《雨水集蓄利用工程技術規范》中的相關公式進行計算。

式中：W—蓄水工程的年雨水可集蓄利用量（m3）；

Si—第i種材料的集流面面積（m2）；

ki—第i種材料的年集流效率；

Pp—設計保證率下的年降水量（mm），此次采用多年平均降雨量；

n—集流面材料種類數。

經計算，項目區可利用雨水資源量為14.2萬m3/a，遠小于河湖生態需水量。項目區現狀有固定水源的水體中，南水北調中線總干渠輸送水資源由國家統一調配，常莊水庫已確定為南水北調中線調蓄水庫之一，現狀植物園湖水系均靠抽取地下水自身循環，西流湖及賈魯河有其自身景觀用水需求，故植物園湖、常莊水庫、西流湖及賈魯河的現狀水資源均無法調用；而西部須水河屬于雨源型河流，枯水季節基本斷流。故項目區水系生態用水無法利用區域自身水資源進行解決，需調用外部水源。

表1　市民公共文化服務區水系需水量預測統計表

表2　項目區近期水量分配表

五、外部水源方案

項目區所處西部、西南部水系主要依靠現狀鄭州市生態水系輸水工程、規劃鄭州西區生態供水工程，以及遠期的牛口峪引黃調蓄工程進行聯合供水。另外項目區南部馬寨工業園區污水處理廠設計規模5萬t/d，排水標準為一級A。故項目區周邊現狀及規劃可用水源主要是引調黃河水及中水。

現狀鄭州市生態水系輸水工程供水流量已分配完畢，且由于輸水管線規模限制，供水量提升空間不大。本次規劃水源主要考慮馬寨污水處理廠排放中水鄭州西區生態供水工程以及遠期的牛口峪引黃調蓄工程進行補充供水。

項目區生態用水水源近期主要為目前正在施工的石佛沉沙池至鄭州西區生態供水工程，取水點位于新建石佛西沉沙池，末端受水點位于項目區柳湖，設計供水流量3m3/s，年供水量6424.05萬m3

馬寨污水處理廠中水排放規模為5 萬t/d，可供須水河景觀用水量約1.87 萬m3/d，即年可供水量約682.55萬m3但中水一級A標準中BOD控制指標需進一步優化，才可滿足湖泊景觀用水的水質要求。因此，中水回用工程與牛口峪引黃調蓄工程均考慮作為遠期水源。

考慮項目區可利用雨水資源量，項目區水系近期水量分配方案如表2。

六、結語

鄭州市民公共文化服務區生態水系供水方案研究圍繞水系需水量計算、區域水源條件分析、供水水源選擇、水量分配方案制定等方面進行，力爭做到水資源的高效利用和合理配置，確保生態水系用水得到可持續供給，從而有效改善城市生態環境，提高區域水環境承載能力，實現人水和諧

（作者單位：鄭州市水利建筑勘測設計院450006）