珠江三角洲水資源配置工程思路研究

戴 韻，楊園晶，黃 鵠

(中國市政工程西北設計研究院有限公司深圳分院，廣東 深圳 518100)

1 研究背景

珠江三角洲位于廣東省中南部，其經濟發展和水資源配置不均衡，經濟、人口重心在東部，而水資源重心在西部[1]。為解決水資源配置不均衡的問題，廣州市已于2010年實施了西江引水工程，將西江水引入石門、西村、江村三大水廠，供給廣州市中心城區使用[2]。而南沙區地處廣州市東南角，毗鄰東莞虎門，位于廣州市西江引水工程的供水范圍之外，其現狀取水點為沙灣水道，受咸潮影響，取水水源品質難以保證。位于廣州以東的東莞市和深圳市，其主要供水水源為東江，但是東江的水資源開發利用率已達到極限，不宜再增加取水量。水的供需失衡成為困擾三地經濟社會發展的瓶頸。因此，廣東省決定實施珠江三角洲水資源配置工程，從西江引水，以解決或緩解廣州南沙區和深圳、東莞等城市發展所面臨的水資源缺失問題。

2 引水方案簡介

珠江三角洲水資源配置工程總引水規模為80m3/s，其中廣州南沙、東莞和深圳的供水規模分別為：20、20、40m3/s。工程遠期2040年設計年供水量18.11億m3，廣州南沙、東莞和深圳的供水量分別為：5.54億、4.10億、8.47億m3。

珠江三角洲水資源配置工程項目建議書方案(以下簡稱“項建方案”)分為南線方案和北線方案，其中北線方案為推薦方案。北線方案為：從取水口(佛山市順德區杏壇鎮鯉魚洲西江干流)至輸水終點深圳市公明水庫采用四級泵站提升，設計總揚程為152m。輸水交水點分別為廣州市南沙區高新沙圍水庫(規劃新建)、東莞市松木山水庫和深圳市公明水庫。輸水干線總長度為92km，包括從取水口至高新沙圍水庫DN4800雙管41.6km(單管長度)，從高新沙圍水庫至深圳市羅田水庫DN6400單管50.4km。東莞支線，從羅田水庫至松木山水庫DN4800輸水隧洞4.1km。深圳支線，從羅田水庫至公明水庫DN5400輸水隧洞1.5km和DN4800輸水隧洞11.8km，如圖1所示。

圖1 項建方案的平面圖

3 方案分析

3.1 輸水方式

長距離調水工程的輸水方式有多級壓力提升和自流末端提升。前者管道埋深較淺，施工工法受地面環境和地質條件的影響較大，需要設置多級泵站，運行和管理費用高；后者系統簡單，但是管道埋設深度大，施工難度大，末端泵站揚程高。珠江三角洲地區河網密布、河道錯綜復雜，作為沖積海積平原，受咸潮影響較大，地質條件相對較差。如采用多級泵站提升的輸水方式，管道埋深淺，開挖放坡大，施工占地多，受外界環境影響大，對沿線建筑設施的干擾也大，而且臨時支護、導流、遷改的費用較高，相比之下，地下深埋隧洞的自流輸水方式更適合本地區。

項建方案采用四級提升壓力輸水，加壓泵站需設置大型壓力釋放井和調蓄池，使工程造價和能耗增加。在運行過程中由于不能在管道上直接串聯加壓，前一級泵站的余壓會在后一級泵站中釋放，加之泵站的多次水頭損失，造成系統的能量浪費。另外，壓力系統正常運行所需的運行費用較高。因此，不管是在能耗方面還是在造價和運行管理方面，珠江三角洲水資源配置工程采用泵站多級提水的方式均不是最節約、最綠色的方案。

3.2 交水點

廣州市南沙區交水點高新沙圍水庫為規劃水庫，在平原河網地區修建水庫占地多、成本高，壩體、庫岸基礎處理以及防滲處理的工程量和投資較大。另外，高新沙圍水庫目前仍在規劃階段，需要與珠江三角洲水資源配置工程同步建設，水庫建成時間直接決定了引水工程的通水時間。

東莞市交水點為松木山水庫，水庫流域范圍涉及多個工業鎮，部分鎮區仍為合流制系統，點源污染和面源污染嚴重，導致水庫為Ⅴ類水質，部分時個別指標甚至達到劣Ⅴ類水質[3]。而對水庫的治理涉及多條入庫河道的綜合整治、多個工業鎮的產業升級等，涉及范圍廣，治理難度大，所需時間和治污效果都不明確。而工程所引的西江水水質為Ⅱ類標準，若原水輸送至松木山水庫調蓄，與水庫中較差水質的存水混合后再凈化，雖有利于提高水庫水質，但是喪失了調引優質原水的初衷和優勢，增加了水廠水處理的難度和費用。另外，東莞市中北部含松木山水庫在內的水庫聯網工程已與東江聯通，而在經濟發達的南部地區淡水資源缺乏，因此宜將交水點設置于東莞南部，形成對峙供水格局，將更利于整個城市的供水網絡布局。

3.3 區域供水保障性

珠江三角洲水資源配置工程是統籌東、西、北三江水資源、實現珠三角東部地區城市群多水源戰略、提高區域應急備用能力的重要工程。受水區未來對西江引水的依賴程度較高。由于受水區地處河網密集區，修建大型調蓄水庫的條件非常有限。一旦發生供水事故，東莞市、深圳市尚有東江供水補充，而廣州南沙、中山、順德位于珠江口西岸，難以利用東江水資源，本地水資源開發利用潛力有限，系統應變能力較差。可以考慮借工程的修建，從珠江三角洲區域水資源合理配置著眼，提出東、西江連通方案，兩江水源互為補充，提高系統抗風險能力，進一步優化區域水系連通工程布局，全面提升珠江三角洲城市水網系統的安全性和穩定性。

4 方案研究

4.1 輸水方式的選擇

研究方案的輸水方式采用深埋大口徑單隧洞自流輸水，用水端泵站提升。考慮到枯水期和檢修期的反向供水，輸水干線全線設計規模采用80m3/s，管徑為DN6500，管道坡度0.5‰，管內流速2.5m/s。管道采取深埋的方式，取水口處埋深13m，廣州南沙區分水點處埋深36m，東莞分水點處埋深47.5m，深圳取水點處埋深57.5m。

長距離自流輸水在我國已有多項成功的工程案例。例如我國新疆地區古老的坎兒井工程，將天山雪水匯聚成地下河，通過地下暗渠順地勢自然流動，為荒漠里的綠洲提供水源。20世紀50、60年代，新疆大約有坎兒井1700條，其中吐魯番就有1158條，總長約5000km，出水量在3億m3以上[4]。遼寧大伙房水庫輸水工程，采用盾構法建設全長85.32km的自流輸水隧洞[5]，將東部流域的水源引至大伙房水庫，供遼寧省中部地區6城市用水。工程設計輸水流量為70m3/s，多年平均輸水量達17.88億m3[6]。還有南水北調西線工程的代表性方案也采用長距離自流引水[7]，從長江上游支流雅礱江、大渡河等長江水系調水，利用自流引水隧洞穿過長江與黃河的分水嶺巴顏喀拉山，調水入黃河。

采用自流引水，工程安全性提高，中途無須串聯加壓，集中在用水端進行提升，大型泵站投資減少，也無泵站節點能量浪費，運行費用低。沿途各城市、各水廠可在自流系統旁結合水廠設置提升泵站，分別提取各自規模的水量，取水量等于用水量，能源不浪費，分攤電費十分清楚。沿途流量分配調整對整體運行和運行費用影響不大。用水端提升泵房可采用深井泵房。深井泵房在我國長江沿線運用較多，如上海陳行水庫長江取水泵房[8]，設計總規模為140x104m3/d，泵房內徑和高度均為28m，取水泵房投產后運行良好，其經濟、社會效益十分明顯。

采用深埋隧洞輸水，管道埋深大，沿線穿越珠江三角洲河網區，可從河底深處穿越，不影響各河流水域，無臨時導流或河道改線工程；穿越城市對當地市政基礎設施幾乎不影響，征地拆遷量少，尤其臨時征地量，管線、道路遷改工程量大幅減少。

采用單隧洞，相比于多管輸水，其造價大幅降低；相對小口徑管道，大口徑管道的沿程水頭損失小；無論滿流、非滿流，輸水隧洞內均可保持一定流速，維持管內沖淤、沖沙。

輸水主線全線采用盾構法施工。盾構法已是一項比較成熟的地下工程施工技術，在我國已成功用于多項地鐵工程、長距離跨江越海隧道工程和鐵路、公路、市政等隧道工程[5]。在珠江三角洲水資源配置工程中，采用盾構的方式通過隧洞穿越獅子洋，隧洞高程已在河底50～60m以下，在基巖層穿越，工程實施容易，安全性提高，且造價減少。

4.2 交水點選取

一般長距離引水工程在考慮各受水區現有水廠布局和未來規劃的基礎上，輸水線路應力求順直，不宜一味遷就各地的取水點和水廠布局，而造成引水主線路過長。同時此工程西江水作為優質的Ⅱ類水，宜原水直接進廠，既能節省調蓄過程的水頭浪費，又可直接處理Ⅱ類水，相比于混合后的水源減少處理難度。多余的水可再進水庫調蓄。

基于此，建議深圳市交水點設置在大空港水廠(深圳市寶安區西部)，原水直接進廠，剩余水量再轉輸至公明水庫調蓄，此轉輸管又能作為水廠在引水工程檢修期的備用原水管。這種交水方式既能馬上解決深圳市寶安區西部缺水的“近渴”，又能避免原水入水庫調配過程中耗時、耗能、耗資的問題。東莞市可在南部填海區新建水廠作為交水點，縮短干線引水距離，并與東江水源的水廠形成對峙式供水格局。廣州市南沙區宜直接交水至橫瀝鎮水廠，工程通水不再受高新沙圍水庫建設的制約。

4.3 東、西江連通

引水工程需考慮枯水期、檢修期、供水事故等情況下的水源補充調配問題。初步考慮開鑿一條同管徑輸水隧洞，東、西方向分別延伸至東江、西江，從東、西江引水，可在供水事故期、檢修期和枯水期相互調度，實現單線雙水源，不僅能提高供水保障度，而且各市東、西江聯合調度的工程投資和檢修期的調蓄工程投資可大幅減少。

4.4 方案平面

珠江三角洲水資源配置工程輸水干線長度70km，其中從取水口至南沙分水點45.8km，從南沙分水點至干線終點東莞分水點24.2km。深圳支線從東莞分水點至深圳取水點5.4km。從東江取水口至西江連接段48.2km。研究方案的平面圖如圖2所示。

圖2 研究方案平面布置圖

4.5 技術經濟比較

將項建方案與研究方案進行技術經濟比較，可以看出：相比于項建方案，研究方案征地拆遷量少、施工工法成熟、投資和運行費用少，并且原水直接進廠，能夠使廣大市民直接使用到優質西江水。

研究方案工程投資為163.29億元，包括西江引水工程投資114.91億元，及為保障供水安全而增加的東江連通段投資48.38億元。相較于項建方案，研究方案節省投資約220億元，主要體現在：無需建設高新沙圍水庫，大型泵站的建設費用及征地拆遷費用大大減少，而且管線部分的投資也有所下降。此外，工程的運行管理費用及各市新建水廠的水處理費用也會相應減少，見表1。

5 結語

珠江三角洲水資源配置工程是廣東省為解決廣州市南沙區、深圳市和東莞市等地區缺水問題而推進實施的水資源調配戰略工程。工程研究方案采用深埋大口徑單隧洞(盾構)自流輸水、原水直接入廠的方式，并將西江與東江連通。與項建方案相比，研究方案在技術和經濟上具有一定的優勢。在工程初步設計中，研究方案已部分落實，對研究方案的相關技術問題正進一步論證，以期更好的指導設計。

表1 項建方案與研究方案的技術經濟比較

注：本表工程投資涵蓋管線投資、配水井及提升泵站投資，不包括水廠建設費用。