湘江長沙樞紐工程對城區給水排水工程的影響分析

李 波

長沙市規劃設計院有限責任公司，湖南 長沙 410007

湘江長沙樞紐工程位于長沙市下游望城區境內的蔡家洲，于2015年底建成。樞紐主要建構筑物為船閘、泄水閘、電站、壩頂公路橋、魚道、護岸及業主營地等。庫區水位將常年維持在29.7m左右。項目建成后，將產生航運、防洪供水、宜居旅游、發電和公路交通五大效應，同時改變了區域周圍的生態環境，將原徑流型河道轉變為河道型庫區，也帶來了許多不利影響，例如因大壩阻隔，破壞了自然的生態系統；河水流速變慢、泥沙容易淤積堵塞；水環境容量降低、部分水域較易富營養化；地下水位抬高等。該工程對長沙市的社會經濟發展和城市建設的很多領域產生了重大影響，文章重點討論該工程對長沙市給水、排水工程的影響。

1 湘江長沙樞紐工程對長沙市給水工程的影響

1.1 保障自來水廠在枯水期取水的安全

大壩建成后，水位的抬高使得城鄉生活生產用水都有了保障。湘江長沙樞紐工程在蓄水前，湘江持續多年出現長時間季節性缺水，枯水期平均5個月，特長年份長達7個月。湘江長沙樞紐工程建成后，長沙市告別了季節性缺水。大壩正常蓄水時，總庫容為6.75億m3，相當于3個株樹橋水庫或5個黃材水庫的蓄水量。

1.2 對自來水廠的源水水質產生不利影響

水廠的源水水質主要受兩個方面的影響：一是上游的氮、磷的排放，可能造成庫區水質富營養化；二是在枯水期因上游水體重金屬污染，庫水有重金屬超標的危害。根據有關研究，湘江長沙段的主要污染物為生活污水和以鉛、鎘、砷為主的重金屬。湘江長沙水利樞紐工程建成后，湘江長沙段將原徑流型河道轉變為河道型庫區。湘江長沙段水文情況必然發生變化，水位上升，流速減慢，趨向于水庫水文，特別是對枯水期的湘江水質影響較大。首先，在枯水期，河水流速較以前變慢，導致水體交換能力減弱，降解系數減小，河水的自凈能力降低，環境容量減少，庫區河水更易富營養化。其次，在枯水期水庫條件下，上游城市群污水廠排出的尾水中的氮、磷等污染物更容易富集。

隨著水利樞紐工程的蓄水，水位上升，水體深度、溫度和光照強度的變化，氨氮等有機物的去除率必然下降，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，從而產生水體富營養化。同時，因庫區流速減緩，水體滯留時間增長，水體中大量泥沙等顆粒物沉積在庫區，吸附在顆粒物上的重金屬也同時沉降，從而長期滯留在庫區底泥中。根據水利樞紐工程蓄水前的湘江長沙段的水質調查，湘江長沙段的重金屬的鉛、鎘，在枯水期濃度最高，在平水期和豐水期相對較低。因此，在枯水期，水利樞紐工程蓄水后，上游來水的重金屬易大量積集。同時因水流減緩，水體自凈能力下降，重金屬的稀釋和生化作用較低，這時庫水有重金屬超標的風險。

為了消除水利樞紐工程對長沙市的水廠源水水質帶來的不利影響，應采取如下的措施。

（1）在湘江長沙綜合樞紐工程正式蓄水前，消除庫區存在的突出環境隱患，達到蓄水要求，保障供水安全：加快開展主城區截污管網建設、污水處理設施建設、工業污染源治理、農業面源污染治理、廢渣清理、水上餐飲、兩岸餐飲及挖砂船整治、交通碼頭整治等工作。

（2）加強管理、嚴格執法：省市有關部門協調聯動，成立庫區管理的專門機構和執法隊伍，制訂整體行動方案。

（3）組織專家論證，科學決策，參考國際國內先進經驗，確保樞紐庫區水質安全。

1.3 對自來水廠的制水工藝提出了更高的要求

因水利樞紐蓄水后，庫區的水質、水位發生了變化，從而影響了自來水廠的制水工序。首先，水廠取水口的常水位和最低保障水位發生變化，由原來的最低水位25.0m變成常年水位30.0m左右。原來的水泵型號不在高效區范圍內，應改選為揚程-流量曲線更加平緩的水泵，以便節約能源。其次，因水質發生變化，特別是在枯水期源水中COD指標污染嚴重，水廠的處理工藝應強化氮、磷和氨氮的去除。長沙市原來的水廠處理工藝為混凝反應→沉淀→砂濾→清水池，且采用液氯消毒。經過優化后的處理工藝如下：在混凝反應池中加入臭氧，進行預消毒和氧化，在原有砂濾池的基礎上新增一套處理工藝，即廠內提升泵站，并利用活性炭進行吸附過濾，在炭濾池中加入臭氧和適當的藥劑進行反應消化。

2 湘江長沙樞紐工程對長沙市排水工程的影響

水利樞紐工程建成后，大壩正常蓄水位為29.7m。對長沙市已建的出江口、截污系統、泵站和污水系統，以及城區地下水位等方面產生了很大影響，許多已不能適應庫區的環境，必須進行改造。

2.1 對已建高排出江口的影響

長沙市已建高排出江口和涵閘大部分標高在29.0m以下，以前一年大部分時間處于水面以上，只在汛期時淹沒在水面下。大壩蓄水后這些管涵均淹沒在水面下，如果不進行抬高改造，則無法開展日常維護和管理，一段時間后也會被淤塞。

抬高改造方案有以下兩種情況：（1）當改變上游管涵的水利坡降技術上可行、周邊的用地也許可時，提高現狀出江口和涵閘的標高；（2）當上游管涵的排水坡度沒有富余，或周邊用地沒有條件時，應新增加一套出江系統，即一用一備，解決日常維護問題，同時出江口由原來的重力自流變為淹沒出流，管涵的斷面尺寸應根據淹沒出流計算確定。

2.2 對已建雨水泵站的影響

雨水泵站均位于地勢低洼地區，大壩蓄水前，在汛期，當河水位漲到30.0m時，雨水泵站才會開啟抽排方式；在非汛期，即水位較低時，雨水通過泵站的自排涵閘，在重力作用下自流出江，故以前的雨水泵站一年的運行時間約為3個月左右，其他時間處于閑置或維護狀態。

大壩蓄水后，泵站的自排涵閘常年失去作用，雨水均無法自排出江，雨水出江均需抽排。雨水泵站需進行如下改造：（1）封堵或拆除出江自排涵和涵閘；（2）泵站由以前的間歇式運行改為常年運行，即泵站沒有大修的時間，需要提高泵站設施和設備的安全性、可靠性，宜設兩套系統并聯，一用一備，集水池宜設獨立的兩格。

2.3 對現狀合流制截污系統的影響

長沙市河東大部分地區為雨污合流制，在河道堤岸邊采用截污井，晴天高排系統的污水經過截污井，進入低排管網或截污管內，再通過污水泵站提升至污水廠。已建的大部分截污井的截流坎標高位于30.0m以下。如果不對該部分截污井進行改造，河水會從出江口倒灌進入截污管或低排管，從而影響污水廠的進水水質，增加污水廠的處理荷載和處理難度，同時也會造成污水下河，污染庫區水體。

改造方案：改變截污井的位置，提高截流坎的標高至30.5m以上；截污管上應設限流措施，限制河水進入污水系統；延長截污管；增設沉砂池和攔污柵等。

2.4 對飲用水源保護區排污口的影響

湘江長沙樞紐工程建成后，湘江長沙段將原徑流型河道轉變為河道型庫區，飲用水源保護區的劃分方式發生改變。在飲用水源一級和二級保護區的現狀已建排污口對供水安全產生很大影響，必須加以清理或改造。

改造方案：全面取締或封堵長株潭湘江段及湘江一級支流飲用水源一級保護區排污口；對于二級保護區的現狀排污口，應進行調整和截污改造。

2.5 對岳麓污水處理廠、長沙榔梨污水處理廠排污口的影響

根據相關規劃，岳麓污水處理廠規模為每天處理60萬t污水，其處理后的尾水如果全部排入庫區水體，對庫區的影響很大，同時該排污口位置位于望城水廠取水口的上游，根據環保部的環評要求，應將岳麓污水處理廠尾水排污口移至壩址下游，建設2根DN2200壓力污水管，總長度約為23km。

現狀長沙榔梨污水處理廠排污口位置距榔梨自來水廠取水口的距離較近（約為200m）。蓄水后變為庫區，為避免對水廠取水口源水水質造成不利影響，需調整該污水廠排污口的位置，或者上移水廠的取水口。

2.6 導致城區地下水位上升、污水廠處理難度增加

大壩蓄水后，因河水與地下水是聯通的，城區低排區的地下水位會常年在30.0m以上。長沙大部分低排區的地面標高在32.5～30.0m，已建的現狀雨、污水管網一般均在29.7m以下，同時現狀排水管網建設年代久遠，密閉性較差，大量地下水進入污水管內，稀釋了污水廠的進水濃度，增加了污水廠處理負荷和處理難度，也增加了污水處理成本。

2.7 導致有關工程的基坑處理成本增加

大壩蓄水前，在枯水期，地下水位較低。城區建設工程（包括給排水工程）的基坑處理較簡單。蓄水后，地下水位上升至30.0m以上。許多工程的基坑處理需采用打止水圍幕、降水措施，以及增加抽水臺班等，導致基坑處理成本增加。

3 結束語

湘江長沙樞紐工程蓄水后，主要對長沙地區的給排水工程產生了如下影響：（1）徹底解決了枯水期長沙水廠的取水問題；（2）蓄水后，水環境容量減小，水體自凈能力降低，如果不對上游區域加強環境管理，特別是排污治理，重金屬污染會加劇，庫區水質有富營養化風險；（3）蓄水前，需對已建的高排涵閘和出江口、雨水泵站、截污井、飲用水源保護區排污口，以及岳麓污水廠和長沙榔梨污水處理廠的排污口進行改造或調整；（4）蓄水后，部分城區的地下水位會提高，并長期保持在30.0m以上。