白云水庫工程取用水可靠性與可行性分析

王 帥，孫法圣

（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南250014）

白云水庫位于濟(jì)南市章丘區(qū)白云湖鎮(zhèn)與高官寨鎮(zhèn)交界處，小清河以南、胡家岸東干渠以東、白云湖以北。水庫設(shè)計(jì)最高蓄水位28.32 m，總庫容1 641萬m3，調(diào)蓄庫容1 530萬m3，死庫容111萬m3。水庫充庫水源為黃河水和當(dāng)?shù)氐乇硭C江河。白云水庫建設(shè)任務(wù)是通過興建一定規(guī)模的調(diào)蓄工程充分利用黃河水和章丘區(qū)當(dāng)?shù)氐乇硭瑸檎虑鹬行某菂^(qū)、北部十鄉(xiāng)鎮(zhèn)和濟(jì)南東部城區(qū)的城市部分用水提供水源。

1 區(qū)域水資源狀況及開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.1 基本概況

章丘區(qū)主要河流有黃河、小清河、繡江河、杏花河、巨野河，有滯洪區(qū)2處，即白云湖和芽莊湖；有中型水庫4座，分別為大站水庫、垛莊水庫、杜張水庫、杏林水庫；有南水北調(diào)蓄水庫—東湖水庫1座；有小型水庫38座，塘壩460座，分布在南部和東部山區(qū)。全市已形成“南北貫通、東西互濟(jì)，庫河相聯(lián)、蓄泄兼籌”的水系工程網(wǎng)絡(luò)。

1.2 水資源狀況

1）水資源總量。濟(jì)南市多年平均水資源總量為17.0億m3，不同頻率20%、50%、75%、95%時(shí)的水資源總量分別為22.9億m3、15.9億m3、11.4億m3、6.7億m3。

2）水資源特點(diǎn)。濟(jì)南市人均水資源量為239 m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國人均水資源量2 300 m3，而按照全球標(biāo)準(zhǔn)人均水資源量低于1 000 m3的地區(qū)為極度缺水地區(qū)。多年平均降水年內(nèi)分配的特點(diǎn)表現(xiàn)為汛期集中，季節(jié)分配不均勻。多年平均汛期降水量為419～568 mm，汛期四個(gè)月的降水占全年的71.9%～76.7%。夏季6～8月降水最多，集中了全年降水量的62.6%～68.3%。降水的年際變化較為劇烈，主要表現(xiàn)為最大與最小年降水量的比值（即極值比）較大，年降水量變差系數(shù)較大和年際間豐枯變化頻繁等特點(diǎn)。黃河以南雨量站年降水量極值比一般小于4.0，黃河以北一般大于4.0。平原區(qū)年降水量極值比一般比山丘區(qū)要大。

1.3 水資源開發(fā)利用程度

水資源開發(fā)利用程度以當(dāng)?shù)氐乇硭Y源開發(fā)率、地下水開采率和水資源綜合開發(fā)利用率3個(gè)指標(biāo)來衡量。通過對(duì)濟(jì)南市水資源分析范圍內(nèi)多年平均實(shí)際供水量分析可知，近5年濟(jì)南市水資源分析范圍內(nèi)當(dāng)?shù)氐乇硭骄_發(fā)利用率為29.2%，地下水開采率為68.5%，水資源綜合開發(fā)利用率為52.2%。2015年濟(jì)南市當(dāng)?shù)氐乇硭骄_發(fā)利用率為19.0%，地下水開采率為63.1%，水資源綜合開發(fā)利用率為43.8%。

2 白云水庫取用水合理性分析

2.1 取水合理性分析

2.1.1 取水過程

1）黃河水：引黃路徑為胡家岸引黃閘（泵站）—東干渠—沉沙條渠—入庫泵站。自胡家岸引黃閘前泵站起至引黃東干渠穿小清河倒虹吸南100 m處新建白云水庫分水閘，該段全長16 km。其中總干渠長2 km，東干渠至入白云水庫分水閘14 km。胡家岸閘前泵站設(shè)計(jì)引水流量7.26 m3/s，總干渠底寬7 m，深2.47 m，設(shè)計(jì)引水流量20 m3/s，東干渠底寬2 m，深2.24 m，設(shè)計(jì)引水流量8 m3/s，考慮水量沿途渠道損失，如庫流量為6.6 m3/s。

2）當(dāng)?shù)氐乇硭寒?dāng)?shù)氐乇硭赏ㄟ^“繡江河—繡江河分洪道—引黃東干渠—新建泵站和管道”。自繡江河始端起，沿繡江河向下至大溝崖攔河閘，向西經(jīng)分洪道至引黃東干渠，在四干排處新建泵站，通過管道輸水至白云水庫沉沙池，全長33.3 km。其中繡江河始端至大溝崖攔河閘長20 km，分洪道長3.5 km，引黃東干渠段長7 km，新建泵站至白云水庫沉沙池段管道長2.8 km。

2.1.2 供水過程

1）向章丘中心城區(qū)、北部十鎮(zhèn)供水。規(guī)劃依托新建的白云水庫，在潘王路西側(cè)、寧家埠鎮(zhèn)的西北部新建一座地表水廠—白云水廠，黃河水和章丘當(dāng)?shù)氐乇硭?jīng)水庫調(diào)蓄后由水庫東南角的出庫泵站送入白云水廠，規(guī)劃白云水廠位于水庫以南8 km處。該水廠的總供水規(guī)模20萬m3/d，覆蓋中北部的寧家埠等10個(gè)鎮(zhèn)（街道），以置換其現(xiàn)狀地下水源。規(guī)劃占地面積9 hm2。白云水廠沿潘王路往北敷設(shè)一條DN1000的水廠輸水管線，供給各鎮(zhèn)街水廠。白云水廠沿潘王路往南近期規(guī)劃敷設(shè)兩條DN1200水廠輸水管線至城區(qū)加壓站，為主城區(qū)供水。

2）向濟(jì)南東部城區(qū)供水。白云水庫向濟(jì)南東部供水依托東湖水庫向濟(jì)南東部供水管網(wǎng)和東湖水廠。規(guī)劃依托東湖水庫，在歷城區(qū)董家鎮(zhèn)謝家屯新建東湖水廠，供水范圍主要為濟(jì)南市東繞城高速以東區(qū)域，設(shè)計(jì)規(guī)模為30萬m3/d，由水廠鋪設(shè)至東部城區(qū)的管網(wǎng)正在規(guī)劃中。由白云水庫鋪設(shè)DN1200管道至東湖水庫濟(jì)南供水泵站前池。

通過以上分析，水庫取水充庫具有相應(yīng)的配套工程，取水條件優(yōu)越，且水庫供水具有規(guī)劃的配套水廠和供水管網(wǎng)。綜上，白云水庫取水、供水過程是合理的。

2.2 用水合理性分析

1）生活用水水平分析。根據(jù)前述分析，濟(jì)南市東部城區(qū)2020年、2025年綜合生活用水定額分別為166.0 L/（人·d）、164.4 L/（人·d），符合《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50013-2014）中二區(qū)特大城市日均綜合生活用水定額為150～240 L/人·d的要求。且2020年、2025年城鎮(zhèn)生活用水定額分別為115 L/（人·d）、120.0 L/（人·d），符合山東省節(jié)水型社會(huì)建設(shè)技術(shù)指標(biāo)中規(guī)定的120 L/（人·d）的標(biāo)準(zhǔn)，已達(dá)到節(jié)水型社會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，用水基本合理。

2）工業(yè)用水水平分析。2020年濟(jì)南市東部城區(qū)萬元工業(yè)增加值取水量10.8 m3/萬元，接近山東省節(jié)水型社會(huì)建設(shè)技術(shù)指標(biāo)要求；2025年濟(jì)南市東部城區(qū)萬元工業(yè)增加值取水量9.0 m3/萬元，用水水平較高，已達(dá)到山東省節(jié)水型社會(huì)建設(shè)技術(shù)指標(biāo)要求，用水基本合理。

3）澆灑道路及綠地用水水平分析。規(guī)劃年濟(jì)南市東部城區(qū)單位道路面積、綠地面積指標(biāo)分別為2.0 L/（m2·d）、1.1 L/（m2·d），符合《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5003-2006）中澆灑道路用水定額2.0～3.0 L/（m2·d）、澆灑綠地用水定額1.0～3.0 L/（m2·d）的規(guī)定。經(jīng)分析，單位面積道路及綠地用水量指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)范要求。

4）管網(wǎng)漏損率分析。2020年、2025年濟(jì)南市東部城區(qū)管網(wǎng)漏損率為11%、10%，符合《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5003-2006）中管網(wǎng)漏損率為10%～12%的要求。

5）未預(yù)見水量分析。規(guī)劃年未預(yù)見水量年按前四項(xiàng)水量之和的8%計(jì)。根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5003-2006），未預(yù)見水量應(yīng)根據(jù)水量預(yù)測(cè)時(shí)難以預(yù)見因素的程度確定，宜采用前四項(xiàng)水量之和的8%～12%。因此，未預(yù)見水量滿足相關(guān)規(guī)范要求。

綜上分析，本項(xiàng)目用水基本合理。

3 白云水庫取用水量分析

白云水庫年供水量5 760萬m3，考慮水庫至水廠之間的管道輸水損失5%，設(shè)計(jì)供水能力20.0萬m3/d。其中，向章丘中心城區(qū)、北部十鎮(zhèn)均勻供水，日供水量14.0萬m3/d，供水時(shí)間365 d，供水保證率95%；向濟(jì)南市東部城區(qū)日供水量1.0萬m3/d，供水時(shí)間365 d，供水保證率95%。白云水庫設(shè)計(jì)取用黃河水5 662萬m3/a，設(shè)計(jì)引水流量6.6 m3/s，設(shè)計(jì)年年引水天數(shù)99.3 d；設(shè)計(jì)取用章丘區(qū)當(dāng)?shù)氐乇硭?14萬m3/a；設(shè)計(jì)總充庫水量5 976萬m3/a。按照“以供定需”的思路進(jìn)行水庫興利調(diào)算，成果見表1。

由表1可知：95%保證率下，白云水庫充庫水量5 976萬m3/a，扣除蒸發(fā)滲漏量213萬m3/a，總供水量5 763萬m3/a（合15.8萬m3/d），扣除管道輸水損失后可向城市供水15.0萬m3/d。章丘區(qū)缺水量14.0萬m3/d可優(yōu)先滿足，供水天數(shù)365 d，供水保證率95%；向濟(jì)南東部城區(qū)供水1.0萬m3/d，供水天數(shù)365 d，供水保證率95%。

表1 章丘區(qū)白云水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算成果表

4 取水可靠性與可行性分析

1）根據(jù)白云水庫水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算成果，水庫建成后，每年充庫水量為5 976萬m3，考慮水庫與水廠間管道滲漏5%后，水庫可滿足水廠日供水量15萬m3/d的要求。

2）根據(jù)當(dāng)?shù)氐乇硭凑撟C成果，來水頻率95%情況下，當(dāng)?shù)氐乇硭衫昧繛?14萬m3；根據(jù)黃河水水資源論證成果，來水頻率95%情況下胡家岸引黃閘可引水天數(shù)為197 d，引黃閘能達(dá)到設(shè)計(jì)引水流量，根據(jù)《章丘市胡家岸灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程可行性研究報(bào)告》胡家岸灌區(qū)每年可節(jié)約用水1 912萬m3，用于白云水庫充庫；根據(jù)附件6和附件7，玉清湖水庫每年轉(zhuǎn)讓3 750萬m3引黃指標(biāo)可用于白云水庫充庫。

3）胡家岸灌區(qū)有兩個(gè)引黃閘，章丘區(qū)右岸黃堤65+162處的胡家岸引黃閘和章丘區(qū)右岸黃堤73+480處的土城子引黃閘，兩引黃閘相距8.3 km。考慮白云水庫充庫引水距離，并充分利用已有明渠，可研設(shè)計(jì)中提出從胡家岸閘引水充庫，引水路徑為胡家岸引黃閘（泵站）—東干渠—沉沙條渠—入庫泵站。充庫流量綜合引水工程渠首引水能力、渠道及建筑物過流能力、沿線黃河水的利用等因素確定。胡家岸引黃泵站引水能力為7.26 m3/s，經(jīng)過沿途渠道水損失后，至沉沙池流量為6.9 m3/s，至入庫泵站量為6.6 m3/s。因此，黃河水充庫流量確定為6.6 m3/s。

4）通過水質(zhì)檢測(cè)，引黃水和當(dāng)?shù)氐乇硭|(zhì)均滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)符合城市集中式水源地功能要求。

綜合以上分析，白云水庫工程向供水區(qū)供水是可行的，水源是可靠的，水量、水質(zhì)均滿足供水要求。