冬奧會延慶賽區造雪引水需求分析

趙江湖 孫銳嬌

(1.北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京 100082；2.北京交通大學，北京 100044)

冬季奧林匹克運動會(簡稱冬奧會)是世界規模最大的冬季綜合性運動會，我國將于2022年舉辦第24屆冬奧會。該屆冬奧會設7個大項，15個分項，109個小項[1]，北京將承辦所有冰上項目，延慶和張家口將承辦所有的雪上項目。其中延慶賽區承擔高山滑雪、雪車、鋼架雪車、雪橇項目的比賽任務，并在賽后為國內外賽事及專業運動員提供訓練場所。配套市政引水工程的建設是保障北京2022年冬奧會順利進行的基礎，以達到滿足運動員賽前訓練、賽時參賽以及觀眾觀看比賽的需求。

據《芝加哥論壇報》估算統計，占地90英畝的雪場每年需2700萬加侖水，水量足以滿足5700人一年的用水需要，可見雪場用水需求十分巨大。加之冬奧會雪道、雪場的標準更高，供水保障成為亟待研究的課題。張凌云、楊晶晶[2]對王富德先生關于北京市滑雪場用水量的計算方法提出質疑，并介紹了國外關于滑雪場對水資源影響的相關研究。張義斌[3]根據滑雪旅游區的運行特點，分析和討論了滑雪旅游區給排水工程規劃應注意的問題。陳嘉熺[4]通過生物監測手段，分析了工程擴建對亞布力滑雪場水源地水質和水生生物的影響。劉中新[5]總結出建造高山人造滑雪場的最佳、適宜、基本適宜和不適宜地點，并對雪崩、大霧等風險因素進行評估。已有針對滑雪區進行的水利工程研究，大多基于旅游資源管理視角，缺乏結合體育賽事特點進行的分析。本文本著因地制宜、減少擾動、循環利用的原則，分別從水質、水量與可持續3個方面，對冬奧會延慶賽區引水需求特征進行分析。

1 項目概況

延慶賽區位于北京市延慶區張山營鎮小海坨山。賽區將建設國家高山滑雪中心、國家雪車雪橇中心、奧運村、山地媒體中心以及相關配套設施，確保滿足2022年冬奧會舉辦的各項功能需求。

1.1 地形地貌

規劃區以中山峽谷地貌為主，海拔在1000～2198m，北依小海坨山主峰，最高海拔2198m。由北向南海拔逐漸降低，局部小山走向組成較為多樣的地貌。

1.2 水文水系

海陀山區花崗巖裂隙發育，且上游植被茂密，故基巖裂隙水豐富，所以地表徑流較為穩定，即使在枯水期也有泉水補給，終年常流。地下水的主要補給來源為大氣降水入滲。一般枯水期水位低，夏末秋初豐水期水位較高。徑流特征為中低山區向鄰近溝谷匯流。排泄方式主要是地表及溝谷區的側向徑流。

1.3 土壤與植被

延慶賽區土壤類型主要為棕壤、褐土和草甸土，自然植被多為雜木林或灌叢。植被類型可以分為落葉闊葉林、亞高山灌叢、亞高山草甸3個植被亞型，其中落葉闊葉林作為研究區最重要的植被類型，主要分布在海拔1700m以下區域。

2 水質需求

2.1 水源水質

冬奧會延慶賽區造雪用水水源來自佛峪口水庫和白河堡水庫，通過修建輸水管道、加壓泵站等設施將水輸送至賽區。佛峪口水庫水質除總大腸菌群、pH值外，其他檢測項目均滿足《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)[6]中的Ⅱ類水質標準；白河堡水庫水質類別為Ⅱ類，符合水質目標要求，二者均可以作為引水水源。

由于冬奧會為國際性賽事，對于水質的要求應滿足世界衛生組織標準。就水質要求等級最高的飲用水標準來看，參考世界衛生組織《飲用水水質準則》(2004)、歐盟《飲用水水質指令》(1998)、美國EPA飲用水水質國家標準(2004)、俄羅斯國家飲用水衛生標準(2002)和日本飲用水水質基準，基本與國際組織和經濟發達國家同類標準接軌。同時，賽區安裝了水質監測設備，能夠實現實時監控，為賽時運動員的用水安全提供保障。

2.2 水廠出水水質

出水水質要執行《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006)[7]，其中出廠水濁度小于0.5NTU，保證率大于95%。為保證出水水質，新建水廠采用“預處理—常規處理—深度處理”的水處理工藝路線[8]。該工藝是物理吸附、化學和生物分解、超濾膜過濾相結合的工藝，可以有效去除消毒副產物前體物、控制水質生物穩定性以及明顯改善水質的感官特性(嗅、味等)，是近幾年處理微污染水源采用較多的處理工藝。將常規處理、臭氧-活性炭處理、超濾膜過濾和安全消毒工藝相結合，可以有效去除原水中的大部分有機物、細菌和病毒，保證出水濁度，改善供水水質的生物穩定性，提高供水安全度。凈水工藝流程見圖1。

圖1 新建水廠凈水工藝流程圖

2.3 雪質

賽道雪質在雪密度、雪溫度、雪含水率等方面均有嚴格要求，其目的是保證運動員能力的發揮，并盡量降低由于雪質問題造成的意外發生率，雪密度要求見表1[9]。自然降雪由氣候條件決定，容易產生松散的粉狀雪和摩擦系數小的泥狀雪，導致運動員在滑行時撞傷、摔傷的概率增加。有研究表明[10]，人造雪比天然雪更穩定，一定程度上能夠抵御氣候波動的影響。這就意味著造雪機要保證穩定的水源輸入，水中的顆粒物雜質必須控制在較低水平，否則易損壞造雪機噴頭，雪質也會受到影響。

表1 雪密度列表

3 水量需求

3.1 造雪需求

本項目造雪引水工程通過建設塘壩(蓄水池)、引水管線及泵站，將外部調水在賽區內進行調蓄并輸送到國家高山滑雪中心造雪系統前水池，滿足冬奧會延慶賽區高山滑雪中心造雪系統用水需求，保障賽事順利舉辦和賽后可持續利用。同時通過建設塘壩、蓄水池、引水管線及泵站對融雪水進行收集，根據情況進行處理、循環利用或排放至佛峪口水庫下游。造雪引水系統見圖2。

圖2 造雪引水系統圖

該系統賽時造雪總需水量約為74萬m3。其中比賽道造雪用水量28.11萬m3，訓練道造雪用水量30.32萬m3，技術道造雪用水量3.93萬m3，連接道造雪用水量7.21萬m3，景觀道造雪用水量4.27萬m3。根據《北京冬奧組委規劃和可持續發展部關于北京2022延慶賽區雪務需求的函》(冬奧組委規函〔2017〕95號)，造雪系統要具備在合適溫度情況下，200h內完成全部比賽用造雪雪量的能力。在目前條件下可理解為200h內完成除景觀雪道及技術道外的全部造雪雪量，即200h供水能力需達到65.64萬m3。

3.2 生活用水需求

根據項目聯合體設計單位提供的資料，區域內奧運村、國家高山滑雪中心、國家雪車雪橇中心、媒體區用水量按人口指標法計算，西大莊科村用水量采用不同類別用地指標法計算，具體用水量指標見表2。

表2 延慶賽區人均用水量指標

西大莊科村規劃用地面積6.25hm2，高日用水量約為625m3/d。考慮自來水供水10%的管網漏損和15%的未預見水量，由各用水項目預計使用人數，本規劃區高日供水量為3539m3/d，由時變化系數公式可求得高日高時供水量。

時變化系數公式：

式中：Kh——時變化系數；

Qh——高日高時供水量，m3/h；

Qd——最高日供水量，m3/d。

這里時變化系數取1.5，可計算可得規劃區高日高時供水量約為221m3/h。

3.3 再生水需求

冬奧會比賽期間人員活動主要發生在冬季。在賽事期間再生水不用于綠化，其主要用途為建筑沖廁和車庫沖洗；賽后主要用途為建筑沖廁、車庫沖洗、綠化澆灑及道路沖洗。建筑沖廁用水量按人口指標法計算，車庫沖洗、綠化澆灑及道路沖洗按面積指標法計算。建筑沖廁和車庫沖洗用水量指標見表3。

表3 延慶賽區建筑沖廁和車庫沖洗用水量指標

根據各地塊人數及規劃再生水用水量指標，可計算出賽區規劃區域(不含西大莊科村、高山滑雪中心及媒體轉播中心)再生水日用水總量約為462m3/d(雪車雪橇中心取賽后用水量)，其中建筑沖廁用水量為432m3/d，車庫沖洗用水量約為30m3/d，充分考慮15%不可預見的再生水量及10%管網漏損量，2022冬奧會延慶賽區再生水日供水量為578m3/d。

3.4 綜合分析

根據上文分析，目前冬奧會延慶賽區主要的水量需求為造雪需求(65.64萬m3/200h)、生活用水需求(221m3/h)以及再生水需求(578m3/d)。為保障冬奧會延慶賽區造雪造冰及生活用水需求，新建冬奧會延慶賽區應急水源保障工程。該工程從白河堡水庫調水以解決佛峪口水庫供水水源不足問題，包含泵站及配套管線工程兩部分：泵站位于白河堡水庫管理處院內，設計流量為1.0m3/s，調水能力8.6萬m3/d，能夠滿足8.46萬m3/d的綜合水量需求；管線工程起點為白河引水隧洞出口調節池，沿白河北干渠巡渠路、香龍路、舊小路、古龍路及東佛路敷設DN500、DN900輸水管線34607.7m至冬奧會延慶賽區造雪引水及集中供水工程一級泵站調節池。

4 可持續需求

可持續發展是2022年冬奧會和冬殘奧會的三大理念之一，是我國向世界作出的莊嚴承諾。在規劃與修建引水工程時應考慮以下幾個階段的可持續性需求。

4.1 準備期可持續性

應及早采取措施促使關鍵利益相關方參與，區分各相關方的職責，以確保將承諾目標落實到位。主要包括：闡明公共機構與舉辦機構的職責以及關系，明確奧組委在可持續性計劃管理中的關鍵角色；與非政府組織(NGO)和其他民間社團建立信任關系，對其提出的相關要求進行處理；奧組委與城市主辦機構以及其他賽會舉辦合作伙伴共同采取措施，召集所有主要利益群體，定期舉行利益相關方通報會，通報進展情況；開展可持續性戰略與目標的制定工作。

4.2 規劃建設期可持續性

可持續性實施計劃是可持續性計劃的核心，可持續性管理體系ISO20121、可持續性采購與供應鏈管理、碳管理與緩解措施以及廢棄物管理四個領域，均要求可持續性團隊在設立戰略方向、確定目標、協調實施、監控和報告結果方面要起到主導作用。在規劃設計時要注重山地場館運行與水資源要素相協調[11]，針對季節變化中不同物理狀態下水的循環系統，采用全面高效的節水型用水器具，引入科學的水監測與管理系統。施工時應減少表土資源的流失浪費，注重動植物資源、生態環境的保護。

4.3 運行期可持續性

從第一批主要測試賽起，一直到賽后解散階段，雖然指導賽時階段規劃和準備都會占用可持續性職能領域大量時間，但賽時會明顯轉向場館為主的活動，主要涉及監控是否符合基礎設施運行管理的可持續性要求，以及對事件進行評估、管理、報告并從中吸取經驗教訓。

4.4 賽后恢復期可持續性

一方面要按照規劃完成永久場館的功能轉換和臨時場館的恢復，盡可能減少場館恢復過程中對環境的影響，另一方面要加強可持續性報告編制和經驗的學習。可持續性是一個相對較新的主題，而且在奧運會實施的可持續性計劃要比主辦城市、區域和國家的大多數其他項目和組織機構的計劃都要走得更遠、更深入，因此這個學習機會對實現可持續性尤其重要。

本項目積極推進“循環經濟”理念，主要是為加強“節約用水、循環用水”的意識[12]，引導“中水回用”在澆灑道路、綠化噴灌等方面的應用。采取高效節水型新工藝、新技術、新設備、新材料。將雨水或生活污水回用作為綠化用水，以利于節水及利用自然滲透補充地下水。

5 結 語

“冰天雪地也是金山銀山”。在發展冰雪經濟、冰雪運動的同時，我們應結合項目所在地的地形地質條件、氣候條件、競賽特點等方面，綜合考慮供水工程的特殊需求。經分析，冬奧延慶賽區總體供水能夠滿足水質需求、供水需求和賽時賽后可持續性利用需求，通過合理規劃與設計，盡量減少對原有水資源系統的擾動，使項目區能夠得到可持續發展。