南水北調供水區某地表水廠取用水源分析

趙長周

(河北省衡水水文勘測研究中心，河北 衡水 053000)

1 基本情況

河北省阜城縣位于河北省東南部、衡水市東北部、京杭大運河西岸，縣域東西長45km，南北寬16km，總面積697km2，轄5鎮，610個行政村，人口33萬。該區域交通條件優越，具有四通八達的交通運輸網絡。近年來，阜城縣大力推進產業體系建設，發展壯大紡織服裝、農副產品加工等優勢主導產業。阜城縣境內共有4條骨干河道，主要有南運河、清涼江、江江河、湘江河。阜城縣現有水閘27座，按規模劃分，中型水閘3座，小(1)型水閘14座，小(2)型水閘10座；其中規模以上水閘按類型分，節制閘15座、引(進)水閘4座。

阜城縣地表水廠位于阜城縣阜城鎮郭塔頭村東，總占地面積40056m2，建設方式為集成式一體化單元凈水模塊，供水規模為4萬m3/d。

2 水源方案比選及合理性分析

根據當前的水資源政策，新建建設項目取水水源考慮順序依次為中水、地表水水源、地下水水源。本項目為城市集中供水工程，可供選擇的水源只有地表水和地下水。

地表水：阜城縣多年平均地表水資源量為246.1萬m3，多年平均徑流深13.5mm。由于當地水資源量較少，且資源時空分布不均勻，年內分配比較集中，水質較差，很難蓄集和利用。阜城縣境內河流主要為南運河、清涼江、江江河、湘江河，各河道受上游節建閘控制影響，來水無規律，且入境水量很少，河流水質大部分以Ⅴ類或劣Ⅴ類水為主，主要用于沿途的農田灌溉。可見，地表水不但水量也不能滿足供水保證率的要求，而且水質達不到飲用水水源衛生標準，不能作為本項目用水。

地下水：阜城縣境內淺層地下水富水性較差，供水保障程度較低，且受地表水水質的影響，容易污染，不能滿足項目用水要求。深層地下水屬于嚴重超采區，按照《河北省地下水管理條例》地下水只能作為戰略儲備或應急水源，嚴格限制開采，河北省水利廳批復的阜城縣地下水熱備維護運行水量為25.35萬m3/a，僅作為應急備用，不能作為常規供水水源。

南水北調引江水：根據《河北省南水北調受水區供水配套工程規劃》，該工程在河南省安陽市豐樂鎮西穿越漳河后進入河北省，供水范圍涉及邯鄲、邢臺、石家莊、保定、廊坊、衡水、滄州，供水目標主要為生活、工業兼顧生態。

其中，河北省衡水南水北調配套工程承擔著向衡水市13個縣(市)區的供水任務，分配水量3.1億m3。取水路線從南水北調中線總干渠田莊口門分水，在古運河河槽下部以暗涵型式至趙陵鋪后進入石津干渠，以下利用石津干渠輸水到軍齊后分為兩支：一支為滄州支線，一支為衡水支線。在衡水市境內，衡水市南水北調配套工程布置6條輸水管線與13個供水目標相連接。其中北4縣(安平縣、饒陽縣、深州市、武強縣)和東部2縣(阜城縣、景縣)就近從滄州支線取水，中南部7縣(衡水市區、工業新區、濱湖新區、武邑縣、冀州市、棗強縣、故城縣)從衡水支線軍齊干渠傅家莊取水。

目前，南水北調中線干線全線通水，由于水廠以下配水管網工程建設依然不完善，引江水處于供大于求的狀態，為此，河北省人民政府辦公廳下發了《關于用足用好南水北調引江水的意見》，明確提出了要擴大引江水直供目標，加快引江水切換利用，基本實現對城鎮生活和工業用水的全覆蓋。

綜上，項目區境內地表水匱乏，水量無保證，且水質不符合要求；淺層地下水大部分為微咸水，淡水資源量較少；深層地下水屬嚴重超采區，限制開采，按照南水北調配水區“引江水高效利用、地表水調節利用、地下水控制利用”的水資源優化配置原則，南水北調引江水符合本項目供水要求。

2.1 來水量分析

南水北調中線工程分配衡水市多年平均引水量31012萬m3，在南水北調來水的豐水年和平水年份，按照供水目標的重要程度，分先后順序依次滿足設區市、重點工業區、縣級市、縣城等供水目標的用水需求，豐水時段直供后多余水量充蓄各市的調蓄水庫，供年內缺水時段用水。在南水北調來水的枯水年份，因水量缺口較大，考慮到邯鄲、邢臺、石家莊、保定等市可以通過山前水庫地表水補充供水，所以通過壓縮上述幾市的引江水指標，置換出部分水量供水資源條件較差的衡水、滄州、廊坊等市。

2019年，衡水市根據不同縣(市、區)的經濟發展規劃和產業發展定位，結合配套管網建設規模對市內各供水目標的可供水量實施了進一步的優化配置，依據《衡水市人民政府辦公室關于用足用好南水北調引江水的實施意見》，規劃阜城縣分水量為965萬m3。

2.2 可供水量分析

2.2.1用水指標分析

根據衡水市南水北調辦公室對受水區內各供水目標的優化配置，阜城縣分水指標合2.64萬m3/d，按輸水損失6%計算，南水北調可供水量為907.1萬m3/a；規劃水平年(2025年)南水北調取水量為897.85萬m3/a，分水指標滿足用水需求。

2.2.2輸水管道設計分析

(1)阜景干線輸水管道

根據《衡水市南水北調配套工程水廠以上輸水管道工程第三設計單元初步設計報告》原設計阜景干線分配水量為2915萬m3，設計流量為1.15m3/s，由加壓泵站向阜城水廠、景縣水廠進行加壓供水。管道長度為16.092km，采用的是DN1200 DIP球墨鑄鐵管道，管道設計壓力為1.1MPa，工作壓力等級為0.6MPa。

由于2018年經衡水市政府協調，阜景干線輸水管道的分配水量增加100萬m3，共3015萬m3/年。依據GB 50013—2018《室外給水設計標準》及原設計選取的參數，日變化系數采用1.24，增加100萬m3后阜景干線輸水管道的設計流量為1.19m3/s，管道長度和管徑均沒有發生變化。

根據GB 50013—2018《室外給水設計標準》沿程水頭損失計算采用海曾威廉公式：

h=10.67C-1.852Q1.852d-4.87L

(1)

式中，h—管道沿程水頭損失，m；Q—流量，m3/s；L—管段長度，m；d—管道計算內徑，m；C—海曾威廉系數，球墨鑄鐵管取C=130～140，本次工程取中間值135。

局部水頭損失按其沿程水頭損失的10%計算。

通過計算，管道水頭損失增加0.73m，相應管道壓力增加0.0073MPa；根據原設計報告，阜景干線首端設置分水口泵站1座，設計揚程為55.2m，管道的壓力為0.552MPa，增加用水量后管道最大壓力為0.5593MPa，小于工作壓力0.6MPa，設計壓力小于設計壓力1.1MPa，故現狀管道滿足要求。

(2)阜城支線輸水管道

根據《衡水市南水北調配套工程水廠以上輸水管道工程第三設計單元初步設計報告》原設計阜城支線分配水量為765萬m3，設計流量為0.3m3/s，向阜城水廠進行供水。管道長度為0.222km，采用的是DN500 DIP球墨鑄鐵管道，管道設計壓力為0.9MPa，工作壓力等級為0.45MPa。

由于衡水市分配水量的調劑，阜城支線輸水管道的分配水量增加200萬m3，共965萬m3/年。依據GB 50013—2018《室外給水設計標準》及原設計選取的參數，日變化系數采用1.24，增加200萬m3后阜城支線輸水管道的設計流量為0.38m3/s，管道長度和管徑均沒有發生變化。

根據GB 50013—2018計算，管道水頭損失增加0.5m，相應管道壓力增加0.005MPa；根據原設計報告，阜城支線首端最高水頭為30m，管道的壓力為0.3MPa，增加用水量后管道最大壓力為0.305MPa，小于工作壓力0.45MPa，設計壓力小于設計壓力0.9MPa，故現狀管道滿足要求。

2.2.3水廠供水規模分析

阜城縣地表水廠供水規模為4萬m3/d，預測阜城縣2025年南水北調最大日取水量為2.98萬m3/d，取水量小于供水規模，滿足供水要求。

可見，阜城縣地表水廠供水規模、分水指標及管道輸水能力均能滿足項目需要要求。

2.3 水源質量評價

南水北調工程引水水源為丹江口水庫庫區地表水，2020年6月5日通過對南水北調引江水進行水質監測，選用pH值、糞大腸菌群、溶解氧、水溫、五日生化需氧量等29項指標，應用單項組分評價法、綜合評價法，對該項目水源水質進行評價。結果表明水源水質良好，符合GB 3838—2002《地表水環境質量標準》中的Ⅲ類水質標準要求，可滿足本項目生產和生活取水水源要求。見表1。

表1 阜城縣地表水廠地表水源水水質評價表

2.4 取水口設置合理性分析

阜景線取水口位于武邑縣馬回臺村東北，河北省南水北調配套干渠石津干渠滄州支線暗涵段樁號153+700處。其中阜城縣取水口位于衡水市阜城縣阜城鎮郭塔頭村阜景支線阜城取水口。該取水口被列入衡水市南水北調規劃，己經建成運行，并且己經證明兼顧了經濟性、水質安全性等各方面要求，取水口設置合理。

2.5 取水可靠性分析

2.5.1工程可靠性分析

南水北調工程是我國大型的公共供水工程，由國家專門機構管理，調水、配水統一規劃，來水穩定，保證率較高。

2.5.2取水量可靠性分析

依據《衡水市人民政府辦公室關于用足用好南水北調引江水的實施意見》，規劃阜城多年平均引江水量可滿足2025年阜城縣地表水廠取水量897.85萬m3的要求。

根據南水北調水源地長系列來水過程線分析，75%以上的枯水年份，南水北調水源存在連續幾個月來水量很小或無水的情況發生，來水過程不均勻。針對這一問題，河北省南水北調規劃及配置方案提出了水量通過實施上游山區水庫與總干渠聯合調蓄調度，引江水主要用于中東部水資源嚴重缺乏地區(滄州、衡水、廊坊)，可有效保證論證區的水源水量問題，確保南水北調的分配水量。

3 結語

南水北調工程是我國大型的公共供水工程，具有調水、配水統一規劃，來水穩定，保證率較高的優勢，為解決阜城縣淺層地下水可利用范圍小、深層地下水超采嚴重、水資源匱乏、供需矛盾突出的問題，經過多方面分析論證，阜城縣地表水廠利用南水北調引江水解決當地居民生活和工業用水，不僅修復了阜城縣地下水環境、推進了水資源高效利用、保障了該地區經濟可持續發展，更為南水北調及其他跨流域調水供水區水資源的合理利用和優化配置提供了借鑒與參考。