林州市饮用水水源地替代工程安全性分析_杨锦钊.pdf

河南水利与南水北调 2023年第5期南水北调林州市饮用水水源地替代工程安全性分析杨锦钊（伯明翰大学地理、地球和环境科学学院，英国 伯明翰 B15 2TT）摘要：为缓解林州市水资源供需矛盾，解决供水安全问题，加快推进能源结构调整，将其主要饮用水水源由弓上水库替换为南水北调用水，并将弓上水库调整为林州弓上抽水蓄能电站下水库。通过分析水源地替换的必要性和供水水量与水质安全性，得出以下结论：林州弓上水库饮用水水源地替代方案无论在水量还是水质上均能满足林州市全域的供水需求，基本不影响林州市供水安全。弓上水库变为抽水蓄能下水库可以减少碳排放，对推动河南省节能发电调度的实施及社会经济可持续发展具有重要意义。关键词：南水北调；供水安全；饮水水源；水源替换中图分类号：TV211.1+1文献标识码：B文章编号：1673-8853（2023）05-0057-03作者简介：杨锦钊（1997.12-），男，伯明翰大学地理、地球和环境科学学院硕士研究生，主要研究领域为河流环境与管理。0引言南水北调中线是一项民生工程，旨在缓解中北部地区的水资源短缺问题,为受水区带来了很大的经济和社会效益。该工程有利于提高受水区居民的生活品质、有效缓解地下水超采问题、改善城市生态并推进城镇化发展，对受水区水源地的保护和供水工程的优化也有良好的促进作用。近年来，随着上游来水量大幅减少和城市需水量的增加，林州市主水源弓上水库多次出现蓄水不足的情况，弓上水库供水人口从2015年的50万人降到2020年25万人，覆盖的供水人口缩减了50%，供水量从1 492万m3降低到524.60万m3，供水量缩减了57.81%，严重影响了当地供水安全。安阳市水资源公报（2015-2020年）统计显示林州市平均用水量为16 987万m3，其中农业用水量为7 677万m3，占总用水量的45.20%；地下水用水量8 878万m3，约占总用水量的52.27%，林州市地下水超采严重。持续开采地下水会致使地下水位逐年下降，影响林州市水资源可持续利用，危及城乡供水和生态安全。保障供水安全，优化水资源配置对于经济社会与生态环境的和谐发展都有积极形象影响。2020年4月，安阳市发展和改革委员会文批复了 南水北调安阳市西部调水工程初步设计，规划通过加压泵站和输水管道将南水北调优质水源输送至林州市第三水厂，每年向林州市调水4 000万m3。为林州市提供了新的水源，也为解决林州市所面临的供水安全问题，改善林州市群众饮水条件、提升群众生活品质、优化林州市用水结构提供了源头活水。1林州市概况林州市位于河南省最北部的太行山东麓，地处豫、晋、冀三省交界处，属于安阳市西部区域，市境南北长74 km，东西宽29.40 km，下辖4个街道、16个乡镇542个行政村，1个国家级经济技术开发区林州市产业集聚区，1个省级产业集聚区红旗渠国家级经济技术开发区。2020年，林州市总人口116万人，常住人口95.08万人，其中城镇人口53.99万人，城镇化率56.78%。林州市地势总趋势西高东低，属暖温带半湿润大陆性季风Safety Analysis of the Substitution Project of Drinking Water Source in Linzhou CityYANG Jinzhao（School of Geography,Earth and Environmental Sciences,University of Birmingham,Birmingham B15 2TT,UK）Abstract：In order to alleviate the contradiction between supply and demand of water resources in Linzhou,solve the problem of watersupply safety,and accelerate the adjustment of energy structure,the main drinking water source was changed from GongshangReservoir to South-to-North Water Transfer Project,and Gongshang Reservoir was changed into the lower reservoir of GongshangPumped Storage Power Station.By analyzing the necessity of water source replacement and the safety of water supply quantity andwater quality,the following conclusions are drawn.Firstly,the replacement scheme of drinking water source of Gongshang Reservoir inLinzhou can meet the water supply demand of Linzhou city in terms of water quantity and water quality,and basically does not affectthe water supply safety of Linzhou city.Secondly,changing Gongshang Reservoir into Pumped Storage Lower Reservoir can reducecarbon emissions,which is of great significance for promoting the implementation of energy-saving power generation dispatching andthe sustainable development of social economy in Henan Province.Key words：South-to-North Water Transfer Project;water supply safety;drinking water source;water source replacement57河南水利与南水北调 2023年第5期南水北调气候，四季分明，冷热季和干湿季区别明显。林州市河流属海河流域漳卫河水系，境内3条主要的水系分别是漳河水系、洹河水系及淇河水系，形成以红旗渠为脉络“一脉三片区”的水系总体框架。林州市主要水源为地表水源和地下水源。目前，林州市生活和工业用水以弓上水库水为主水源，南谷洞水库水和中南铁路排水隧洞渗水为辅助水源，部分农村集中式供水和分散式供水采用地下水，农业灌溉用水主要为引漳水。根据 林州市水资源综合规划（2018-2030），林州主要有4座中型水库、小（1）、小（2）型54 座小型水库、878座中小型库塘，拥有红旗渠、淇河、天桥渠三个大、中、小灌区，全市配套机电井1 363眼。2弓上水库水源地替换的必要性2.1林州市供水安全和水资源优化配置的需求近年来，随着弓上水库上游用水增加及来水量的大幅减少，导致弓上水库已多次出现蓄水不足的情况，饮用水水源安全受到了威胁。林州市第三水厂实际供水规模目前已减小至14 372 m3/d，马地掌供水工程、桃园供水工程和合涧联镇水厂也由于弓上水库水量不足，实际供水规模分别减小至600、1 200、1 300 m3/d。自2000年以来，弓上水库最枯月平均蓄水量740万m3，最小月蓄水量不足200万m3，年末蓄水量为233万m32 759万m3，年平均蓄水量1 250万m3，不足以支撑林州市城镇综合生活用水需求。弓上水库供水保证率低，严重影响了当地供水安全。从当地水资源禀赋条件和未来林州市社会经济发展看，林州市以弓上水库为主水源的供水格局不足以支撑林州市经济社会高质量发展的用水要求和人民日益增长的美好生活需要。为解决林州市所面临的供水安全问题，改善林州市群众饮水条件、提升群众生活品质、优化林州市用水结构，林州市城市供水与节约用水专项规划（2017-2030年）林州市水资源综合规划（2018-2030年）提出林州以南水北调水替代弓上水库水为主水源。2017年1月，安阳市政府及时启动了 南水北调安阳市西部调水工程项目建议书 和 南水北调安阳西部调水工程水资源论证分析报告，规划将南水北调优质水源输送至林州市第三水厂（原水源为弓上水库）以满足林州市城乡生活与部分工业用水需求，彻底解决或缓解林州市日趋严峻的水资源供需矛盾。2.2推进城乡供水一体化的需求林州市地下水超采区为除石板岩、五龙镇、原康镇、茶店镇以外的其他区域，超采区面积710 km2。由于工业供水和生活用水挤占农业用水水源，导致农业用水大量开采地下水。地下水在林州市整个供水中所占的比重较大，安阳市水资源公报（2015-2020年）统计显示林州市地下水用水量8 878万m3，约占总用水量的52.27%。林州市地下水超采严重，浅层地下水开发利用率约为204%，中深层地下水也亦大量开采。持续开采致使地下水超采造成地下水位逐年下降，林州市地下水位平均水位埋深200 m下降到平均水位埋深250余米，影响林州市水资源可持续利用。林州市的地下水可开采量较少，随着地下水压采，地下水可供水量会越来越少，地表水中漳河可引水量减少，林州急需增加水源来满足社会和经济发展。林州市为南水北调中线工程新增受水区，是河南省城乡供水一体化第二批县级试点。河南省委、省政府高度重视农村饮水安全和饮用水地表化工作，2022年1月6日，省委办公厅、省政府办公厅印发 河南省“五水综改”工作方案，提出水资源优化配置和有序利用是重点解决问题之一，持续深化“四水同治”，以饮用水地表化为切入点，统筹推进农村供水规模化、市场化、水源地表化、城乡一体化。引入南水北调优质水的同时可以推动城镇供水管网向周边村庄延伸覆盖。3饮用水水源地替换方案2022年年底南水北调西部调水工程通水后，南水北调水将输送至林州市第三水厂替代弓上水库水以满足林州市城乡生活与部分工业用水需求。加之，第三水厂、第四水厂和第五水厂（西丰水厂）管网互联互通，南水北调水供水范围将覆盖林州市城区和产业集聚区。同时，2022年度地下水超采综合治理工程（原规划名称林州市桃园水厂管网延伸工程）建成后，南水北调水将引至桃园水厂替代原水源弓上水库水与地下水，作为南部乡镇农村的主要供水水源以改善农村饮水水质。基于优水优用，分水质、分行业优化配置水资源的原则，结合林州市水资源综合规划、城乡供水一体化和“十四五”规划，并考虑未来应急水源和战略储备水源建设需求，形成林州弓上水库饮用水水源地替代方案：南水北调安阳市西部调水工程通水后，林州市将形成以南水北调水为主水源，南谷洞水库、中南铁路隧洞水为辅助水源，淇河地表水及地下水为备用水源的“多水源”联合调度供水新格局，弓上水库调整为林州弓上抽水蓄能电站下水库。3.1供水水量安全性分析结合需水量预测和可供水量预测结果，林州市全域不同规划年需水量与可供水量供需平衡分析结果见表1。由供需平衡分析表可知，在保证率为50%时，规划水平年2023、2025、2030年林州市不缺水；当保证率为95%时，2023、2025、2030年林州市的缺水率分别为28%、20%、22%。P=50%保证率时，以南水北调水为林州市主水源的供水新格局水资可供水量对满足林州市正常供水基本无影响；P=95%保证率时，南水北调特枯年无法正常引水，需启用备用水源，通过多水源联合调度，以满足林州用水需求。3.2供水水质安全性分析南水北调水水质优良，丹江口水库和中线干线供水水质长期稳定在地表水水质类标准及以上；根据林州市水质监测资料，现状南谷洞水库、铁路隧洞水质为类水，经水厂处理后各项指标均能达到 生活饮用水卫生标准 要求；淇河地表水为备用水源，根据 安阳市生态环境状况公报，淇河河口饮用水水源水质常年为优；林州市地下水转为备用水源，水质等级为级，各项指标能够达到 生活饮用水卫生标准 的要求。因此，调整林州市弓上水库饮用水水源地功能后，林州市供水新格局具有水质可靠性。3.3综合效益分析表1林州市全域供需平衡分析表保证率P=50%P=95%规划年2023年2025年2030年2023年2025年2030年需水量19 68623 38024 25625 97331 12132 209可供水量36 19944 40644 73218 78924 80625 107缺水量-16 513-21 026-20 4767 1856 3157 102缺水率-84%-90%-84%28%20%22%单位：万m358河南水利与南水北调 2023年第5期南水北调南北水调安阳市西部调水工程设计扩建林州市第三水厂7万m3/d，林州市第三水厂设计总规模达到12万m3/d，并与第四水厂、西丰水厂共同组成互通管网供水，扩大供水范围，覆盖林州市城区、红旗渠开发区、姚村镇、河顺镇、横水镇，采桑镇等村镇，用于城乡生活及部分工业用水。将南水北调优质水引至桃园水厂替代原水源（弓上水库水与地下水），作为南部乡镇农村的主要供水水源以改善农村饮水水质，同时压采地下水158.20万m3。林州弓上抽水蓄能电站，拟装机容量120万kW，项目建成投运后，年发电量13.19亿（kW h），每年可节省标煤28.37万t、减少二氧化碳排放量70.76万t、减少二氧化硫排放量2.14万t、减少氮氧化物排放量1.07万t，林州弓上抽水蓄能电站除具有容量替代效益，缓解系统调峰压力、改善火电运行工况，和减少化石资源消耗、减轻环境保护压力等静态作用，更具有紧急事故备用、快速负荷调整、调频、调相稳压等动态功能，对推动林州市乃至河南省节能发电调度的实施及社会经济可持续发展具有重要意义。4结论与建议南水北调优质水代替弓上水库作为主水源不仅可以解决林州市日渐较深的水资源供需平衡的矛盾，优化林州市水资源配置，合理扩大供水范围，推动城镇供水管网向周边村庄延伸覆盖，着力提高供水保障能力；缓解地下水超采问题；还可以推进林州市能源结构调整，建设符合节约型、环境友好型要求的社会。弓上水库由于上游用水增加及来水量的大幅减少，已多次出现蓄水不足的情况，饮用水水源安全受到了威胁。2015-2020年，供水人口缩减了50%，供水量减少了57.81%，供水保障率低。林州弓上水库饮用水水源地替代方案无论在水量还是水质上均能满足林州市全域的供水需求，基本不影响林州市供水安全。弓上水库变为抽水蓄能下水库可以减少碳排放，对推动河南省节能发电调度的实施及社会经济可持续发展具有重要意义。加大供水管网的改造力度，逐步淘汰陈旧老化供水管网，优化管网布局，引进新技术、新材料，提高管道使用寿命，增强供水能力，降低由于管网陈旧老化造成的爆管、水量漏失和水质事故。广泛借助科技手段，及时摸清管网现状。加强用水安全监控与应急预案，在P=95%保证率时，需启用备用水源以满足林州用水需求。参考文献：1 徐琼.南水北调西部调水工程安阳河段项目分析 J.河南水利与南水北调，2022，51（10）：39-40.2 任威振，孔卫瑞.南水北调水源地保护专项行动系统设计与应用 J.河南水利与南水北调，2023，52（1）：38-39，55.3 程永源.南水北调受水区内乡供水工程节能评价 J.河南水利与南水北调，2022，51（7）：52-53.收稿日期：2023-3-7编辑：刘长垠山水库为例，研究水库泥沙淤积和回水特征。结果表明根据官山水库初步方案，库区回水长约3.536 km，水库淤积形态为锥体淤积，水库运行 50 年的水平淤积高程为 1 202.18 m，坝前淤积高程为 1 199.79 m；水库运行 20 年的水平淤积高程为1 200.68 m，坝前淤积高程为1 198.79 m。建议在水库工程设计阶段充分考虑泥沙淤积的影响。参考文献：1 刘全龙.基于防洪安全的水库引水工程效益评价以兰州新区引水工程为例 J.中国科技信息，2023（2）：65-67.2 郑江丽，李兴拼，陈易偲.水库移民后期扶持实施效益评价以广州市从化区为例 C.北京：中国水利学会2021学术年会论文集第五分册，2021：370-378.3 洪文浩，周清勇，胡国平，等.模糊综合评判法在病险水库加固后工程效益评价中的应用 J.浙江水利科技，2020，48（5）：22-26.4 肖俊.水库一维泥沙数学模型论证研究以新疆玉龙喀什水库为例 J.水利科学与寒区工程，2022，5（5）：5-9.收稿日期：2023-3-28编辑：刘长垠侯鹏松表3官山水库回水计算成果表断面号A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13距坝址距离/m04779631 6052 0462 4612 9693 3313 4743 5363 5803 5973 614深泓线1 195.001 197.031 199.121 202.681 204.421 206.321 208.871 211.941 212.401 212.741 213.071 213.311 213.3820年泥沙淤积高程1 198.791 200.031 201.621 203.881 205.521 207.221 209.371 212.141 212.601 212.751 213.081 213.321 213.39多年平均流量水面线1 195.221 197.241 199.321 202.881 204.611 206.501 209.041 212.101 212.541 212.821 213.131 213.351 213.39水面线/mP=20%Q=46.30 m3/s建库前1 195.521 197.521 199.591 203.141 204.831 206.521 209.041 212.121 212.561 212.841 213.151 213.371 213.41建库后1 212.101 212.101 212.101 212.101 212.101 212.101 212.101 212.561 212.951 213.091 213.211 213.321 213.34P=5%Q=82.30 m3/s建库前1 195.621 197.621 199.681 203.221 204.911 206.771 209.261 212.251 212.671 212.951 213.171 213.381 213.43建库后1 212.401 212.401 212.401 212.401 212.401 212.401 212.401 212.751 213.081 213.221 213.291 213.401 213.47备注坝址尖灭点（上接第54页）59