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榆神工业区清水园供水方案探析

来源：本站发布时间：2017-02-17 浏览量：1203

榆神工业区清水园供水方案探析

刘建平
（榆林市榆阳区石峁水库管理处，陕西榆林 719000）

[摘要] 本文分析了榆神工业区清水园概况以及水资源利用中存在的问题，对区域水资源供需平衡情况进行了探讨，提出从黄河万镇取水以解决园区用水需求，并对供水量、供水方案以及泥沙影响等进行深入分析，以确保项目顺利实施。
[关键词] 清水园；供水；黄河取水；方案
[中图分类号] TU821 [文献标识码] B

1概况
清水工业园位于榆神工业区东北部的神木县大保当镇秃尾河右岸，占地面积82.05km²，主要以煤化工产业为主，人口6300人，2016年工业产值已达462亿元以上。但由于水资源短缺，严重制约了清水工业园的发展，大部分项目均无法按照原计划实施。
2水资源利用中存在的问题
2.1水资源总量短缺
清水工业园区属干旱与半干旱区，多年平均降雨量仅423mm，年均蒸发量1072.4mm，蒸发量远大于降雨量，且降水年内年际分布不均匀，夏季降雨较多，冬季干旱，区域内浅层地下水储量少，可开发量低，水资源总量严重短缺。
2.2供水设施不足
清水工业园区所在秃尾河流域内水资源短缺，水资源开发利用程度较高，供水工程数量和规模较小，调蓄能力无法满足清水工业园的用水需求。根据清水工业园发展规划，每年用水量为31025万m³，但仅能从已有的供水工程采兔沟水库抽调3900万m³为清水工业园供水，项目区剩余的27125万m³需水要求根本无法满足。
2.3供水设施布局与经济发展不协调
由于多种原因使得《陕北能源化工基地黄河引水工程总体规划》不能如期实施，影响了清水工业园的建设进度。唯有寻找新的水源进行引水工程建设，才能够使供水设施布局与项目区的经济协调发展，避免因水资源短缺而制约项目区经济发展。
3 水资源供需平衡分析
3.1 需水量计算
根据工业园区人口，清水工业园2016年生活需水量定额为100 L/人•日，2030年生活需水量定额为105 L/人•日。最终计算出，清水工业园2016年生活需水量为22.70万m³，2030年生活需水量为40.77万m³。2016年至2029年期间，南区平均每年建筑面积为311.4hm²。建筑用水定额结合《陕西省行业用水定额》确定出2016年为1.5m³/m²和2030年1.2m³/m²。建筑业2016年需水量为467.1万m³，工业总需水量为11677万m³。2030年工业总需水量为26221万m³。生态环境需水量包括清水工业园内人工绿地需水量和道路喷洒需水量，道路需水量计算时喷洒面积按照主干道面积乘以折减系数0.6计算。根据《榆神工业区清水工业园控制性详细规划》，清水工业园北区人工绿地面积为115.3万m²，主干道面积为289.5万m²；南区规划人工绿地面积为330.2万m²，主干道面积为265.2万m²，2030年可全部建设完成，2016年的面积按照2030年的40%计算，预测清水工业园内2016年生态需水量为75万m³，2030年生态需水量为116万m³。
根据以上分析，汇总清水工业园生活需水量、建筑业需水量、工业需水量和生态蓄水量，得到2016年和2030年总需水量分别为12242万m³和26378万m³。
3.2 供水量分析
清水工业园的可供水量分地表水和再生水。地表水为采兔沟水库供水规模为每年3900万m³。
再生水供水量包括污水和雨水。2016年清水工业园北区污水处理厂建设规模为4.8万m³/d，南区一期规模为3万m³/d，南区污水处理厂总建设规模确定为12万m³/d。由此计算得到，2016年可产生污水回用量2847万m³，2030年可产生回用水6132万m³。
雨水可利用量按照道路广场雨水和屋面雨水两项分别计算。可集雨屋面按照工业用地和仓储用地的85%计算，则北区和南区的屋面面积为1535.1hm²和3305.3hm²。结合陕北的气候条件，道路广场的初期弃雨量取6.5mm，径流系数取0.6；屋面的初期弃雨量取2mm，径流系数取0.9，平均每年降雨20次，则道路广场和屋面的弃雨量分别为130mm和40mm。雨水利用量按照多年平均降雨量与弃雨量之差，乘以集雨面积和径流系数之积计算。经计算，清水工业园2016年和2030年雨水利用量分别为593万m³和1686万m³。
由于供水过程中存在水厂的自用水量与支线输水损失，因此供水量计算需扣除该损失，本次水厂自用水量与支线输水损失按8%考虑。则2016年和2030年可供水量分别为6753万m³和10781万m³。
3.3 供需平衡分析
根据受水区不同水平年供需水状况，进行受水区水资源供需平衡分析，2016年清水工业园需水量为12242万m³，可供水量为6753万m³，缺水量为5489万m³，2030年清水工业园需水量为26378万m³，可供水量为10781万m³，缺水量为15597万m³。清水工业园发展受到严重制约。
4清水工业园区供水方案
4.1 工程引水规模
根据清水工业园区水资源供需平衡分析可知，按照现状年的供水能力，2016年清水工业园缺水5489万m³，2030年缺水15597万m³。加上干线损失，以及水库蒸发，则供水工程总引水规模为19056万m³。为了保证清水工业区的正常建设和生产运行，经过广泛深入的考察和勘察后，计划以黄河漫滩水和黄河地表水作为水源对清水工业园供水。
4.2 黄河可引水量分析
4.2.1 黄河漫滩水可引水量
经对神木县东南边境的黄河漫滩水勘查，区内发育有5处稳定不连续黄河漫滩，自北向南依次分布于西豆峪、强家峁、万镇、兰家会、界牌村附近，平均展布长度1.5km～2.5km，宽度300m～500m。根据勘查成果和取水方案初步设计，评价勘查区以22座渗流井方式开采区内地下水，推荐允许开采总量为182900m³/d。
4.2.2 黄河干流地表水可引水量
根据《黄河水量调度条例实施细则（试行）》的规定，头道拐站断面预警流量限值为50m³/s，下游龙门断面预警流量限值为100m³/s。本次工程黄河万镇地表水取水口断面位于头道拐站与龙门站之间，取水口断面预警流量应高于头道拐站同时低于龙门站，因此确定为80m³/s。根据清水工业园发展，万镇引水工程一期实施后，为清水工业园每年增加6676万m³的水量，但仍然无法满足清水工业园的用水需求。因此本工程二期选择黄河干流地表水为水源，引水规模为12380万m³。
4.2.3 水沙系列不能取水天数
采用1974年~2012年日均流量与日均含沙量系列，扣除基流80m³/s后，对黄河不能取水天数进行了统计分析，可知沙限在20kg/m³、30kg/m³、40kg/m³、50kg/m³条件下，年均不能取水天数分别为：28天、19天、15天和12天。当引水沙限为30 kg/m³时，取水口河段的来水量小于80 m³/s不引水，计算出河段年均可引水量为166.66亿m³；若沙限为50 kg/m³时，河段年均可引水量为171.71亿m³。因此，工程引水量是有保证的。
4.3供水工程方案
4.3.1 工程总体布局
根据清水工业园的地理位置，遵循技术可靠、经济可行、运行节能的总体原则，选择神木县万镇附近的黄河段为取水河段，黄河河谷区西豆峪、强家峁、万镇、兰家会和界牌为工程地下水取水点。同时根据地表水源泵站、一级泵站、输水线路的布设要求，结合河道形态演变对取水点的冲淤影响，最终选择万镇林场下游的沟口作为黄河地表水取水点。本工程受水区为榆神工业区清水工业园，由于工程运行需要调蓄水库，选择清水沟水库作为本工程的调蓄水库，因此工程输水干线的末点即为清水沟水库。
4.3.2 工程总体布局方案
工程选择黄河漫滩水以及高含沙量的黄河地表水为供水水源，因此工程须有沉沙设施。同时，若黄河漫滩水及地表水单独供水，年供水保证率5.13%，远达不到供水保证率不低于95%的设计要求，这说明在引水工程运行过程中需要建设调节水库，调蓄供水的不均匀性。经过对输水线路勘察筛选，但由于输水线路较短，所需沉沙库容较大，选择余地有限，仅有阴会沟可以布置泥沙库，调蓄水库可以选择清水工业园的清水沟水库。对此，本工程拟定了泥沙库+调蓄水库，与排沙漏斗+泥沙库+调蓄水库两个方案。
4.3.3泥沙库+调蓄水库方案（推荐方案）
首先从黄河引水至阴会沟，将水量中的泥沙全部沉淀去除，然后将抽水至清水沟水库调蓄，再为清水工业园供水。工程在清水沟拟建三座库处理泥沙，包括二级泵站沉沙库、阴会沟泥沙库和万镇泥沙库。二级泵站沉沙库的作用是将抽取的水量水沙分离，阴会沟泥沙库和万镇泥沙库的作用是存储泥沙。首先将水量引入二级泵站沉沙库，进行沉淀，同时二级泵站将澄清的水量抽走，输送至清水沟水库。当上游有天然洪水，则打开排沙阀将泥沙随洪水排入下游的泥沙库中，或沉沙库逐渐淤积至一定高度。当没有天然洪水时，则打开排沙阀用引水量将泥沙冲入下游泥沙库中。
清水沟水库是在清水沟拟建的生态水库，最初的建设目的是拦蓄工业区排放的达标水，供园区内喷洒、绿化和冲洗等生态用水，库容1307万m3，本工程选择清水沟水库作为供水调蓄水库。
4.3.4 排沙漏斗+泥沙库+调蓄水库方案
首先从黄河引水至排沙漏斗，初步去除大颗粒泥沙，然后将水引至阴会沟泥沙库，去除剩下的泥沙，最后将水泵送至清水沟水库调蓄，为清水工业园供水。本方案与泥沙库+调蓄水库的方案相比，主要是增加了排沙漏斗，其余布置方式均一致。排沙漏斗由进水闸、进水箱涵、圆形水池、悬板、锥形底板、排沙廊道、侧槽、出水渠道及测流桥等建筑物组成。当具有一定动能的含沙水流由进水涵洞切向进入漏斗室后，在漏斗圆形边壁约束下促使水体产生一强迫涡，而漏斗中心排沙底孔的存在，由于重力作用使水体在底孔附近产生一自由涡；与此同时，因调流墩和水平悬板的调流作用产生多种副流。上述强迫涡、势涡和多种副流耦合形成了稳定的立轴型螺旋流。泥沙随螺旋水流运动，由于推移质和悬移质泥沙在水中的运动特性不同，沉降输移的路径和距离也不同，依泥沙粒径大小先后沉降输移至排沙底孔，由排沙廊道输送至河道。经漏斗分离后的清水则由曲线形溢流堰流入回水道进入原引水渠道，从而完成水沙分离的全过程。
4.3.5 工程方案比较
根据以往工程经验，排沙漏斗对于粒径为0.05mm以上的泥沙截沙率达85%以上，对粒径0.016mm以上的泥沙截沙率仅达到31.8%~45.7%，这表明排沙漏斗对于较细悬移质泥沙的处理效率较低。本工程水源的泥沙特点为细颗粒泥沙总量比重较大，悬移质居多。根据水文分析，取水口断面0.05mm以上的泥沙含量仅占18.47%，对于本工程，排沙漏斗的截沙率仅能达到15.7%，效率较低。同时，由于地形限制，对于排沙漏斗拦截的泥沙找不到合适的沟道存放，因此，推荐泥沙库+调蓄水库方案为工程布置方案。
5结语
受地区水资源制约，工业区清水园工业园区无法顺利实施，通过对区域水资源供需平衡分析，得出2016年、2030年的水资源缺口分别为5489万m³、缺水量为15597万m³。根据区内水资源勘察结果，提出分两期实施万镇供水方案，供水规模为19056万m³。并经过方案比较，以黄河漫滩水和黄河地表水作为水源，采取泥沙库加调蓄水库方式进行供水方案，以确保项目顺利实施。

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