“引丹入城”水利工程建設(shè)的必要性與可行性分析

郭乙霏 王文婷

摘 要：擬建的“引丹入城”引入沁陽市區(qū)后，可向護(hù)城河和天鵝湖供水，設(shè)計(jì)引水流量0.7m3/s，年引水總量1 051萬m3。工程的建設(shè)可有效保障沁陽市城市河湖生態(tài)環(huán)境用水，生態(tài)環(huán)境和旅游效益顯著，促進(jìn)了區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工程建設(shè);必要性;可行性

中圖分類號：F323.213;S27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）13-0077-03

Abstract： The proposed "Diversion of Dan into the City" can supply water to the moat and Swan Lake after it was introduced into Qinyang City. The designed diversion flow is 0.7 m3/s and the annual total amount of diversion water is 10.51 million m3. The construction of the project can effectively guarantee the ecological environment water use of the urban rivers and lakes in Qinyang City. The ecological environment and tourism benefits are remarkable， and promote the sustainable development of regional socio-economic.

Keywords： engineering construction;necessity;feasibility

1 工程概況

擬建的沁陽市“引丹入城”工程從廟嶺坡電站的退水渠友愛河五支渠分水口處引水，經(jīng)山王莊鎮(zhèn)和西萬鎮(zhèn)，自北向南依次穿越景明石河、北截排、逍遙石河以及沁河進(jìn)入沁陽市區(qū)，向護(hù)城河和天鵝湖供水。工程由引水口、輸水管線和穿越工程3部分組成。引水口位于丹西灌區(qū)友愛河五支渠節(jié)制閘上游附近，由引水渠和引水前池組成，年引水總量1 051萬m3，設(shè)計(jì)引水流量0.7m3/s。輸水管線采用有壓重力流輸水方式，管線起點(diǎn)為友愛河，終點(diǎn)為沁陽市中心天鵝湖，線路總長約13km。管線先后穿越省道S306、S238、景明石河、逍遙石河以及沁河等道路和河道[1]。

2 河流水系及水環(huán)境現(xiàn)狀

丹河是黃河一級支流沁河支流，發(fā)源于山西省高平縣北丹朱嶺，流經(jīng)陵川、晉城、沁陽以及博愛入沁河，全長169km，流域面積3 125km2。丹河自常平鄉(xiāng)郜疙瘩村西北入沁陽市境內(nèi)，向南流經(jīng)西鐵村、動鐵村等22個村鎮(zhèn)，于北金村東南入沁河，境內(nèi)河長50km，流域面積104km2，是沁陽市境內(nèi)第二大河流。上游山西省境內(nèi)20世紀(jì)60年代以來，先后在丹河干支流上修建了3座中型水庫、23座?。?）型水庫和56座小（2）型水庫;河南省境內(nèi)已建青天河水庫1座，青天河水庫壩址以上控制流域面積2 513km2。

項(xiàng)目區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降水量532mm，多年平均蒸發(fā)量982mm。降水量年內(nèi)分配不均，多集中于6—9月，占年降水量的67%。多年平均氣溫14.3℃，無霜期180d，多年平均最大風(fēng)速15m/s。

廟嶺坡電站位于沁陽市山王莊鎮(zhèn)張坡村北，緊鄰焦枝鐵路。該電站利用丹西灌區(qū)豐收渠在山前形成的自然落差，在不影響丹西灌區(qū)灌溉的前提下引水發(fā)電。豐收渠是丹西灌區(qū)從丹河引水的主要渠道，設(shè)計(jì)引水流量3.0m3/s，歷年平均實(shí)際引水量1.0～1.5m3/s。廟嶺坡電站總裝機(jī)容量800kW，2臺機(jī)組，主要建筑物由引水渠、壓力前池、引水管道、廠房、泄水渠（友愛河）及10kV輸電線路等部分組成。

天鵝湖位于沁陽城區(qū)東北角，古代稱其為東湖?，F(xiàn)天鵝湖水面面積10.33萬m2，平均水深2.5m，蓄水量25.83萬m3。天鵝湖系人工開挖形成，運(yùn)行多年來，由于湖底沒有防滲，滲漏嚴(yán)重?，F(xiàn)主要通過水南關(guān)泵站引沁河水補(bǔ)充天鵝湖的生態(tài)環(huán)境用水，引水量不能滿足天鵝湖和護(hù)城河等生態(tài)需水。

沁陽市現(xiàn)有3座污水處理廠，污水處理能力17萬m3/d。污水處理廠的中水主要回用于沁南工業(yè)園區(qū)，不能滿足天鵝湖和護(hù)城河等水系水質(zhì)及水量要求。

結(jié)合以上情況，選用廟嶺坡水電站退水作為“引丹入城”補(bǔ)充天鵝湖及護(hù)城河等中心城區(qū)的水系水源。根據(jù)計(jì)算，天鵝湖等水系年需水量共955.78萬m3，其中天鵝湖年需水量235.19萬m3，護(hù)城河年需水量411.51萬m3，翠蓉湖和水上樂園年需水量1.19萬m3，小官河年需水量307.90萬m3。確定“引丹入城”工程設(shè)計(jì)引水流量0.70m3/s，設(shè)計(jì)年引水量1 051萬m3。

3 需水量計(jì)算及供水規(guī)模確定

本次供水對象為沁陽市中心城區(qū)水系，主要包括天鵝湖、護(hù)城河、翠蓉湖、水上樂園和小官河，退水經(jīng)過廣利總干渠，最終流入沁河。

3.1 天鵝湖需水量分析

天鵝湖生態(tài)需水量為湖區(qū)生態(tài)需水量和出湖生態(tài)需水量之和。生態(tài)需水量包括補(bǔ)充蒸發(fā)滲漏和維持湖區(qū)水質(zhì)的需水量，出湖生態(tài)需水量主要是下游小官河生態(tài)基流需水量。

根據(jù)測量資料，現(xiàn)天鵝湖水面面積10.33萬m2，平均水深2.5m，水體規(guī)模25.83萬m3。沁陽市多年平均蒸發(fā)量1 200mm，多年平均降雨量627mm。天鵝湖的水體滲漏量暫按水體規(guī)模20%計(jì)算，則補(bǔ)充天鵝湖蒸發(fā)滲漏需水量8.78萬m3。

通過現(xiàn)場調(diào)查，參考相關(guān)工程運(yùn)行情況，天鵝湖換水次數(shù)暫按每年5次計(jì)算：每年2—6月?lián)Q水1次;7—9月氣溫高，水體污染較嚴(yán)重，每月?lián)Q水1次;10月到來年1月?lián)Q水1次?？紤]到天鵝湖的實(shí)際情況，每次換水需8d，換水量20.66萬m3，則年換水總量103.30萬m3。

出湖生態(tài)需水量主要是下游小官河的生態(tài)需水量。天鵝湖下游退水口與小官河南北向河道連通，河道長約0.45km，起點(diǎn)位于天鵝湖泄水閘，與東西向河道交匯于縣東街和縣后街西100m處，河道平均寬1.2m，深2m。小官河的生態(tài)需水量123.11萬m3，其中補(bǔ)充蒸發(fā)滲漏需水量0.04萬m3，生態(tài)基流需水量123.07萬m3。

根據(jù)上述分析計(jì)算，天鵝湖生態(tài)需水量235.19萬m3，其中補(bǔ)充蒸發(fā)滲漏量8.82萬m3，維持湖區(qū)水質(zhì)需水量103.30m3，出湖生態(tài)需水量123.07萬m3。

3.2 護(hù)城河及翠蓉湖等需水量分析

護(hù)城河及翠蓉湖等需水量，包括補(bǔ)充蒸發(fā)滲漏和河道內(nèi)最小生態(tài)需水量2部分。

3.2.1 補(bǔ)充蒸發(fā)滲漏需水量。沁陽市于2008年實(shí)施了護(hù)城河襯砌工程，對護(hù)城河全線進(jìn)行清淤、襯砌和截污，并新建節(jié)流閘形成一定的景觀水面。

①現(xiàn)護(hù)城河全長5.775km，河寬3～5m。根據(jù)護(hù)城河閘的斷面資料，平均水深按2m計(jì)算，護(hù)城河水體規(guī)模4.64萬m3;補(bǔ)充蒸發(fā)滲漏需水量按照水體規(guī)模的5%計(jì)算，為1.28萬m3。

②翠蓉湖位于護(hù)城河西北角頂點(diǎn)處，進(jìn)水口與護(hù)城河?xùn)|線連通，沒有退水渠道，入湖生態(tài)需水量只考慮湖區(qū)生態(tài)需水量、補(bǔ)充水體的蒸發(fā)和滲漏?，F(xiàn)湖面面積約0.83hm2，平均水深約1.8m。按照水體規(guī)模的20%計(jì)算，蒸發(fā)滲漏需水量為0.68萬m3。

③水上樂園位于懷府東路與商埠大街交叉口正南100m處，進(jìn)水口與小官河?xùn)|西向河道連通，有退水渠道，入湖生態(tài)需水量只考慮湖區(qū)生態(tài)需水量、補(bǔ)充水體的蒸發(fā)和滲漏?，F(xiàn)湖面面積0.60hm2，平均水深2m。按照水體規(guī)模的20%計(jì)算，蒸發(fā)滲漏需水量0.51萬m3。

④小官河最早修建于元朝，總長約3.3km，其中：東西向河道長約2.07km，起點(diǎn)位于護(hù)城河西北角頂點(diǎn)沿護(hù)城河西段河道向南200m處，并與護(hù)城河西段河道連通，終點(diǎn)與南北向河道交匯于縣東街和縣后街西100m處，河道寬1.2～1.5m，深2m;南北向河道長約0.45km，起點(diǎn)位于天鵝湖泄水閘，與東西向河道交匯于縣東街和縣后街西100m處，河道平均寬1.2m，深2m;東西向河道、南北向河道交匯后，向東南方向于和風(fēng)橋處匯入護(hù)城河，此段河道長0.7km，河道平均寬1.5m，深2m。按照水體規(guī)模5%計(jì)算，小官河蒸發(fā)滲漏需水量0.23萬m3。

綜上所述，護(hù)城河及翠蓉湖等補(bǔ)充蒸發(fā)滲漏需水總量為2.7萬m3。

3.2.2 河道內(nèi)最小生態(tài)需水量。綜合考慮沁陽市和護(hù)城河現(xiàn)狀、已有資料情況，河道內(nèi)生態(tài)需水選擇水力學(xué)方法中的R2CROSS法進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)R2CROSS方法，按照保證河道內(nèi)0.3m/s的流速，護(hù)城河河道內(nèi)生態(tài)需水量為410.23萬m3，小官河河道內(nèi)生態(tài)需水量為307.67萬m3。

3.3 供水規(guī)模確定

綜合以上計(jì)算分析，天鵝湖、護(hù)城河以及翠蓉湖等水系年需水量955.78萬m3，其中天鵝湖需水量235.19萬m3，護(hù)城河需水量411.51萬m3，翠蓉湖和水上樂園年需水量1.19萬m3，小官河需水量307.90萬m3。確定“引丹入城”水利工程設(shè)計(jì)引水流量0.70m3/s，設(shè)計(jì)年引水量1 051萬m3。

4 工程建設(shè)的必要性

4.1 是建設(shè)沁陽市水生態(tài)文明城市、促進(jìn)沁陽市崛起的需要

沁陽市因位于沁水之北而得名，是河南省25個重點(diǎn)發(fā)展縣（市）之一，主要經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)在全省、市（縣）中居前列，屬經(jīng)濟(jì)發(fā)展良好的城市。但是，水資源總量不足，屬嚴(yán)重的資源型缺水城市。城區(qū)天鵝湖、護(hù)城河等河湖水體污染嚴(yán)重，生態(tài)用水得不到保障，導(dǎo)致水體納污能力下降，水體自凈能力嚴(yán)重減弱，不能滿足水生態(tài)文明城市建設(shè)需求。因此，實(shí)施“引丹入城”，可有效保障沁陽市城市河湖生態(tài)環(huán)境用水安全，改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

4.2 是落實(shí)沁陽市城市總體規(guī)劃、建設(shè)宜居城市發(fā)展的需要

《沁陽市城鄉(xiāng)總體規(guī)劃》（2014—2030）提出：沁陽市規(guī)劃形成“碧水融城、雙核驅(qū)動、四軸延伸、六區(qū)共進(jìn)”的空間布局結(jié)構(gòu)。本次“引丹入城”水利工程是根據(jù)《沁陽市城市城鄉(xiāng)總體規(guī)劃》（2014—2030）要求，從丹西灌區(qū)友愛河引水，補(bǔ)充沁陽市中心城區(qū)水系的生態(tài)環(huán)境用水，將沁陽市中心城區(qū)水系構(gòu)建成為城市的生態(tài)廊道，以發(fā)揮中心城區(qū)水系在城市發(fā)展中的紐帶作用，在改善城市生態(tài)環(huán)境的同時，提高城市品位。

4.3 是實(shí)施中原經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略，加快建設(shè)生態(tài)城市的需要

河南省城鎮(zhèn)發(fā)展戰(zhàn)略提出構(gòu)建以鄭州市為中心的中原城市群，大力發(fā)展區(qū)域中心城市，增強(qiáng)其吸引力和輻射力，積極發(fā)展小城市和小城鎮(zhèn)。沁陽市作為中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的重要組成部分，積極響應(yīng)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃提出的建設(shè)生態(tài)城市和生態(tài)功能區(qū)的要求，科學(xué)規(guī)劃，打造中心城區(qū)城市景觀水系，完善中心城區(qū)水系的生態(tài)功能和景觀功能，對于促進(jìn)中部地區(qū)崛起、加快中原經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)具有重要意義。

5 工程建設(shè)的可行性

5.1 水源水質(zhì)有保證

“引丹入城”水源主要為廟嶺坡水電站退水。根據(jù)廟嶺坡水電站設(shè)計(jì)報(bào)告，該電站利用丹西灌區(qū)豐收渠引水，汛期設(shè)計(jì)引水量3.0m3/s，引水時間60d，非汛期設(shè)計(jì)引水量1.0m3/s，引水時間305d。從廟嶺坡水電站歷年引水量統(tǒng)計(jì)分析，非汛期實(shí)際引水量均大于設(shè)計(jì)引水量。汛期實(shí)際引水量在保障灌區(qū)需水的前提下，能夠滿足本次工程的引水量。此外，根據(jù)沁陽市環(huán)境監(jiān)測結(jié)果，友愛河水體水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，符合生態(tài)環(huán)境用水的要求。

5.2 全線自流，不涉及拆遷，施工難度小

工程范圍內(nèi)地勢北高南低，利用自然高差，采用管道有壓重力流輸水方式，從友愛河直接取水，管道取水口高程160m，管道進(jìn)出口水頭差43m。由于全線采用管道輸水，沿線無生活污水匯入，水質(zhì)有保證。管線沿五支渠西側(cè)向南鋪設(shè)，穿越省道S306，在萬南村東側(cè)斜向西南方鋪設(shè)，在石莊村北側(cè)穿越省道S238后沿省道S238西側(cè)布置，沿線穿越景明石河、省道S238、逍遙石河、北截排以及沁河等。管線進(jìn)入主城區(qū)后，沿舊渠道鋪設(shè)至護(hù)城河，一部分流入護(hù)城河，一部分沿護(hù)城河向東鋪設(shè)至天鵝湖西北角。工程采用水平向鉆方案，將一次性穿越沁河、逍遙石河以及北截排，施工技術(shù)成熟。

5.3 經(jīng)濟(jì)評價(jià)

“引丹入城”水利工程總投資5 142.08萬元，工程實(shí)施后其生態(tài)環(huán)境和補(bǔ)水效益539萬元。由于該工程屬社會公益性項(xiàng)目，主要進(jìn)行國民經(jīng)濟(jì)評價(jià)。評價(jià)以經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率（EIRR）、經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值（ENPV）和經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比（EBCR）等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表示。經(jīng)計(jì)算，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率13.85%，大于8%的社會折現(xiàn)率;經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比1.75，大于1;經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值3 993萬元，大于0?？梢姡黜?xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，工程在經(jīng)濟(jì)上具有可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃河勘測設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司.沁陽市“引丹入城”水利工程可行性研究報(bào)告方案[R].2016.