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      舟山島地下水庫建設(shè)可行性分析

      2019-12-03 02:36:54翁益松可建偉徐夢茜
      浙江水利科技 2019年6期
      關(guān)鍵詞:水庫水資源

      翁益松,可建偉,徐夢茜

      (1.舟山市水利局,浙江 舟山 316021;2.舟山市水利勘測設(shè)計院,浙江 舟山 316000)

      1 問題的提出

      舟山地處海島,水資源匱乏,又因海島地區(qū)建庫條件差,缺少有效的蓄水工程,造成可供水量少,生活生產(chǎn)缺水嚴(yán)重。當(dāng)前舟山島再建造水庫開發(fā)利用水資源的難度非常大,主要問題有:一是土地資源有限,山林植被破壞大;二是適宜建水庫的地方甚少,難找一塊集雨面積達(dá)3 km2以上的區(qū)域;三是政策處理難度大,投資成本極高。但同時舟山地處氣候濕潤的江南地區(qū),每年的梅雨、臺風(fēng)季節(jié),受外海潮水的頂托,強(qiáng)降雨形成的洪水無法排出,造成內(nèi)澇、受淹。

      針對在這種水少無水源補(bǔ)給、“水多”無調(diào)蓄空間的海島地區(qū),利用開挖建地下水庫方式,提出一種新的開發(fā)利用水資源思路來解決旱與澇的水問題。

      2 舟山島水資源概況

      2.1 水資源現(xiàn)狀

      舟山島土地面積502.6 km2,多年平均降水量1 350 mm,水資源總量3.00億m3,島內(nèi)水庫、山塘、河道總蓄水能力約為1.10億m3。舟山島山地集雨面積約為370.0 km2,水庫、山塘開發(fā)利用的集雨面積為150.0 km2。

      根據(jù)1956 — 2000 年水評價系列統(tǒng)計,舟山島最大年份水資源總量5.50億m3(1977 年),最小年份水資源總量0.93億m3(1968年),水資源量最豐年份是最枯年份的5.9倍,而最豐年與最枯年降水量之比為2.61倍。水資源總量的年際變化較降雨更為不均勻,在1956 — 2000 年期間,水資源總量大于均值的年份為19 a,小于均值的年份為 26 a。

      此外近些年為緩解防洪排澇問題,每年都會修建強(qiáng)排泵站等大量的排澇工程,將降雨排至大海,盡管如此,本島的防洪標(biāo)準(zhǔn)仍未達(dá)到應(yīng)有的防洪要求。

      2.2 水資源開發(fā)方式

      從資源方面講,舟山是一個降雨相對充沛而可用水資源總量、人均水資源量少和資源分布不均勻地區(qū),主要呈現(xiàn)域內(nèi)無大河流也無客水通過,水資源靠島內(nèi)陸域降雨,年度分布不均,島內(nèi)地域分布不均這幾個特點。

      從水資源開發(fā)利用角度看,舟山本島自身水資源開發(fā)度已達(dá)30%左右,總蓄水能力不到1.10億m3,本島多年平均公共供水能力不足5 500萬m3。近些年規(guī)劃及實施的大陸引水、拓庫擴(kuò)容、新建調(diào)節(jié)水庫、庫塘聯(lián)網(wǎng)、河道水系聯(lián)通、海水淡化等項目,在一定程度上基本保障了地區(qū)用水需求。可存續(xù)率不高,儲蓄調(diào)節(jié)能力小,隨引隨用的情況尚未得到根本改善。若遇上較大的干旱、枯水年,影響范圍將是整個區(qū)域性的,包括大陸引水的水源地,可能出現(xiàn)無水可引或引水水質(zhì)差的局面(根據(jù)舟山有氣象資料以來的60 a統(tǒng)計資料,歷史上至少出現(xiàn)過2次連續(xù)3 a的枯水期,年平均降雨量為最多年的40%,平均年的60% ~70%)。水資源不足、水安全御災(zāi)能力不強(qiáng)仍是舟山長期面對的基本問題。

      3 舟山島地質(zhì)地貌

      3.1 地形地貌

      舟山島系浙江省境內(nèi)天臺山余脈向東北方向延伸入海的出露部分,屬海島丘陵地貌,由火山巖類、侵入巖類等組成,島內(nèi)丘陵起伏,有較多的丘間谷地,中央綿亙分水嶺、山腳和濱海呈小塊平地。全島最高峰為黃楊尖,海拔高程503.60 m,山丘面積約占73%,呈低山低丘地形地貌特征。舟山島四周環(huán)海,河谷流程一般較短,季節(jié)性變化大,侵蝕作用雖明顯,但并不強(qiáng)烈,溝谷發(fā)育,但較短小,上游溝谷窄,坡降較大;下游則多以寬谷為主,呈“U”型,切割深度一般為100.00 ~ 200.00 m不等,溝谷中常有較厚的松散堆積物。

      3.2 地質(zhì)構(gòu)造

      舟山島為基巖島,地層以上侏羅統(tǒng)火山巖為主,侵入巖比較發(fā)育,濱海小塊平原分布有第四系陸、海相松散沉積層。舟山島前第四紀(jì)地層主要分布在侵蝕剝蝕丘陵區(qū),出露地層簡單,主要為早白堊系磨石山群火山巖。舟山島位于華南褶皺系(I2)浙東南褶皺帶(II3)麗水 — 寧波隆起(III7)新昌 — 定海斷?。↖V9)的東北部,也是浙閩粵沿海中生代火山帶的北段。晚第四紀(jì)以來,構(gòu)造運(yùn)動和緩,表現(xiàn)為斷裂活動弱,地震活動頻率低,強(qiáng)度小。據(jù)記載,以舟山群島新區(qū)為中心100 km范圍內(nèi),僅有過一次震級為4.75級的地震,震中位于寧波市鎮(zhèn)海,發(fā)生在1523年,區(qū)域地殼基本穩(wěn)定。因此島中部基巖處適合開挖地下水庫。

      4 地下儲蓄水庫建設(shè)的可行性分析

      4.1 建設(shè)方案

      舟山島陸域面積502.0 km2,島中部有一條貫穿整島的山脊,將舟山島劃分為南北2個區(qū)域,舟山島山地所占面積為73%以上,除修建部分水庫外,暫未規(guī)劃其他用途,且無較多人口聚集。山脊地下更是沒有任何開發(fā)利用規(guī)劃。以本島63萬m3/ km2水資源量計算,舟山島370.0 km2山地面積,其水資源總量為2.30億m3;還未開發(fā)利用的120.0 km2山地面積,其水資源總量為0.75億m3。

      以目前各地實施的海綿城市為背景,借鑒礦區(qū)利用廢棄坑道儲水的經(jīng)驗,采用地下洞群方式存儲,以沿山修建截水溝渠匯流收集方式,可實現(xiàn)對降雨水量的滯留。沿本島中脊修建貫穿整島的地下洞群,將為留存降雨,溝通水系,防洪減災(zāi)、整島水資源優(yōu)化配置起到十分重要的作用。

      地下儲蓄水庫主要以隧洞的方式實施開挖,地下洞室結(jié)構(gòu)受地質(zhì)條件因素影響較大,地質(zhì)條件好的區(qū)域可建造大型蜂巢結(jié)構(gòu)洞室,地質(zhì)條件不利區(qū)域只建造為單一條型隧洞。按保守條件設(shè)計,地下水庫采用隧洞形式,選用寬10.00 m,高15.00 m的常規(guī)洞型方案,洞室結(jié)構(gòu)設(shè)主洞與支洞,隧洞從山體四周凹谷為作業(yè)面起點,向山體中心掘進(jìn),待水庫施工完成時,起點可作為地表水進(jìn)水口。為不影響地表各項設(shè)施,隧洞基本布置在山體下方,從海島特殊地貌形式考慮,隧洞最高蓄水位為2.00 m,平均潮位以下深度為13.00 m,具體按平原地面高程和地層海水滲透情況確定。舟山島地下水庫洞室建設(shè)布置路由示意見圖1,地下水庫結(jié)構(gòu)樣式示意見圖2。

      圖1 舟山島地下水庫洞室建設(shè)布置路由示意圖

      圖2 地下水庫結(jié)構(gòu)樣式示意圖

      4.2 地下水庫建設(shè)與常規(guī)水庫建設(shè)比較

      4.2.1 費(fèi)用比較

      地表水庫費(fèi)用主要有土地征用費(fèi)、移民安置費(fèi)、工程建設(shè)費(fèi)3部分組成。地下水庫費(fèi)用則主要為工程建設(shè)費(fèi)。雖然工程建設(shè)費(fèi)用較高,但不占用土地,又可將開挖出的石渣作為建筑材料出售。隨著政策處理費(fèi)用越來越高和土地資源緊缺,地下水庫優(yōu)勢將逐步顯現(xiàn)。以舟山島大沙水庫和黃金灣水庫建設(shè)費(fèi)用進(jìn)行比較,具體見表1。

      表1 地下水庫與常規(guī)水庫建設(shè)費(fèi)用對比表

      由表1可以看出,通過直接投資比較地表水庫可比單位水量與地下水庫相差不多,地下水庫并無較大優(yōu)勢。若將土地出讓費(fèi)用,地下水庫增加的蓄水量費(fèi)用、后期管理運(yùn)行費(fèi)用及開挖地下水庫宕渣出售等綜合考慮,總成本將明顯低于地表水庫,且綜合效益優(yōu)于地表水庫。以目前征地修建水庫的價格計算,修建地下洞室結(jié)構(gòu)的水庫,同方量庫容建設(shè)總費(fèi)用是比建地面水庫低的。

      4.2.2 占地比較

      舟山本島地表水庫多是利用山區(qū)地形修筑堤壩,攔截山地降雨,蓄積形成水庫;還有圍陸圈地修筑堤壩形成平地水庫。

      舟山山地可用于建造水庫的區(qū)域基本上在20世紀(jì)六七十年代已開發(fā)完成。舟山缺少平原腹地,現(xiàn)有用于城市開發(fā)建設(shè)的土地,基本源于近現(xiàn)代圍海形成,總量不足,現(xiàn)有土地基本已被使用。以當(dāng)前在建的大沙水庫為例,建設(shè)用地全部需要征地移民,占用93.3 hm2(1 400多畝)的土地,僅建成了888萬m3的庫容,而工程建設(shè)費(fèi)用上,工程投資1.5億元,征地及政策處理達(dá)9.5億元,費(fèi)用比為6倍多。為此舟山基本沒有可供水庫建設(shè)的土地,即便可通過征地移民騰出部分土地,征地成本與可形成的庫容比,費(fèi)用比非常高。

      地下水庫不受土地制約限制,是將占地面積較大的水庫,從地表移至地面以下,不再占用現(xiàn)有較為緊缺的土地資源,可讓出土地資源供城市建設(shè)使用。

      4.2.3 水資源利用方式及管理比較

      地表水庫主要收集地表降雨和河道水,水面蒸發(fā)量大,舟山島年水面蒸發(fā)量為800 ~ 1 000 mm。地下水庫平時除可利用地表降雨外,還可收集地下巖體裂隙水蓄積,并可作為大陸引水調(diào)節(jié)水庫,蒸發(fā)量少,儲蓄率高。遇干旱時可利用儲蓄的地下水供給;遇澇時,可利用地下洞室空間滯蓄洪水,起到增加蓄力,減小下游河道城區(qū)防洪壓力,提高城市滯蓄力,對水資源利用更為充分。

      地表水庫通常建在山岙出口,地勢較高,下游多為城市居民聚集區(qū),有一定的防洪安全要求,日常要進(jìn)行管理檢測,尤其是在汛期、臺風(fēng)期間,更要加強(qiáng)管理。每運(yùn)行6 ~ 10 a又需要進(jìn)行安全鑒定等較為復(fù)雜的管理工作。

      地下水庫建于地下,一般蓄水位與區(qū)域地下水位一致,洪水期間,可利用地下水庫庫容作為滯洪庫容,可有效減少城市水網(wǎng)用地。即使形成滿蓄,也不會有防洪安全問題。地下水庫為地下巖體中開挖形成,一般無須過多維護(hù)和管理??捎行p少管理單位工作任務(wù)。

      4.3 地下水庫水質(zhì)分析

      根據(jù)地下水庫建設(shè)技術(shù)研究的需要,申報2018年度水利部技術(shù)示范項目《海島地區(qū)地下水庫儲水技術(shù)研究與應(yīng)用示范》(SF — 201817),并在舟山島馬目丁家山進(jìn)行地下洞庫蓄水試驗,分別建設(shè)口徑3.00 m×3.50 m,長150.00 m和190.00 m的2個蓄水隧洞,將從寧波市姚江引來的水灌入2個隧洞,從2017年4月17日 — 2018年6月11日,浙江省水資源監(jiān)測中心舟山分中心對pH值、電導(dǎo)率、濁度、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮、總磷、化學(xué)需氧量、氯化物、鐵、錳11項指標(biāo)時進(jìn)行32次監(jiān)測,各項指標(biāo)趨勢平穩(wěn),未出現(xiàn)太大的波動,其中濁度從3.39 NTU降到了0.28 NTU;氨氮指標(biāo)明顯降低,從0.898 mg/L降到了0.051 mg/L和0.025 mg/L。pH值、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、氨氮4項指標(biāo)變化趨勢分別見圖3 ~ 6。由此可見,地下水庫雖然基本不見陽光、不透風(fēng),但水質(zhì)不受影響,同時通過對舟山83351部隊幾十個洞庫的多年水質(zhì)資料分析后得出水質(zhì)常年穩(wěn)定,各項主要指標(biāo)基本符合GB 3838 — 2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和GB 5749 — 2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。

      圖3 pH值折線變化圖

      圖4 高錳酸鹽指數(shù)折線變化圖

      圖5 化學(xué)需氧量(CODcr)折線變化圖

      圖6 氨氮(NH3-N)折線變化圖

      5 結(jié) 語

      修建地下水庫,既有效解決舟山島蓄水能力不足,又大大提高調(diào)洪能力,對解決這一矛盾提供了一個新的思路。

      地下水庫是對海島地區(qū)水資源不足,調(diào)蓄能力弱,保障性不高,水資源綜合開發(fā)利用的探索。

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