南水北调中线一期工程天津干线规模分析（景金星）

时间：2022-02-21 15:12:00 浏览量：次

【摘要】南水北调中线工程是解决京津华北地区缺水的战略性工程, 也是今后天津城市最大的水源工程, 如何协调好与天津现有城市水源的互补关系, 提高天津城市供水保证, 确保滨海新区经济快速发展, 天津干线的规模如何确定十分重要。结合天津市当地城市水源的组成结构, 通过对海河流域与汉江流域水文特点分析, 提出了南水北调天津供水过程线, 并进一步分析出天津干线最大引水流量。

【关键词】一期工程干线南水北调中线规模天津市

1 供水范围

天津干线是南水北调中线一期工程的重要组成部分, 主要负责向天津市供水, 同时向沿线保定市的徐水、容城、雄县、高碑店和廊坊市的固安、霸州、永清、安次等地供水。

根据南水北调中线天津市配套工程总体规划》, 考虑了当地可用水量、引滦供水量及工程布局, 确定南水北调中线工程天津供水区范围为永定新河以南地区, 包括中心城区、西青区、塘沽区、大港区、东丽区、北辰区、津南区及静海县。

2 供水区水资源

2.1 河北地区水资源

天津干线穿越大清河流域, 沿线虽然有四十多条河流, 大部分流域面积很小, 仅几十平方公里,只有大清河汇水面积大, 有一定径流, 其他河流个别在汛期有点涝水, 大部分常年干涸。附近地表水存蓄工程很少, 部分地表水供给农业, 当地城镇生活生产以地下水为主。该区域属高氟区, 由于常年超采地下水, 造成地面沉降。从有关资料显示, 十年间地面普遍沉降20-40cm。

2.2 天津市水资源

天津市多年平均地表水资源量10.65亿m3,地下水资源量5.90亿m3,扣除重复部分, 水资源总量为15.70亿m3。地表水中只有于桥水库每年有1.3亿m3供给城市, 也主要是入境水, 其他地表水和入境水水质较差, 只能供农业灌溉, 地下水多年超采, 只有几个水源地的地下水供给城市, 每年供给城市的水量1.36亿m3。

2.2.1 城市可供水量

根据《南水北调工程总体规划》, 天津城市缺水量由南水北调中线一期工程和东线二期工程共同分摊, 东线二期(2010年)在治污措施落实、水质能达到国家地面水Ⅲ类标准后, 给天津供水量为5亿m3。2010年城市水源包括南水北调中线引江水、东线引江水、引滦水、于桥水库蓄水、地下水、再生水和利用海水替代淡水。

2.2.1.1 各水源可供水量

(1)南水北调引江水

根据《南水北调工程总体规划》, 中线一期工程丹江口水库陶岔渠首多年平均分配给天津市的总水量为10.15亿m3,总干线(含天津干线)输水损失率约为15%,天津口门水量多年平均为8.63亿m3。东线二期(2010年)多年平均分配给天津市的水量为5亿m3(九宣闸),扣除水库蒸发渗漏损失、输水损失和北大港水库死库容, 进入水厂多年平均净水量为3亿m3。

(2)引滦入津工程

按国务院分水文件规定(国办发〔1983〕44号),75%保证率年份, 潘家口可调节水量19.5亿m3,天津分水10亿m3；95%保证率年份, 潘家口可调节水量11.0亿m3, 天津分水6.6亿m3。扣除输水损失后入市的净水量(引滦水源保护工程完工后,将减少输水损失0.26亿m3),75%保证率为7.76亿m3,95%保证率为5.21亿m3,多年平均(1956-1996年)入水厂净水量7.25亿m3。

(3)于桥水库蓄水

在50%、70%、95%保证率的年份可产水量分别为3.33、2.66、1.34亿m3。其中：供城市用水1.30亿m3,其余水量供农业。

(4)地下水

全市地下水可开采量为7.30亿m3。其中,可集中开采供给城市的地下水源地有宝抵水源地、蓟县城关水源地、蓟县西龙虎峪水源地、蓟县大康庄水源地、武清北水源地、宁河北水源地等六处, 可供水量1.36亿m3。

(5)再生水

根据《天津市南水北调城市水资源规划报告》和《天津市中心城区再生水资源利用规划》, 城市每年可利用再生水1.45亿m3。其中,绿化及市政杂项用水0.50亿m3,市区外围河道用水0.60亿m3,工业循环冷却用水0.35亿m3。

(6)海水

利用海水主要集中在滨海塘沽区、汉沽区和大港区。规划到2010年,通过完善大港海水供水系统, 建成塘沽海水利用工程、汉沽化工小区海水利用工程、海水淡化工程, 可替代淡水总量达1.54亿m3。利用海水(不包括滨海区城市景观用水量)替代淡水量分布为塘沽区(含经济技术开发区),0.65亿m3；汉沽区(含化工小区),0.28亿m3；大港区(含油田),0.61亿m3。

2.2.1.2 城市可供水总量

经对引滦、于桥、引江中线联合调节计算, 多年平均可供水量为16.70亿m3,90%保证率年可供水量为15.00亿m3。东线二期在治污措施落实、水质能达到国家地面水类标准后, 给天津供水量为5亿m3,到水厂净水3亿m3。地下水、再生水、海水利用替代淡水均为稳定水源, 不同保证率年份供水总量均为4.35亿m3。

各种水源可供水量汇总后,2010年全市可供水总量,不考虑东线,多年平均供水为21.06亿,3,供水保证率90%时为19.35亿m3, 详见表1。如考虑东线则多年平均供水量为24.06亿m3。

2.2.2 城市总需水量

根据《南水北调天津市配套工程规划》, 在充分考虑节水前提下,2010年天津城市总需水量为23.53亿m3。其中, 生活需水量4.68亿m3,生产需水量13.83亿m3,河湖环境需水量2.92亿m3,商品菜田需水量2.10亿m3。

2.2.3 供需平衡预侧及多水源补偿运用方式的建立

2010年城市可供水量如不考虑东线水多年平均为21.06亿m3,2010年城市需水量为23.53亿m3,其中生活、生产、河湖环境需水为21.43亿m3,扣除河湖环境利用天然径流0.82亿m3之后为20.61亿m3,可以得到保障。城郊菜田用水由南水北调东线水(净水3.0亿m3)解决,水量平衡后余水1.35亿m3。

90%保证率的枯水年份可供水量如不考虑东线水为19.35亿m3,可以满足2010年城市生活、生产用水和部分河湖环境用水。其余河湖环境用水和城郊菜田用水由南水北调东线水解决, 水量平衡后缺水0.36亿m3, 总体基本平衡。

由于南水北调中线工程建成后, 天津市将形成由两大外调水源和当地水源组成的多元供水水源系统。上述供需平衡预测的前提之一是要做好各种水源的调节补偿运用, 必须建设相应的工程才能实施应急切换。即当某一水源出现事故和遭遇干旱年份, 其它水源将可以补偿供水, 以保证供水系统的完整和减少缺水损失。根据天津市引滦工程运行20年的经验和水源调节计算成果, 为了降低投资, 减少调节水库规模, 采用引江中线、引滦联合调度, 所以大部分地区都要考虑双水源补偿供水。

城市水源水量的分配, 以多年平均水文条件为基础, 南水北调东线水不参加水量配置。干旱情况下, 制订紧缺条件下的相应削减值。按照各种水源多年平均供水量和90%保证率可供水量分别制订了对各供水区的分配预案。

2.2.3.1 多年平均供水量的分配预案

多年平均城市可供水量为21.06亿m3, 其中,引江中线、引滦和于桥为16.71亿m3,地下水控制开采量为1.36亿m3,海水替代淡水1.54亿m3,再生水1.45亿m3。供生活和生产18.51亿m3,城市河湖环境2.10亿m3,城郊菜田用水0.45亿m3,河湖环境、菜田用水不足部分由东线解决。

2.2.3.2 保证率可供水量的分配预案

90%保证率城市可供水量为19.35亿m3,其中,引江中线、引滦和于桥为15亿m3,地下水、海水替代淡水、再生水同多年平均值。供生活和生产18.51亿m3, 城市河湖环境0.84亿m3(其中再生水0.60亿m3),河湖环境、菜田用水不足部分由东线解决。

特殊干旱时, 进人危机管理阶段, 分水由政府视具体情况行使处置权。

3 工程规模

根据南水北调中线规划, 天津干线是南水北调中线一期工程的重要组成部分。工程建成后, 天津干线向天津市供水8.63亿m3(口门水量),向河北省供水1.2亿m3(口门水量)。

3.1 2010年天津当地城市水资源的供水过程分析

天津当地城市水资源中的地下水、再生水和海水利用替代淡水等水源受地理位置限制, 供水量和用水户基本固定, 供水过程基本均匀。引滦水采用海河水利委员会提供的1956-1996年(水文年)逐旬给天津市的供水系列, 于桥水库采用相应的入库水量系列, 组合成引滦、于桥水库年可供水量系列,不同数量级分析见表2。在引滦、于桥水库可供水量长系列中, 旬可供水量最大为4384万m3, 最小为361万m3。由于近年来连续严重干旱, 如延长引滦、于桥水库系列至2003年, 则引滦、于桥旬可供水量更小。

东线工程是从长江干流引水, 年际间引水量基本均衡。为减少天然河道、湖泊输水与防洪排沥的矛盾, 东线实行季节输水, 设计每年输水200d,输水时间为11月至翌年5月。东线工程规划将天津市北大港水库列为调节水库, 经水库调节后, 东线能满足天津市部分用水户的均匀供水要求。但由于受调节水库库容的限制, 东线供水不能对天津当地水资源的不均匀来水进行调节。2010年水平年天津城市需水总量为23.53亿m3, 其中由地下水、再生水和利用海水替代淡水等水源供水的水量为4.35亿m3,东线可供水量为3.0亿m3(净水量),扣除这些固定水源水量, 需要补偿调节的需水量为16.18m3。考虑到市区工厂直取河水要集中时段向海河补水和水厂季节供水的不均匀性, 需要补偿调节的旬需水量最大为5274万m3(考虑了10%的市内段输水线路、调节水库损失),最小为4042万m3。

3.2 中线水对天津城市按需调节补偿供水过程分析

中线工程跨越长江、淮河、黄河、海河四大流域,水源区与受水区降水、径流的年内分配和年际变化均很大。通过对汉江与海河北区(石家庄以北)1954-1998年共45年降雨资料进行丰枯遭遇分析, 水源区与受水区同枯、同偏枯的机率为2.2%和11.1%,目前还没有出现水源区与受水区同时发生连续偏枯或枯水年的情况。中线水可以对天津实行按需补偿。

由于东线水受调节水库库容的限制, 地下水、再生水、利用海水替代淡水等水源受地理位置限制, 它们的供水量和用水户基本固定, 在考虑需水和可供水量时给予扣除, 不参加调节计算。根据2010年天津城市需水过程(扣除了东线、地下水、再生水和利用海水替代淡水的可供水量),及天津当地地表水(引滦、于桥水库)的可供水过程, 天津当地水资源需要中线水进行补偿供水, 最大需要旬补水量达5274万m3。

3.3 天津干线引水规模

由于考虑了引江水与当地水源的互相补偿, 且水源区与受水区存在丰枯互补的水文气象条件, 因此中线向天津供水年际间、年内各旬都是不均匀的。根据1956-1997年计42年资料计算分析, 西黑山分水口年最大水量为16.54亿m3(1989年),年最小水量为2.51亿m3(1978年)。年内各旬间输水也不均匀, 最大流量为60m3/s,最小为零。42年共1512个旬, 其中,77个旬流量为60m3/s,占5.1%；153个旬大于55m3/s,占10.1%；242个旬大于50m3/s,占16.0%；374个旬大于45m3/s,占24.7%；523个旬大于40m3/s,占34.6%。

根据《南水北调中线一期工程总干渠总体设计》（长江水利委员会2003年4月）的规定, 工程的设计流量选用保证率90%所对应的流量, 加大流量为流量系列中出现的最大流量。由天津干线分水过程分析确定天津干线西黑山口门的设计流量为55.4m3/s, 加大流量为60.0m3/s。由于天津干线全部为地下管涵, 以最大流量控制工程规模, 因此天津干线的输水规模应按60.0m3/s控制。

4 结语

南水北调中线工程供水调度原则为：在满足汉江中下游防洪和用水的需求条件下, 按北方受水区需水情况进行调度；北方需调水量应在综合考虑了受水区当地的地表水、地下水与北调水联合运用及丰枯互补的条件下, 以充分利用当地水, 不超采地下水为原则；供水优先顺序为生活类、工业类、其它类；在与当地各种水源联合供水、相互补充的前提下, 各受水城市生活供水保证率达95%以上,工业供水保证率达90%以上, 其它类供水保证率达80%以上, 以满足受水区的要求。

由于南水北调中线工程与天津市其他城市供水水源的互补性, 因此供水变幅较大, 区域内调蓄工程能力较小, 因此需要合理确定输水工程规模, 适应天津城市供水特点, 提高供水保证率。

作者简介：景金星（1965年-）, 男, 高级工程师。

来源：《水利规划与设计》2007.06

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