南京市水源地生态调蓄水库工程实施规划与设计

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《中国环境情況公报》统计,2015年我国地表水环境污染依然严重。面向全国城市、城镇和乡镇集中式饮用水水源,环境保护部的调查及评估结果表明,目前饮用水安全保障工作面临严峻形势,一是我国水环境安全仍然面临威胁,二是饮用水水源水质安全依然不容乐观。

南京居于长江下游,长江是南京市的主要饮用水源。近年来,随着南京城市经济高速发展带来的人口越来太快了 了 增长、建设规模的进一步扩大,长江南京段及其上游沿线已逐渐转变为诸多企业的排污受纳水体,水污染日益严重,给长江饮用水水源地造成了一定的影响,加强饮用水水源地保护、保障饮用水安全迫在眉睫。

1、长江南京段集中式饮用水源地保护区现状及疑问

长江南京段是南京市的主要取水水源,囊括该市六大主要饮用水水源地以及1一2个多水厂取水口。调查可知,10004年1月~10009年12月,六大水厂饮用水水源地的主要超标因子为磷,其水质类别也随时间呈逐年下降的趋势。2011年上元门水厂、城北水厂、浦口水厂及大厂水厂跳出总磷超标,总磷监测值在IV类。2010年~2014年,水源地水质现状较为稳定,但江宁水厂的夹江水源地、上元门水厂的上元门水源地和城北水厂的三台洞水源地的水质都略差,COD、氨氮、总磷历年不是增高疑问。

南京长江段既是该市主要的工业用水和益活用水的水源地,亦是该市主要的纳污河段。对氨氮、高锰酸盐指数、总磷、化学需氧量等共22项指标进行监测的相关数据显示,6个饮用水水源地水功能区的水质类别以Ⅲ类~Ⅳ类为主;现有排污口排污已造成2个多饮用水源地中COD和氨氮的超标(上游、下游交界断面),且以氨氮超标为主。此外,长江南京段的1一2个多水厂取水口水质同样也受排污口排污影响。

南京市饮用水水源地主要居于三疑问。其一,取水法子的不合理。长江南京段的取水口和排水口犬牙交错,且为传统的敞开式取水法子,取水和污染同步进行,故居于着威胁水源地水质安全的污染源。此外,敞开式的取水法子意味无相关调蓄法子,饮用水源地分布分散、难于集中保护,无法应对区域内水环境污染的突发事件,进而就说 意味城市大范围内停水事件的居于。其二,移动风险源的威胁。长江是重要的运输河道,运输危化品的船只通航量大,移动风险源威胁严重,故跳出水环境污染事故的就说 性增加。其三,有机污染物的居于。研究发现,长江南京段水源水中检测出的持久性有机物有65种,其中以脂肪烃类有机物、芳香类有机物、酯类有机物、醇类有机物及酮类有机物为主,该5类有机物的总量约占总持久性有机物的90%以上;而原水中亦检测出甲苯、三氯苯和邻苯二甲酸二丁酯等微量持久性有机物,则进一步说明长江南京段的水源水有机污染严重,具有持久性有机物污染形状。

根据近年来《中国环境情況公报》显示,长江干流作为饮用水水源地,尽管基本水质情況都后能 达标,但水质总体趋于恶化。

2、水源地建设指导思想

在水库生态调蓄过程中,其主要的指导思想为:划定水源保护区、建设生态防护大堤、维持必要的水力等待和强化调蓄水库自净能力。具体通过建设生态调蓄增加水源地的水力等待,进而实现有机污染物的大幅削减,水源地水质的有效提升,处理成本的大大降低。

首先,划定水源保护区,保证水源地环境质量。目前的环境治理程度还只能完全消除一切外源污染,为处理饮用水水源地被继续破坏,保证水源地的环境质量,需划定一定范围的水域和陆域作为水源保护区,并严格限定在拟订的水源区范围内,进行新建、扩建、改建污染水源水质的相关项目

其次,建设生态防护大堤,阻断污染源。阻断污染源是保证水源保护区内水质得到改善的必要条件,故可通过建设生态防护大堤隔绝长江干流对库区内的水源污染。

在此基础上,维持必要的水力等待,保证水库的出水水质。就说 水源地的等待一般远比水厂净水构筑物长,合理的控制水力等待可显著改善水质各项指标,持久性有机物亦可通过长时间的水力等待和自然强化洁净厂房作用得到有效削减,进而保证水源地的生态功能良好。而建设的生态调蓄水库面积较大,库容丰富,都后能 提供充分的水力等待,由此保证了出水水质。

最后强化调蓄水库自净能力,水质持续洁净厂房。构建的生态调蓄水库拟采用多种新技术,包括人工介质技术、生态浮床技术、水生植物洁净厂房技术、深水岛礁洁净厂房技术以及生态混凝土护坡技术等强化的生态洁净厂房技术,持续洁净厂房水质,保证供水水质优良。

综上,通过具体采用“划定水源保护区,保证水源地环境质量”、“建设生态防护大堤,阻断污染源”、“强化调蓄水库自净能力,使水体持续洁净厂房”、“维持必要的水力等待,保证水库出水水质”的法子,强化分区生态洁净厂房功能,构建南京市安全、经济的生态水源保障技术体系。

3、南京市水源地生态调蓄水库工程实施规划

3.1、生态调蓄水库工程目标及选址

首先根据南京市近期远期供水需求预测,选着生态调蓄水库的供水规模。拟定的生态调蓄水库工程有效库容需满足南京市以长江为水源地中心城区供水,目前南京市中心城区供水量为31十五万m3/d,近期(2020年)供水量可发展到470万m3/d,远期(201000年)供水规模可发展到57十五万m3/d。南京市水源地保护与水质改善生态调蓄水库工程供水规模近期、远期目标为1000、10000万m3/d。

其次拟通过生态调蓄水库工程实现供水到各大水厂前的提质,使得水源地供水能长期持续满足饮用水源地供水水质的目标。近期供水规模1000万m3/d,出水水质目标要求达到地表Ⅱ类标准(GB 3838—10002);远期供水规模10000万m3/d,出水水质目标要求比进水水质离米 提高一2个多等级,即由原来的Ⅲ类~Ⅳ类提高为Ⅱ类~Ⅲ类,确保长期稳定满足南京市长江饮用水源地水质要求。

最后从取水水质、供水布局、对河道的河势影响深层分析考虑,南京市水源安全保障与水质改善生态调蓄工程初步选址定于新生洲、新济洲。选址定于新生洲、新济州的结论与相关研究新生洲、新济州河段作为主城区规划备用水源地的可行性相一致。

3.2、生态调蓄水库技术支撑及应用现状

人工介质技术、生态浮床技术、水生植物洁净厂房技术、生态混凝土及生态护坡技术等强化的生态洁净厂房技术具有良好的水质洁净厂房能力。

相关研究表明,人工介质应用于改善太湖等水源地水质时,水质改善效果明显,有些内分泌干扰物如阿特拉津、硝基苯等,去除率超过1000%,有效地提高了饮用水安全性。

生态浮床由植被基、植物和固定系统组成,具有本身基本的生态功能。a.提供生境,支持植物生长,为鱼类、鸟类和两栖类动物提供生境和避难所,一定程度上恢复湖泊生态系统的生物多样性。b.洁净厂房水质,浮岛植物根系微环境能够微生物絮状生长,从而能够发挥微生物对水质的洁净厂房作用。c.消浪护岸,通过消浪作用稳定湖滨带,形成能够水生植物恢复的相对静水环境。d.改善景观,生态浮岛上不相似型植物的生长能形成美丽的景观。

水生植物主要通过植株的吸收与富集、水生植物的沉降、吸附和过滤、水生植物根际区生化作用以及对浮游藻类的竞争抑制作用使水质得到洁净厂房。水生植物处理城镇轻度富营养化水等水体时,对氮磷的处理效果较明显。

生态混凝土护坡主要利用其自身重力、构件间的锚固以及植物的根系“加筋”作用,保证河流岸坡安全与稳定,一齐作为河湖的水体和陆地之间提供了物质、能量、信息交换的纽带,为河岸带动物、微生物提供栖息繁衍的生境以及植物生长的基质,增强水体自净功能,修复脆弱的生态环境。研究表明生态混凝土护坡可使水源保护区的生态环境得到修复,保障原水水质。因而南京市水源地生态调蓄水库的导流堤、生态岛礁、生态防护大堤的坡面护坡采用生态混凝土预制球护坡是离米 的。

水源地生态防护与调蓄技术在我国已有较多的成功应用经验,如上海陈行边滩水库、昆山市傀儡湖水源保护工程、盐城市生态调蓄水库工程及青草沙水库的水源地生态防护工程,为水源地保护、水质改善和供水安全保障提供了良好的示范,南京市水源地安全保障与水质改善可采用生态调蓄的思路与技术。

通过建设水源地生态调蓄水库恢复或重建水源地生态系统,利用生态水库的水力等待调蓄及生态洁净厂房能力,保证供水,洁净厂房水质,提高原水水质等级;为南京市主城区提供安全可靠的饮用水水源,提高南京市供水水质保障和抗风险能力,提高南京城市社会和城市发展综合竞争力。

3.3、生态调蓄水库工程方案设计

水力等待论证:水源地水力等待的选着综合考虑南京市供水量、城市发展规模及建设地点水文地质概况及生态调蓄水库的生态需水量等因素,考虑到南京市更远期城市发展供水需求以及生态调蓄水库功能分区形状优化要求,并保证水库在遭遇环境突发事件连续供水等不利条件下的生态需水量,生态调蓄水库库容设计按远期10000万m3/d设计,根据长江南京段水质污染特点,水库的HRT大于7 d,有效库容不小于4 1000万m3都后能 满足水库在不进水的条件连续供水7 d,并满足水库生态需水量要求。

技术论证要求:根据南京市水源地长江南京段浊度大、污染物种类多、浓度高的特点,将水源地生态调蓄水库划分为沉淀区、人工介质区、水生植物区、深水区等2个主要功能区,每个功能区具有不同的水力学形状,担负不同的水质洁净厂房功能。另外设置独立的进出水口,采用生态防护大堤阻断污染源,还都后能 起到生态预洁净厂房和水土保持的作用。通太多种水质洁净厂房途径建立起完善的人工强化水陆生态系统,实现水质洁净厂房、生态效用、经济效益、景观效益等的和谐统一。

3.3.1、总体布置及工艺流程

南京市水源地生态调蓄水库拟建于长江南京段上游江洲——新生洲、新济州,规划建设用地约18.7 km2。水库原水引自长江干流,经生态调蓄水库水质洁净厂房后,作为南京市市区的饮用水水源。生态调蓄水质洁净厂房工艺由不同的水质洁净厂房功能单元构成,功能区从南往北依次为沉淀区、人工介质区、水生植物区和深水岛礁区,平面布置如图1~图4所示。

3.3.2、生态调蓄水库功能单元布置

沉淀区:沉淀区设计水深4.0 m,有效库容为1 055.3万m3,设计流量为10000万m3/d计算,水力等待为1.76 d。沉淀区水位高程设计为8.16~8.06 m。生态防护大堤堤顶高程设计为9.16 m,堤顶宽5.0 m;导流堤的顶面高程设计为8.66 m,堤顶宽1.0 m,边坡坡度为1:2,采用生态混凝土预制单球护砌。

人工介质区:根据生态调蓄水库功能分区设计,人工介质区为生态调蓄水库的第2个功能分区,其北侧为水深植物区,南侧为沉淀区,西侧和东侧为长江。人工介质区预留建设用地593.十五万m2,人工介质区设计水深为6 m,有效库容为3 531.十五万m3,设计流量为10000万m3/d计算,水力等待为5.88 d。

水生植物区:为生态调蓄水库的第2个多功能分区。水生植物区预留建设用地533.十五万m2,其中导流堤和水库生态防护大堤占地4.5十五万m2。水生植物区设计水深为2.0 m,有效库容为1058.1万m3。水生植物区水位高程设计为7.96~7.86 m,水力等待为1.77 d。

深水岛礁区:深水岛礁区预留建设用地471.0万m2,其中生态岛礁和水库生态防护大堤占地15.5十五万m2。深水岛礁区设计水深为10m,有效库容为4554.十五万m3。深水岛礁区水位高程设计为7.86 m。设计流量为10000万m3/d计算,水力等待为7.59 d。

生态调蓄水库功能单元HRT校核如表1所示。

表1生态调蓄水库功能单元HRT校核表

3.3.3、生态调蓄水库附属设施设计

生态护坡:新生洲新济洲临江岸线常年受水流冲刷和侵蚀,岸坡的形状性能和益态性能都较差。水库建成蓄水后,生态防护大堤两侧均需承载一定的水压,且两侧水位不同,长江河水水位为2.43~8.66 m,而水库设计水位为定水位保持为8.66 m。运行较长一段时间但是,水位的差异使堤岸易居于渗流疑问,并就说 给堤岸带来塌陷的危险。就说 ,时需对现有大堤加宽加固,通过夯实土层、延长渗透路径等法子提高大堤的安全性。

生态防护大堤:水库防护大堤的建设主就说 原有江洲边坡改造(深挖一侧和临江面边坡)偏离 。生态防护大堤的建设过程中,江洲原临江面保留,堤顶为地面线标高不改变。保留原来的岸线形状,不改变原有岸线形式,减少对河势稳定影响。按水库建设地点的地形地质情況和环库大堤的平面布置,库区堤线总长25 10000 m。根据《堤防工程设计规范》(GB 1000286—98),堤顶高程选着1000年一遇的洪水位9.16 m,并在库区一侧设置超高1.0 m;生态防护堤宽5.0 m,并建设成为围绕水库的混凝土公路,每隔10000 m设置宽7.0 m的汽车交汇点;大堤坡比1:2。

供水管线设计:出水管路自水库出水口沿着长江南北岸布设,北岸管线长离米 51 km,南岸管线长约66 km,与各大水厂原取水管道相接。采用南北分片区供水,保证供水稳定。

3.3.4、生态调蓄水库的效益分析

生态调蓄水库的建设还都后能 改善南京市供水水源地的水质,从而还都后能 保证全市正常的生活生产用水,对于缓解全市水资源供需矛盾起到积极的作用;一齐,作为城市新的饮用水水源,还都后能 处理突发环境污染事件带来的饮水危机,保障社会的安全稳定。就说 ,建设生态调蓄水库还都后能 产生巨大的生态效益、社会效益及经济效益。

生态环境效益主要体现在以下两点:一是削减入库负荷,改善出水水质;二是提高水土保持功效。

社会效益主要体现在:一是保障饮水安全,保障社会稳定;二是提高饮用水质量,提高居民生活水平;工程建设本身就说 环保活动,提高居民环保意识。经济效益主要体现在:一是工程建设期及工程运营管理期可增加就业就说 ;二是规模较大的水库工程建设可带动相关产业发展。

4、结论

调查研究发现南京市水源地现存疑问有南京市水源地布局简单、形状单一;水源地取水法子为开放式,无任何生态防护法子;长江航运移动风险源严重威胁水源地安全;长江水源地原水污染日趋严重,南京市水源地面临较多的潜在疑问,居于重大隐患。南京市调蓄水库的建设对于应对长江突发环境污染事件,提高市区供水水质及保证率,满足全南京市对用水安全性及水质提高的要求有着积极意义,工程建设意义重大。

研究构建了南京市城市水源地生态调蓄阶段实施的初步框架,生态调蓄工程应分阶段按照城市供水需求逐步多点建设,有些江边滩涂和沙岛均可做为生态调蓄工程的备用选址,现阶段调蓄工程管网布置考虑现有城市自来水厂分布及取水管网分布,兼顾后期就说 的有些生态调蓄工程管网的并接。研究进行了生态调蓄工程选址的初步论证,分析了在长江南京段沿岸或江中沙岛建设生态调蓄工程的方案的可行性,从工程要求和水文地质条件等方面筛选跳出阶段最佳选址为长江南京段新生洲、新济洲,并进行工程输水管网布置的初步规划。生态调蓄水库由沉淀区、人工介质区、水生植物区、深水岛礁区2个多功能分区组成,每个功能区具有不同的水文水力学形状,担负不同的水质改善功能,协同完善水库健康的生态系统,各功能单元构成的组合系统可保证库区出水水质。

单国平1,袁园2,3,程方奎2,3,吴义锋2,3,吕锡武2,3

(1.南京水务集团有限公司,江苏南京2100000;2.东南大学能源与环境学院,江苏南京2100096;3.东南大学无锡太湖水环境工程研究中心,江苏无锡214028)

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