郑州市龙湖供水方案研究

郑州市水利建筑勘测设计院 鲁康桥 董永立

郑州市龙湖供水方案研究

郑州市水利建筑勘测设计院 鲁康桥 董永立

郑东新区的建设是郑州发展史上的里程碑，作为“水域靓城”总体发展规划的点睛之笔，龙湖水系集中反映了城市建设“以人为本”的思想理念，符合人与自然和谐共处、生态环境与经济生活协调持续发展的总体要求。目前，龙湖水系的建设已全面展开，水源问题成为龙湖水系建设的关键。本文，笔者通过对各种供水方案的分析和论证，推荐采用花园口与东大坝联合调度方案作为龙湖的主要供水方案。

一、概述

郑州市是全国缺水城市之一，人均水资源占有量仅为213m3，不足全国的1/10。在水资源越来越紧张的今天，按照资源水利的用水理念，在龙湖供水水源的方案上应优先考虑采用过境水，其次采用地表水，再次考虑地下水。郑东新区龙湖没有可利用的地表水，地下水也由于过度开采形成了面积约160km2的大漏斗，而过境的黄河水却没有得到充分利用。黄河管理部门分配给郑州市的年取水量指标为6亿m3，而郑州市的实际使用量仅为2.74亿m3。因此，本文，笔者以黄河水作为龙湖供水的主要水源，对各种引黄供水方案进行分析和论证。

二、郑州市引黄口门概况

资料统计，黄河花园口站多年平均实测径流量为470亿m3。黄河在郑州市境内可以作为向龙湖供水的引黄口门主要有：邙山提灌站、花园口引水闸、东大坝提灌站、马渡引水闸。

1. 邙山提灌站。邙山提灌站建于1970年，设计泵站总引水能力为13.6 m3/s，共装有16台型号为24SH-9的离心泵，单机流量为0.85～0.95 m3/s，提水净扬程为29～32m，现在每年向郑州市供水1.2～1.5亿m3,占郑州市城市总用水量的57.1%，已成为郑州市城市供水的重要支柱，是郑州市城市居民生产、生活的生命线。

2. 花园口引水闸。花园口引水闸于1955年兴建，1956年开始引水，设计引水流量为20m3/s；花园口提灌站位于花园口引水闸下游总干渠南侧，紧邻郑花公路，1978年为解决郑州市城镇供水和农业灌溉而兴建，共有机组16台，供水能力达10m3/s，提水净扬程7.8m，1990年停止向城市供水。由于城市规模迅速扩大，灌区面积衰减，提灌站设备闲置。

3. 东大坝提灌站。东大坝引水闸兴建于1977年，引水闸闸底高程为88.3m，单孔宽度为1.5m，高2.0m，共3孔，设计过流能力为10m3/s。1985年改造为6台机组，机组型号为26HB-40。1998年重新改造4台机组，机组型号为650HW-7。改造后，机组仍为6台，包括4台650HW-7、2台26HB-40，供水能力达6 m3/s。

4.马渡引水闸。马渡闸位于花园口水文站下游约12.5km处的马渡险工，1975年建成，设计引水流量20 m3/s。 马渡险工上承双井工程来流，建成后一直担负引水灌溉任务。

三、引黄供水方案

依据《龙湖水资源保护及运行方式研究》（河海大学编制），可采用小流量连续引水和大流量间隔引水相结合的引水措施，使龙湖全年以1m3/s流量连续引水，以补偿湖区由于蒸发、下渗减少的水量。在汛期及其前后再增施间隔引水措施，即在1m3/s流量连续引水的基础上再增加9m3/s，使总流量达到10m3/s，共引水7次38天，汛前1次，汛期5次，汛后1次，平均每次引水5.4天，其他时段均按1m3/s流量引水。本次，笔者主要分析马渡、花园口自流、花园口自流与东大坝联合调度、邙山提灌站4个方案。在充分考虑供水能力的前提下，从科学、技术、经济、合理的角度，实事求是地进行论证。同时，在郑州市现有的引黄口门基础上尽可能地利用现有工程，以减少工程投资。

1. 马渡方案。马渡闸设计闸前水位为88.53 m，设计闸后水位为87.63 m，闸底板高程为86.33m，2孔涵洞式引水闸，净尺寸为2.5m×2.5m。根据花园口黄河淤灌处所提的近几年的黄河水流量及水位资料推算，马渡闸闸前水位为88.67m。因此，可利用现有祭城干渠引水到新庄闸后通过泵站加压向龙湖供水。自流和有压供水相结合从沉沙池出口到新庄闸的8.02km利用现有的祭城干渠，按1∶5 000的比降自流到新庄闸（渠底高程84.05m，水位85.98m），再通过泵站加压把水输往龙湖。输水管用4根（3根直径1.5m、1根直径1.0m）钢筋砼有压管道，有压管道长2.27km。该方案估算工程总投资为1.6亿元。

2. 花园口自流方案。本项工程是从花园口总干渠自流10 m3/s黄河水，沿花园口总干渠进入新建一级沉沙池，经一级沉沙后沿总干渠进入二级沉沙池，然后直接汇入六堡干渠，再由六堡干渠输水至大河村附近，埋设箱涵入龙湖。工程引水线路总长12.12km，其中花园口总干渠线路长3.47km，六堡干渠线路长5.23km，箱涵长4km；新建配套建筑物主要有沉沙池2座、水闸13座、倒虹吸2座。工程内容包括干渠疏挖和护砌、箱涵埋设、沉沙池工程、水闸工程、倒虹吸和桥梁工程等。

该方案利用总干渠及六堡干渠输水，根据具体要求，结合实际情况，二级沉沙后，经六堡干渠输水至大河村附近，再埋设箱涵进入龙湖。该线路方案是充分利用原有六堡干渠，最大限度地利用渠道输水，对渠道进行疏浚和局部扩挖，不需大量开挖土方，就能满足输水要求。该方案估算工程总投资为8 906万元。

3. 花园口与东大坝联合调度方案。从花园口引水闸引黄河水流量为5m3/s，经2.77km的花园口总干渠自流至南月堤后，入总干渠以南、东大坝干渠以西的开阔地带新建的Ⅰ号沉沙池。大流量供水时从花园口引水闸及东大坝提灌站各引水5m3/s，沿花园口总干渠及东大坝干渠输水至两条干渠交汇处入新建的Ⅰ号、Ⅱ号沉沙池。经沉沙池沉沙后，水流由沉沙池进入六堡干渠，由六堡干渠输水5.23km至大河村附近后埋设两孔箱涵进入龙湖。工程引水线路总长13.42km，其中花园口总干渠线路长2.77km，东大坝干渠线路长1.42km，六堡干渠线路长5.23km，箱涵长4km；配套建筑物主要有新建沉沙池2座；新建水闸12座、加固水闸1座；新建倒虹吸2座，加固改造倒虹吸1座；重建桥梁7座。该方案估算工程总投资为9 572万元。

4. 邙山提灌站方案。本方案是从邙山提灌站提水，经隧洞、明渠及暗管，将水送到石佛沉沙池。水出石佛沉沙池后用直径为2.4m的钢筋混凝土管沿江山路、连霍高速公路南侧林带到体育中心北侧，再沿魏河南岸到黑庄流入龙湖，设计流量为10m3/s，沿线路分别布置蝶阀、排气阀井和排水井。该方案估算工程总投资为7 600万元。

四、方案论证

1. 马渡方案。马渡方案同花园口与东大坝联合调度方案比较，投资较大，所需修建泵站扬程高，运行费用高。

2. 花园口自流方案。该方案可通过花园口引水闸直接将水引入花园口干渠，利用原有花园口灌区渠道自流送水到达龙湖，运行成本低，工程投资小。但由于目前利用该口门引水入东风渠已被郑州市发展与改革委员会立项，工程即将开工建设，因此，该方案同花园口与东大坝联合调度方案比较，供水保证率低；同时，考虑到小浪底水库运用黄河河床下切，花园口引水流量减小将不能满足两个工程同时用水。

3. 花园口与东大坝联合调度方案。该方案近期在小流量时可充分利用花园口引水闸自流入龙湖，大流量时结合东大坝提水供给龙湖；运行成本低；工程投资少；供水目的专一，不存在与其他农业用水及城市供水的矛盾。

4. 邙山提灌站供水方案。该方案利用现有的邙山供水系统，供水系统完善，可充分利用现有工程。该方案同花园口与东大坝联合调度方案比较，首先，投资规模相当，但泵站扬程高，水资源费较高，相应的运行费用高；其次，该供水系统为郑州市主要的城市供水系统，存在着供水矛盾问题（占城市供水的57.1%），因此，在优先保证城市供水的前提下，龙湖供水将受到影响，供水保证率低。

五、论证结果

经过论证，笔者推荐使用花园口与东大坝联合调度方案。该方案技术上可行，经济上合理，主要优点包括以下几个方面。

1. 供水成本低。近期在小流量供水的情况下可以通过自流向龙湖供水，远期及在大流量的情况下可通过泵站提水。泵站扬程相对较低，运行成本低。

2. 供水目的专一。该方案供水的主要目的是向龙湖供水，没有其他用水需求，不存在和农业及城市供水的矛盾问题，供水保证率高。

3. 工程投资较低，施工难度小，工期短，见效快，可以与龙湖的开挖建设同时进行，能够满足龙湖建成后迅速投入使用的要求。

4. 水质有保证。引水口门在中法水厂水源地附近，水源水质好；沿线明渠原为花园口灌区灌溉渠道，渠道高于两岸高程，地面污染不能进入渠道；沿途工矿企业和村庄少，没有排污口进入，村庄密集段采用管道输水，避开了污染，因此，水质有保证。

5. 管理机构健全。花园口淤灌处有一支具有四十余年供水经验的管理队伍和技术资源，不需要建立新的管理机构。

6. 本方案充分利用了现有花园口灌区的输引水系统，在现有工程的基础上，尽量利用现有渠道，相对减少了工程投资，同时，也避免了因为灌区缩减及产业调整造成的国有资产浪费。

7. 水资源费低。根据2006年7月1日起实施的水资源费征收办法，农业用水水资源费远低于城市供水水资源费。花园口及东大坝原为花园口灌区，为农业用水，相应的供水费用也低。

综上，郑东新区龙湖水源输引水是建设生态郑州的一项重要举措，也是郑东新区龙湖水系重要的配套设施。它的实施，不仅使郑州市的水资源得到了进一步优化配置，还能够解决龙湖的水源补给问题，从而满足龙湖景观建设用水要求，保证郑东新区龙湖水系水面达到约700万m2，改善城市生态环境，提高城市品位，为推动郑州市经济发展提供良好的条件。另外，该工程的实施在社会、土地增值、旅游等方面的效益都非常显著。