冬奥会延庆赛区造雪引水需求分析

赵江湖 孙锐娇

(1.北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京 100082；2.北京交通大学，北京 100044)

冬季奥林匹克运动会(简称冬奥会)是世界规模最大的冬季综合性运动会，我国将于2022年举办第24届冬奥会。该届冬奥会设7个大项，15个分项，109个小项[1]，北京将承办所有冰上项目，延庆和张家口将承办所有的雪上项目。其中延庆赛区承担高山滑雪、雪车、钢架雪车、雪橇项目的比赛任务，并在赛后为国内外赛事及专业运动员提供训练场所。配套市政引水工程的建设是保障北京2022年冬奥会顺利进行的基础，以达到满足运动员赛前训练、赛时参赛以及观众观看比赛的需求。

据《芝加哥论坛报》估算统计，占地90英亩的雪场每年需2700万加仑水，水量足以满足5700人一年的用水需要，可见雪场用水需求十分巨大。加之冬奥会雪道、雪场的标准更高，供水保障成为亟待研究的课题。张凌云、杨晶晶[2]对王富德先生关于北京市滑雪场用水量的计算方法提出质疑，并介绍了国外关于滑雪场对水资源影响的相关研究。张义斌[3]根据滑雪旅游区的运行特点，分析和讨论了滑雪旅游区给排水工程规划应注意的问题。陈嘉熺[4]通过生物监测手段，分析了工程扩建对亚布力滑雪场水源地水质和水生生物的影响。刘中新[5]总结出建造高山人造滑雪场的最佳、适宜、基本适宜和不适宜地点，并对雪崩、大雾等风险因素进行评估。已有针对滑雪区进行的水利工程研究，大多基于旅游资源管理视角，缺乏结合体育赛事特点进行的分析。本文本着因地制宜、减少扰动、循环利用的原则，分别从水质、水量与可持续3个方面，对冬奥会延庆赛区引水需求特征进行分析。

1 项目概况

延庆赛区位于北京市延庆区张山营镇小海坨山。赛区将建设国家高山滑雪中心、国家雪车雪橇中心、奥运村、山地媒体中心以及相关配套设施，确保满足2022年冬奥会举办的各项功能需求。

1.1 地形地貌

规划区以中山峡谷地貌为主，海拔在1000～2198m，北依小海坨山主峰，最高海拔2198m。由北向南海拔逐渐降低，局部小山走向组成较为多样的地貌。

1.2 水文水系

海陀山区花岗岩裂隙发育，且上游植被茂密，故基岩裂隙水丰富，所以地表径流较为稳定，即使在枯水期也有泉水补给，终年常流。地下水的主要补给来源为大气降水入渗。一般枯水期水位低，夏末秋初丰水期水位较高。径流特征为中低山区向邻近沟谷汇流。排泄方式主要是地表及沟谷区的侧向径流。

1.3 土壤与植被

延庆赛区土壤类型主要为棕壤、褐土和草甸土，自然植被多为杂木林或灌丛。植被类型可以分为落叶阔叶林、亚高山灌丛、亚高山草甸3个植被亚型，其中落叶阔叶林作为研究区最重要的植被类型，主要分布在海拔1700m以下区域。

2 水质需求

2.1 水源水质

冬奥会延庆赛区造雪用水水源来自佛峪口水库和白河堡水库，通过修建输水管道、加压泵站等设施将水输送至赛区。佛峪口水库水质除总大肠菌群、pH值外，其他检测项目均满足《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)[6]中的Ⅱ类水质标准；白河堡水库水质类别为Ⅱ类，符合水质目标要求，二者均可以作为引水水源。

由于冬奥会为国际性赛事，对于水质的要求应满足世界卫生组织标准。就水质要求等级最高的饮用水标准来看，参考世界卫生组织《饮用水水质准则》(2004)、欧盟《饮用水水质指令》(1998)、美国EPA饮用水水质国家标准(2004)、俄罗斯国家饮用水卫生标准(2002)和日本饮用水水质基准，基本与国际组织和经济发达国家同类标准接轨。同时，赛区安装了水质监测设备，能够实现实时监控，为赛时运动员的用水安全提供保障。

2.2 水厂出水水质

出水水质要执行《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)[7]，其中出厂水浊度小于0.5NTU，保证率大于95%。为保证出水水质，新建水厂采用“预处理—常规处理—深度处理”的水处理工艺路线[8]。该工艺是物理吸附、化学和生物分解、超滤膜过滤相结合的工艺，可以有效去除消毒副产物前体物、控制水质生物稳定性以及明显改善水质的感官特性(嗅、味等)，是近几年处理微污染水源采用较多的处理工艺。将常规处理、臭氧-活性炭处理、超滤膜过滤和安全消毒工艺相结合，可以有效去除原水中的大部分有机物、细菌和病毒，保证出水浊度，改善供水水质的生物稳定性，提高供水安全度。净水工艺流程见图1。

图1 新建水厂净水工艺流程图

2.3 雪质

赛道雪质在雪密度、雪温度、雪含水率等方面均有严格要求，其目的是保证运动员能力的发挥，并尽量降低由于雪质问题造成的意外发生率，雪密度要求见表1[9]。自然降雪由气候条件决定，容易产生松散的粉状雪和摩擦系数小的泥状雪，导致运动员在滑行时撞伤、摔伤的概率增加。有研究表明[10]，人造雪比天然雪更稳定，一定程度上能够抵御气候波动的影响。这就意味着造雪机要保证稳定的水源输入，水中的颗粒物杂质必须控制在较低水平，否则易损坏造雪机喷头，雪质也会受到影响。

表1 雪密度列表

3 水量需求

3.1 造雪需求

本项目造雪引水工程通过建设塘坝(蓄水池)、引水管线及泵站，将外部调水在赛区内进行调蓄并输送到国家高山滑雪中心造雪系统前水池，满足冬奥会延庆赛区高山滑雪中心造雪系统用水需求，保障赛事顺利举办和赛后可持续利用。同时通过建设塘坝、蓄水池、引水管线及泵站对融雪水进行收集，根据情况进行处理、循环利用或排放至佛峪口水库下游。造雪引水系统见图2。

图2 造雪引水系统图

该系统赛时造雪总需水量约为74万m3。其中比赛道造雪用水量28.11万m3，训练道造雪用水量30.32万m3，技术道造雪用水量3.93万m3，连接道造雪用水量7.21万m3，景观道造雪用水量4.27万m3。根据《北京冬奥组委规划和可持续发展部关于北京2022延庆赛区雪务需求的函》(冬奥组委规函〔2017〕95号)，造雪系统要具备在合适温度情况下，200h内完成全部比赛用造雪雪量的能力。在目前条件下可理解为200h内完成除景观雪道及技术道外的全部造雪雪量，即200h供水能力需达到65.64万m3。

3.2 生活用水需求

根据项目联合体设计单位提供的资料，区域内奥运村、国家高山滑雪中心、国家雪车雪橇中心、媒体区用水量按人口指标法计算，西大庄科村用水量采用不同类别用地指标法计算，具体用水量指标见表2。

表2 延庆赛区人均用水量指标

西大庄科村规划用地面积6.25hm2，高日用水量约为625m3/d。考虑自来水供水10%的管网漏损和15%的未预见水量，由各用水项目预计使用人数，本规划区高日供水量为3539m3/d，由时变化系数公式可求得高日高时供水量。

时变化系数公式：

式中：Kh——时变化系数；

Qh——高日高时供水量，m3/h；

Qd——最高日供水量，m3/d。

这里时变化系数取1.5，可计算可得规划区高日高时供水量约为221m3/h。

3.3 再生水需求

冬奥会比赛期间人员活动主要发生在冬季。在赛事期间再生水不用于绿化，其主要用途为建筑冲厕和车库冲洗；赛后主要用途为建筑冲厕、车库冲洗、绿化浇洒及道路冲洗。建筑冲厕用水量按人口指标法计算，车库冲洗、绿化浇洒及道路冲洗按面积指标法计算。建筑冲厕和车库冲洗用水量指标见表3。

表3 延庆赛区建筑冲厕和车库冲洗用水量指标

根据各地块人数及规划再生水用水量指标，可计算出赛区规划区域(不含西大庄科村、高山滑雪中心及媒体转播中心)再生水日用水总量约为462m3/d(雪车雪橇中心取赛后用水量)，其中建筑冲厕用水量为432m3/d，车库冲洗用水量约为30m3/d，充分考虑15%不可预见的再生水量及10%管网漏损量，2022冬奥会延庆赛区再生水日供水量为578m3/d。

3.4 综合分析

根据上文分析，目前冬奥会延庆赛区主要的水量需求为造雪需求(65.64万m3/200h)、生活用水需求(221m3/h)以及再生水需求(578m3/d)。为保障冬奥会延庆赛区造雪造冰及生活用水需求，新建冬奥会延庆赛区应急水源保障工程。该工程从白河堡水库调水以解决佛峪口水库供水水源不足问题，包含泵站及配套管线工程两部分：泵站位于白河堡水库管理处院内，设计流量为1.0m3/s，调水能力8.6万m3/d，能够满足8.46万m3/d的综合水量需求；管线工程起点为白河引水隧洞出口调节池，沿白河北干渠巡渠路、香龙路、旧小路、古龙路及东佛路敷设DN500、DN900输水管线34607.7m至冬奥会延庆赛区造雪引水及集中供水工程一级泵站调节池。

4 可持续需求

可持续发展是2022年冬奥会和冬残奥会的三大理念之一，是我国向世界作出的庄严承诺。在规划与修建引水工程时应考虑以下几个阶段的可持续性需求。

4.1 准备期可持续性

应及早采取措施促使关键利益相关方参与，区分各相关方的职责，以确保将承诺目标落实到位。主要包括：阐明公共机构与举办机构的职责以及关系，明确奥组委在可持续性计划管理中的关键角色；与非政府组织(NGO)和其他民间社团建立信任关系，对其提出的相关要求进行处理；奥组委与城市主办机构以及其他赛会举办合作伙伴共同采取措施，召集所有主要利益群体，定期举行利益相关方通报会，通报进展情况；开展可持续性战略与目标的制定工作。

4.2 规划建设期可持续性

可持续性实施计划是可持续性计划的核心，可持续性管理体系ISO20121、可持续性采购与供应链管理、碳管理与缓解措施以及废弃物管理四个领域，均要求可持续性团队在设立战略方向、确定目标、协调实施、监控和报告结果方面要起到主导作用。在规划设计时要注重山地场馆运行与水资源要素相协调[11]，针对季节变化中不同物理状态下水的循环系统，采用全面高效的节水型用水器具，引入科学的水监测与管理系统。施工时应减少表土资源的流失浪费，注重动植物资源、生态环境的保护。

4.3 运行期可持续性

从第一批主要测试赛起，一直到赛后解散阶段，虽然指导赛时阶段规划和准备都会占用可持续性职能领域大量时间，但赛时会明显转向场馆为主的活动，主要涉及监控是否符合基础设施运行管理的可持续性要求，以及对事件进行评估、管理、报告并从中吸取经验教训。

4.4 赛后恢复期可持续性

一方面要按照规划完成永久场馆的功能转换和临时场馆的恢复，尽可能减少场馆恢复过程中对环境的影响，另一方面要加强可持续性报告编制和经验的学习。可持续性是一个相对较新的主题，而且在奥运会实施的可持续性计划要比主办城市、区域和国家的大多数其他项目和组织机构的计划都要走得更远、更深入，因此这个学习机会对实现可持续性尤其重要。

本项目积极推进“循环经济”理念，主要是为加强“节约用水、循环用水”的意识[12]，引导“中水回用”在浇洒道路、绿化喷灌等方面的应用。采取高效节水型新工艺、新技术、新设备、新材料。将雨水或生活污水回用作为绿化用水，以利于节水及利用自然渗透补充地下水。

5 结 语

“冰天雪地也是金山银山”。在发展冰雪经济、冰雪运动的同时，我们应结合项目所在地的地形地质条件、气候条件、竞赛特点等方面，综合考虑供水工程的特殊需求。经分析，冬奥延庆赛区总体供水能够满足水质需求、供水需求和赛时赛后可持续性利用需求，通过合理规划与设计，尽量减少对原有水资源系统的扰动，使项目区能够得到可持续发展。