曹命凱　侍翰生　黃渝桂　喻桂成　王　凱

平原城市應急備用水源需求及工程規(guī)模確定研究

曹命凱1侍翰生1黃渝桂2喻桂成1王凱1

我國大部分城市存在水資源短缺與水體污染的雙重問題，水體污染加劇了水資源短缺。各地在經(jīng)濟發(fā)展過程中，存在不同程度的工業(yè)發(fā)展優(yōu)先、環(huán)境治理滯后的問題，積累了較高的環(huán)境污染風險。與此同時，相當一部分化工石化類高污染企業(yè)分布在江河湖庫附近，對飲用水水源地保護形成重大威脅。此外，由于化學品運輸中的車輛超限超載現(xiàn)象嚴重，運輸事故時有發(fā)生，造成化學品泄漏而污染水源。近年來，城市供水水源突發(fā)性水污染事件呈上升趨勢，其中多數(shù)是由工業(yè)生產(chǎn)和交通事故等突發(fā)性事故而引發(fā)的。特別是2005年底的松花江水污染事故和2007年5月的無錫飲用水危機，給當?shù)卣５纳a(chǎn)生活造成了嚴重影響，引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

平原地區(qū)受地形限制，沒有條件建設(shè)飲用水水庫。城市周邊河網(wǎng)受水量、水質(zhì)影響，供水水質(zhì)和保障率很難保障。本文以江蘇省灌南縣碩項湖應急備用水源工程為例，分析常規(guī)引水水源風險，并進行備用水源需求分析，最終確定備用水源工程規(guī)模。

一、工程項目背景及建設(shè)的必要性

灌南縣位于江蘇省北部，地處沂沭泗河水系最下游。縣內(nèi)水系發(fā)達，河網(wǎng)稠密，主要有灌河、新沂河、武障河、義澤河、南六塘河、北六塘河、鹽河、柴米河等干河。其中柴米河、南六塘河、鹽河等污染比較嚴重，新沂河南偏泓、北六塘河水質(zhì)尚可，水量較為豐富。圖1為灌南周圍水環(huán)境污染示意圖。

灌南縣長期依靠地下水作為單一飲用水水源，多年來的地下水開采，使地下水水位逐年降低，特別在縣城及周邊區(qū)域形成面積約40km2的地下水降落漏斗。灌南縣面臨地表水污染，地下水不能繼續(xù)開發(fā)利用的尷尬局面。為此，灌南縣依照江蘇省有關(guān)規(guī)定，結(jié)合灌南水域特征，將污染比較輕、水量較為豐富的北六塘河確定為飲用水水源地。2010年建成以北六塘河為水源地，日取水規(guī)模為2.5萬m3/d的灌南地表水廠。

根據(jù)實際調(diào)查和分析，現(xiàn)狀水源地情況及供水設(shè)施存在以下幾點問題：

首先，現(xiàn)狀水源地存在常規(guī)水體污染的可能。（1）河源污染。主要是通過六塘河地涵匯入上游河道的污廢水或澇水；（2）面源污染。主要為農(nóng)業(yè)面源污染，比如取水口河道上游沿線農(nóng)業(yè)生產(chǎn)化肥、農(nóng)藥所造成的污染，以及養(yǎng)殖污水和牲畜糞便未經(jīng)處理就被帶入河道中所造成的污染；（3）存在下游鹽河倒灌的隱患。鹽河水質(zhì)較差，存在向北六塘河倒流的污染隱患。

其次，灌南縣經(jīng)濟發(fā)展及人口增加導致供水范圍和供水量也隨之增加，而現(xiàn)有供水能力偏小，跟不上發(fā)展需要，且無蓄存能力，一旦發(fā)生突發(fā)污染事故，將面臨無干凈水源可用的狀況。

再次，經(jīng)過多年的努力，飲用水水源地的水質(zhì)得到了明顯改善，但是管理保護仍需加強，尤其是在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)面源污染治理方面亟需加強。

最后，北六塘河上游及其匯流河道發(fā)生突發(fā)性水質(zhì)污染事故的風險依然存在，難以根除。

灌南縣城供水保障安全度極低，潛伏巨大的安全隱患。為了保障城區(qū)供水安全，滿足供水水量和水質(zhì)的需求，應付水源突發(fā)性水質(zhì)污染事故的發(fā)生，以及適應當?shù)亟?jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的需要，建設(shè)備用水源地工程是十分必要的。

二、城區(qū)飲用水需水量預測

需水量預測是城市給水和節(jié)水發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)，需水量預測方法是預測需水量的重要手段。國內(nèi)外已有的需水量預測方法較多，歸納起來大致可分為3大類，即時間序列法、結(jié)構(gòu)分析法和系統(tǒng)分析法。本示例僅局限于飲用水備用水源，采取直觀、簡便易行的人均綜合用水量指標法。根據(jù)《城市居民生活用水量標準》（GB/T50331—2002）以及對居民家庭生活人均日用水量調(diào)查統(tǒng)計的結(jié)果，可將居民家庭日常生活用水主要分為以下幾類：飲用水、廚用水、沖廁水、淋浴水、洗衣用水、衛(wèi)生用水、澆花用水等。

圖1　灌南城區(qū)周邊主要河道及水環(huán)境污染情況示意圖（粗黑實線表示重污染，虛線表示污染）

當北六塘河發(fā)生污染事故或水質(zhì)不達標時，啟動碩項湖備用水源，最大程度保證居民基本生活用水。根據(jù)北六塘河污染程度來決定人均日生活用水量。常規(guī)污染時，按居民正常用水量（即一般型）壓縮后約為120L/（人·d）。若遇到極端情況，比如北六塘河水質(zhì)不達標持續(xù)時間比較長，只保證居民基本生命用水，包括飲用水和廚用水，約為20～25L/（人·d）。

按照灌南縣中長期發(fā)展規(guī)劃，城區(qū)城市人口將達到40萬，因此確定灌南城區(qū)應急備用需水量為5萬m3/d。

三、碩項湖備用水源工程規(guī)模論證

1.北六塘河污染規(guī)律

根據(jù)近幾年水質(zhì)監(jiān)測資料，可知污染源來自上游來水、農(nóng)業(yè)和生活面源污染。北六塘河水質(zhì)情況具有以下特點：

（1）年內(nèi)年際變化不大。北六塘河污染主要超標指標均為溶解氧和氨氮等（具體指標數(shù)據(jù)變化情況見圖2），水質(zhì)類別年內(nèi)年際變化不大，大部分時間水質(zhì)基本維持在III～IV類水平，最差水質(zhì)類別為V類。

（2）污染與降雨同期。結(jié)合流域內(nèi)降雨資料分析，每次污染發(fā)生前都有中等強度的連續(xù)降雨過程，多發(fā)于每年的3月和7月，1月和5月偶有發(fā)生。

（3）水質(zhì)受上游來水支配。北六塘河污染程度和時間長短視六塘河地涵和民便河蓄水閘來水遭遇情況及來水大小而定。

（4）污染持續(xù)時間長。北六塘河污染受上游來水和降雨造成面源污染的共同影響，污染持續(xù)時間比較長。據(jù)統(tǒng)計，北六塘河污染最短時間為10～15d左右；一般情況污染時間為20d左右；極端情況下，北六塘河飲用水源被污染時間最長可達30～33d。

2.北六塘河供水保障率分析

北六塘河地處平原地區(qū)，河道水量受人為調(diào)度控制影響較大。1985～2006年地表水水廠取水口上游楊口站（距取水口16km）和下游龍溝河閘站（距取水口5.5km）及取水口處各設(shè)計保證率下的水位見表1。

表1　各設(shè)計保證率下水位表　單位：m

由表2可知，在設(shè)計保證率下楊口站比龍溝河閘站水位高出5～14cm。經(jīng)斷面輸水能力計算可知，當上游楊口站水位高于下游龍溝河閘站水位1cm時，流量約為7.65m3/s，由此可見在設(shè)計保證率下北六塘河的輸水流量大約在38～107 m3/s，上游楊口站向下游輸水能力較強且較穩(wěn)定。

3.碩項湖工程規(guī)模

碩項湖屬于典型的半封閉人工湖泊，在充分利用水資源的情況下，要考慮碩項湖內(nèi)生態(tài)基本需求，以保障湖內(nèi)水體不變質(zhì)，盡量做到水資源利用率的最大化，同時盡量減少棄水。圖2為碩項湖備用水源工程位置及引送水路線示意圖。

通常情況下，北六塘河污染時間在20d左右，因此碩項湖正常調(diào)蓄庫容供水時間按20d考慮，則正常調(diào)蓄庫容為100萬m3。

因受制于地形和周邊河網(wǎng)水位影響，湖區(qū)水深不宜過大，否則維持湖內(nèi)III類水的時間比較短且不利于水體充分交換。另外，還要考慮碩項湖蒸發(fā)滲漏損失、應急庫容或死庫、淺水區(qū)凈水植物等需水要求，碩項湖的湖內(nèi)水深要大于1.2m。淺水區(qū)凈水植物生長過渡帶和湖邊綠化隔離帶需按相關(guān)規(guī)定要求進行考慮，經(jīng)初步計算正常調(diào)蓄庫容對應的水體面積約為1250畝。

經(jīng)綜合考慮，碩項湖換水周期為60d，在一個換水周期內(nèi)從北六塘河引水時間為40d左右，引水流量為1.0m3/s。碩項湖引水流量對北六塘河影響甚微。

圖2　碩項湖相對位置及引送水路線示意圖

四、結(jié)語

對于單一地表水源供給的平原城市，增大供水保障率，改善供水水質(zhì)，增加供水安全，建設(shè)備用水源工程刻不容緩。本文以灌南縣備用水源工程——碩項湖為例，重點研究平原城市備用水源需求分析和規(guī)模論證，主要得到以下幾點結(jié)論和建議：

（1）根據(jù)調(diào)查和分析，灌南縣現(xiàn)狀水源地及供水設(shè)施存在的問題主要是灌南縣城區(qū)地表水源單一，北六塘河作為唯一飲用水源地存在常規(guī)污染和突發(fā)污染事故的風險較大，因而有必要建設(shè)碩項湖備用水源工程。

（2）采用人均綜合用水量指標法，并結(jié)合灌南縣中長期發(fā)展規(guī)劃，確定灌南城區(qū)飲用水源需水量為5萬m3/d。

（3）北六塘河水質(zhì)污染的特點是降雨同期性、受上游來水支配性、持續(xù)時間長等，一般情況下，北六塘河水質(zhì)污染時間在20d左右，極端情況可能持續(xù)1個月以上。

（4）分析北六塘河供水保障率并結(jié)合水質(zhì)污染特點，確定碩項湖備用水源工程基本規(guī)模，認為這種規(guī)模下碩項湖備用水源工程引水對北六塘河影響甚微

（作者單位：1.江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司2250092.中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司230601）