黃 軍，鐘祖良，熊一丹，唐上丁

（1.重慶市觀景口水利開發(fā)有限公司，401336，重慶；2.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，400045，重慶；3.庫區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害防治國家地方聯(lián)合工程研究中心（重慶），400045，重慶）

一、山地城市供水特點(diǎn)

1.水資源來源較單一

山地城市多依水而建，水資源來源主要依賴城市區(qū)域地表徑流，但山地河流水位受季節(jié)影響較大，主干河流豐水期和枯水期供水能力差別明顯。以長(zhǎng)江為例，其洪水位與枯水位相差最高可達(dá)20 m，部分次級(jí)河流枯水期甚至沒有供水能力，加之城市內(nèi)部?jī)?chǔ)水能力差，供水保障率低。

2.地勢(shì)低的區(qū)域管網(wǎng)壓力大、泵站能耗高

山地城市地形起伏大、地勢(shì)落差大，區(qū)域內(nèi)地形高低懸殊，布設(shè)供水管網(wǎng)時(shí)常需設(shè)置多級(jí)加壓泵站及調(diào)節(jié)構(gòu)筑物，消耗大量能耗，甚至造成爆管現(xiàn)象。以重慶市涪陵區(qū)為例，該區(qū)地勢(shì)高的區(qū)域與地勢(shì)低的區(qū)域相差超過300 m，管網(wǎng)鋪設(shè)時(shí)設(shè)置了五級(jí)加壓泵站才能將區(qū)域地勢(shì)低的水送至區(qū)域地勢(shì)高的管網(wǎng)。

3.供水區(qū)域不集中

城市居民區(qū)依地形建設(shè)，市區(qū)發(fā)展分散，因此很難采取集中供水，管網(wǎng)也很難成環(huán)狀布置，導(dǎo)致管網(wǎng)鋪設(shè)范圍廣、延伸長(zhǎng)度遠(yuǎn)，重慶市部分供水管網(wǎng)長(zhǎng)度可達(dá)18 km。

從城市發(fā)展規(guī)劃角度看，山地城市一般采用分區(qū)供水，形成多區(qū)域、多中心的整體結(jié)構(gòu)。舊城區(qū)舊管網(wǎng)，新城區(qū)新管網(wǎng)，當(dāng)部分老城區(qū)供水能力跟不上發(fā)展水平時(shí)，部分具有富余供水能力的城區(qū)卻因彼此獨(dú)立，連通較少，使得城區(qū)間管網(wǎng)調(diào)節(jié)困難，造成城市區(qū)域缺水問題。

4.管線穿越地形復(fù)雜

山地城市人口主要集中在低海拔丘陵區(qū)域，而水源主要集中在距離城市較遠(yuǎn)的河流區(qū)，中間山峰林立，地形多變，供水管網(wǎng)難以鋪設(shè)與連通。山地城市的供水管網(wǎng)常設(shè)置在街道路面之下，由于城市道路交通多依山而建，受地形約束很大，山地城市輸水管道建設(shè)受道路路線限制，長(zhǎng)度非常長(zhǎng)，并且曲折多彎道，必要時(shí)需穿越山地河流等特殊地形，增加了管線施工和維護(hù)難度。

5.蓄水量大，有水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)

山地城市因水資源來源主要依賴地表徑流，為了提升城市供水穩(wěn)定性，常采用修建水庫來儲(chǔ)備水資源。以重慶市為例，2018年在役水庫共242座，蓄水總量達(dá)120.2億m3。 水庫中儲(chǔ)存的大量水資源需加強(qiáng)管理，避免遭受污染影響水質(zhì)。

二、水資源規(guī)劃

1.重慶市水資源概況

（1）地表水

本文利用共振柱系統(tǒng)分別在圍壓50 kPa，100 kPa，200 kPa，300 kPa下研究軟黏土剪切模量G隨時(shí)間的變化。試驗(yàn)所用土樣為東南沿海典型的淤泥質(zhì)軟黏土，基本物理參數(shù)如下：密度ρ為1.7 g/cm3～1.8 g/cm3，含水率為42%～50%，比重Gs為2.71，液限ωL=57%，塑限ωp=26%，黏粒含量為54.6%，細(xì)粒含量為92.4%。試驗(yàn)中圍壓施加后每個(gè)試樣的試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為7 d，在這期間每隔一定的時(shí)間測(cè)量一次土樣的共振頻率，然后計(jì)算得到土體的剪切模量G。

重慶市河流縱橫，主要有長(zhǎng)江、嘉陵江、烏江、涪江等大小河流，構(gòu)成不對(duì)稱的網(wǎng)狀水系。根據(jù)2018年《重慶市水資源公報(bào)》，重慶市將所有水資源按照流域劃分為六大水資源二級(jí)區(qū)：岷、沱江，嘉陵江，烏江，宜賓至宜昌（長(zhǎng)江水系），洞庭湖水系，漢江。在2018年流域分布上，嘉陵江地表水資源量約46億m3，岷、沱江約12億m3，烏江約140億m3，宜賓至宜昌（長(zhǎng)江水系）約270億m3，洞庭湖水系約50億m3，漢江約25億m3。

（2）地下水

2018年重慶全市地下水資源量103.954億m3，其中嘉陵江、烏江、宜賓至宜昌等長(zhǎng)江干流區(qū)流域地下水資源豐富，西部地區(qū)地下水水量較少。

（3）降水量

2018年全市平均降水量1 134.8 mm，折合降水量935.068億m3。洞庭湖水系降水量最大，約1388.8mm；降水量最小為岷、沱江，約1004.2mm；其他水系降水量在1 014.4～1 328.1 mm之間。

2.重慶市水資源總量

2018年重慶市水資源總量為524.24億m3。

三、區(qū)域水量供需平衡計(jì)算

2018年重慶市總需水量、各行政區(qū)需水量及各行政區(qū)水資源供需平衡判斷見表1。

表1 2018年重慶市各行政區(qū)水資源供需平衡判斷（億m3）

從整體來看，2018年重慶市可利用水資源總量完全能夠支撐起城市發(fā)展需求。但從區(qū)域來看，重慶主城渝中區(qū)、大渡口區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、九龍坡區(qū)和南岸區(qū)可利用水資源無法滿足區(qū)域用水需求，造成重慶市局部區(qū)域資源型缺水問題。

基于以上認(rèn)識(shí)，需加強(qiáng)重慶市水源統(tǒng)籌規(guī)劃，促進(jìn)渝中區(qū)等6個(gè)水源缺乏區(qū)域與周圍水源富余區(qū)域之間的互連互通，建立符合重慶市實(shí)際需求的水資源分配體系，保證區(qū)域供水能力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)調(diào)。

四、供水管網(wǎng)互聯(lián)互通

1.供需差額

供需平衡判斷后，即可計(jì)算區(qū)域供需差額，即區(qū)域需水量與區(qū)域可利用水資源量?jī)烧咧?。供需差額代表著缺水區(qū)域目前的需水缺口，是進(jìn)行區(qū)域之間互聯(lián)互通規(guī)劃的依據(jù)，也是進(jìn)行互聯(lián)互通規(guī)劃的目的，計(jì)算出供需差額，才能進(jìn)行下一步區(qū)域供水管網(wǎng)互聯(lián)互通規(guī)劃設(shè)計(jì)。2018年重慶市缺水區(qū)域供需差額見表2。

表2 2018年重慶市各行政區(qū)水資源供需差額（億m3）

2.區(qū)域管網(wǎng)互聯(lián)互通

（1）供水管網(wǎng)規(guī)劃原則

計(jì)算出供需差額后，要進(jìn)行互聯(lián)互通設(shè)計(jì)還需確定區(qū)域之間的管網(wǎng)分布，根據(jù)區(qū)域之間的地形以及城市管網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行。

《城市水系規(guī)劃規(guī)范》中關(guān)于給水管網(wǎng)的規(guī)劃提出了以下要求：一是管網(wǎng)布置應(yīng)采用環(huán)狀管網(wǎng)布置方式，以確保供水安全可靠；二是干管位置應(yīng)盡可能布置在兩側(cè)均有較大用戶的道路上；三是規(guī)劃供水應(yīng)達(dá)到100%普及率，管線應(yīng)覆蓋整個(gè)規(guī)劃區(qū)域，并保證用戶的用水需求；四是從降低管網(wǎng)造價(jià)與供水能量、費(fèi)用角度考慮，應(yīng)盡量以最短距離鋪設(shè)管線；五是給水管網(wǎng)布置時(shí)應(yīng)從發(fā)展的角度出發(fā)，考慮一定彈性系數(shù)，滿足輸水需求。同時(shí)，結(jié)合重慶市山地城市的特點(diǎn)，供水方式應(yīng)選擇分區(qū)供水，當(dāng)區(qū)域呈狹長(zhǎng)方式發(fā)展時(shí)，適合采用并聯(lián)分區(qū)供水；當(dāng)區(qū)域沿等高線垂直方向發(fā)展時(shí)，適合采用串聯(lián)分區(qū)供水。山地城市區(qū)域管網(wǎng)分布應(yīng)避免高差過大，以免管內(nèi)輸送水壓超過水管承受壓力而產(chǎn)生漏水和爆管現(xiàn)象，同時(shí)管網(wǎng)分布應(yīng)盡量集中，方便維修與管理。

（2）互聯(lián)互通與水資源再分配

確定供水方式和管網(wǎng)分布后，通過管網(wǎng)水力計(jì)算即可進(jìn)行區(qū)域間水資源互連互通，實(shí)現(xiàn)水資源再分配。

管網(wǎng)流量計(jì)算：將水資源供需差額量平均到每日每時(shí)，分配到新建管網(wǎng)各管段，確定新建管網(wǎng)管段管徑；再將最高用水時(shí)管網(wǎng)用水量減去每時(shí)供需差額，并分配到管網(wǎng)舊管段，以此作為新舊管網(wǎng)初始流量分配。

管網(wǎng)水力平差：水力平差計(jì)算方法根據(jù)未知量的不同分為流量法和水壓法，流量法中的典型方法是哈代—克羅斯法,水壓法中的典型方法是牛頓迭代法。在進(jìn)行平差計(jì)算時(shí)，因是多水源供給管網(wǎng)計(jì)算，根據(jù)各個(gè)供水點(diǎn)規(guī)模比例將管網(wǎng)平差計(jì)算流量差額分配到各個(gè)供水點(diǎn)，再結(jié)合供水點(diǎn)與需水點(diǎn)之間高差及中間泵送站，確定各節(jié)點(diǎn)水壓，對(duì)區(qū)域供水管網(wǎng)進(jìn)行多次流量與水壓平差計(jì)算，最終確定供水管網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)流量水壓及管網(wǎng)管徑。

（3）緊急情況互連互通

城市發(fā)生特殊突發(fā)情況可能會(huì)導(dǎo)致水資源的緊急短缺，例如當(dāng)發(fā)生少見大面積火災(zāi)而消防儲(chǔ)備水資源不夠需要大量征用其他用水，或者水資源來源被大范圍污染而短時(shí)間不具有供水能力等，以上突發(fā)事件會(huì)影響用水需求和供水穩(wěn)定。針對(duì)這類緊急用水問題，可采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和通信調(diào)配技術(shù)，建立城市供水調(diào)度運(yùn)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各部門的信息交互，通過管網(wǎng)互聯(lián)互通高效解決緊急問題，保障供水系統(tǒng)安全運(yùn)行。

五、結(jié) 語

山地城市地形特殊，多采用分區(qū)供水，水資源分布不均勻，區(qū)域協(xié)調(diào)能力弱。通過對(duì)重慶市現(xiàn)有水資源分布和需水量的分析，雖然水資源整體能夠支撐起城市發(fā)展需求，但渝北區(qū)等區(qū)域已經(jīng)形成了局部缺水，加強(qiáng)區(qū)域互聯(lián)互通可以緩解缺水問題，提升供水系統(tǒng)保障率。結(jié)合供水方式和管網(wǎng)規(guī)劃，通過需水缺口和管網(wǎng)的水力計(jì)算，可確定供水管網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)水量和水壓。針對(duì)城市突發(fā)情況導(dǎo)致的水資源短缺問題，提出可使用監(jiān)測(cè)和通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息交互，通過管網(wǎng)互聯(lián)互通提升水資源合理調(diào)配能力，高效應(yīng)對(duì)緊急情況，為特大山地城市供水安全提供保障。