泰安城區(qū)供水安全分析

張春榮,成世才,王其芳

(山東科技大學(xué) 地質(zhì)科學(xué)與工程學(xué)院,山東青島 266510)

0 前言

由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民生活的改善,人們對(duì)水資源的需求有增無(wú)減,水資源將是 21世紀(jì)最短缺的重要戰(zhàn)略資源,水將成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的最大資源瓶頸,供水安全問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)今世界最重要的發(fā)展問(wèn)題。對(duì)城市供水安全的研究已經(jīng)取得大量的成果,如開(kāi)源、調(diào)蓄、治污等等[1-5],但是針對(duì)泰安市的實(shí)際情況,保證泰安城區(qū)供水安全的研究很少,所以本文擬開(kāi)展泰安城區(qū)供水安全研究,可以為城市供水,尤其是中小型城市供水安全提供參考。

1 研究區(qū)概況

泰安城區(qū)地處魯中山區(qū),坐落在泰山之陽(yáng)、汶河之濱,是著名的歷史古城。該市歷史悠久,文化燦爛,風(fēng)景秀麗,雄偉挺拔的泰山素有“五岳獨(dú)尊”之稱(chēng),是馳名中外的旅游勝地和國(guó)家重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)。研究區(qū)屬于溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),四季分明,寒暑適宜,光溫同步,雨熱同季。春季干燥多風(fēng),夏季炎熱多雨,秋季晴和氣爽,冬季寒冷少雪。年平均氣溫 13℃,年平均降水量 697毫米。因受季風(fēng)氣候影響,年際降水變幅較大,年最大降水量 1498毫米,年最小降水量199毫米,相差 7.5倍。年內(nèi)降水分布很不勻衡,夏季降水最多,占年降水量的 65.2%,冬季最少,僅占 3.6%。

泰安市多年平均水資源總量為 19.22億 m3,人均占有水資源量 355m3,是全國(guó)人均占有量的 1/7,為水資源嚴(yán)重缺乏區(qū)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人口的增加,城市化進(jìn)程的加快,泰安城區(qū)面積越來(lái)越大,需水量也越來(lái)越大,供需矛盾極為突出,供水安全顯得十分重要。

2 城區(qū)供水水源狀況分析

現(xiàn)狀條件下泰安城區(qū)主要供水水源有黃前水庫(kù)、勝利水庫(kù)、安家林水庫(kù)和舊縣水源地、訾家灌莊水源地、東武水源地及泰城城區(qū)的自備水井。(圖 1)

2.1 地表水資源供水狀況分析

黃前水庫(kù)流域位于泰山東側(cè),大汶河二級(jí)支流石汶河上游。東、北、西三面環(huán)山。流域內(nèi)植被屬暖溫帶闊葉、針葉林,土壤質(zhì)地類(lèi)型主要是棕壤、沙壤、部分為粘土。流域面積為 292 km2,總庫(kù)容8248萬(wàn) m3,興利庫(kù)容6300萬(wàn) m3,死庫(kù)容 440萬(wàn) m3。原是結(jié)合灌溉、防洪和養(yǎng)魚(yú)等綜合開(kāi)發(fā)利用的中型水庫(kù)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,泰城需水量明顯增加,1993年開(kāi)始向泰城供水。本文運(yùn)用黃前水庫(kù)實(shí)測(cè)徑流資料,按照城市日供水 10、12萬(wàn) m3兩種方案,并結(jié)合農(nóng)田灌溉 2萬(wàn)畝進(jìn)行聯(lián)合調(diào)節(jié)計(jì)算,得到表 1。

圖1 泰安市區(qū)水利工程圖

表1 黃前水庫(kù)長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算情況表

根據(jù)表 1可以看出,黃前水庫(kù)按照 12萬(wàn) m3/日向泰城供水,農(nóng)田灌溉面積 2萬(wàn)畝,供水保證率為 81%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于城市供水保證率的要求;且水庫(kù)蓄滿(mǎn)的比例為 45%,棄水量為71 309萬(wàn)m3,致使下游河道常年干涸,不利于下游的供水。停止農(nóng)田灌溉用水,供水保證率為 90%,也不能滿(mǎn)足城市供水安全保證率的需要。黃前水庫(kù)按照 10萬(wàn) m3/日向泰城供水,農(nóng)田灌溉面積 2萬(wàn)畝,供水保證率為 86%,城市供水保證率偏低;水庫(kù)蓄滿(mǎn)的比例為 50%,能夠發(fā)揮多年調(diào)蓄水庫(kù)的功能;棄水量為 93 032萬(wàn) m3,能夠兼顧水庫(kù)下游的供水。如果停止農(nóng)田灌溉用水,城市供水保證率可以達(dá)到 95%,能夠滿(mǎn)足城市供水保證率的要求。所以黃前水庫(kù)向泰安城區(qū)的日供水量應(yīng)控制在 10萬(wàn) m3,在來(lái)水量少的情況下,應(yīng)減少農(nóng)田灌溉用水,城市供水保證率基本能夠達(dá)到 95%,能夠滿(mǎn)足城市供水保證率的要求。根據(jù)黃前水庫(kù)多年水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況來(lái)看,除總氮、總磷超《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外,其他評(píng)價(jià)因子都在Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),經(jīng)過(guò)集中水處理后,能夠達(dá)到生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)泰安城區(qū)供水是安全的,是其主要的供水水源地。

安家林水庫(kù)集水面積為20km2,總庫(kù)容 819萬(wàn) m3,興利庫(kù)容 426萬(wàn) m3,水文資料不齊全,靠近黃前水庫(kù)流域,可以運(yùn)用黃前水庫(kù)的資料推算,向泰城的供水量應(yīng)控制在 1萬(wàn) m3。根據(jù)安家林水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況來(lái)看,除總氮、總磷超《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外,其他評(píng)價(jià)因子都在Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),經(jīng)過(guò)集中水處理后,能夠達(dá)到生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)泰安城區(qū)供水是安全的。

勝利水庫(kù),興利庫(kù)容為4 670萬(wàn) m3,集水面積不大,主要是從大汶河引水,水量充沛;水質(zhì)狀況不容樂(lè)觀,總氮、總磷、高錳酸鹽、化學(xué)耗氧量、五日生化需氧量超過(guò)《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)泰安城區(qū)供水,應(yīng)強(qiáng)化水處理,確保達(dá)到生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 地下水資源供水狀況分析

研究區(qū)地層有太古界前震旦系,古生界寒武系、奧陶系,新生界第三系、第四系,其分布受泰萊斷裂、新泰斷裂、南留斷裂和肥城斷裂四條弧形斷裂的控制明顯。各斷塊的南部形成太古界變質(zhì)巖系裸露山區(qū);各隆起的北部形成寬闊帶狀的寒武、奧陶系地塊。第三系地層分布在各斷陷沉降盆地內(nèi),第四系分布于河谷平原、山前平原和上游河谷地帶。其中山前平原和河谷平原地質(zhì)巖性主要為坡積、沖洪積物。

研究區(qū)地下水類(lèi)型,受地形地貌及地層巖性的控制。城區(qū)供水水源地主要為巖溶水含水巖組,主要有寒武系、奧陶系中下統(tǒng)灰?guī)r、白云巖、竹葉狀灰?guī)r組成,大多隱伏于第四系以下;補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水入滲補(bǔ)給、地表水滲漏補(bǔ)給、第四系孔隙水的補(bǔ)給及單元以外巖溶水的側(cè)向補(bǔ)給等。含水層厚度在 50～150m,含水量大、連通性好、富水性強(qiáng),單井涌水量在1 000～5 000m3/d左右。

其中舊縣水源地和訾家灌莊水源地,原為泰城主要的供水源地,日供水量為 7萬(wàn)m3左右,但是由于地下水的超量開(kāi)采,已經(jīng)造成了地質(zhì)環(huán)境惡化、水源不足等,現(xiàn)狀條件下日供水量控制在 4萬(wàn) m3左右。東武水源地,位于大汶口鎮(zhèn)以西,1998年底向泰城供水,開(kāi)采量為 3萬(wàn) m3/d左右。另外泰城自備水井較多,供水量在 2萬(wàn) m3/d。根據(jù)《國(guó)家地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)進(jìn)行單因子評(píng)價(jià),訾家灌莊水源地水質(zhì)尚好,符合Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);東武水源地水質(zhì)除總硬度外,符合Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);而舊縣水源地水質(zhì)則存在硝酸鹽氮含量超Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。所以在向泰安城區(qū)供水時(shí),應(yīng)優(yōu)先采用訾家灌莊水源地,其次采用東武水源地和舊縣水源地。

3 供水安全分析

泰安城區(qū)面積 60 km2,居住人口 60萬(wàn)人,日需水量為 15萬(wàn) m3左右,在現(xiàn)狀供水水源條件下,豐水年和平水年能夠保證泰安城區(qū)的供水安全,而枯水年當(dāng)年降雨量小于 300 mm時(shí),河道斷流,黃前水庫(kù)基本沒(méi)有來(lái)水[6],地下水位下降明顯,泰城供水安全不能保證。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,泰安城區(qū)需水量會(huì)越來(lái)越大,為保證供水安全,所以應(yīng)加強(qiáng)開(kāi)源節(jié)流、雨洪水利用、分質(zhì)供水、跨流域調(diào)水和供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)等工作。

3.1 開(kāi)源節(jié)流

泰安市區(qū)有大中型水庫(kù)黃前水庫(kù)、勝利水庫(kù)、大河水庫(kù)、彩山水庫(kù)和角峪水庫(kù)等 5座,小型水庫(kù)和塘壩 200余座,池塘星羅棋布,所以應(yīng)充分利用這些水庫(kù)塘壩攔蓄的地表水,將大河水庫(kù)、彩山水庫(kù)和角峪水庫(kù)作為泰安城區(qū)的后備水源,以滿(mǎn)足泰城供水安全的需求。合理開(kāi)采利用地下水,防止出現(xiàn)地面沉降、水源污染現(xiàn)象。盡可能地節(jié)約水資源,提高水的利用效率,緩解泰安城區(qū)的供需水矛盾,減輕供水的壓力,從“節(jié)流”上保障供水安全。

3.2 建立雨洪水收集工程

泰安城區(qū)年降水分布很不勻衡,夏季降水最多,占年降水量的 65.2%,一方面大量的雨洪水白白流入河道;另一方面也會(huì)增加河流防洪抗災(zāi)的壓力。建立雨洪水收集工程,攔蓄雨洪水,供給城區(qū)用水,充分利用雨洪水,延緩雨洪水入河的時(shí)間,從而提高河道的防洪抗災(zāi)能力。雨洪水工程可以利用城市供排水系統(tǒng);也可以在市區(qū)內(nèi)修建多重?cái)r河閘、橡膠壩等工程,新建小區(qū)公園、大型廣場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等修建地上塘壩、地下蓄水池等。

3.3 分質(zhì)供水

泰安城區(qū)用水包括居民生活用水、工業(yè)生產(chǎn)用水和公共綠化用水等,不同的用水戶(hù)對(duì)水質(zhì)的要求不同。其中居民生活用水,日需水量約 5萬(wàn)m3,水質(zhì)要求高,占總量的 33.3%;工業(yè)生產(chǎn)和公共綠化用水日需水量約 10萬(wàn) m3,占總量的66.7%,水質(zhì)要求低。所以應(yīng)建立分質(zhì)供水系統(tǒng),設(shè)置單獨(dú)的飲用水系統(tǒng),優(yōu)質(zhì)水源保證生活居民用水的需要和工業(yè)水質(zhì)要求高的用戶(hù);建立工業(yè)生產(chǎn)和公共綠化供水系統(tǒng),充分利用居民生活和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的符合水質(zhì)要求的中水,減少開(kāi)采水資源的量,從而保護(hù)水環(huán)境。

3.4 跨流域調(diào)水

南水北調(diào)工程,經(jīng)泰安市的東平湖后穿過(guò)黃河向北京、天津供水,所以泰安城區(qū)可以從東平湖經(jīng)大汶河引長(zhǎng)江流域的水,緩解泰安城區(qū)由水資源缺乏而導(dǎo)致的供需矛盾。如特枯的 1989年,泰安城區(qū)河道斷流,水庫(kù)干涸,地下水位下降明顯,機(jī)井無(wú)水可抽的情況下,充分利用南水北調(diào)工程和原有的引黃工程,從長(zhǎng)江流域和黃河流域調(diào)水,徹底改變泰安城區(qū)靠天吃水的局面,保證供水安全。

3.5 水質(zhì)監(jiān)測(cè)

水污染日趨嚴(yán)重,已對(duì)人類(lèi)的生存安全構(gòu)成重大威脅,成為人類(lèi)健康、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大障礙。據(jù)世界權(quán)威機(jī)構(gòu)調(diào)查,在發(fā)展中國(guó)家,各類(lèi)疾病有 80%是由于飲用了不衛(wèi)生的水而傳播的,每年因飲用不衛(wèi)生水至少造成全球2 000萬(wàn)人死亡,因此,城市供水安全不僅僅包括水量滿(mǎn)足要求,還應(yīng)該包括水質(zhì)符合要求。所以,應(yīng)加強(qiáng)水源保護(hù),建立全面的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。改善水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備,提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)水平,確保水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確、快捷,對(duì)水源日日監(jiān)測(cè),對(duì)供水時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),確保人民生命安全。

4 結(jié)論

泰安城區(qū)現(xiàn)狀條件下,在豐水年、平水年水量基本能夠保證需水的要求,但水質(zhì)狀況不容樂(lè)觀,地表水水源總氮、總磷超標(biāo)嚴(yán)重;地下水源存在總硬度、硝酸鹽氮超標(biāo)現(xiàn)象。枯水年份,現(xiàn)有水源無(wú)法保證需水的要求。所以為保證泰安城區(qū)枯水年份供水安全和研究區(qū)將來(lái)需水量的增加,應(yīng)該開(kāi)源節(jié)流,緩解供需矛盾;充分利用雨洪水,減輕河流防洪抗災(zāi)的壓力;實(shí)現(xiàn)分質(zhì)供水,減少水資源量的開(kāi)發(fā);建立跨流域調(diào)水工程,確?？菟攴莨┧踩?加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè),確保人民生命安全。

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