南水北調(diào)北京段輸水安全對(duì)策研究及應(yīng)用

靖立玲

（北京市南水北調(diào)調(diào)水運(yùn)行管理中心，100038，北京）

南水北調(diào)中線工程計(jì)劃于2014年汛后全線通水，江水進(jìn)京前，北京平均每年存在4.3億m3的生活供水硬缺口，是水資源短缺的最困難時(shí)期。2008—2010年已兩次通過(guò)南水北調(diào)中線京石段工程由河北省王快、崗南、黃壁莊、安格莊等水庫(kù)向北京應(yīng)急調(diào)水。截至目前，累計(jì)從河北調(diào)水8億余m3，京石段應(yīng)急供水量已占到城區(qū)自來(lái)水供應(yīng)總量的65%，極大地緩解了北京水資源短缺的壓力，南水北調(diào)已成為首都新的戰(zhàn)略水源。

南水北調(diào)來(lái)水主要作為北京的生活飲用水水源，及時(shí)監(jiān)測(cè)并保證進(jìn)入北京的水體質(zhì)量符合飲用水水源的要求，保證進(jìn)入自來(lái)水廠的水體質(zhì)量在可控制可處理的范圍內(nèi)，是我國(guó)相關(guān)規(guī)范的要求，也是關(guān)乎民生、社會(huì)穩(wěn)定和國(guó)際影響的大事。

本文在分析南水北調(diào)中線輸水工程特點(diǎn)、水質(zhì)影響因素的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的輸水水質(zhì)安全對(duì)策，并通過(guò)對(duì)2008—2010年兩次應(yīng)急調(diào)水期間水質(zhì)的分析，考察輸水安全體系的實(shí)施效果。

一、輸水工程概況

南水北調(diào)中線干線工程，南起湖北丹江口水庫(kù)，跨長(zhǎng)江、淮河、黃河、海河四大流域，至北京團(tuán)城湖，全長(zhǎng)1276.4 km。京石段應(yīng)急供水工程起點(diǎn)是河北省石家莊市的古運(yùn)河暗渠進(jìn)口，終點(diǎn)是北京團(tuán)城湖，全長(zhǎng)約307.5km。北京段起點(diǎn)位于北京市南部與河北省相接的北拒馬河中支南岸，終點(diǎn)為北京市團(tuán)城湖，全長(zhǎng)80.3 km。

北京段工程主要包括以下建筑物：北拒馬河暗渠（長(zhǎng)約1.7km）、惠南莊泵站、PCCP加壓管道 （長(zhǎng)約57.1 km）、大寧調(diào)壓池、永定河倒虹吸 （長(zhǎng)約2.6 km）、盧溝橋暗涵（長(zhǎng)約 5.2 km）、西四環(huán)暗涵（長(zhǎng)約12.7 km）和團(tuán)城湖明渠（長(zhǎng)約0.8 km）。

為保障在南水北調(diào)中線全線貫通前的北京市用水問(wèn)題，國(guó)家提前啟動(dòng)了南水北調(diào)中線工程京石段應(yīng)急供水工程，由河北省王快、崗南和黃壁莊等水庫(kù)向北京應(yīng)急調(diào)水。應(yīng)急供水期間主要考慮為第三水廠、田村水廠、城子水廠及北京最大的水廠第九水廠等供水。京石段應(yīng)急供水線路見(jiàn)圖1。

二、水質(zhì)影響因素分析

南水北調(diào)中線工程北京段，輸水干渠除團(tuán)城湖明渠外均為封閉式。其水質(zhì)污染事故風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要來(lái)自京外輸水明渠及水源水庫(kù)。參考國(guó)內(nèi)外已發(fā)生的突發(fā)水污染事故，根據(jù)南水北調(diào)工程輸水特點(diǎn)，輸水過(guò)程中可能遭受到的突發(fā)性水污染主要有以下幾方面：

①油類、化學(xué)物品、生物毒品泄漏。運(yùn)輸上述物質(zhì)的車(chē)輛因交通事故引起車(chē)輛翻倒進(jìn)入渠道中引發(fā)。

②流入明渠的污染物。渠道兩側(cè)土壤環(huán)境中未利用的化肥、垃圾、養(yǎng)殖業(yè)污物等物質(zhì)流入明渠引發(fā)水體污染。

③惡意破壞、恐怖襲擊。一些對(duì)社會(huì)不滿分子、生活絕望者、恐怖組織，制造爆炸、損壞、投毒等活動(dòng)。

由于水質(zhì)不合格或水體受污染的成因比較復(fù)雜，盡管可以通過(guò)加強(qiáng)管理、派人巡視等措施減少水體受污染的概率，但不能從根本上杜絕突發(fā)水體污染事件。受污染的水一旦進(jìn)入輸水管道，清除難度很大，還會(huì)造成大量的水體浪費(fèi)；一旦進(jìn)入自來(lái)水廠甚至引發(fā)大面積停水的危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響社會(huì)穩(wěn)定。

三、輸水水質(zhì)安全對(duì)策措施

1.構(gòu)筑三道防線

圖1 南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水示意圖

南水北調(diào)中線工程，在進(jìn)入北京之前均采用明渠輸水，進(jìn)京后絕大部分為暗涵、暗埋管道，且直接與水廠相接。針對(duì)這一特點(diǎn)，提出構(gòu)筑保障北京供水安全的“三道防線”，分別在入京、入市區(qū)、入水廠處設(shè)置關(guān)卡，應(yīng)對(duì)突發(fā)性水污染事故。

（1）第一道防線

北京段渠首在北拒馬河暗渠進(jìn)口前設(shè)置了退水閘，該退水閘位于樁號(hào)BT0-090 m處渠道右岸，為雙向擋水，可以防止北拒馬河洪水倒灌。退水渠道總長(zhǎng)約2.6 km，退水出閘門(mén)后退入北拒馬河中支河道。當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)出現(xiàn)汞、砷、鉛、鎘等重金屬物質(zhì)，氰化物、苯酚類有機(jī)有毒物質(zhì)，放射性物質(zhì)，生物及微生物超標(biāo)，或發(fā)生突發(fā)性嚴(yán)重災(zāi)害、危害水體的恐怖事件，以及發(fā)現(xiàn)地方性病原體或病毒污染時(shí)，關(guān)閉總干渠北拒馬河暗渠進(jìn)口節(jié)制閘，開(kāi)啟退水閘，處理污染水體并將來(lái)水排入拒馬河內(nèi)，避免有害水進(jìn)京。

（2）第二道防線

在大寧調(diào)壓池，當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)出現(xiàn)氨氮、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物等無(wú)機(jī)鹽類物質(zhì)，指標(biāo)超過(guò)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類，或者上游出現(xiàn)突發(fā)性污染時(shí)，關(guān)閉永定河倒虹吸進(jìn)口閘，開(kāi)啟永定河倒虹吸退水閘，將來(lái)水排入滯洪水庫(kù)或永定河，避免劣質(zhì)水進(jìn)入市區(qū)。

（3）第三道防線

在各自來(lái)水廠入口處，當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)出現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)不符合Ⅲ～Ⅳ類的要求，且自來(lái)水廠水處理工藝無(wú)法消除超標(biāo)污染物質(zhì)時(shí)，關(guān)閉各自來(lái)水廠取水口，開(kāi)啟新開(kāi)渠分水口、永引渠分水口，將南水北調(diào)來(lái)水排向有接納能力的河道，避免造成新的污染區(qū)。

在以上事故處理完畢后，對(duì)污染渠道和建筑物進(jìn)行清洗和消毒，經(jīng)檢測(cè)合格后恢復(fù)正常供水。

2.建立突發(fā)性水污染事故應(yīng)急處理系統(tǒng)

對(duì)于突發(fā)性水污染事件關(guān)鍵在于防范和處理兩個(gè)方面。最重要的是建立有效的應(yīng)急處理機(jī)制，包括：突發(fā)性水污染事件應(yīng)急預(yù)案的制定、應(yīng)急等級(jí)、應(yīng)急組織機(jī)構(gòu)、應(yīng)急水質(zhì)監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)緊急處理等。

（1）制定應(yīng)急預(yù)案

應(yīng)急預(yù)案是針對(duì)突發(fā)性水污染事件的現(xiàn)場(chǎng)處理而制定的一項(xiàng)應(yīng)急反應(yīng)計(jì)劃。制定應(yīng)急預(yù)案的關(guān)鍵在于正確評(píng)估危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)和當(dāng)?shù)貞?yīng)急能力，同時(shí)還要協(xié)調(diào)現(xiàn)有的應(yīng)急方案，如《北京市突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》《北京市城市水源系統(tǒng)水污染突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案》等。

（2）應(yīng)急等級(jí)

按照突發(fā)水污染事故的嚴(yán)重性和緊急程度，對(duì)水污染事故進(jìn)行分類和分級(jí)，分為特別重大水污染事故（Ⅰ級(jí)，紅色預(yù)警）、重大水污染事故（Ⅱ級(jí)，橙色預(yù)警）、較大水污染事故（Ⅲ級(jí)，黃色預(yù)警）和一般水污染事故（Ⅳ級(jí)，藍(lán)色預(yù)警）四級(jí)。根據(jù)事態(tài)的發(fā)展情況和采取措施的效果，預(yù)警顏色可以升級(jí)、降級(jí)或解除。

（3）應(yīng)急組織機(jī)構(gòu)

為使應(yīng)急救援工作有序、快速而有效地開(kāi)展，必須有強(qiáng)有力的組織機(jī)構(gòu)，能夠協(xié)調(diào)各方面的工作。

突發(fā)性水污染事故的應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)職責(zé)如下：

①應(yīng)急指揮部：負(fù)責(zé)針對(duì)事故危害程度發(fā)布預(yù)警等級(jí)，制定應(yīng)急方案并領(lǐng)導(dǎo)和組織實(shí)施，協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)作。

②應(yīng)急指揮辦公室：為水污染事故的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、取證，提出啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案的建議；根據(jù)指揮部命令，負(fù)責(zé)實(shí)施并監(jiān)督、檢查、協(xié)調(diào)各項(xiàng)應(yīng)急工作；負(fù)責(zé)指揮部的信息、聯(lián)絡(luò)日常工作。

③應(yīng)急工作組：負(fù)責(zé)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查取證、事故原因分析；提出事故處置建議措施，并開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)處置工作；提供應(yīng)急人員、物資和各項(xiàng)技術(shù)支持，保證應(yīng)急工作的順利開(kāi)展。

（4）開(kāi)展應(yīng)急監(jiān)測(cè)

實(shí)施應(yīng)急監(jiān)測(cè)是做好突發(fā)性水污染事故處理的前提和關(guān)鍵。采用快捷、有效的應(yīng)急監(jiān)測(cè)布控技術(shù)，迅速、準(zhǔn)確地查明污染的來(lái)源、種類、程度、范圍，為控制污染蔓延、采取應(yīng)急處理措施提供正確的信息。應(yīng)急水質(zhì)監(jiān)測(cè)流程見(jiàn)圖2。

（5）應(yīng)急處理

根據(jù)應(yīng)急水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果，確定應(yīng)急處理方法。利用渠道的各節(jié)制閘、退水閘、滯洪水庫(kù)及河道等工程設(shè)施，改變?cè)瓉?lái)的水流方向和流場(chǎng)，將受污染的水擋在“三道防線”之外。再根據(jù)污染物的化學(xué)性質(zhì)，在污染區(qū)域拋灑化學(xué)藥劑，減輕和凈化污染水域。

3.建立水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是構(gòu)筑北京安全供水“三道防線”的基礎(chǔ)。

（1）監(jiān)測(cè)方式特點(diǎn)

采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)站、移動(dòng)監(jiān)測(cè)車(chē)和實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方式。水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以車(chē)載、便攜式水質(zhì)檢測(cè)儀器為分析手段，可有效解決偏遠(yuǎn)地區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的困難，在突發(fā)性水污染事件中還可發(fā)揮其機(jī)動(dòng)、靈活、及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。

（2）監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布設(shè)

針對(duì)北京段封閉管涵輸水的特點(diǎn)，結(jié)合三道防線的設(shè)置，建立4個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站：七里莊前哨站（位于河北）、惠南莊站、大寧站、團(tuán)城湖站。

①在總干渠冀京交界上溯約35 km處的七里莊倒虹吸處設(shè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站，作為北京市對(duì)南水北調(diào)來(lái)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警的前哨站。

②在惠南莊泵站設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測(cè)站，作為北京市入境站。

③在總干渠至團(tuán)城湖和南干渠的分水口——大寧調(diào)壓池設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測(cè)站，作為渠道輸水水質(zhì)變化控制站。

④在總干渠終點(diǎn)團(tuán)城湖設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測(cè)站，作為入水廠前控制站。

（3）監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻次

南水北調(diào)水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要根據(jù) 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3838—2002》及對(duì)生活污染、生物污染、有機(jī)污染、運(yùn)輸及工礦企業(yè)產(chǎn)生的重金屬污染和石油類污染的突發(fā)事件設(shè)定的，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻次見(jiàn)表1。

四、輸水水質(zhì)安全體系實(shí)施應(yīng)用效果

南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水以來(lái)，通過(guò)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)掌握進(jìn)京水質(zhì)的變化，為調(diào)度決策提供了數(shù)據(jù)信息支撐及依據(jù)。水質(zhì)安全“三道防線”的構(gòu)筑為合理利用水資源，確保進(jìn)入自來(lái)水廠水體質(zhì)量在可處理范圍內(nèi)，及時(shí)解決水質(zhì)突發(fā)事故提供了保障。

1.水源切換時(shí)水質(zhì)安全體系功效

京石段兩次應(yīng)急調(diào)水初期，水頭到達(dá)第一道防線——北拒馬河暗渠退水閘進(jìn)行棄水，待濁度降到30 NTU以下停止棄水，準(zhǔn)許來(lái)水進(jìn)入中線干渠。2008年9月，京石段首次應(yīng)急調(diào)水，共棄水 180 萬(wàn) m3；2010 年 5 月，京石段二次應(yīng)急調(diào)水，共棄水150萬(wàn)m3。2011年2月，調(diào)水水源切換，安格莊水庫(kù)水先經(jīng)易水河，后入五一干渠，到達(dá)安格莊應(yīng)急連接段工程處，來(lái)水濁度降到20 NTU以下，氨氮降到0.5 mg/L以下，停止棄水，共棄水42萬(wàn)m3。

2.輸水過(guò)程中水質(zhì)關(guān)鍵性指標(biāo)的變化

2008—2010年京石段兩次應(yīng)急調(diào)水期間，河北前哨站 （七里莊站）、京冀交界處水質(zhì)監(jiān)測(cè)站（惠南莊站）、大寧站及團(tuán)城湖站四站點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)均符合 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002） 中的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)（總氮、總磷不參加評(píng)價(jià)），符合進(jìn)京水質(zhì)要求。

3.科學(xué)監(jiān)測(cè)，合理調(diào)度，解決“水黃”問(wèn)題

2008—2009年輸水期間，由于水源切換引起北京市部分地區(qū)用戶出水發(fā)生“水黃”現(xiàn)象。問(wèn)題出現(xiàn)后，相關(guān)部門(mén)及時(shí)啟動(dòng)水質(zhì)應(yīng)急預(yù)案，組織專業(yè)人員對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)、研究分析。

通過(guò)對(duì)水源切換前后原水水質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，水源切換后水源化學(xué)組分發(fā)生了很大的改變，特別是硫酸鹽濃度大幅度增加，打破了供水管網(wǎng)中管道內(nèi)的管垢與原有水質(zhì)之間的平衡，高濃度硫酸鹽使管垢鐵銹發(fā)生溶解，造成管垢過(guò)量釋放，導(dǎo)致有的用戶家中出現(xiàn)了自來(lái)水發(fā)黃、發(fā)渾的現(xiàn)象。

2010年京石段第二次應(yīng)急調(diào)水，鑒于黃壁莊水庫(kù)硫酸鹽含量偏高的問(wèn)題，通過(guò)崗南、黃壁莊兩庫(kù)聯(lián)合調(diào)度降低崗黃兩庫(kù)外調(diào)水的硫酸鹽指標(biāo)。首先從崗南放水至黃壁莊水庫(kù)，然后由黃壁莊水庫(kù)放水至石津干渠，石津干渠經(jīng)連接段工程輸水至南水北調(diào)中線總干渠。

2010年度輸水期間，通過(guò)聯(lián)合調(diào)度控制來(lái)水電導(dǎo)率，硫酸鹽含量維持在較低水平，七里莊、惠南莊、大寧及團(tuán)城湖四站點(diǎn)電導(dǎo)率在 400～550 μs/cm之間，硫酸鹽含量70～120 mg/L之間，避免了再次出現(xiàn)北京輸水管網(wǎng)因“水土不服”而導(dǎo)致的水黃現(xiàn)象。

五、結(jié) 論

南水北調(diào)工程京外均是明渠，輸水過(guò)程中存在遭受突發(fā)性污染的可能，如果水質(zhì)受到污染，直接影響北京的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)安全。因此，開(kāi)展南水北調(diào)北京段輸水安全對(duì)策研究非常必要，并經(jīng)實(shí)施應(yīng)用，效果顯著。

表1 監(jiān)測(cè)參數(shù)及頻次統(tǒng)計(jì)表

①針對(duì)南水北調(diào)京石段輸水工程特點(diǎn)，分析影響水質(zhì)的因素，研究提出建立水質(zhì)安全防護(hù)的 “三道防線”：北京市入境站——北拒馬河渠首，入市區(qū)控制站——永定河倒虹吸，入水廠前的控制站——各分水口。

②提出建立突發(fā)性水污染事故預(yù)警應(yīng)急系統(tǒng)，從而在發(fā)生突發(fā)性水污染事故時(shí)能以最快的速度發(fā)揮最大的效能，及時(shí)、有效地開(kāi)展應(yīng)急救援工作，盡快控制事態(tài)發(fā)展。建立水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握北京段輸水水質(zhì)狀況。

③應(yīng)急調(diào)水初期開(kāi)展應(yīng)急監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握水質(zhì)的變化，棄掉不達(dá)標(biāo)來(lái)水，保證進(jìn)京水質(zhì)安全的同時(shí)，最大程度節(jié)約了水資源。

④京石段工程兩次應(yīng)急調(diào)水期間，輸水水質(zhì)隨源水不同而水質(zhì)不同，均滿足進(jìn)京要求。

⑤水源切換后由于原水化學(xué)組分差別較大，導(dǎo)致用戶出水發(fā)黃發(fā)渾問(wèn)題，二次應(yīng)急調(diào)水時(shí)通過(guò)科學(xué)調(diào)度解決了該問(wèn)題，但仍建議相關(guān)部門(mén)在城市供水系統(tǒng)水源切換前，開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)分析與對(duì)策研究。

[1]趙蓉,李振海,祝秋梅.南水北調(diào)中線北京段應(yīng)急工程的輸水水質(zhì)預(yù)測(cè)及保護(hù)對(duì)策[J].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院報(bào),2009,7(4).

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