多水源多管網(wǎng)城市分質(zhì)供水探索

趙 榮 馨

(太原市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院，山西 太原 030001)

0 引言

從古到今，水資源與城市發(fā)展有著緊密的關(guān)系，古代的名城基本都是臨水而建，因為一座城市里有了水便有了靈氣。如今，隨著我國城市化進(jìn)程加快，城市人口聚集，人類活動和產(chǎn)業(yè)發(fā)展和水資源的關(guān)系越來越緊密。水資源作為重要的自然資源，應(yīng)科學(xué)確定其與城鄉(xiāng)發(fā)展的關(guān)系，研究水資源的合理高效利用途徑。為此，黨中央國務(wù)院就保障國家水安全問題提出了“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”的城市發(fā)展思路，重塑人水和諧平衡關(guān)系。要落實最嚴(yán)格水資源管理制度，推動以水資源的永續(xù)利用支撐城市經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。這也是踐行“綠水青山就是金山銀山”理論的重要舉措。

1 研究背景

1.1 國際用水新趨勢

現(xiàn)階段，國際和國內(nèi)都在經(jīng)歷氣候變暖、資源短缺、災(zāi)害頻發(fā)等問題，可持續(xù)發(fā)展、綠色發(fā)展、韌性發(fā)展等目標(biāo)越來越多見于國際大城市的規(guī)劃目標(biāo)中。用水呈現(xiàn)水中立、安全化、高效率、分散化、高品質(zhì)的發(fā)展理念。

水中立是指發(fā)展不應(yīng)該導(dǎo)致對水需求的全面崛起；安全化主要包括兩個方面：一是指水源的供應(yīng)量有保證，二是指水系統(tǒng)應(yīng)對突發(fā)事件的能力強；高效化指更好利用水資源、提高中水回用的比例、減少消耗量全面提高用水效率；分散(統(tǒng)籌)化供水是指非常規(guī)水雨水、污水、礦井水的就地利用；高品質(zhì)，指減少河流水體污染，提高水質(zhì)，提供的飲用水的品質(zhì)要比較高，如在城市住宅和各類公共設(shè)施中，全面提供直飲水；德國已經(jīng)實現(xiàn)，所有公共自來水系統(tǒng)都達(dá)到直飲水標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 國內(nèi)用水發(fā)展新理念

鑒于水資源的重要性，目前的城市發(fā)展規(guī)劃的理念已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變。從原先以城市為核心的發(fā)展建設(shè)理念根據(jù)城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模和人口來確定水資源的規(guī)模和供水設(shè)施的布局，轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘幸?guī)模與城市發(fā)展方向的確定、城市建設(shè)范圍的劃定應(yīng)當(dāng)建立在全域分析、保證自然資源的可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)之上。以2018年批復(fù)的《北京市總體規(guī)劃(2016—2035)》為例，此規(guī)劃堅持以資源環(huán)境承載能力為剛性約束條件，確定人口總量上限、生態(tài)控制線、城市開發(fā)邊界，實現(xiàn)由擴(kuò)張性規(guī)劃轉(zhuǎn)向優(yōu)化空間結(jié)構(gòu)的規(guī)劃。城市規(guī)模方面提出以水定人的發(fā)展思路。《上海市總體規(guī)劃(2017—2035年)》提出建設(shè)更加可持續(xù)的韌性生態(tài)之城的發(fā)展目標(biāo)，規(guī)劃建立了更加可持續(xù)的韌性生態(tài)之城的支撐性指標(biāo)體系，包括河湖水面率、水(環(huán)境)功能區(qū)達(dá)標(biāo)率等，以支撐城市發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)，水資源方面，上海2035年用水總量繼續(xù)進(jìn)行紅線控制，控制在138億m3，萬元GDP用水量控制在22.5 m3以下，萬元工業(yè)增加值用水量控制在33 m3以下。

1.3 太原市用水面臨的新挑戰(zhàn)

太原市作為山西省省會、國家可持續(xù)發(fā)展議程創(chuàng)新示范區(qū)，同時也是一個北方缺水城市，關(guān)于水資源方面，各級政府頒布了許多相關(guān)政策，為太原市用水提出了新要求。

1)國家層面政策。

《國家17個部委對國家可持續(xù)發(fā)展議程創(chuàng)新示范區(qū)支持政策和工作建議》中：水利部提出鼓勵非常規(guī)水源工程納入水源工程體系，住建部要求太原、桂林、深圳三市建立管網(wǎng)漏損體系，提升供水精細(xì)化管理水平。

2)山西省政策。

《山西省水污染防治2018年行動計劃》當(dāng)中要求：太原市完成最嚴(yán)格水資源管理制度工作方案年度目標(biāo)，嚴(yán)控地下水超采。2018年9月中共山西省委發(fā)布的《以汾河為重點的“七河”流域生態(tài)保護(hù)與修復(fù)總體方案》要求：實施河流生態(tài)補水工程，充分用足黃河水將引黃水和跨流域調(diào)水主要作為工業(yè)用水，退還流域內(nèi)被擠占的生態(tài)水量，逐步增加河道生態(tài)水量。

3)太原市政策。

太原市人民政府辦公廳發(fā)布了《關(guān)于實施最嚴(yán)格水資源管理制度的實施意見》(政辦發(fā)[2015]8號)，主要目標(biāo)：確立水資源開發(fā)利用控制紅線，2030年，全市用水總量控制在10.47億m3以內(nèi)；地下水1.37億m3，地表水3.7億m3，引黃水5.4億m3；《太原市可持續(xù)發(fā)展議程創(chuàng)新示范區(qū)建設(shè)方案》要求：城市實施關(guān)井壓采，利用引黃工程南干線供水能力，建設(shè)引黃原水直供工程，通過水源置換，對現(xiàn)有巖溶水開采經(jīng)實施關(guān)井壓采。再生水利用率達(dá)到25%。

2 太原市現(xiàn)狀供水情況

2.1 太原市供需現(xiàn)狀

根據(jù)《2015年太原市水資源公報》，2015年，太原市域總供水量74 658.25萬m3，其中，地下水源供水量27 825.36萬m3，占總供水量的37.27%；地表水源供水量37 540.79萬m3，占總供水量的50.28%；再生水供水量(污水處理回用量)9 292.10萬m3，占總供水量的12.45%。地表水源供水量占到了總供水量的一半。

根據(jù)太原市歷年供水量的變化趨勢，實際供水量均超過了太原市域本地水資源可利用量。太原市域本地(2015年)的水資源總量僅為5.25億m3，水資源中黃河引調(diào)水工程占主導(dǎo)地位。但該工程可供給的5.4 億m3水資源中，中心城區(qū)(城六區(qū))僅使用了不到1億m3，城市大量使用的仍然是地下水資源。

根據(jù)山西省人民政府關(guān)于印發(fā)山西省水資源全域化配置方案的通知，太原市地下水使用量在2030年應(yīng)當(dāng)控制在1.37億m3以下。因此，太原市地下水壓采壓力很大，同時引黃工程的調(diào)度水量還未達(dá)到設(shè)計使用要求。盡管太原市地下水品質(zhì)較好，但優(yōu)質(zhì)地下水與地表水廠的供水在管網(wǎng)中混合供給，沒有做到優(yōu)水優(yōu)用。

2.2 現(xiàn)狀供水情況已經(jīng)不能滿足城市發(fā)展的需要

2.2.1 城市發(fā)展

城市不斷發(fā)展，尤其城市東西山高地和城市南部地區(qū)的不斷開發(fā)，供水設(shè)施建設(shè)未到位，城市自來水覆蓋不足，居民水質(zhì)水量得不到保障。

2.2.2 開發(fā)區(qū)建設(shè)

當(dāng)前，我市以經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)為導(dǎo)向，以提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量和效益為中心，以園區(qū)作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主戰(zhàn)場，以工業(yè)作為三次產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要引擎，通過開發(fā)區(qū)空間拓展提升新興產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和水平，優(yōu)化結(jié)構(gòu)、做大總量、創(chuàng)新驅(qū)動，推動促進(jìn)我市經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展。隨著山西轉(zhuǎn)型綜合改革示范區(qū)和不銹鋼園區(qū)的不斷拓展升級，存在水源不足和用水成本偏高等問題，對水質(zhì)和水量都提出了新的要求。

2.2.3 生態(tài)建設(shè)

千城一面已經(jīng)成為太原城市建設(shè)中存在的問題，如何塑造山水城市，凸顯地域特色，使得太原成為風(fēng)水寶地，是我們著重研究的問題。近年來，太原市在生態(tài)建設(shè)上取得了很大的進(jìn)展，但是由此產(chǎn)生了生態(tài)用水的需求，比如東西山建設(shè)城郊森林公園和九河治理后的完成對生態(tài)用水產(chǎn)生了大量的需要。

2.2.4 管網(wǎng)閑置

管網(wǎng)閑置主要包括非采暖季節(jié)熱網(wǎng)的閑置，已修再生水管網(wǎng)但是用戶較少造成再生水網(wǎng)的閑置，供水移交后閑置的原有供水管網(wǎng)。

2.2.5 關(guān)井壓采工作還未完成

目前，雖然近幾年地下水關(guān)井壓采工作不斷推進(jìn)，但是自備地下水源還有很多在使用，對地下水保護(hù)影響較大。居民水質(zhì)水量得不到保障。

3 水資源優(yōu)化配置

3.1 水資源利用目標(biāo)和原則

3.1.1 利用目標(biāo)

遵循高效、公平和可持續(xù)利用的原則充分利用黃河水、高效使用再生水、合理利用地表水、嚴(yán)格控制地下水、留足河道生態(tài)水。優(yōu)先保障城市居民用水(飲用水、居民衛(wèi)生用水、城市公共設(shè)施、綠地用水)和生態(tài)用水，統(tǒng)籌兼顧生產(chǎn)用水(高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、三產(chǎn)、二產(chǎn)、一產(chǎn))。實現(xiàn)分質(zhì)供水，優(yōu)水優(yōu)用。

3.1.2 利用原則

本研究對水資源利用與分配的原則首先遵循最嚴(yán)格水資源管理的規(guī)定，將各地域?qū)用娴挠盟偭靠刂圃谟盟t線以下，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分項控制。主要是讓居民享受本地優(yōu)質(zhì)水資源紅利，優(yōu)先保障城鄉(xiāng)居民生活用水，以使用地下水、引黃處理水供給為主；工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國內(nèi)國際節(jié)水先進(jìn)水平，以使用回用污水、引黃水和本地地表水為主；提升生態(tài)用水量，以城區(qū)雨水存蓄工程及污水回用工程補給河川生態(tài)水量。

3.2 太原市水資源情況梳理

太原市目前存在多水源:1)地下巖溶水：蘭村、棗溝、三給、東山地下水等地下水源，蘭村泉域可開采量11 006萬m3，東山地下水1 577萬m3，以上水源含多種礦物質(zhì)，為優(yōu)質(zhì)水提供了條件。2)地下孔隙水：西張5 878萬m3，中心區(qū)小店區(qū)晉源區(qū)9 253萬m3，清徐縣3 803萬m3。3)本地地表水：3.7億m3。4)黃河原水：引黃水可供太原5.4億m3/年(含已經(jīng)處理水2.9億m3)。5)黃河處理水：處理規(guī)模2.9億m3/年(現(xiàn)狀用水量為1.0億m3/年)。6)本地再生水：按照《太原市總體規(guī)劃(2012—2020)》,到規(guī)劃期末，再生水生產(chǎn)規(guī)?？蛇_(dá)到3.14億m3/年以上，現(xiàn)狀再生水量用戶主要為污水廠附近的工業(yè)用戶，年用水量為0.9億m3。以上多種水源，尤其是巖溶地下水質(zhì)良好，富含多種礦物質(zhì)，為居民直接飲用礦泉水提供條件，引黃水和再生水完全可以為對水質(zhì)要求不高的工業(yè)用戶和河道生態(tài)用水提供廉價水，同時節(jié)約深度處理的成本。同時，根據(jù)最嚴(yán)格的水資源控制制度，太原市中心城區(qū)可用地下水僅為1.37億m3。

3.3 利用供熱管網(wǎng)供再生水的基礎(chǔ)條件

作為季節(jié)性采暖的北方城市，太原市集中供熱管網(wǎng)基本覆蓋中心城區(qū)，供熱管網(wǎng)在每年4月～10月，整整7個月閑置，同時河道生態(tài)用水和園林用水主要集中在以上7個月，與供熱管網(wǎng)的閑置時間基本相吻合。

目前，有關(guān)部門正在進(jìn)行《熱網(wǎng)輸配再生水系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究》和《利用城市供熱管網(wǎng)輸配高品質(zhì)再生水熱網(wǎng)智能化體系及節(jié)能技術(shù)的研究及中試》。該項研究擬解決網(wǎng)輸配再生水系統(tǒng)中熱網(wǎng)系統(tǒng)材質(zhì)對再生水中氯離子、生物、電化學(xué)等腐蝕元素的綜合性防腐蝕問題；密閉空間內(nèi)再生水水質(zhì)生物穩(wěn)定性問題；再生水在退出供熱管網(wǎng)后，殘留物清理及供熱水質(zhì)穩(wěn)定性的問題。項目目標(biāo)是建立健全熱網(wǎng)大規(guī)模輸配再生水系統(tǒng)的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)體系；同時實現(xiàn)非采暖季利用城市供熱管網(wǎng)輸配城市工業(yè)、園林、市政沖洗等雜用水。該研究為非采暖期供熱管網(wǎng)為城市輸送再生水提供基礎(chǔ)。

3.4 各類水量需求概述

根據(jù)《太原市城市發(fā)展戰(zhàn)略研究》太原市在2035年，中心城區(qū)將達(dá)到500萬人，根據(jù)其子課題《太原市市政基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展戰(zhàn)略》研究，居民綜合用水量指標(biāo)采用210 L/(人·d)，及綜合生活(含公建)即105萬m3，3.83億m3/年，道路綠化澆灑用水為0.12億m3，工業(yè)用水量為3.84億m3，河道生態(tài)用水和東西山兩山用水0.83億m3。

3.5 水資源配置體系構(gòu)建

利用太原市根據(jù)上述需水量和水資源的情況，水資源配置設(shè)想如下。

3.5.1 綜合生活用水配置

由于太原市擁有優(yōu)質(zhì)地下水的天然稟賦，即巖溶地下水，擁有量為1.25億m3，如果，本次研究提出太原市中心城區(qū)建設(shè)優(yōu)水直飲方案。即城六區(qū)建設(shè)一套獨立直飲水管道，供應(yīng)全部市民的飲用需求，可滿足全城區(qū)的優(yōu)質(zhì)飲用水需求，雖然建設(shè)成本高，但是應(yīng)該分布試驗，而后全面實施。

直飲水系統(tǒng)建設(shè)單獨鋪設(shè)直飲水管道、建設(shè)直飲水的中心站，若地下水均作為直飲水供給太原中心城區(qū)(城六區(qū))的直飲水需求，按照人均5 L/(人·d)(專用于飲用)的直飲水供水需求，即日均2.5萬m3優(yōu)質(zhì)地下水，讓老百姓在家擰開水龍頭就能喝上礦泉水，享受太原市當(dāng)?shù)氐馁Y源紅利，增強其獲得感和幸福感。

除去直飲水，居民生活用水每日還需要105萬m3(考慮到水價問題，保障所有人用正常自來水用量)，根據(jù)地下水資源紅線控制，太原市可用地下水量為1.37億m3，除去上述的優(yōu)質(zhì)地下水用量，則還可用1.28億m3，即日均用水量35萬m3。其他70萬m3由呼延水廠的引黃處理水提供。

3.5.2 工業(yè)用水配置

考慮到黃河處理水和地下水成本高并且資源浪費，則工業(yè)用水選擇再生水和引黃原水供應(yīng)。引黃水分配給太原市的量為6.4億m3，呼延水廠使用2.9億m3，陽曲工業(yè)園和清徐工業(yè)園使用0.49億m3和0.3億m3，綜改區(qū)水廠利用原水總量為0.69億m3，則黃河原水總量還余2.02億m3，太原市再生水規(guī)模為3.14億m3，所以工業(yè)用水由黃河原水和再生水共同配置。

3.5.3 綠地及道路澆灑用水

利用城市夏季閑置供熱管網(wǎng)和已建再生水網(wǎng)，利用再生水作為綠地和道路澆灑用水，用水量為0.12億m3。

3.5.4 生態(tài)用水

利用再生水用于河道和東西山生態(tài)用水，用水量為0.83億m3。

4 實現(xiàn)水資源配置的手段

4.1 實現(xiàn)分質(zhì)供水的工程手段

1)關(guān)井壓采，地下水供給直飲水工程及與引黃處理水共同供生活用水。

將棗溝水源(太原本地巖溶地下水)部分建設(shè)直飲水水池及泵站，建設(shè)直飲水管道、中心站等基礎(chǔ)設(shè)施，為市民提供優(yōu)質(zhì)水。

規(guī)劃近期采取封填、焊死和預(yù)留監(jiān)測孔等措施，關(guān)閉城市公共供水管網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)所有自備水源井，關(guān)閉晉祠泉源區(qū)、晉祠公園內(nèi)及周邊區(qū)域自備井，即可壓采地下水開采量約5 000萬m3/年。將西張水源地和三給地壘水源地、棗溝與蘭村水源地的供水能力保留，交叉使用各水源井，逐步降低地下水開采規(guī)模。交叉使用西張水源地和三給地壘水源地、棗溝與蘭村水源地的各水源井，保證總開采規(guī)?？刂圃?5萬m3/d，但應(yīng)急時其余水源井應(yīng)均能開啟并投入使用。

按照規(guī)劃擴(kuò)建呼延水廠至80萬m3供水規(guī)模，與地下水廠共同供應(yīng)生活用水。

2)引黃水供給工程。

黃河原水由南向北供應(yīng)陽曲產(chǎn)業(yè)園、泥屯、上蘭軍民融合產(chǎn)業(yè)園、太原不銹鋼園區(qū)、太鋼、重機(jī)、汾機(jī)、清徐產(chǎn)業(yè)園、學(xué)府產(chǎn)業(yè)園區(qū)、瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)。同時對引黃供水區(qū)域原水水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)跟蹤監(jiān)測，建設(shè)水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，智能化的反映各區(qū)域的水質(zhì)變化狀況，及時采取措施，保障水質(zhì)安全。

3)利用現(xiàn)有供熱管網(wǎng)和再生水管網(wǎng)輸送再生水。

再生水供應(yīng)城市綠化用水、太鋼、電廠、供熱、河道補水、東西山生態(tài)用水。中心城區(qū)(城六區(qū))再生水利用考慮與榆次、清徐等區(qū)域統(tǒng)籌使用。汾東污水處理廠的再生水供應(yīng)瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)、榆次、科創(chuàng)園區(qū)等。汾河西部城區(qū)范圍內(nèi)僅有一個晉陽污水處理廠，晉陽污水處理廠離城區(qū)較遠(yuǎn)，通過鋪設(shè)再生水管網(wǎng)補充汾河西部城區(qū)河道生態(tài)用水不經(jīng)濟(jì)，因此建議晉陽污水處理廠再生水管網(wǎng)往南供應(yīng)清徐產(chǎn)業(yè)園區(qū)、交城和文水產(chǎn)業(yè)園區(qū)。同時根據(jù)太原創(chuàng)建可持續(xù)創(chuàng)新示范區(qū)的建議，應(yīng)完善城區(qū)南北、東西走向的再生水主干管建設(shè)，并與已建成的西中環(huán)南延再生水工程連接。

4.2 實現(xiàn)分質(zhì)供水的行政手段

利用法律約束機(jī)制和行政管理職能，進(jìn)行水資源配置，調(diào)配生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水，統(tǒng)籌多家涉水企業(yè)。打破部門權(quán)屬、將供熱部門的管網(wǎng)用于涉水部門的城市再生水的輸配，實現(xiàn)管理體制機(jī)制的創(chuàng)新。通過債轉(zhuǎn)股等方式對供水行業(yè)進(jìn)行市場化整合，整合各供水企業(yè)，成立統(tǒng)一的供水集團(tuán)。成立統(tǒng)一的供水集團(tuán)和原水開發(fā)集團(tuán)，形成利益共同體，減少中間環(huán)節(jié)。協(xié)調(diào)輸水、配水、制水等各個環(huán)節(jié)的利益，避免多頭管理。統(tǒng)籌包括地表水、地下水、黃河水的原水開發(fā)，各種水的輸送與配送，從而轉(zhuǎn)移企業(yè)與部門之間的利益矛盾為企業(yè)內(nèi)部的成本管控。

4.3 實現(xiàn)分質(zhì)供水的經(jīng)濟(jì)手段

引黃水價格提高：根據(jù)山西省萬家寨引水水務(wù)公司提供的報告，引黃水的原水交接價格1.98元/m3，但引黃水的直接成本在2.28元/m3，建議將引黃水的原水交接價格提升至基本與成本價相當(dāng)，便于后續(xù)大力推進(jìn)引黃水的利用，加強維護(hù)，保證引黃水的水量和水質(zhì)的穩(wěn)定。

直飲水價格：通過直飲水系統(tǒng)的建設(shè)，確保地下水的優(yōu)質(zhì)優(yōu)用。直飲水價既要體現(xiàn)太原市優(yōu)質(zhì)地下水的重要價值，也提高太原市民節(jié)約使用優(yōu)質(zhì)地下水的意識。在優(yōu)質(zhì)地下水的供應(yīng)價格中，包括用于建設(shè)一套優(yōu)質(zhì)水質(zhì)供應(yīng)管網(wǎng)系統(tǒng)、直飲水站以及該系統(tǒng)的維護(hù)、管理的各項成本，也包括支付更高的壓采地下水所帶來的管理成本和補償成本，以及地下水資源稅增加的成本。

5 預(yù)期經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益

5.1 環(huán)境效益

減少地下水開采量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。完成《關(guān)于實施最嚴(yán)格水資源管理制度的實施意見》(政辦發(fā)[2015]8號)確立的水資源開發(fā)利用控制紅線。利用閑置的熱網(wǎng)，給城市的生態(tài)供應(yīng)有機(jī)再生水，為“一湖點睛、一水中分、九河環(huán)繞、多湖嵌珠”的水韻龍城格局注入活力。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

利用現(xiàn)有各類涉水管網(wǎng)，包括閑置管網(wǎng)和非采暖季供熱管網(wǎng)，協(xié)同為城市供水提供保障，減少城市管網(wǎng)數(shù)量和管網(wǎng)敷設(shè)成本。

利用再生水和引黃原水供工業(yè)，降低工業(yè)用水成本，助力城市發(fā)展。利用閑置的熱網(wǎng)，給城市的生態(tài)供應(yīng)有機(jī)再生水大幅降低企業(yè)用水成本減少輸送城市污水再生利用水管網(wǎng)的投資費用，又可使太原市集中供熱管網(wǎng)得到充分的利用，增加經(jīng)濟(jì)效益。

5.3 社會效益

通過本市優(yōu)質(zhì)地下水資源，保證市民喝優(yōu)質(zhì)水，喝的放心，用得安心，打造太原市城市品牌，讓市民享受本地優(yōu)質(zhì)水資源紅利，滿足對美好生活的向往。