城市應急備用水源工程規(guī)劃要點

林鑫，杜喆華

（1.湖北省工程咨詢股份有限公司；2.武漢第二船舶設計研究所，湖北 武漢 430000）

1 工程簡介

城市應急備用水源是城市抵御突發(fā)性污染事件、應對干旱等極端天氣最有效的措施，是城市供水保障體系降低供水風險、保障特殊時期供水安全的最主要的手段。《國務院關于印發(fā)水污染防治行動計劃的通知》（國發(fā)〔2015〕17號）進一步明確了建設時間要求，即針對單一水源供水的城市，應于2020 年年底前基本完成應急水源或備用水源建設。2015 年，按照推進相關規(guī)劃“多規(guī)合一”要求，水利部印發(fā)了《關于進一步加強城市水利規(guī)劃工作的通知》，要求完善城市供水保障體系。隨著城市的快速發(fā)展，城市供水安全的風險和挑戰(zhàn)越來越大。

湖北省目前已經(jīng)建設應急水源地工程的地市只有8 個。此外，大多數(shù)城市還沒有建設。2019 年5 月20 日，省住建廳發(fā)出通知，要求各地進一步加強城鎮(zhèn)供水水質(zhì)管理，人口在20 萬以上的城市，應建飲用水備用水源，2020 年年底，單一水源的地級以上城市，要建成備用或者應急水源。沒有備用水源的城市，應具備至少7 天應對突發(fā)事件的應急供水能力。

湖北省仙桃市地處江漢平原。城市現(xiàn)狀飲用水水源為漢江，原水水質(zhì)基本上滿足Ⅱ類水體功能標準，全年水質(zhì)達標率達到100%。但受南水北調(diào)及上游工業(yè)、企業(yè)、居民排污和農(nóng)業(yè)面源污染的影響，漢江水質(zhì)正呈失穩(wěn)趨勢，季節(jié)性水華等水質(zhì)惡化情況時有發(fā)生，對城市供水安全影響極大。由于缺乏應急水源，在漢江水質(zhì)不能滿足飲用水源水質(zhì)要求的情況下只能采用應急模式限量供水和停水。

仙桃市地處江漢平原，飲用水源單一，除了漢江以外的地表水水質(zhì)不穩(wěn)定，地下水水質(zhì)也不好，選擇應急備用水源難度較大。結(jié)合城市發(fā)展規(guī)劃，仙桃市提出在城南建設一座人工型水庫，作為城市應急水源，并兼具城市景觀湖的功能。漢江為水庫補水水源。水源工程系統(tǒng)由引（輸）水管道、水庫、取水泵站等單項工程組成。其中，連接取水口（現(xiàn)有水廠取水口）的原水進水管與水庫輸水管為雙向輸水管，補水時將江漢水輸向九思湖，應急時通過泵站加壓將湖水輸向水廠。

初步方案擬定水庫有效庫容350 萬m3。經(jīng)過系統(tǒng)分析和計算，提出了比選方案。根據(jù)比選方案，水庫有效庫容不小于230 萬m3即可。該方案一方面可以滿足應急水源水量要求，另一方面可以節(jié)省工程量并節(jié)約投資。規(guī)劃結(jié)論受到仙桃市政府的好評，他們對項目的經(jīng)濟規(guī)模有了清晰的認識，正著手辦理規(guī)劃審批和土地許可。

圖1 工程規(guī)劃布局圖

2 仙桃市應急備用水源工程規(guī)劃要點

城市應急備用水源規(guī)劃要點包括水源地功能識別、工程規(guī)模、水源地類型及選址、工程布局及調(diào)度方案、水源地建設及保護。

2.1 水源地功能識別

通過水源地功能識別論證本項目的水源功能是備用還是應急，對于計算風險持續(xù)時間和水庫的經(jīng)濟規(guī)模十分重要。非正常期啟用的水源按其主要功能可分為兩種，即應急水源和備用水源。應急水源是以解決突發(fā)性水源污染、咸潮、季節(jié)性排污等水源水質(zhì)安全問題而建設，以提高城市供水安全性和應對供水風險的能力為目標，并具備與現(xiàn)有水源切換運行條件的水源。備用水源是以解決特枯年份水源短缺、周期性斷流等水源水量不足問題，以提高城市供水保證率為目標而建設的水源。水源功能的定位，取決于所應對的風險因子。

由于仙桃市3 個現(xiàn)役水廠可互為備用，且中心城區(qū)供水管網(wǎng)已成網(wǎng)狀，通過技術(shù)和管理手段對制水和輸配水系統(tǒng)風險操控性較強，因此，對城市供水安全影響較大的主要是水源水量不足和水質(zhì)污染兩種風險。經(jīng)測算仙桃市遠期需水為85 萬m3/d，僅占漢江河段最小控制來水量1.98%，且現(xiàn)有三個水廠均為浮船取水方式。因此，就水量而言，可視為取水水源是可靠的。對水源水量不足的風險而言，影響桃仙市供水安全的主要是水污染而引發(fā)的風險。因此，本水源工程的功能可定位為應急水源。

2.2 工程規(guī)模

根據(jù)工程功能定位，論證風險期時長及城市用水指標壓縮率，通過水量供需平衡分析，測算應急期供水規(guī)模。推薦方案是新建人工型水庫，從漢江取水，作為城市應急水源。該方案工程投資較大，運行成本較高。因此，計算經(jīng)濟規(guī)模對于節(jié)約投資和運行成本意義重大。如何在技術(shù)性與經(jīng)濟性相濟的前提下，合理確定應急水源及工程規(guī)模、水源地類型、水源地選址及保護、應急供水系統(tǒng)布局等工程方案要素，是仙桃市應急水源地工程規(guī)劃的主要問題。

應急水源供水量至少應滿足風險期的基本生活和生產(chǎn)用水需要，其水量應根據(jù)城市規(guī)模、性質(zhì)、面臨的供水風險及用水特征確定。對于單一供水水源城市：

Q=q×（1-k）×t

式中，Q 為應急水量（m3/d）；q 為城市平均日用水量（m3/d）；t 為持續(xù)時間（d）；k 為風險期用水壓縮比例（%）。

依據(jù)供水優(yōu)先次序，可根據(jù)各地實際情況確定風險期的不同用水對象的供水壓縮比例。

取用水日變化系數(shù)1.2，最高日城市綜合用水量和綜合生活用水量核算指標分別為432L/cap·d 和178L/cap·d。應急期綜合用水壓縮比為33%，居民生活用水、工業(yè)用水、公共設施用水、道路澆灑及綠化用水壓縮比分別20%、40%、20%和80%。風險持續(xù)時間取10 天?？紤]15%的供水余量，應急期臨界供水量為230 萬m3（遠期）。

2.3 水源地類型及選址

根據(jù)仙桃市實際情況，因地制宜優(yōu)選水源類型及水源地場址。城市應急備用水源的建設應結(jié)合當?shù)厮Y源情況，選擇地下水或江河、湖庫等地表水作為備用水源。當缺乏穩(wěn)定的天然水源時，可以建設人工調(diào)蓄工程。仙桃市應急水源工程選擇建設人工水庫的方案。

仙桃市處江漢平原腹地，地表水域眾多。但就仙桃市城區(qū)而言，除30km 外的長江和20 余km 外的東荊河等少數(shù)可滿足水質(zhì)水量要求的水源外，市內(nèi)河流多為劣五類水體，近郊多為旱地或漁塘，缺乏大型湖庫，地下水水質(zhì)受地表徑流影響較大。故除漢江外，可供選擇的天然水源不多。

通過方案比選可知，東荊河水質(zhì)及水量缺乏穩(wěn)定性及可靠性，且距中心城區(qū)較遠，故不宜作為應急水源。仙桃市遠期應急期供水量23 萬m3/d。由于水量較大，需設井群才能滿足取水要求。井群分布區(qū)域廣闊，水源地保護要求高，日常維護管理不便。因此，地下水不宜作集中式應急供水水源，只適合作分散式應急水源。仙桃市應急水源工程選擇建設人工水庫的方案，并結(jié)合城市南部區(qū)域綜合開發(fā)進行建設。實現(xiàn)了工程技術(shù)與城市開發(fā)的系統(tǒng)結(jié)合。

2.4 工程布局及調(diào)度方案

應急期城市供水系統(tǒng)構(gòu)成、應急水源輸送系統(tǒng)構(gòu)成及水源供水調(diào)度方案。該方案充分利用城市現(xiàn)有富余供水能力，不用新增取水設施，避免了增加工程投資，也避免了辦理取水許可。系統(tǒng)運行具有補水、應急、水質(zhì)保持等3種水力調(diào)度模式。補水有兩個階段。一是初次補水，即在水庫建成后首次補水至設計水位；二是日常維護（保證水位、水質(zhì)）的需要，向水庫補水。設計補水量以滿足初次補水為宜。補水量多少與三水廠自漢江的取水能力有關，按兩種工況測算：一是取水規(guī)模按遠期取水規(guī)模測算，二是按現(xiàn)狀取水能力測算。

2.5 水源地建設及保護

根據(jù)《飲用水水源保護區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 338-2007)，集中式飲用水水源地（包括備用的和規(guī)劃的）都應設置飲用水水源保護區(qū)。該人工水庫庫容小于0.1 億m3，屬小型且為單一供水功能的水庫，正常水位線以下的全部水域面積均為一級保護區(qū)，其水質(zhì)基本項目限值不得低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）中的Ⅱ類標準，且補充項目和特定項目應滿足該標準規(guī)定的限值要求。

陸域：取水口側(cè)正常水位線以上200 米范圍內(nèi)的陸域，或一定高程線以下的陸域，但不超過流域分水嶺范圍。由于水源地設于城中，用地相對緊張。故為節(jié)省占地，人工湖陸地岸線與紅線間地塊設計地面標高應高于紅線外地塊，即呈環(huán)湖臺狀微形高地并充分綠化，與外界形成物理隔斷。為保險起見，將紅線向湖一側(cè)陸地作為陸域一級防護區(qū)；將陸域一級保護區(qū)以外水平距離2000 米區(qū)域設為陸域二級保護區(qū)。

規(guī)劃通過技術(shù)經(jīng)濟比較，優(yōu)選水源地建設方案，并根據(jù)國家和地方法律法規(guī)，提出水源地保護要求，并推薦與之相應的工程技術(shù)方案。

3 風險持續(xù)時間

風險期是指城市面臨的突發(fā)性水源污染、咸潮、季節(jié)性排污等水源水質(zhì)安全問題所持續(xù)的時間，是確定應急水源規(guī)模的重要依據(jù)。各城市面臨的供水風險是不一樣的，風險的持續(xù)時間也有很大差別。而關于風險期持續(xù)時間，國內(nèi)尚無現(xiàn)成的標準或規(guī)范可循。只能根據(jù)現(xiàn)有案例與一般常識進行推斷。

城市排澇：一般只在夏季進行，持續(xù)降雨時間一般為數(shù)天，對于南方城市，持續(xù)時間相對較長，城市排澇對水源水質(zhì)影響的持續(xù)時間可采用5 ～15 天。

水源水質(zhì)惡化：包括兩方面原因：一方面，如富營養(yǎng)化、藻類超標等造成水源水體的逐漸變差或突然惡化（如水華），以致采用強化水處理工藝過程（如增加投藥量等）或降低生產(chǎn)負荷等應急方式也不一定奏效時；另一方面，是某些污染物排入水源，導致水源水質(zhì)較長時間污染。對于漢江而言，水質(zhì)惡化風險主要源于季節(jié)性水華，持續(xù)時間一般1 ～2 個月，高峰期15 ～20 天。

短期突發(fā)性水源污染事件：一般指突發(fā)事故造成污染物進入河流造成水污染的事件，污染團會隨水流往下游移動，因而對供水的影響時間較短，如松花江硝基苯污染事件、廣東北江鎘污染事件等，這類事件對城市供水的影響一般為5～10 天。

綜合以上分析，根據(jù)水源風險對仙桃市經(jīng)濟社會可能產(chǎn)生的影響及當?shù)氐某袨哪芰Γ?guī)劃臨界風險持續(xù)時間以不低于10 天為宜。當經(jīng)濟建設條件許可時，可進一步提高。按臨界風險持續(xù)時間10 天計，總需水量198 萬m3（遠期）?？紤]15%的供水余量，應急期臨界供水量為230 萬m3（遠期）。綜合壓縮比約為33%。若實際應急過程中，預期應急時間可能大于10 天時，可通過提高供水壓縮比（如進一步壓縮工業(yè)生產(chǎn)用水，分時段供水）等方式延長應急期。

4 結(jié)語

城市應急水源工程規(guī)劃的核心內(nèi)容包括：選擇水源地類型，合理確定供水規(guī)模，制定工程建設布局及調(diào)度方案并啟動實施，擬定水源地保護規(guī)劃，最終構(gòu)建城市應急備用水源管理體系，為城市供水安全提供有效支撐和保障。仙桃應急備用水源選擇建設人工湖的方案，與城市開發(fā)相結(jié)合。其工程規(guī)模對于土地集約利用、節(jié)約工程投資具有重要意義。本文在對城市應急備用水源工程進行功能分析的基礎上，推算風險持續(xù)時間，合理確定城市應急水源的經(jīng)濟規(guī)模，有利于優(yōu)化工程方案，節(jié)約投資。本文可供同類項目參考。