上海原水系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃

于大海

(上海市供水管理事務(wù)中心，上海 200081)

自20世紀90年代上海啟動集中式水源地工程建設(shè)至今，城市供水水源逐步從內(nèi)河向長江口、黃浦江上游集中和轉(zhuǎn)移，目前已基本形成“兩江并舉、集中取水、水庫供水、一網(wǎng)調(diào)度”的水源地格局。但在實際運行過程中，也存在一定的安全風(fēng)險和問題，有待進一步研究探索。上海水源地發(fā)展布局一方面要結(jié)合長期運行過程中發(fā)現(xiàn)的問題，一方面也要借鑒國內(nèi)外類似規(guī)模城市原水保障建設(shè)發(fā)展模式，立足長三角一體化新發(fā)展階段，優(yōu)化現(xiàn)有格局，深化有利保障。

1 上海集中式水源地原水系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 建設(shè)格局

上海的水廠均沿黃浦江沿岸建造，為提高上海城市供水服務(wù)質(zhì)量，上海市政府于1985年投資興建黃浦江上游引水一期工程，取水頭部推移至黃浦江中游臨江段，1987年竣工投產(chǎn)，自來水水質(zhì)明顯提高。1994—1998年，上海市政府又續(xù)建黃浦江上游引水二期工程，取水頭部上移至黃浦江上游松浦大橋附近。為適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展需要，1993年建成上海第二水源地——長江水源(陳行段) 。至1999年底，上海已建成黃浦江上游引水一期、二期工程，長江引水一期、二期工程?！笆濉薄笆晃濉逼陂g為控制黃浦江上游的取水規(guī)模，重點開發(fā)長江口水源地，增加長江原水供應(yīng)量，完成了長江引水三期工程；特別是“十二五”期間，在推進集約化供水過程中，關(guān)閉中小河道取水口和地下水公共供水深井，供水水源向黃浦江上游和長江口集中，長江水源與黃浦江水源供應(yīng)比例從“十一五”末的3 ∶7調(diào)整為7 ∶3。

目前上海供水水源秉承“兩江并舉”的發(fā)展戰(zhàn)略，堅持“集中取水、水庫供水、互連互通、一網(wǎng)調(diào)度”的總體思路，不斷完善黃浦江上游金澤水庫、長江青草沙、長江陳行和長江東風(fēng)西沙四大水源地功能，加強原水系統(tǒng)互連互通，合理保留備用及應(yīng)急取水口、地下水深井等其他應(yīng)急供水設(shè)施，在長三角一體化的國家戰(zhàn)略指引下，開展戰(zhàn)略儲備水源研究。

1.2 水源地分布

上海共有四大原水系統(tǒng)，其中黃浦江上游金澤、長江青草沙和長江陳行三大原水系統(tǒng)由城投水務(wù)(集團)負責(zé)運行維護，原水供水總規(guī)模為1310.0萬m3/d，受水水廠共34座；長江東風(fēng)西沙原水系統(tǒng)由崇明自來水公司負責(zé)運行維護，現(xiàn)有原水供水規(guī)模為24.5萬m3/d，主要負責(zé)對整個崇明島域4個水廠進行原水供應(yīng)。金澤、青草沙、陳行原水系統(tǒng)現(xiàn)狀示意圖見圖1，東風(fēng)西沙水源地示意圖見圖2。

圖1 金澤、青草沙、 陳行原水系統(tǒng)現(xiàn)狀示意圖

圖2 東風(fēng)西沙水源地示意圖

1.2.1 黃浦江上游金澤原水系統(tǒng)

黃浦江上游金澤原水系統(tǒng)由金澤水庫、黃浦江上游原水連通管以及各區(qū)支線工程構(gòu)成“一線、二點、三站”原水系統(tǒng)格局。“一線”指連通太浦河金澤至松浦原水廠一條輸水主干線，管徑為3600～4000mm；“二點”指太浦河金澤和松浦2個集中取水點；“三站”指金澤、松江和松浦3座原水提升泵站，規(guī)模分別為351.0萬m3/d、230.0萬m3/d和500.0萬m3/d。金澤水庫總庫容為910.0萬m3，原水供水規(guī)模為351.0萬m3/d。

1.2.2 長江青草沙原水系統(tǒng)

長江青草沙原水系統(tǒng)由青草沙水庫、6座原水泵站及3條支線組成。青草沙水庫總庫容為5.27億m3，咸潮期供水保證率為97%，原水供水規(guī)模為731.0萬m3/d，除供應(yīng)長興水廠的原水外，陸域供水規(guī)模為708.0萬m3/d。青草沙水庫向陸域方向出庫采用2根外徑為5840mm的盾構(gòu)(內(nèi)徑DN5500)過江管，重力輸送原水至浦東五號溝泵站。五號溝泵站為陸域輸水樞紐泵站，負責(zé)將青草沙原水向凌橋(1根DN2200)、嚴橋(2根DN3600)以及金海川沙南匯(2根DN2800～DN1800)3條支線方向輸送。其中，嚴橋支線規(guī)模為440.0萬m3/d，金海川沙南匯支線規(guī)模為208.0萬m3/d，凌橋支線規(guī)模為60.0萬m3/d。

1.2.3 長江陳行原水系統(tǒng)

長江陳行原水系統(tǒng)由陳行水庫和輸配系統(tǒng)組成，先后分三期建成。陳行水庫總庫容為962.0萬m3，咸潮期供水保證率為92%，原水供水規(guī)模228.0萬m3/d。目前通過月浦一線、二線和三線的2根DN1200和1根DN1400原水管向月浦水廠供應(yīng)原水；通過長江引水二期干線的DN2700和長江三期DN2400原水管向泰和水廠供應(yīng)原水，并在泰和原水泵站提升后通過吳淞支線和閘凌支線向吳淞、閘北和凌橋水廠供應(yīng)原水；通過羅涇支線2根DN1000原水管向羅涇水廠供應(yīng)原水；通過嘉定支線2根DN2000的原水管向嘉定4座水廠供應(yīng)原水。

1.2.4 長江東風(fēng)西沙原水系統(tǒng)

長江東風(fēng)西沙原水系統(tǒng)由東風(fēng)西沙水庫及其輸配水系統(tǒng)組成。東風(fēng)西沙水庫位于長江口南支上端，崇明島的西南側(cè)，利用東風(fēng)西沙島和崇明島之間的夾泓，東西分別新建兩條大堤圈圍而成，水庫總庫容為976.2萬m3，現(xiàn)有原水供水規(guī)模為24.5萬m3/d，遠期為40.0萬m3/d。原水輸水管線分兩條主線：崇西方向和城橋方向。崇西方向設(shè)2根DN600的輸水管線，負責(zé)崇西水廠5萬m3/d的原水供應(yīng)；城橋方向設(shè)1根DN1400～DN900的輸水管線，設(shè)計規(guī)模為19.5萬m3/d，沿途經(jīng)城橋、堡鎮(zhèn)兩個增壓泵站增壓，負責(zé)向城橋、堡鎮(zhèn)和陳家鎮(zhèn)3個水廠供應(yīng)原水。東風(fēng)西沙水源地及原水系統(tǒng)現(xiàn)狀示意圖見圖3。

圖3 東風(fēng)西沙水源地及原水系統(tǒng)現(xiàn)狀示意圖

2 長期集留歷史問題

2.1 水庫水質(zhì)風(fēng)險隱患依然存在

上海位于流域下游，屬于遭受水環(huán)境污染最嚴重的城市之一。由于蘇州境內(nèi)水環(huán)境治理調(diào)水外排，長江陳行水庫受瀏河排污的影響長期存在，汛期污染影響尤為明顯；吳淞江工程、新川沙樞紐工程實施后引起取水口附近區(qū)域的水文及水環(huán)境變化，可能對陳行水庫水質(zhì)安全產(chǎn)生一定影響；黃浦江上游水源地取水口上移至金澤水庫后水質(zhì)有所改善，但受流域上游來水影響，個別指標仍然超標；青草沙水庫庫內(nèi)水體藻類種類復(fù)雜多變，對水廠生產(chǎn)運行存在不利影響。

2.2 長江陳行原水系統(tǒng)輸水能力不足

長江陳行原水系統(tǒng)現(xiàn)狀輸水泵站規(guī)模與供水需求存在缺口，長期依靠水庫高水位狀態(tài)運行，輸水條件存在一定的局限，且陳行水庫庫容較小，在遭受嚴重咸潮入侵時，供水缺口更大。因此，陳行原水系統(tǒng)不僅近期供水能力相形見絀，隨著未來區(qū)域水量的增加，供需矛盾將會愈加突顯。

2.3 長江青草沙原水系統(tǒng)輸水能力降低

長江青草沙原水系統(tǒng)過江管輸水能力下降，供水安全保障風(fēng)險增加。青草沙原水系統(tǒng)的2根DN5500過江管通水8年，由于初期運行流量較小，管內(nèi)流速偏低，過量海蠣子附著管壁，引起摩阻系數(shù)增加，輸水能力受到影響，既有維護方案為過江隧道單管運行，交叉停水維護，但因目前摩阻系數(shù)較大，單管運行存在輸水能力下降和安全風(fēng)險雙重壓力。

2.4 長江東風(fēng)西沙原水輸水系統(tǒng)存在安全風(fēng)險

長江東風(fēng)西沙原水系統(tǒng)主要供應(yīng)崇明本島原水，與其余三大原水系統(tǒng)隔離，無法實現(xiàn)原水系統(tǒng)之間的互連互通，且目前的原水輸水管線為單管運行，存在較大的安全風(fēng)險。東風(fēng)西沙水庫原供水規(guī)模為40.0萬m3/d，但受制于輸配水系統(tǒng)，目前僅有24.5萬m3/d的輸水能力，兩者之間不匹配。

2.5 三大原水系統(tǒng)互連互通能力不足

金澤、青草沙、陳行三大原水系統(tǒng)之間連通互補能力不足，一旦遭遇重大事故，出現(xiàn)供水缺口，難以通過大規(guī)模應(yīng)急調(diào)水予以救援，原水系統(tǒng)連通安全性有待進一步加強。

3 國外超大城市原水系統(tǒng)

3.1 美國紐約

紐約位于美國大西洋海岸的東北部，城市人口約800萬，每天大約要消耗420萬m3的水。原來紐約對于飲用水安全的關(guān)注點主要局限于供水系統(tǒng)本身，即通過供水系統(tǒng)建設(shè)不斷地從偏遠農(nóng)村地區(qū)尋求新的清潔水源。20世紀70年代，具有里程碑意義的SDWA的頒布引發(fā)了對集水區(qū)保護的關(guān)注，紐約市開始將城市飲用水保護工作的重點從水廠拓展至水源地,其核心思想就是將水源地保護視為保證飲用水水質(zhì)的第一道屏障。在水源地保護方面的努力也使得紐約成為美國僅有的10個獲準免于過濾而進行供水的城市之一。紐約城市飲用水供給的歷史實際上就是一個由集中的、唯技術(shù)論的供水系統(tǒng)向綜合的、復(fù)雜的集水區(qū)管理計劃轉(zhuǎn)換的過程[1]。

目前，紐約市已經(jīng)發(fā)展成為一個多水源地的城市，水源分別來自特拉華、卡茨基爾和克羅頓3個水源地，包含19個水庫、3個湖泊，分別向紐約市供應(yīng)50%、40%和10%的用水。水源地分別通過3條輸水管道將水源供給全城，到達城市邊界后，通過兩條輸水隧道向市內(nèi)供水。1號輸水隧道于1917年建成，向曼哈頓大部分地區(qū)供水；2號輸水隧道于1936年投入使用，向紐約市的其他地區(qū)供水[2]。自1970年以來，紐約市開始建設(shè)3號輸水隧道，以期建造一套完整的備用供水設(shè)施，從而可以對陳舊的輸水管道和隧道進行維修。紐約市水源地及原水系統(tǒng)示意圖見圖4。

圖4 紐約市水源地及原水系統(tǒng)示意圖

3.2 日本東京

東京是日本、東亞乃至西太平洋地區(qū)的大都市，人口規(guī)模接近1200萬，供水區(qū)域面積為1235km2，供水管道總長度近2.7萬km，供水水廠共計11座，供水設(shè)施總規(guī)模為686.0萬m3/d，最大日供水量約463.0萬m3。東京也是一個多水源的城市，水源系統(tǒng)分別由利根川水系、荒川水系、多摩川水系構(gòu)成，水庫共16個，庫容近9.00億m3。東京三大水系相對獨立，又相互連通，東京水源及原水系統(tǒng)示意圖見圖5。

圖5 東京水源及原水系統(tǒng)示意圖

《東京市供水設(shè)施發(fā)展總體規(guī)劃》(2014—2023年)明確了東京供水發(fā)展的3個主要方向，即保證供水安全可靠、提升抗震措施以及提供優(yōu)質(zhì)飲用水。為此，規(guī)劃提出了18項具體工程：在保證供水安全可靠方面，包括確保水源、水廠以及供水設(shè)備的更新改造、原水管渠的二重化(即備用)、輸水管道的二重化、供水泵站的新建與擴建等工程；在提供優(yōu)質(zhì)飲用水方面，包括多摩川水源的水質(zhì)對策、加強水源水庫的管理以及促進直接給水方式的替換工程等。

3.3 英國倫敦

倫敦市現(xiàn)有人口860多萬，向倫敦供水的主要有4家水務(wù)企業(yè)，按供水人口比例依次為泰晤士水務(wù)、阿弗尼提水務(wù)、艾克塞斯-薩?？怂畡?wù)、薩頓-東薩里水務(wù)，分別占76.0%、14.0%、6.6%、3.7%。水源地主要是泰晤士河及其主要支流里河。依托泰晤士河布設(shè)了西倫敦水庫群，依托里河布設(shè)了里峽谷水庫群(位于東倫敦)，兩個庫群之間布設(shè)了原水連通管(雙管)，以規(guī)避重大水污染事故對水源的影響[3]。倫敦水源、原水系統(tǒng)、供水環(huán)線示意圖見圖6。

圖6 倫敦水源、原水系統(tǒng)、供水環(huán)線示意圖

倫敦市主要水廠位于主城區(qū)外圍，為適應(yīng)城市發(fā)展，滿足用水量增長與運行管理需求，倫敦建立了總長近 80km、內(nèi)徑2.54m的供水環(huán)線隧道。如在特殊地點遭遇原水水質(zhì)問題，倫敦供水環(huán)線隧道將為自來水分流提供安全保障。

4 國內(nèi)超大城市原水系統(tǒng)

4.1 中國北京

北京的地表水水源主要以密云水庫、懷柔水庫、南水北調(diào)水為主；地下水源大部分來自順義牛欄山、平谷、懷柔應(yīng)急水源及西郊一帶等地下水源。目前北京市的各類水源達20余處，其中，南水北調(diào)水占75%，密懷系統(tǒng)占7%，地下水源井占8%，應(yīng)急水源地占10%，未來將依托南水北調(diào)工程,形成“雙環(huán)供水、多源調(diào)配”的供水格局。北京市水源及原水系統(tǒng)示意圖見圖7。

圖7 北京市水源及原水系統(tǒng)示意圖

4.2 中國深圳

深圳市水源分為境外水源和境內(nèi)水源。其中，境外水源包括東深引水工程(8.7億m3/a)和東部引水工程(7.4億m3/a)，境內(nèi)水源(3.4億m3/a)主要由深圳水庫、梅林水庫、西麗水庫和鐵崗水庫等組成，境外引水量約占總供水量的70%。

深圳市配合廣東省完成珠江三角洲水資源配置工程，全市水資源應(yīng)急蓄水量達到3個月。建成公明水庫至清林徑水庫連通工程、羅田水庫至鐵崗水庫等連通工程，進一步完善了境內(nèi)水資源配置工程，所有水廠實現(xiàn)雙水源供水，全面建成水質(zhì)和水量可調(diào)度的水源“雙安全”供水保障系統(tǒng)。深圳市水源及原水系統(tǒng)示意圖見圖8。

圖8 深圳市水源及原水系統(tǒng)示意圖

5 新發(fā)展階段下上海原水系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃

盡管全市“兩江四庫”的水源地和原水系統(tǒng)格局已基本形成，但黃浦江上游金澤原水系統(tǒng)水質(zhì)風(fēng)險仍然存在，部分指標超標；長江陳行原水系統(tǒng)供水能力不足，時常受到近岸污染帶影響；長江青草沙原水系統(tǒng)存在藻類風(fēng)險和輸水系統(tǒng)安全風(fēng)險；長江東風(fēng)西沙原水系統(tǒng)單管運行，輸水系統(tǒng)存在安全風(fēng)險；全市各大水源地連通互補性不強，總體安全保障措施仍顯薄弱[4]。通過綜合借鑒國內(nèi)外大城市水源地布局特點和供水方式，立足于上海自然稟賦和發(fā)展定位，以問題為導(dǎo)向，立足新發(fā)展階段，對現(xiàn)有的建設(shè)布局進行進一步深化優(yōu)化，今后發(fā)展中主要規(guī)劃建設(shè)原則為：上海供水水源按照“百年大計”的要求，立足上海市域、對接長江和太湖兩個流域，秉承“兩江并舉”的發(fā)展戰(zhàn)略，在青草沙—陳行區(qū)域規(guī)劃原水需水規(guī)模的基礎(chǔ)上，充分利用兩大原水系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)施，構(gòu)建庫庫連通、庫管連通、原水西線三大連通工程，形成包括青草沙水庫、陳行水庫和黃浦江上游金澤水庫在內(nèi)的互連互補的原水供應(yīng)系統(tǒng)，以提高水源地蓄淡避咸、蓄清避污和抗事故風(fēng)險能力[5]。上海水源地及原水系統(tǒng)規(guī)劃布局見圖9。

5.1 建設(shè)原水西環(huán)線工程

西環(huán)線工程北起新泰和原水泵站，經(jīng)新泰和原水泵站提升后，通過DN3600～DN3300原水管線沿S20～S4一路向南，依次經(jīng)過寶山、普陀、嘉定、長寧及閔行5個行政區(qū)，中途經(jīng)虹橋原水泵站提升后與黃浦江上游引水渠道相接，實現(xiàn)長江水源地與黃浦江上游水源地連通的雙向輸水格局。西環(huán)線工程原水管線全長約40.2km，并包含泰和、虹橋等原水提升泵站，該工程在承擔(dān)規(guī)劃虹橋水廠(規(guī)劃規(guī)模80.0萬m3/d，近期規(guī)模40.0萬m3/d)的原水供應(yīng)任務(wù)的同時，可實現(xiàn)虹橋、閔行等水廠的雙水源保障，全面提升主城片區(qū)西部地區(qū)供水安全。

5.2 建設(shè)原水庫管連通工程

建設(shè)青草沙水庫與陳行原水系統(tǒng)間過江輸水管，實現(xiàn)由青草沙水庫向陳行原水系統(tǒng)輸水功能。青草沙原水通過DN5500重力過江輸水盾構(gòu)，由中央沙庫區(qū)東南端出發(fā)，經(jīng)7.69km輸送至浦東濱江森林公園登陸點后，采用DN4000 重力原水管沿江邊規(guī)劃道至外環(huán)高速北側(cè)后穿越黃浦江，進入?yún)卿猎谜咎嵘?，采用DN3600原水壓力管沿泰和路一路向西至新泰和原水泵站。

5.3 建設(shè)原水庫庫連通工程

建設(shè)青草沙水庫與陳行水庫庫間過江輸水管，實現(xiàn)由青草沙水庫向陳行水庫輸水功能。青草沙水庫與陳行水庫庫間過江輸水管采用盾構(gòu)重力輸水形式，過江盾構(gòu)長度約15.00km。青草沙原水通過輸水盾構(gòu)到達陳行水庫附近接收井后，通過新建提升泵站，聯(lián)合現(xiàn)有陳行長江原水泵站向現(xiàn)狀陳行原水系統(tǒng)輸水，同時新建一路原水干管自陳行輸水泵站至泰和水廠。

5.4 建設(shè)青草沙原水系統(tǒng)浦東新支線

統(tǒng)籌考慮浦東新區(qū)，特別是臨港新片區(qū)遠期的原水需求(遠期需水量為60.0萬m3/d)，實施青草沙原水系統(tǒng)新支線工程，擬自五號溝泵站起，于金海川沙南匯支線的東側(cè)選擇合適路由，向南敷設(shè)2根DN2000～DN1400原水管至南匯南水廠，沿途向迎賓水廠敷設(shè)一路原水管作為該廠的第二路原水水源。

5.5 建設(shè)東風(fēng)西沙原水系統(tǒng)復(fù)線工程

考慮崇明本島東風(fēng)西沙原水系統(tǒng)與其余三大原水系統(tǒng)無法實現(xiàn)互連互通和單管運行的現(xiàn)狀，需加緊實施東風(fēng)西沙原水系統(tǒng)復(fù)線工程的建設(shè)，以充分保障崇明本島的供水安全。

6 結(jié) 語

安全可靠的水源及原水系統(tǒng)是城市生存和發(fā)展的命脈。上海是我國經(jīng)濟、交通、科技、工業(yè)、金融、貿(mào)易、會展和航運中心，正在建設(shè)國際金融、航運和科創(chuàng)中心，日益提高的國際地位需要更加安全的水源保障。

上海已經(jīng)擁有陳行水庫、青草沙水庫、崇明東風(fēng)西沙水庫和金澤水庫四大水源地，基本形成“兩江并舉、多源互補”的規(guī)劃戰(zhàn)略。完善“兩江并舉、多源互補”的水源地原水格局，提高原水系統(tǒng)的安全保障能力，增加系統(tǒng)原水供應(yīng)方式的靈活性，研究青草沙原水系統(tǒng)與陳行、黃浦江上游原水系統(tǒng)間互連互通總體方案，通過原水系統(tǒng)增能建設(shè)形成有效聯(lián)動，以實現(xiàn)長江、黃浦江上游實質(zhì)意義上的多水源互補互備，進一步提高全市水源地整體供水安全保障能力。