淺談太原市供水重大場(chǎng)站及骨架管網(wǎng)布局

韓宇

（太原市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 山西 太原 030002）

1 項(xiàng)目概況

隨著城市的快速發(fā)展， 現(xiàn)狀的供水設(shè)施及管網(wǎng)已經(jīng)不能滿足城市的需求， 同時(shí)可持續(xù)發(fā)展、 綠色發(fā)展、 韌性發(fā)展等目標(biāo)越來(lái)越多見(jiàn)于國(guó)際大城市的規(guī)劃目標(biāo)中。 水系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)為水中立、 安全化、 高效率、 分散化、 高品質(zhì)、 高水平， 這是城市發(fā)展新階段對(duì)未來(lái)將要面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。 國(guó)家、 省、 市相關(guān)政策為水資源利用和供水設(shè)施提出新目標(biāo)， 為滿足城市發(fā)展， 指導(dǎo)城市供水設(shè)施建設(shè)。

2 現(xiàn)狀情況簡(jiǎn)介

2.1 地理位置

太原市是山西省省會(huì)， 位于山西中部， 北與忻州市毗鄰， 東與陽(yáng)泉市接壤， 東南與晉中市相依， 西與呂梁相連。 地處晉中盆地， 東、 西、 北三面環(huán)山，中、 南部為河谷平原， 整個(gè)地形北高南低， 呈簸箕形。 東西橫距約144km， 南北縱深約107km。 東部山地通稱東山， 西部山地為呂梁山東翼， 北部為系舟山， 是忻定、 太原兩盆地的界山。 東西山之間是太原盆地， 海拔在800m左右， 地勢(shì)平坦， 土壤肥沃， 灌溉方便。

2.2 太原市供水設(shè)施現(xiàn)狀

1） 水庫(kù)及輸水管渠概況： 現(xiàn)狀水庫(kù)中， 汾河一庫(kù)（水庫(kù)） 和汾河二庫(kù)是供應(yīng)城鄉(xiāng)用水的主要水源，其中汾河一庫(kù)（水庫(kù)） 主供城市水源， 汾河二庫(kù)主要供給農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水。 引黃水從汾河水庫(kù)經(jīng)過(guò)輸水管道進(jìn)入呼延水廠。

2） 地表水廠： 太原市現(xiàn)狀有一座地表水廠， 即呼延水廠。 水源來(lái)自黃河水源。 分兩期建設(shè)。 一期工程建設(shè)規(guī)模日供水40 萬(wàn)m， 二期實(shí)施后供水量總計(jì)為80 萬(wàn)m/d。

3） 地下水廠： 棗溝水廠位于太原市城東高地北部棗溝村， 集產(chǎn)供水為一體， 日均產(chǎn)水量12 萬(wàn)m。西張水廠位于汾河以西的西張村附近， 日均產(chǎn)水量10萬(wàn)m。 三給水廠位于河西三給村， 日供水量為12 萬(wàn)m。 新城水廠位于尖草坪區(qū)北固碾村， 日均供水量14萬(wàn)m。 向陽(yáng)水廠位于尖草坪區(qū)向陽(yáng)鎮(zhèn)， 日供水量約2萬(wàn)m。 勝利水廠位于勝利橋東大同路南端， 日供水量12 萬(wàn)m。

4） 周邊水廠： 清徐縣現(xiàn)狀由太原供水集團(tuán)供給清徐縣生活用水， 一部分大企業(yè)通過(guò)清泉湖和清泉西湖解決用水。

陽(yáng)曲縣現(xiàn)狀除中心城區(qū)、 泥屯鎮(zhèn)、 東黃水鎮(zhèn)、 大盂鎮(zhèn)以外， 均未實(shí)現(xiàn)公共供水。 中心城區(qū)已建趙莊水廠、 陽(yáng)曲第一、 第二水廠， 水源均為地下水， 但總供水規(guī)模為1.5 萬(wàn)m/d。 泥屯鎮(zhèn)水源為地下水， 供水規(guī)模144m/d。

2.3 規(guī)劃情況

新規(guī)劃《太原都市區(qū)規(guī)劃（2016—2035 年）》 將都市區(qū)定位為國(guó)家新型產(chǎn)業(yè)基地和能源科技創(chuàng)新中心， 國(guó)家資源型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型與綠色發(fā)展示范區(qū)， 具有國(guó)際影響力的文化旅游都市， 努力建設(shè)成為國(guó)家區(qū)域中心城市。 將太原都市區(qū)建設(shè)成為引領(lǐng)山西振興崛起的動(dòng)力引擎， 宜居宜業(yè)、 幸福和諧的美好家園， 魅力獨(dú)特的文化都會(huì)， 山青水綠天藍(lán)氣爽的生態(tài)都市。 太原都市區(qū)總?cè)丝谝?guī)模為： 2020 年590 萬(wàn)人， 2035 年770萬(wàn)人， 遠(yuǎn)景控制在850 萬(wàn)人。 其中， 城鎮(zhèn)人口規(guī)模為： 2020 年560 萬(wàn)人， 2035 年746 萬(wàn)人。 研究城市重大場(chǎng)站布局及骨架布局顯得尤為重要。

3 通過(guò)研究相關(guān)國(guó)內(nèi)外案例， 提出的重大場(chǎng)站經(jīng)濟(jì)服務(wù)范圍及規(guī)模

供水場(chǎng)站和骨干網(wǎng)架布局主要是依照水源、 水廠的合理配置， 將不同地區(qū)的水廠、 管網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃， 形成大的、 多層次的供水網(wǎng)絡(luò)， 從而提高供水水質(zhì)， 增強(qiáng)供水安全性。 有關(guān)此方面， 國(guó)內(nèi)外主要圍繞水資源優(yōu)化配置、 供水模式、 供水管網(wǎng)等幾個(gè)方面從經(jīng)濟(jì)角度對(duì)區(qū)域供水進(jìn)行了研究。

3.1 相關(guān)區(qū)域供水規(guī)劃研究

在國(guó)外， 從上個(gè)世紀(jì)四十年代開(kāi)始， 巴黎統(tǒng)一供水系統(tǒng)服務(wù)包闊14 個(gè)地方城區(qū)， 人口400 萬(wàn)。 洛杉磯范圍為1200km， 服務(wù)人口為320 萬(wàn)， 飲用水源來(lái)自內(nèi)華達(dá)山區(qū)； 華盛頓北方水廠的供水范圍為2849km，同時(shí)供水兩個(gè)水源。

3.2 供水場(chǎng)站的服務(wù)范圍和規(guī)模經(jīng)濟(jì)方面

根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究， 供水場(chǎng)站的供水范圍和規(guī)模經(jīng)濟(jì)方面有以下結(jié)論。

水廠規(guī)模的確定主要取決于兩個(gè)因素， 供水區(qū)域的需水量和供水的單位成本。 在供水系統(tǒng)當(dāng)中， 規(guī)模經(jīng)濟(jì)的效應(yīng)十分明顯， 即增加規(guī)模可使得單位成本降低； 隨著規(guī)模的減少， 單位成本會(huì)增加。 美國(guó)學(xué)者得出供水工程規(guī)模經(jīng)濟(jì)規(guī)律， 當(dāng)設(shè)計(jì)規(guī)模小于7.6 萬(wàn)m時(shí)， 單位水處理成本隨著規(guī)模的增加， 下降迅速變化顯著。 當(dāng)大于15.2 萬(wàn)m時(shí)， 單位水處理成本雖有所下降， 但變化緩慢。 也就是說(shuō)隨著供水規(guī)模增加， 處理成本變化率減小。 整個(gè)供水系統(tǒng)的總成本當(dāng)處理規(guī)模大于19 萬(wàn)m， 系統(tǒng)總成本變化非常緩慢， 即當(dāng)水廠超過(guò)19 萬(wàn)m是經(jīng)濟(jì)的。

給水的輸配水工程的投資也存在規(guī)模效應(yīng)。 輸配水工程的投資與供水范圍、 地形等情況有關(guān)系， 超出了一定范圍輸配水管網(wǎng)距離增加會(huì)導(dǎo)致費(fèi)用的增加。有關(guān)研究得出配水工程成本與輸水距離之間的關(guān)系，供水距離為8 ～10km最為經(jīng)濟(jì)。

根據(jù)以上分析， 從經(jīng)濟(jì)投資上來(lái)看， 水廠的規(guī)?？刂圃?0 萬(wàn)m以上， 供水半徑在8 ～10km最為經(jīng)濟(jì)。

3.3 小結(jié)

從以上案例中得到如下啟示： 1） 注重安全供水保障： 通過(guò)多水源聯(lián)合供水、 配水分區(qū)多方向受水等措施， 提高供水可靠性； 2） 注重節(jié)約運(yùn)行成本： 通過(guò)供水重力輸水、 降低管網(wǎng)長(zhǎng)距離輸水的運(yùn)行壓力，減少了漏水和爆管的幾率； 3） 注重多水源供水： 供水管網(wǎng)可適當(dāng)?shù)倪B成一片， 形成多水源供水的區(qū)域供水系統(tǒng)， 將城鄉(xiāng)供水統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)， 同時(shí)利用多水源保障應(yīng)急供水； 4） 注重供水成本： 區(qū)域供水模式的制水費(fèi)用相對(duì)較低， 供水廠規(guī)模越大， 制水成本越低。

4 落實(shí)以水定城的國(guó)家治水戰(zhàn)略， 對(duì)水資源進(jìn)行配置及平衡

4.1 水資源配置原則

1） 用足黃河水， 能用盡用再生水， 壓采涵養(yǎng)地下水； 2） 保證居民生活、 生態(tài)、 生產(chǎn)用水量； 3） 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水以使用本地地表水資源為主； 4） 城鄉(xiāng)居民生活用水使用地下水、 黃河處理水為主； 5） 提升生態(tài)用水量， 以當(dāng)?shù)氐乇硭驮偕疄橹鳌?/p>

4.2 水資源量

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》， 到2030 年， 太原市用水紅線為10.47 億m， 其中， 地表水的可利用量為3.7 億m， 地下水可開(kāi)采量為1.37 億m， 黃河水可利用量為5.4 億m。

經(jīng)多種方法計(jì)算， 太原市區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)用地內(nèi)新鮮水需求量為249.88 萬(wàn)m/d， 新鮮水水資源的需求量為8.29 億m。 通過(guò)實(shí)施中部引黃和滹沱河飲水可以滿足要求。

4.3 新鮮水水資源平衡

經(jīng)多種方法計(jì)算， 太原市區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)用地內(nèi)新鮮水需求量為249.88 萬(wàn)m/d， 對(duì)新鮮水水資源的需求量為8.29 億m。 通過(guò)實(shí)施中部引黃和滹沱河飲水可以滿足要求。

5 通過(guò)分析現(xiàn)狀存在問(wèn)題， 為下一步改造及規(guī)劃布局提供依據(jù)

5.1 水廠位置分析

水廠分布都在城市的北側(cè)， 各水廠距城市最遠(yuǎn)供水點(diǎn)距離43 ～60km， 對(duì)于一個(gè)重點(diǎn)防御城市， 不利于供水的安全。

5.2 從水廠的規(guī)模分析

從各水廠的供水規(guī)?？梢钥闯觯?呼延水廠一廠規(guī)模獨(dú)大， 結(jié)合未來(lái)對(duì)地下水“關(guān)井壓采” 的力度進(jìn)一步加大， 地表水廠的供水未來(lái)將占到供水總量的60%左右。 一旦呼延水廠有事故發(fā)生， 將極大的影響城市的正常運(yùn)行。

5.3 從水廠供水的能耗分析

由于太原市兩山夾一河的地形條件， 東西北高地用水都需要加壓供水， 甚至是多級(jí)加壓供水， 這是供水耗能的主要原因， 所以說(shuō)供水系統(tǒng)和場(chǎng)站布置應(yīng)該將節(jié)能降耗作為一個(gè)重要的因素。

5.4 骨架管網(wǎng)分析

萬(wàn)家寨引黃工程經(jīng)五級(jí)泵站， 揚(yáng)程636m， 經(jīng)涵洞和汾河輸送至呼延水廠， 目前正在進(jìn)行向陽(yáng)曲大盂施工， 晉陽(yáng)湖至清徐段已經(jīng)施工完畢， 其綜改區(qū)支線正在施工。

由于太原市所有水源都在城市北部， 隨著城市發(fā)展， 太晉同城化進(jìn)程的不斷推進(jìn)， 供水量日益增大，對(duì)于一個(gè)重點(diǎn)防御城市， 單線型線路存在安全隱患。

6 結(jié)合太原市實(shí)際情況研究布局供水場(chǎng)站和骨干網(wǎng)架

6.1 供水分區(qū)的劃分

1） 供水范圍的劃分考慮因素： 供水范圍的劃分要考慮的因素包括以下幾個(gè)方面： 一是現(xiàn)狀地形情況； 二是現(xiàn)狀給水設(shè)施情況； 三是供水場(chǎng)站的規(guī)模和供水范圍的合理性； 四是有助于保持各分區(qū)的有機(jī)聯(lián)系， 確保每個(gè)區(qū)域都可以互聯(lián)互供。

2） 供水區(qū)域區(qū)位和用水特征： 根據(jù)供水區(qū)域的區(qū)位和行政區(qū)劃， 結(jié)合各片區(qū)的需水情況， 如第五章描述。 可將供水區(qū)域分為中心城區(qū)、 東山片區(qū)、 西山片區(qū)、 陽(yáng)曲片區(qū)、 泥屯片區(qū)、 清徐片區(qū)和瀟河片區(qū)七大片區(qū)。

3） 地形特征： 太原市地處晉中盆地， 東、 西、北三面環(huán)山， 中、 南部為河谷平原， 整個(gè)地形北高南低呈簸箕形， 東西橫距約144km， 南北縱約107km。東西山之間是太原盆地， 海拔在800m左右， 地勢(shì)平坦， 土壤肥沃， 灌溉方便。 根據(jù)現(xiàn)狀設(shè)施情況， 可以分為水廠直接供應(yīng)區(qū)和二次加壓區(qū)， 現(xiàn)狀水廠直供范圍在地面標(biāo)高800m以下， 地面標(biāo)高800m以上區(qū)域?yàn)槎渭訅簠^(qū)。

清徐縣位于山西省中部， 太原市南端。 境內(nèi)地勢(shì)西北高、 東南低。 西北山區(qū)的廟前山為全縣最高點(diǎn)，海拔1865m； 南部邊境柳杜鄉(xiāng)常豐村一帶為全境最低洼處， 海拔753m。

陽(yáng)曲縣地處忻定與晉中盆地之脊梁地帶。 東西寬82km， 南北長(zhǎng)54km。 總的地勢(shì)為全境東、 西、 北三面較高， 南面低平。 東西兩端為石山區(qū)和土石山區(qū)，中部為盆地。 海拔位于800 ～2000m之間， 中部平川海拔800 ～900m。

6.2 太原市供水分區(qū)的劃分和場(chǎng)站布局

研究區(qū)域主要形成“15 點(diǎn)”、 “七片” 的供水格局， 包括現(xiàn)有的7 座地下水水廠， 和外源水8 座水廠（包括呼延、 西山、 東山、 大盂、 泥屯、 清徐、 城南、瀟河水廠） 的高水高供、 分區(qū)保障的供水格局； “七片” 是指按照地理位置、 供水結(jié)構(gòu)以及管網(wǎng)布置形式， 市區(qū)范圍共形成7 個(gè)供水片區(qū)： 陽(yáng)曲、 泥屯、 中心城區(qū)、 東山、 西山、 瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)、 清徐。

6.3 各供水場(chǎng)站分區(qū)的場(chǎng)站布局研究

1） 城六區(qū)中部供水區(qū)域： 城六區(qū)直供地區(qū)地面標(biāo)高基本在800m左右， 大致范圍是北中環(huán)街以南，西中環(huán)街以東， 東中環(huán)街以西范圍， 該范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)直供。 城六區(qū)北部片區(qū)地面標(biāo)高主要在800m以上，北至城市規(guī)劃區(qū)北界線， 南到北中環(huán)街。 所以從呼延水廠引輸水管線服務(wù)不銹鋼園區(qū)和軍民融合片區(qū)。

2） 城六區(qū)東西山地區(qū)： 東西山地區(qū)地面標(biāo)高基本在800m以上， 800 ～900m范圍之間的用水用戶比較集中， 本研究認(rèn)為東西山兩座水廠應(yīng)該選址在地面高程900m以上， 這樣可以滿足東西山地區(qū)大部分用戶的供水。 地面高程900m以上地區(qū)根據(jù)用戶需要建設(shè)加壓站。

6.4 各供水場(chǎng)站規(guī)模確定及水源

場(chǎng)站規(guī)模： 各場(chǎng)站供水規(guī)模確定要滿足各區(qū)域的水量需求， 并且留有未來(lái)發(fā)展的余地， 在未來(lái)發(fā)展方向如陽(yáng)曲、 清徐、 城南、 山西綜改區(qū)等片區(qū)， 其供水場(chǎng)站的規(guī)模要適當(dāng)擴(kuò)大。 按照上述分區(qū)， 各分區(qū)用水量如表1 所示。

表1 各分區(qū)用水量統(tǒng)計(jì)表

6.5 骨干網(wǎng)架構(gòu)建

為了供水的安全性， 將太原市原先的單源供水優(yōu)化為多源供水。 在引入萬(wàn)家寨引黃工程的基礎(chǔ)上， 從嵐縣引入中部引黃工程水源， 同時(shí)從滹沱河引優(yōu)質(zhì)地下水入并， 為遠(yuǎn)期分質(zhì)供水做準(zhǔn)備， 建立地下、 地表多水源安全供水骨架布局。

1） 中部引黃輸水管線： 按照《山西省水資源全域化配置方案》， 未來(lái)將建設(shè)中部引黃保德—興縣—嵐縣—嵐河供水支線， 向太原市都市區(qū)年供水2.4 億m。 建議該水廠輸水管線經(jīng)由西山水廠輸水管道隧道引入太原市區(qū)引黃原水網(wǎng)架， 在城市西外環(huán)高速、 南外環(huán)高速布置環(huán)狀管網(wǎng)， 為規(guī)劃清徐、 瀟河、 城南水廠供水。

2） 滹沱河水骨干網(wǎng)架構(gòu)建： 根據(jù)《滹沱河太原水質(zhì)提升調(diào)水工程可行性研究報(bào)告》， 滹沱河優(yōu)質(zhì)地下水經(jīng)泥屯進(jìn)入太原市區(qū)， 在泥屯新建138 萬(wàn)m儲(chǔ)水池， 經(jīng)北高速環(huán)至東高速環(huán)東山配水廠， 服務(wù)東山地區(qū)， 管徑DN1800， 繼續(xù)往南進(jìn)入城南水廠， 結(jié)合高速環(huán)的建設(shè)改造在東環(huán)高速和北環(huán)高速設(shè)置滹沱河輸水管。

滹沱河水引入東山水廠和城南水廠后， 經(jīng)處理后與城市其他水廠聯(lián)合為我市供水。

3） 西山水廠的輸水管線構(gòu)建： 綜合前文所述，引黃南干線未分配水量為0.81 億m/年， 西山水廠設(shè)計(jì)供水量為20 萬(wàn)m/d， 西山水廠水源來(lái)自引黃南干線。 引黃南干線古交掃石口站水頭為965m以上， 可以滿足重力流引入西山水廠， 根據(jù)建設(shè)需要， 需新建隧道14km。

4） 北部供水輸水管線構(gòu)建： 北部軍民融合區(qū)域和不銹鋼工業(yè)園區(qū)供水亟需解決， 同時(shí)呼延水廠出水管線為DN2200， 而進(jìn)入市區(qū)后， 管徑驟減變?yōu)镈N1600， 而沒(méi)有集中出流量， 只能用調(diào)流閥來(lái)調(diào)整出流量， 所以本研究認(rèn)為在呼延水廠DN2200 輸水管后，調(diào)流閥之前引出DN1600 輸水管線， 沿康西路向北至新蘭路后， 東側(cè)敷設(shè)DN800 輸水管線延伸至中北大學(xué)板塊， 西側(cè)敷設(shè)DN1400 輸水管線延伸至陽(yáng)興大道，與不銹鋼園區(qū)供水管線連接， 既實(shí)現(xiàn)了多余流量的有效利用， 也解決了北部工業(yè)區(qū)的供水問(wèn)題。

7 結(jié)語(yǔ)

重要場(chǎng)站主要形成“15 點(diǎn)”、 “七片” 的供水格局， 包括現(xiàn)有的7 座地下水水廠， 和外源水8 座水廠（包括呼延、 西山、 東山、 大盂、 泥屯、 清徐、 城南、瀟河水廠） 的高水高供、 分區(qū)保障的供水格局； “七片” 是指按照地理位置、 供水結(jié)構(gòu)以及管網(wǎng)布置形式， 市區(qū)范圍共形成7 個(gè)供水片區(qū)： 陽(yáng)曲、 泥屯、 中心城區(qū)、 東山、 西山、 瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)、 清徐。 引黃水骨架管網(wǎng)形成雙源雙網(wǎng)、 滹沱河水與地下書(shū)形成雙源一網(wǎng)、 處理水形成互聯(lián)互供的經(jīng)濟(jì)、 安全供水格局。