管延海

(吉林省水文水資源局長(zhǎng)春分局，吉林長(zhǎng)春 130022)

長(zhǎng)春市是一個(gè)水資源比較貧乏的城市［1］，水資源一直是困擾該市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要問(wèn)題。城市供水水源是否科學(xué)合理、是否存在水源危機(jī)、能否保證供水安全，是民生十分關(guān)注的問(wèn)題［2-3］。筆者研究長(zhǎng)春市城區(qū)供水水源優(yōu)化配置與調(diào)度方案，從保證長(zhǎng)春市正常供水及應(yīng)對(duì)城市供水水源遭受突發(fā)性污染和遭遇特枯水期兩種情形，提出解決城區(qū)供水與蓄水矛盾的辦法和水源應(yīng)急配置預(yù)案，旨在為解決長(zhǎng)春市供水問(wèn)題提供借鑒。

1 長(zhǎng)春市社會(huì)經(jīng)濟(jì)及水資源概況

1.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況

長(zhǎng)春市位于吉林省中部，地處松遼平原的東部邊緣。地理位置為東經(jīng) 124°18'～ 127°02'，北緯43°05'～ 45°15'。長(zhǎng)春市市區(qū)面積 3 126 km2(不含雙陽(yáng)區(qū))，由朝陽(yáng)區(qū)、綠園區(qū)、寬城區(qū)、二道區(qū)、南關(guān)區(qū)5個(gè)城區(qū)及長(zhǎng)春經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、長(zhǎng)春高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)、長(zhǎng)春凈月潭旅游經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)和長(zhǎng)春汽車產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)組成。

1.2 水資源狀況及供水現(xiàn)狀

長(zhǎng)春市多年平均水資源總量為27.46億m3。其中，地表水資源量為13.26億m3，地下水水資源量為16.36億m3，地表水與地下水重復(fù)計(jì)算水量為2.16億m3。長(zhǎng)春市多年平均入境水量為148.0億m3，多年平均出境水量158.1億m3。根據(jù)長(zhǎng)春市節(jié)水型社會(huì)建設(shè)規(guī)劃成果，2015年長(zhǎng)春市總需水量為4.00 億 m3，2020 年總需水量將達(dá)到 5.40 億 m3［4］。目前長(zhǎng)春市共有大型水庫(kù)3座，中型水庫(kù)16座，總庫(kù)容為25.38億m3，興利庫(kù)容8.91億m3。長(zhǎng)春市城市供水水源有常規(guī)水源和非常規(guī)水源兩類，常規(guī)水源為石頭口門水庫(kù)、新立城水庫(kù)、“引松入長(zhǎng)”工程及地下水水源;非常規(guī)水源為污水處理再利用工程。長(zhǎng)春市現(xiàn)有城市供水廠4座，設(shè)計(jì)總供水能力102萬(wàn)t/d，實(shí)際供水能力89萬(wàn)t/d。

2 長(zhǎng)春市供水存在的問(wèn)題

2.1 工程性缺水

目前，長(zhǎng)春市常規(guī)地表水供水水源主要有石頭口門水庫(kù)、新立城水庫(kù)和“引松入長(zhǎng)”工程。石頭口門水庫(kù)后汛期限制水位為188 m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容為3.29億m3，而主汛期7至8月份石頭口門水庫(kù)多年平均入庫(kù)水量為4.25億m3。但由于防洪庫(kù)容的限制，水庫(kù)平均每年被迫棄水量達(dá)1.75億m3，導(dǎo)致長(zhǎng)春市在一定程度上存在工程性缺水現(xiàn)象。

2.2 供水缺乏合理規(guī)劃與統(tǒng)一調(diào)配

長(zhǎng)春市現(xiàn)有4座凈水廠，其中，第一凈水廠日供水能力18萬(wàn)m3，供水范圍為市中心區(qū)域，主要包括南關(guān)區(qū)、朝陽(yáng)區(qū);第二凈水廠日供水能力26萬(wàn)m3，供水范圍為鐵北區(qū)域，主要在寬城區(qū)、綠園區(qū)部分;第三、四凈水廠日供水能力分別為18萬(wàn)m3和24萬(wàn)m3，第三凈水廠供水范圍為汽車廠、綠園區(qū)、高新區(qū)，第四凈水廠供水范圍為二道區(qū)、凈月、朝陽(yáng)區(qū)自由大路附近、人民廣場(chǎng)附近。這4座凈水廠已處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，并且在這種多水源供水與水源供水管線供水能力有限的情況下，缺少合理規(guī)劃與統(tǒng)一調(diào)度，出現(xiàn)一些水源過(guò)度供水，另外一些水源過(guò)多存水的情況，從而增加供水費(fèi)用。例如，石頭口門水庫(kù)蓄水過(guò)少時(shí)需要啟動(dòng)“引松入長(zhǎng)”工程，而新立城水庫(kù)水位超過(guò)防洪限制水位時(shí)，為了防洪安全，在主汛期到來(lái)之前又必須棄掉一部分水量，這樣就增加了供水費(fèi)用，嚴(yán)重情況下還會(huì)對(duì)下游行洪區(qū)造成淹沒(méi)損失。

2.3 城市供水系統(tǒng)的脆弱性不斷凸顯

隨著長(zhǎng)春市城市規(guī)模的擴(kuò)大，極端天氣現(xiàn)象的頻繁發(fā)生，城市供水系統(tǒng)的脆弱性不斷凸顯。如果發(fā)生歷史上罕見的連續(xù)干旱，或者某一水源地出現(xiàn)突發(fā)性水質(zhì)問(wèn)題時(shí)，長(zhǎng)春市供水壓力將突增，不少地區(qū)無(wú)水可用，只能靠送水車、消防車送水。如2000—2001年連續(xù)2年干旱，長(zhǎng)春地區(qū)降雨量分別為426.7 mm和396.3 mm，較多年平均降雨量550 mm分別減少22%和27.9%，導(dǎo)致長(zhǎng)春市區(qū)供水能力不足50萬(wàn)t/d，洗浴及洗車等第三產(chǎn)業(yè)停水，居民生活用水被迫定時(shí)分區(qū)供應(yīng)。

3 解決長(zhǎng)春市供水問(wèn)題的對(duì)策

3.1 設(shè)定供水調(diào)度原則

城市供水的特點(diǎn)是，水量大而集中，供水保證率要高，對(duì)水質(zhì)的要求也高。筆者認(rèn)為，長(zhǎng)春市城區(qū)供水調(diào)度應(yīng)遵循以下原則［5-6］:①安全性原則。供水調(diào)度必須遵循“安全第一”的原則，對(duì)各種水利工程的操作運(yùn)用都必須控制在設(shè)計(jì)或規(guī)定的安全范圍之內(nèi)。②防洪優(yōu)先原則。水庫(kù)必須保證設(shè)計(jì)的防洪庫(kù)容可用于防洪，汛期水庫(kù)的蓄水位不得高于防洪汛限水位，汛后逐漸抬高水位蓄水興利。③調(diào)水先地表、后地下的原則。

3.2 明晰不同年份水資源優(yōu)化配置思路

水資源優(yōu)化配置是多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，其目標(biāo)不是追求某一方面的效益最好，而是追求經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境的綜合效益最大，并力圖保持系統(tǒng)的良性發(fā)展，即水資源優(yōu)化配置不僅要適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的需要，還應(yīng)盡可能地滿足人類所依賴的生態(tài)環(huán)境對(duì)水資源的需求，以及未來(lái)社會(huì)對(duì)水資源的基本需求［7-10］。新立城水庫(kù)為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，調(diào)節(jié)庫(kù)容與石頭口門水庫(kù)基本相同，但是新立城水庫(kù)入庫(kù)水量約為石頭口門水庫(kù)同期的1/3，調(diào)節(jié)系數(shù)為0.77;石頭口門水庫(kù)為年調(diào)節(jié)水庫(kù)，上游來(lái)水相對(duì)豐富，且有“引松入長(zhǎng)”工程保障，因此可由石頭口門水庫(kù)盡量多承擔(dān)供水任務(wù)。新立城水庫(kù)和石頭口門水庫(kù)的總供水任務(wù)是城市供水、農(nóng)業(yè)供水和其他用水戶的供水量之和。按照多水源優(yōu)化調(diào)度的原則，以月為水源調(diào)度方案時(shí)段，按兩座水庫(kù)實(shí)際庫(kù)容判斷本地水資源最大供水能力，在總供水任務(wù)小于總供水能力時(shí)，不啟動(dòng)“引松入長(zhǎng)”工程，供水任務(wù)在兩座水庫(kù)的供水能力下調(diào)劑解決;在總供水任務(wù)大于總供水能力時(shí)，啟動(dòng)“引松入長(zhǎng)”工程，引水量以供水任務(wù)與供水能力的差為標(biāo)準(zhǔn)。筆者認(rèn)為，長(zhǎng)春市水資源配置的基本思路是，安全第一，統(tǒng)一調(diào)度，降低成本，保護(hù)環(huán)境。豐水年和平水年，長(zhǎng)春市應(yīng)充分利用本地水，減少外調(diào)水，加大生態(tài)用水，補(bǔ)足景觀用水，并做好水庫(kù)的汛末蓄水儲(chǔ)備;偏枯年，長(zhǎng)春市應(yīng)適當(dāng)調(diào)水，盡量滿足農(nóng)業(yè)用水需求;而在特枯年，則應(yīng)加大調(diào)水，減少農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水量，適當(dāng)超采地下水，盡量利用回用水，以保證城市供水。

3.3 制定不同情況下的水資源優(yōu)化調(diào)度方案

3.3.1 正常情況下

由于長(zhǎng)春市城區(qū)2015年前正常情況下供水可滿足長(zhǎng)春市用水需求，因此本方案主要是盡量減小供水成本。筆者認(rèn)為，要減小供水成本，要對(duì)以下幾個(gè)指標(biāo)加以控制。

a.水庫(kù)水量指標(biāo)。根據(jù)水庫(kù)的來(lái)水情況、供水能力和調(diào)度運(yùn)行規(guī)則，在供水緊張時(shí)，首先保證長(zhǎng)春市城區(qū)用水，保證農(nóng)業(yè)灌溉保證率達(dá)75%(但2020年“中部城市引松”工程通水后，擠占的農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水都要退還)。

b.“引松入長(zhǎng)”工程指標(biāo)。按照一期工程為常規(guī)水源，二期工程為備用水源進(jìn)行調(diào)度。在本地水資源能夠滿足供水時(shí)不啟動(dòng)“引松入長(zhǎng)”工程，而且啟動(dòng)時(shí)間根據(jù)汛前、汛后的時(shí)間段以及天氣狀況等因素綜合決定，理論啟動(dòng)時(shí)間為石頭口門水庫(kù)庫(kù)容小于2.4億m3時(shí)。

c.地下水指標(biāo)。在石頭口門水庫(kù)具有90%以上供水能力時(shí)，在本單元地下水可開采量范圍內(nèi)保留20%的余地，年取地下水2100萬(wàn)m3;90%以下供水能力時(shí)，按地下水可開采量開采，年取地下水2720萬(wàn)m3;75%以下供水能力時(shí)，超采地下水可開采量的20%，年取地下水3264萬(wàn)m3。

d.中水利用指標(biāo)。中水主要用于熱電廠冷卻循環(huán)用水和生態(tài)環(huán)境用水。長(zhǎng)春市節(jié)水型社會(huì)建設(shè)中，應(yīng)明確哪些行業(yè)必須使用中水，并有相應(yīng)的約束機(jī)制。如，目前長(zhǎng)春市第一、二、三熱電廠已經(jīng)與長(zhǎng)春市水務(wù)集團(tuán)簽訂了中水利用協(xié)議書，近期2015年前利用中水5280萬(wàn)m3/a，2020年利用中水1.056億m3/a。

3.3.2 特枯干旱年情況下

在特枯干旱年或連續(xù)枯水年，在節(jié)約用水的前提下，應(yīng)優(yōu)先保證生活用水，其次是保證重要工業(yè)用水，減少農(nóng)業(yè)灌溉用水，適當(dāng)超采地下水，以補(bǔ)充城市供水量的不足。在連續(xù)干旱年應(yīng)啟動(dòng)各種可以利用的水源，限制高耗水服務(wù)業(yè)的用水，以保證基本的生活和生產(chǎn)用水［11］。為此，應(yīng)采取的工程措施和非工程措施有:

a.工程措施。①盡最大可能加大外調(diào)水的供水量，加強(qiáng)輸水調(diào)度管理，確保調(diào)水量最大化、水資源使用高效化，并適當(dāng)超采地下水。②多渠道開源，加大污水利用的力度。③外調(diào)水量不夠時(shí)，啟動(dòng)備用水源。

b.非工程措施。①制訂用水計(jì)劃，錯(cuò)時(shí)段定量供水。供水緊張時(shí)，定時(shí)限量向住宅供水，限制或禁止洗車業(yè)、游泳場(chǎng)館、洗浴業(yè)及耗水量大、效益低的工業(yè)企業(yè)用水，按照淺寬式破壞的規(guī)則合理安排生產(chǎn)用水。②壓縮農(nóng)業(yè)用水，保證城鎮(zhèn)供水。適當(dāng)減少灌溉面積，減少灌溉用水量。③采用經(jīng)濟(jì)杠桿，促進(jìn)節(jié)約用水。采用梯級(jí)水價(jià)，通過(guò)用水超額加價(jià)的辦法來(lái)限制用水，最終達(dá)到節(jié)約用水的目的。④向缺水嚴(yán)重的地區(qū)提供緊急援助措施，包括用消防車送水等。

3.4 編制水資源應(yīng)急調(diào)度預(yù)案

長(zhǎng)春市極端天氣現(xiàn)象頻繁發(fā)生，而且若發(fā)生歷史上罕見的連續(xù)干旱，或者某一水源地出現(xiàn)突發(fā)性水質(zhì)狀況時(shí)，供水壓力將更大，城市供水系統(tǒng)的脆弱性更加凸顯。筆者認(rèn)為，應(yīng)提早考慮，提出相應(yīng)的對(duì)策，編制針對(duì)各種意外事故的城市供水應(yīng)急預(yù)案，以提高長(zhǎng)春市供水系統(tǒng)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力，減輕災(zāi)害造成的損失，維護(hù)社會(huì)的穩(wěn)定。

3.4.1 現(xiàn)狀工程條件下的應(yīng)急預(yù)案

如因某一水源地水質(zhì)污染造成供水嚴(yán)重不足時(shí)，首先應(yīng)關(guān)閉被污染的供水水源，及時(shí)啟用備用水源，并查找污染源、污染途徑、污染范圍和污染程度等，及時(shí)采取治理措施，力爭(zhēng)在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供水。按照出現(xiàn)污染的水源地不同和供水受影響區(qū)域的大小，適當(dāng)啟用特殊干旱年的非工程措施。針對(duì)以下兩種情況制定現(xiàn)狀工程條件下的應(yīng)急預(yù)案。

a.第一種情況。當(dāng)新立城水庫(kù)出現(xiàn)水質(zhì)問(wèn)題時(shí)，直接影響第三凈水廠供水區(qū)域。筆者認(rèn)為，解決措施是:①增加第一凈水廠供水量，利用10.5 km管線，每天向第三凈水廠轉(zhuǎn)供成品水9萬(wàn)t。②利用第二凈水廠向西部調(diào)水3.5萬(wàn)t，第四凈水廠替代第二凈水廠每天向二道地區(qū)送水1.5萬(wàn)t。③啟動(dòng)長(zhǎng)新街加壓泵站，利用3.5 km北環(huán)城路DN1200供水管線應(yīng)急工程每天向西部調(diào)水2萬(wàn)t。以上措施，可為缺水地區(qū)運(yùn)送水14.5萬(wàn)t。但由于管網(wǎng)限制，仍有近3萬(wàn)人無(wú)水可用，只能靠消防車向無(wú)水區(qū)送水。

b.第二種情況。當(dāng)石頭口門水庫(kù)突發(fā)水質(zhì)問(wèn)題，“引松入長(zhǎng)”工程也無(wú)法發(fā)揮功能時(shí)，將直接影響長(zhǎng)春市3/4左右區(qū)域的供水。應(yīng)急措施是:①加大新立城水庫(kù)的供水量，第三凈水廠向西部區(qū)域送水3萬(wàn)t。②啟用凈月潭水庫(kù)，每天為第一凈水廠供水15萬(wàn)t，而新立城水庫(kù)利用明渠為凈月潭補(bǔ)充水源。③超采地下水，盡量維持缺水地區(qū)群眾的日常生活。通過(guò)以上措施，仍有近一半居民處于嚴(yán)重缺水的狀況，只能靠送水車送水。

由此可見，在某一水源地突發(fā)水質(zhì)狀況時(shí)，因工程原因限制，無(wú)論如何調(diào)度，也無(wú)法解決短時(shí)期內(nèi)的缺水狀況。如果兩個(gè)水源地同時(shí)出現(xiàn)水質(zhì)狀況，后果更不堪設(shè)想。為此，筆者提出建設(shè)幾種應(yīng)急供水工程的對(duì)策。

3.4.2 建設(shè)新工程的應(yīng)急供水對(duì)策

a.建設(shè)“引松入長(zhǎng)”與凈水廠對(duì)接工程。目前“引松入長(zhǎng)”工程是將第二松花江的水通過(guò)管線引至石頭口門水庫(kù)，但是，如果石頭口門水庫(kù)出現(xiàn)水質(zhì)狀況，引松工程將無(wú)法供水。因此，可將“引松入長(zhǎng)”源水管線繞過(guò)石頭口門水庫(kù)到達(dá)放牛溝泵站，直接向凈水廠供水。

b.建立應(yīng)急備用水源地水井與管網(wǎng)配套工程。長(zhǎng)春市應(yīng)急備用水源地設(shè)計(jì)布井275眼，可連續(xù)開采用水90 d，但是水源井與配套管網(wǎng)的建設(shè)至少要45 d，不能保證應(yīng)急供水，因此要提前建成。

c.建設(shè)“三水廠引石”工程。筆者認(rèn)為，可將石頭口門水庫(kù)原水引至第三凈水廠。目前石頭口門水庫(kù)輸水管線已到達(dá)第一凈水廠，只需在第一凈水廠與第三凈水廠之間鋪設(shè)10.5 km管線即可。

d.建設(shè)“一水廠引新”工程。即將新立城水庫(kù)原水引至第一凈水廠。新立城水庫(kù)與第一凈水廠之間有明渠，但由于區(qū)間有排污已無(wú)法使用，因此需沿明渠鋪設(shè)一條管線使水自流入廠。

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