平原城市应急备用水源需求及工程规模确定研究

2016-10-13曹命凯侍翰生黄渝桂喻桂成

治淮 2016年9期

曹命凯　侍翰生　黄渝桂　喻桂成　王　凯

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我国大部分城市存在水资源短缺与水体污染的双重问题，水体污染加剧了水资源短缺。各地在经济发展过程中，存在不同程度的工业发展优先、环境治理滞后的问题，积累了较高的环境污染风险。与此同时，相当一部分化工石化类高污染企业分布在江河湖库附近，对饮用水水源地保护形成重大威胁。此外，由于化学品运输中的车辆超限超载现象严重，运输事故时有发生，造成化学品泄漏而污染水源。近年来，城市供水水源突发性水污染事件呈上升趋势，其中多数是由工业生产和交通事故等突发性事故而引发的。特别是2005年底的松花江水污染事故和2007年5月的无锡饮用水危机，给当地正常的生产生活造成了严重影响，引起了国内外的广泛关注。

平原地区受地形限制，没有条件建设饮用水水库。城市周边河网受水量、水质影响，供水水质和保障率很难保障。本文以江苏省灌南县硕项湖应急备用水源工程为例，分析常规引水水源风险，并进行备用水源需求分析，最终确定备用水源工程规模。

一、工程项目背景及建设的必要性

灌南县位于江苏省北部，地处沂沭泗河水系最下游。县内水系发达，河网稠密，主要有灌河、新沂河、武障河、义泽河、南六塘河、北六塘河、盐河、柴米河等干河。其中柴米河、南六塘河、盐河等污染比较严重，新沂河南偏泓、北六塘河水质尚可，水量较为丰富。图1为灌南周围水环境污染示意图。

灌南县长期依靠地下水作为单一饮用水水源，多年来的地下水开采，使地下水水位逐年降低，特别在县城及周边区域形成面积约40km2的地下水降落漏斗。灌南县面临地表水污染，地下水不能继续开发利用的尴尬局面。为此，灌南县依照江苏省有关规定，结合灌南水域特征，将污染比较轻、水量较为丰富的北六塘河确定为饮用水水源地。2010年建成以北六塘河为水源地，日取水规模为2.5万m3/d的灌南地表水厂。

根据实际调查和分析，现状水源地情况及供水设施存在以下几点问题：

首先，现状水源地存在常规水体污染的可能。（1）河源污染。主要是通过六塘河地涵汇入上游河道的污废水或涝水；（2）面源污染。主要为农业面源污染，比如取水口河道上游沿线农业生产化肥、农药所造成的污染，以及养殖污水和牲畜粪便未经处理就被带入河道中所造成的污染；（3）存在下游盐河倒灌的隐患。盐河水质较差，存在向北六塘河倒流的污染隐患。

其次，灌南县经济发展及人口增加导致供水范围和供水量也随之增加，而现有供水能力偏小，跟不上发展需要，且无蓄存能力，一旦发生突发污染事故，将面临无干净水源可用的状况。

再次，经过多年的努力，饮用水水源地的水质得到了明显改善，但是管理保护仍需加强，尤其是在农业、畜牧业面源污染治理方面亟需加强。

最后，北六塘河上游及其汇流河道发生突发性水质污染事故的风险依然存在，难以根除。

灌南县城供水保障安全度极低，潜伏巨大的安全隐患。为了保障城区供水安全，满足供水水量和水质的需求，应付水源突发性水质污染事故的发生，以及适应当地经济社会可持续发展的需要，建设备用水源地工程是十分必要的。

二、城区饮用水需水量预测

需水量预测是城市给水和节水发展规划的基础，需水量预测方法是预测需水量的重要手段。国内外已有的需水量预测方法较多，归纳起来大致可分为3大类，即时间序列法、结构分析法和系统分析法。本示例仅局限于饮用水备用水源，采取直观、简便易行的人均综合用水量指标法。根据《城市居民生活用水量标准》（GB/T50331—2002）以及对居民家庭生活人均日用水量调查统计的结果，可将居民家庭日常生活用水主要分为以下几类：饮用水、厨用水、冲厕水、淋浴水、洗衣用水、卫生用水、浇花用水等。

图1　灌南城区周边主要河道及水环境污染情况示意图（粗黑实线表示重污染，虚线表示污染）

当北六塘河发生污染事故或水质不达标时，启动硕项湖备用水源，最大程度保证居民基本生活用水。根据北六塘河污染程度来决定人均日生活用水量。常规污染时，按居民正常用水量（即一般型）压缩后约为120L/（人·d）。若遇到极端情况，比如北六塘河水质不达标持续时间比较长，只保证居民基本生命用水，包括饮用水和厨用水，约为20～25L/（人·d）。

按照灌南县中长期发展规划，城区城市人口将达到40万，因此确定灌南城区应急备用需水量为5万m3/d。

三、硕项湖备用水源工程规模论证

1.北六塘河污染规律

根据近几年水质监测资料，可知污染源来自上游来水、农业和生活面源污染。北六塘河水质情况具有以下特点：

（1）年内年际变化不大。北六塘河污染主要超标指标均为溶解氧和氨氮等（具体指标数据变化情况见图2），水质类别年内年际变化不大，大部分时间水质基本维持在III～IV类水平，最差水质类别为V类。

（2）污染与降雨同期。结合流域内降雨资料分析，每次污染发生前都有中等强度的连续降雨过程，多发于每年的3月和7月，1月和5月偶有发生。

（3）水质受上游来水支配。北六塘河污染程度和时间长短视六塘河地涵和民便河蓄水闸来水遭遇情况及来水大小而定。

（4）污染持续时间长。北六塘河污染受上游来水和降雨造成面源污染的共同影响，污染持续时间比较长。据统计，北六塘河污染最短时间为10～15d左右；一般情况污染时间为20d左右；极端情况下，北六塘河饮用水源被污染时间最长可达30～33d。

2.北六塘河供水保障率分析

北六塘河地处平原地区，河道水量受人为调度控制影响较大。1985～2006年地表水水厂取水口上游杨口站（距取水口16km）和下游龙沟河闸站（距取水口5.5km）及取水口处各设计保证率下的水位见表1。

表1　各设计保证率下水位表　单位：m

由表2可知，在设计保证率下杨口站比龙沟河闸站水位高出5～14cm。经断面输水能力计算可知，当上游杨口站水位高于下游龙沟河闸站水位1cm时，流量约为7.65m3/s，由此可见在设计保证率下北六塘河的输水流量大约在38～107 m3/s，上游杨口站向下游输水能力较强且较稳定。

3.硕项湖工程规模

硕项湖属于典型的半封闭人工湖泊，在充分利用水资源的情况下，要考虑硕项湖内生态基本需求，以保障湖内水体不变质，尽量做到水资源利用率的最大化，同时尽量减少弃水。图2为硕项湖备用水源工程位置及引送水路线示意图。

通常情况下，北六塘河污染时间在20d左右，因此硕项湖正常调蓄库容供水时间按20d考虑，则正常调蓄库容为100万m3。

因受制于地形和周边河网水位影响，湖区水深不宜过大，否则维持湖内III类水的时间比较短且不利于水体充分交换。另外，还要考虑硕项湖蒸发渗漏损失、应急库容或死库、浅水区净水植物等需水要求，硕项湖的湖内水深要大于1.2m。浅水区净水植物生长过渡带和湖边绿化隔离带需按相关规定要求进行考虑，经初步计算正常调蓄库容对应的水体面积约为1250亩。

经综合考虑，硕项湖换水周期为60d，在一个换水周期内从北六塘河引水时间为40d左右，引水流量为1.0m3/s。硕项湖引水流量对北六塘河影响甚微。