多水源多管网城市分质供水探索

2021-01-14赵荣馨

山西建筑 2021年17期

赵荣馨

(太原市城乡规划设计研究院，山西太原 030001)

0 引言

从古到今，水资源与城市发展有着紧密的关系，古代的名城基本都是临水而建，因为一座城市里有了水便有了灵气。如今，随着我国城市化进程加快，城市人口聚集，人类活动和产业发展和水资源的关系越来越紧密。水资源作为重要的自然资源，应科学确定其与城乡发展的关系，研究水资源的合理高效利用途径。为此，党中央国务院就保障国家水安全问题提出了“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”的城市发展思路，重塑人水和谐平衡关系。要落实最严格水资源管理制度，推动以水资源的永续利用支撑城市经济社会的可持续发展。这也是践行“绿水青山就是金山银山”理论的重要举措。

1 研究背景

1.1 国际用水新趋势

现阶段，国际和国内都在经历气候变暖、资源短缺、灾害频发等问题，可持续发展、绿色发展、韧性发展等目标越来越多见于国际大城市的规划目标中。用水呈现水中立、安全化、高效率、分散化、高品质的发展理念。

水中立是指发展不应该导致对水需求的全面崛起；安全化主要包括两个方面：一是指水源的供应量有保证，二是指水系统应对突发事件的能力强；高效化指更好利用水资源、提高中水回用的比例、减少消耗量全面提高用水效率；分散(统筹)化供水是指非常规水雨水、污水、矿井水的就地利用；高品质，指减少河流水体污染，提高水质，提供的饮用水的品质要比较高，如在城市住宅和各类公共设施中，全面提供直饮水；德国已经实现，所有公共自来水系统都达到直饮水标准。

1.2 国内用水发展新理念

鉴于水资源的重要性，目前的城市发展规划的理念已经开始转变。从原先以城市为核心的发展建设理念根据城市产业发展规模和人口来确定水资源的规模和供水设施的布局，转变为城市规模与城市发展方向的确定、城市建设范围的划定应当建立在全域分析、保证自然资源的可持续发展的基础之上。以2018年批复的《北京市总体规划(2016—2035)》为例，此规划坚持以资源环境承载能力为刚性约束条件，确定人口总量上限、生态控制线、城市开发边界，实现由扩张性规划转向优化空间结构的规划。城市规模方面提出以水定人的发展思路。《上海市总体规划(2017—2035年)》提出建设更加可持续的韧性生态之城的发展目标，规划建立了更加可持续的韧性生态之城的支撑性指标体系，包括河湖水面率、水(环境)功能区达标率等，以支撑城市发展目标的实现，水资源方面，上海2035年用水总量继续进行红线控制，控制在138亿m3，万元GDP用水量控制在22.5 m3以下，万元工业增加值用水量控制在33 m3以下。

1.3 太原市用水面临的新挑战

太原市作为山西省省会、国家可持续发展议程创新示范区，同时也是一个北方缺水城市，关于水资源方面，各级政府颁布了许多相关政策，为太原市用水提出了新要求。

1)国家层面政策。

《国家17个部委对国家可持续发展议程创新示范区支持政策和工作建议》中：水利部提出鼓励非常规水源工程纳入水源工程体系，住建部要求太原、桂林、深圳三市建立管网漏损体系，提升供水精细化管理水平。

2)山西省政策。

《山西省水污染防治2018年行动计划》当中要求：太原市完成最严格水资源管理制度工作方案年度目标，严控地下水超采。2018年9月中共山西省委发布的《以汾河为重点的“七河”流域生态保护与修复总体方案》要求：实施河流生态补水工程，充分用足黄河水将引黄水和跨流域调水主要作为工业用水，退还流域内被挤占的生态水量，逐步增加河道生态水量。

3)太原市政策。

太原市人民政府办公厅发布了《关于实施最严格水资源管理制度的实施意见》(政办发[2015]8号)，主要目标：确立水资源开发利用控制红线，2030年，全市用水总量控制在10.47亿m3以内；地下水1.37亿m3，地表水3.7亿m3，引黄水5.4亿m3；《太原市可持续发展议程创新示范区建设方案》要求：城市实施关井压采，利用引黄工程南干线供水能力，建设引黄原水直供工程，通过水源置换，对现有岩溶水开采经实施关井压采。再生水利用率达到25%。

2 太原市现状供水情况

2.1 太原市供需现状

根据《2015年太原市水资源公报》，2015年，太原市域总供水量74 658.25万m3，其中，地下水源供水量27 825.36万m3，占总供水量的37.27%；地表水源供水量37 540.79万m3，占总供水量的50.28%；再生水供水量(污水处理回用量)9 292.10万m3，占总供水量的12.45%。地表水源供水量占到了总供水量的一半。

根据太原市历年供水量的变化趋势，实际供水量均超过了太原市域本地水资源可利用量。太原市域本地(2015年)的水资源总量仅为5.25亿m3，水资源中黄河引调水工程占主导地位。但该工程可供给的5.4 亿m3水资源中，中心城区(城六区)仅使用了不到1亿m3，城市大量使用的仍然是地下水资源。

根据山西省人民政府关于印发山西省水资源全域化配置方案的通知，太原市地下水使用量在2030年应当控制在1.37亿m3以下。因此，太原市地下水压采压力很大，同时引黄工程的调度水量还未达到设计使用要求。尽管太原市地下水品质较好，但优质地下水与地表水厂的供水在管网中混合供给，没有做到优水优用。

2.2 现状供水情况已经不能满足城市发展的需要

2.2.1 城市发展

城市不断发展，尤其城市东西山高地和城市南部地区的不断开发，供水设施建设未到位，城市自来水覆盖不足，居民水质水量得不到保障。

2.2.2 开发区建设

当前，我市以经济发展新常态为导向，以提高经济发展质量和效益为中心，以园区作为产业发展的主战场，以工业作为三次产业协调发展的重要引擎，通过开发区空间拓展提升新兴产业的规模和水平，优化结构、做大总量、创新驱动，推动促进我市经济持续健康发展。随着山西转型综合改革示范区和不锈钢园区的不断拓展升级，存在水源不足和用水成本偏高等问题，对水质和水量都提出了新的要求。

2.2.3 生态建设

千城一面已经成为太原城市建设中存在的问题，如何塑造山水城市，凸显地域特色，使得太原成为风水宝地，是我们着重研究的问题。近年来，太原市在生态建设上取得了很大的进展，但是由此产生了生态用水的需求，比如东西山建设城郊森林公园和九河治理后的完成对生态用水产生了大量的需要。

2.2.4 管网闲置

管网闲置主要包括非采暖季节热网的闲置，已修再生水管网但是用户较少造成再生水网的闲置，供水移交后闲置的原有供水管网。

2.2.5 关井压采工作还未完成

目前，虽然近几年地下水关井压采工作不断推进，但是自备地下水源还有很多在使用，对地下水保护影响较大。居民水质水量得不到保障。

3 水资源优化配置

3.1 水资源利用目标和原则

3.1.1 利用目标

遵循高效、公平和可持续利用的原则充分利用黄河水、高效使用再生水、合理利用地表水、严格控制地下水、留足河道生态水。优先保障城市居民用水(饮用水、居民卫生用水、城市公共设施、绿地用水)和生态用水，统筹兼顾生产用水(高新技术产业、三产、二产、一产)。实现分质供水，优水优用。

3.1.2 利用原则

本研究对水资源利用与分配的原则首先遵循最严格水资源管理的规定，将各地域层面的用水总量控制在用水红线以下，在此基础上进行分项控制。主要是让居民享受本地优质水资源红利，优先保障城乡居民生活用水，以使用地下水、引黄处理水供给为主；工业用水标准达到国内国际节水先进水平，以使用回用污水、引黄水和本地地表水为主；提升生态用水量，以城区雨水存蓄工程及污水回用工程补给河川生态水量。

3.2 太原市水资源情况梳理

太原市目前存在多水源:1)地下岩溶水：兰村、枣沟、三给、东山地下水等地下水源，兰村泉域可开采量11 006万m3，东山地下水1 577万m3，以上水源含多种矿物质，为优质水提供了条件。2)地下孔隙水：西张5 878万m3，中心区小店区晋源区9 253万m3，清徐县3 803万m3。3)本地地表水：3.7亿m3。4)黄河原水：引黄水可供太原5.4亿m3/年(含已经处理水2.9亿m3)。5)黄河处理水：处理规模2.9亿m3/年(现状用水量为1.0亿m3/年)。6)本地再生水：按照《太原市总体规划(2012—2020)》,到规划期末，再生水生产规模可达到3.14亿m3/年以上，现状再生水量用户主要为污水厂附近的工业用户，年用水量为0.9亿m3。以上多种水源，尤其是岩溶地下水质良好，富含多种矿物质，为居民直接饮用矿泉水提供条件，引黄水和再生水完全可以为对水质要求不高的工业用户和河道生态用水提供廉价水，同时节约深度处理的成本。同时，根据最严格的水资源控制制度，太原市中心城区可用地下水仅为1.37亿m3。

3.3 利用供热管网供再生水的基础条件

作为季节性采暖的北方城市，太原市集中供热管网基本覆盖中心城区，供热管网在每年4月～10月，整整7个月闲置，同时河道生态用水和园林用水主要集中在以上7个月，与供热管网的闲置时间基本相吻合。

目前，有关部门正在进行《热网输配再生水系统关键技术研究》和《利用城市供热管网输配高品质再生水热网智能化体系及节能技术的研究及中试》。该项研究拟解决网输配再生水系统中热网系统材质对再生水中氯离子、生物、电化学等腐蚀元素的综合性防腐蚀问题；密闭空间内再生水水质生物稳定性问题；再生水在退出供热管网后，残留物清理及供热水质稳定性的问题。项目目标是建立健全热网大规模输配再生水系统的相关国家标准、行业标准及技术体系；同时实现非采暖季利用城市供热管网输配城市工业、园林、市政冲洗等杂用水。该研究为非采暖期供热管网为城市输送再生水提供基础。

3.4 各类水量需求概述

根据《太原市城市发展战略研究》太原市在2035年，中心城区将达到500万人，根据其子课题《太原市市政基础设施发展战略》研究，居民综合用水量指标采用210 L/(人·d)，及综合生活(含公建)即105万m3，3.83亿m3/年，道路绿化浇洒用水为0.12亿m3，工业用水量为3.84亿m3，河道生态用水和东西山两山用水0.83亿m3。

3.5 水资源配置体系构建

利用太原市根据上述需水量和水资源的情况，水资源配置设想如下。

3.5.1 综合生活用水配置

由于太原市拥有优质地下水的天然禀赋，即岩溶地下水，拥有量为1.25亿m3，如果，本次研究提出太原市中心城区建设优水直饮方案。即城六区建设一套独立直饮水管道，供应全部市民的饮用需求，可满足全城区的优质饮用水需求，虽然建设成本高，但是应该分布试验，而后全面实施。

直饮水系统建设单独铺设直饮水管道、建设直饮水的中心站，若地下水均作为直饮水供给太原中心城区(城六区)的直饮水需求，按照人均5 L/(人·d)(专用于饮用)的直饮水供水需求，即日均2.5万m3优质地下水，让老百姓在家拧开水龙头就能喝上矿泉水，享受太原市当地的资源红利，增强其获得感和幸福感。

除去直饮水，居民生活用水每日还需要105万m3(考虑到水价问题，保障所有人用正常自来水用量)，根据地下水资源红线控制，太原市可用地下水量为1.37亿m3，除去上述的优质地下水用量，则还可用1.28亿m3，即日均用水量35万m3。其他70万m3由呼延水厂的引黄处理水提供。

3.5.2 工业用水配置

考虑到黄河处理水和地下水成本高并且资源浪费，则工业用水选择再生水和引黄原水供应。引黄水分配给太原市的量为6.4亿m3，呼延水厂使用2.9亿m3，阳曲工业园和清徐工业园使用0.49亿m3和0.3亿m3，综改区水厂利用原水总量为0.69亿m3，则黄河原水总量还余2.02亿m3，太原市再生水规模为3.14亿m3，所以工业用水由黄河原水和再生水共同配置。

3.5.3 绿地及道路浇洒用水

利用城市夏季闲置供热管网和已建再生水网，利用再生水作为绿地和道路浇洒用水，用水量为0.12亿m3。

3.5.4 生态用水

利用再生水用于河道和东西山生态用水，用水量为0.83亿m3。

4 实现水资源配置的手段

4.1 实现分质供水的工程手段

1)关井压采，地下水供给直饮水工程及与引黄处理水共同供生活用水。

将枣沟水源(太原本地岩溶地下水)部分建设直饮水水池及泵站，建设直饮水管道、中心站等基础设施，为市民提供优质水。

规划近期采取封填、焊死和预留监测孔等措施，关闭城市公共供水管网覆盖范围内所有自备水源井，关闭晋祠泉源区、晋祠公园内及周边区域自备井，即可压采地下水开采量约5 000万m3/年。将西张水源地和三给地垒水源地、枣沟与兰村水源地的供水能力保留，交叉使用各水源井，逐步降低地下水开采规模。交叉使用西张水源地和三给地垒水源地、枣沟与兰村水源地的各水源井，保证总开采规模控制在35万m3/d，但应急时其余水源井应均能开启并投入使用。

按照规划扩建呼延水厂至80万m3供水规模，与地下水厂共同供应生活用水。

2)引黄水供给工程。

黄河原水由南向北供应阳曲产业园、泥屯、上兰军民融合产业园、太原不锈钢园区、太钢、重机、汾机、清徐产业园、学府产业园区、潇河产业园区。同时对引黄供水区域原水水质进行连续跟踪监测，建设水质监测网络，智能化的反映各区域的水质变化状况，及时采取措施，保障水质安全。

3)利用现有供热管网和再生水管网输送再生水。

再生水供应城市绿化用水、太钢、电厂、供热、河道补水、东西山生态用水。中心城区(城六区)再生水利用考虑与榆次、清徐等区域统筹使用。汾东污水处理厂的再生水供应潇河产业园区、榆次、科创园区等。汾河西部城区范围内仅有一个晋阳污水处理厂，晋阳污水处理厂离城区较远，通过铺设再生水管网补充汾河西部城区河道生态用水不经济，因此建议晋阳污水处理厂再生水管网往南供应清徐产业园区、交城和文水产业园区。同时根据太原创建可持续创新示范区的建议，应完善城区南北、东西走向的再生水主干管建设，并与已建成的西中环南延再生水工程连接。

4.2 实现分质供水的行政手段

利用法律约束机制和行政管理职能，进行水资源配置，调配生活、生产、生态用水，统筹多家涉水企业。打破部门权属、将供热部门的管网用于涉水部门的城市再生水的输配，实现管理体制机制的创新。通过债转股等方式对供水行业进行市场化整合，整合各供水企业，成立统一的供水集团。成立统一的供水集团和原水开发集团，形成利益共同体，减少中间环节。协调输水、配水、制水等各个环节的利益，避免多头管理。统筹包括地表水、地下水、黄河水的原水开发，各种水的输送与配送，从而转移企业与部门之间的利益矛盾为企业内部的成本管控。

4.3 实现分质供水的经济手段

引黄水价格提高：根据山西省万家寨引水水务公司提供的报告，引黄水的原水交接价格1.98元/m3，但引黄水的直接成本在2.28元/m3，建议将引黄水的原水交接价格提升至基本与成本价相当，便于后续大力推进引黄水的利用，加强维护，保证引黄水的水量和水质的稳定。

直饮水价格：通过直饮水系统的建设，确保地下水的优质优用。直饮水价既要体现太原市优质地下水的重要价值，也提高太原市民节约使用优质地下水的意识。在优质地下水的供应价格中，包括用于建设一套优质水质供应管网系统、直饮水站以及该系统的维护、管理的各项成本，也包括支付更高的压采地下水所带来的管理成本和补偿成本，以及地下水资源税增加的成本。