上海原水系统现状及发展规划

于大海

(上海市供水管理事务中心，上海 200081)

自20世纪90年代上海启动集中式水源地工程建设至今，城市供水水源逐步从内河向长江口、黄浦江上游集中和转移，目前已基本形成“两江并举、集中取水、水库供水、一网调度”的水源地格局。但在实际运行过程中，也存在一定的安全风险和问题，有待进一步研究探索。上海水源地发展布局一方面要结合长期运行过程中发现的问题，一方面也要借鉴国内外类似规模城市原水保障建设发展模式，立足长三角一体化新发展阶段，优化现有格局，深化有利保障。

1 上海集中式水源地原水系统现状

1.1 建设格局

上海的水厂均沿黄浦江沿岸建造，为提高上海城市供水服务质量，上海市政府于1985年投资兴建黄浦江上游引水一期工程，取水头部推移至黄浦江中游临江段，1987年竣工投产，自来水水质明显提高。1994—1998年，上海市政府又续建黄浦江上游引水二期工程，取水头部上移至黄浦江上游松浦大桥附近。为适应可持续发展需要，1993年建成上海第二水源地——长江水源(陈行段) 。至1999年底，上海已建成黄浦江上游引水一期、二期工程，长江引水一期、二期工程。“十五”“十一五”期间为控制黄浦江上游的取水规模，重点开发长江口水源地，增加长江原水供应量，完成了长江引水三期工程；特别是“十二五”期间，在推进集约化供水过程中，关闭中小河道取水口和地下水公共供水深井，供水水源向黄浦江上游和长江口集中，长江水源与黄浦江水源供应比例从“十一五”末的3 ∶7调整为7 ∶3。

目前上海供水水源秉承“两江并举”的发展战略，坚持“集中取水、水库供水、互连互通、一网调度”的总体思路，不断完善黄浦江上游金泽水库、长江青草沙、长江陈行和长江东风西沙四大水源地功能，加强原水系统互连互通，合理保留备用及应急取水口、地下水深井等其他应急供水设施，在长三角一体化的国家战略指引下，开展战略储备水源研究。

1.2 水源地分布

上海共有四大原水系统，其中黄浦江上游金泽、长江青草沙和长江陈行三大原水系统由城投水务(集团)负责运行维护，原水供水总规模为1310.0万m3/d，受水水厂共34座；长江东风西沙原水系统由崇明自来水公司负责运行维护，现有原水供水规模为24.5万m3/d，主要负责对整个崇明岛域4个水厂进行原水供应。金泽、青草沙、陈行原水系统现状示意图见图1，东风西沙水源地示意图见图2。

图1 金泽、青草沙、 陈行原水系统现状示意图

图2 东风西沙水源地示意图

1.2.1 黄浦江上游金泽原水系统

黄浦江上游金泽原水系统由金泽水库、黄浦江上游原水连通管以及各区支线工程构成“一线、二点、三站”原水系统格局。“一线”指连通太浦河金泽至松浦原水厂一条输水主干线，管径为3600～4000mm；“二点”指太浦河金泽和松浦2个集中取水点；“三站”指金泽、松江和松浦3座原水提升泵站，规模分别为351.0万m3/d、230.0万m3/d和500.0万m3/d。金泽水库总库容为910.0万m3，原水供水规模为351.0万m3/d。

1.2.2 长江青草沙原水系统

长江青草沙原水系统由青草沙水库、6座原水泵站及3条支线组成。青草沙水库总库容为5.27亿m3，咸潮期供水保证率为97%，原水供水规模为731.0万m3/d，除供应长兴水厂的原水外，陆域供水规模为708.0万m3/d。青草沙水库向陆域方向出库采用2根外径为5840mm的盾构(内径DN5500)过江管，重力输送原水至浦东五号沟泵站。五号沟泵站为陆域输水枢纽泵站，负责将青草沙原水向凌桥(1根DN2200)、严桥(2根DN3600)以及金海川沙南汇(2根DN2800～DN1800)3条支线方向输送。其中，严桥支线规模为440.0万m3/d，金海川沙南汇支线规模为208.0万m3/d，凌桥支线规模为60.0万m3/d。

1.2.3 长江陈行原水系统

长江陈行原水系统由陈行水库和输配系统组成，先后分三期建成。陈行水库总库容为962.0万m3，咸潮期供水保证率为92%，原水供水规模228.0万m3/d。目前通过月浦一线、二线和三线的2根DN1200和1根DN1400原水管向月浦水厂供应原水；通过长江引水二期干线的DN2700和长江三期DN2400原水管向泰和水厂供应原水，并在泰和原水泵站提升后通过吴淞支线和闸凌支线向吴淞、闸北和凌桥水厂供应原水；通过罗泾支线2根DN1000原水管向罗泾水厂供应原水；通过嘉定支线2根DN2000的原水管向嘉定4座水厂供应原水。

1.2.4 长江东风西沙原水系统

长江东风西沙原水系统由东风西沙水库及其输配水系统组成。东风西沙水库位于长江口南支上端，崇明岛的西南侧，利用东风西沙岛和崇明岛之间的夹泓，东西分别新建两条大堤圈围而成，水库总库容为976.2万m3，现有原水供水规模为24.5万m3/d，远期为40.0万m3/d。原水输水管线分两条主线：崇西方向和城桥方向。崇西方向设2根DN600的输水管线，负责崇西水厂5万m3/d的原水供应；城桥方向设1根DN1400～DN900的输水管线，设计规模为19.5万m3/d，沿途经城桥、堡镇两个增压泵站增压，负责向城桥、堡镇和陈家镇3个水厂供应原水。东风西沙水源地及原水系统现状示意图见图3。

图3 东风西沙水源地及原水系统现状示意图

2 长期集留历史问题

2.1 水库水质风险隐患依然存在

上海位于流域下游，属于遭受水环境污染最严重的城市之一。由于苏州境内水环境治理调水外排，长江陈行水库受浏河排污的影响长期存在，汛期污染影响尤为明显；吴淞江工程、新川沙枢纽工程实施后引起取水口附近区域的水文及水环境变化，可能对陈行水库水质安全产生一定影响；黄浦江上游水源地取水口上移至金泽水库后水质有所改善，但受流域上游来水影响，个别指标仍然超标；青草沙水库库内水体藻类种类复杂多变，对水厂生产运行存在不利影响。

2.2 长江陈行原水系统输水能力不足

长江陈行原水系统现状输水泵站规模与供水需求存在缺口，长期依靠水库高水位状态运行，输水条件存在一定的局限，且陈行水库库容较小，在遭受严重咸潮入侵时，供水缺口更大。因此，陈行原水系统不仅近期供水能力相形见绌，随着未来区域水量的增加，供需矛盾将会愈加突显。

2.3 长江青草沙原水系统输水能力降低

长江青草沙原水系统过江管输水能力下降，供水安全保障风险增加。青草沙原水系统的2根DN5500过江管通水8年，由于初期运行流量较小，管内流速偏低，过量海蛎子附着管壁，引起摩阻系数增加，输水能力受到影响，既有维护方案为过江隧道单管运行，交叉停水维护，但因目前摩阻系数较大，单管运行存在输水能力下降和安全风险双重压力。

2.4 长江东风西沙原水输水系统存在安全风险

长江东风西沙原水系统主要供应崇明本岛原水，与其余三大原水系统隔离，无法实现原水系统之间的互连互通，且目前的原水输水管线为单管运行，存在较大的安全风险。东风西沙水库原供水规模为40.0万m3/d，但受制于输配水系统，目前仅有24.5万m3/d的输水能力，两者之间不匹配。

2.5 三大原水系统互连互通能力不足

金泽、青草沙、陈行三大原水系统之间连通互补能力不足，一旦遭遇重大事故，出现供水缺口，难以通过大规模应急调水予以救援，原水系统连通安全性有待进一步加强。

3 国外超大城市原水系统

3.1 美国纽约

纽约位于美国大西洋海岸的东北部，城市人口约800万，每天大约要消耗420万m3的水。原来纽约对于饮用水安全的关注点主要局限于供水系统本身，即通过供水系统建设不断地从偏远农村地区寻求新的清洁水源。20世纪70年代，具有里程碑意义的SDWA的颁布引发了对集水区保护的关注，纽约市开始将城市饮用水保护工作的重点从水厂拓展至水源地,其核心思想就是将水源地保护视为保证饮用水水质的第一道屏障。在水源地保护方面的努力也使得纽约成为美国仅有的10个获准免于过滤而进行供水的城市之一。纽约城市饮用水供给的历史实际上就是一个由集中的、唯技术论的供水系统向综合的、复杂的集水区管理计划转换的过程[1]。

目前，纽约市已经发展成为一个多水源地的城市，水源分别来自特拉华、卡茨基尔和克罗顿3个水源地，包含19个水库、3个湖泊，分别向纽约市供应50%、40%和10%的用水。水源地分别通过3条输水管道将水源供给全城，到达城市边界后，通过两条输水隧道向市内供水。1号输水隧道于1917年建成，向曼哈顿大部分地区供水；2号输水隧道于1936年投入使用，向纽约市的其他地区供水[2]。自1970年以来，纽约市开始建设3号输水隧道，以期建造一套完整的备用供水设施，从而可以对陈旧的输水管道和隧道进行维修。纽约市水源地及原水系统示意图见图4。

图4 纽约市水源地及原水系统示意图

3.2 日本东京

东京是日本、东亚乃至西太平洋地区的大都市，人口规模接近1200万，供水区域面积为1235km2，供水管道总长度近2.7万km，供水水厂共计11座，供水设施总规模为686.0万m3/d，最大日供水量约463.0万m3。东京也是一个多水源的城市，水源系统分别由利根川水系、荒川水系、多摩川水系构成，水库共16个，库容近9.00亿m3。东京三大水系相对独立，又相互连通，东京水源及原水系统示意图见图5。

图5 东京水源及原水系统示意图

《东京市供水设施发展总体规划》(2014—2023年)明确了东京供水发展的3个主要方向，即保证供水安全可靠、提升抗震措施以及提供优质饮用水。为此，规划提出了18项具体工程：在保证供水安全可靠方面，包括确保水源、水厂以及供水设备的更新改造、原水管渠的二重化(即备用)、输水管道的二重化、供水泵站的新建与扩建等工程；在提供优质饮用水方面，包括多摩川水源的水质对策、加强水源水库的管理以及促进直接给水方式的替换工程等。

3.3 英国伦敦

伦敦市现有人口860多万，向伦敦供水的主要有4家水务企业，按供水人口比例依次为泰晤士水务、阿弗尼提水务、艾克塞斯-萨福克水务、萨顿-东萨里水务，分别占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。依托泰晤士河布设了西伦敦水库群，依托里河布设了里峡谷水库群(位于东伦敦)，两个库群之间布设了原水连通管(双管)，以规避重大水污染事故对水源的影响[3]。伦敦水源、原水系统、供水环线示意图见图6。

图6 伦敦水源、原水系统、供水环线示意图

伦敦市主要水厂位于主城区外围，为适应城市发展，满足用水量增长与运行管理需求，伦敦建立了总长近 80km、内径2.54m的供水环线隧道。如在特殊地点遭遇原水水质问题，伦敦供水环线隧道将为自来水分流提供安全保障。

4 国内超大城市原水系统

4.1 中国北京

北京的地表水水源主要以密云水库、怀柔水库、南水北调水为主；地下水源大部分来自顺义牛栏山、平谷、怀柔应急水源及西郊一带等地下水源。目前北京市的各类水源达20余处，其中，南水北调水占75%，密怀系统占7%，地下水源井占8%，应急水源地占10%，未来将依托南水北调工程,形成“双环供水、多源调配”的供水格局。北京市水源及原水系统示意图见图7。

图7 北京市水源及原水系统示意图

4.2 中国深圳

深圳市水源分为境外水源和境内水源。其中，境外水源包括东深引水工程(8.7亿m3/a)和东部引水工程(7.4亿m3/a)，境内水源(3.4亿m3/a)主要由深圳水库、梅林水库、西丽水库和铁岗水库等组成，境外引水量约占总供水量的70%。

深圳市配合广东省完成珠江三角洲水资源配置工程，全市水资源应急蓄水量达到3个月。建成公明水库至清林径水库连通工程、罗田水库至铁岗水库等连通工程，进一步完善了境内水资源配置工程，所有水厂实现双水源供水，全面建成水质和水量可调度的水源“双安全”供水保障系统。深圳市水源及原水系统示意图见图8。

图8 深圳市水源及原水系统示意图

5 新发展阶段下上海原水系统建设规划

尽管全市“两江四库”的水源地和原水系统格局已基本形成，但黄浦江上游金泽原水系统水质风险仍然存在，部分指标超标；长江陈行原水系统供水能力不足，时常受到近岸污染带影响；长江青草沙原水系统存在藻类风险和输水系统安全风险；长江东风西沙原水系统单管运行，输水系统存在安全风险；全市各大水源地连通互补性不强，总体安全保障措施仍显薄弱[4]。通过综合借鉴国内外大城市水源地布局特点和供水方式，立足于上海自然禀赋和发展定位，以问题为导向，立足新发展阶段，对现有的建设布局进行进一步深化优化，今后发展中主要规划建设原则为：上海供水水源按照“百年大计”的要求，立足上海市域、对接长江和太湖两个流域，秉承“两江并举”的发展战略，在青草沙—陈行区域规划原水需水规模的基础上，充分利用两大原水系统现有设施，构建库库连通、库管连通、原水西线三大连通工程，形成包括青草沙水库、陈行水库和黄浦江上游金泽水库在内的互连互补的原水供应系统，以提高水源地蓄淡避咸、蓄清避污和抗事故风险能力[5]。上海水源地及原水系统规划布局见图9。

5.1 建设原水西环线工程

西环线工程北起新泰和原水泵站，经新泰和原水泵站提升后，通过DN3600～DN3300原水管线沿S20～S4一路向南，依次经过宝山、普陀、嘉定、长宁及闵行5个行政区，中途经虹桥原水泵站提升后与黄浦江上游引水渠道相接，实现长江水源地与黄浦江上游水源地连通的双向输水格局。西环线工程原水管线全长约40.2km，并包含泰和、虹桥等原水提升泵站，该工程在承担规划虹桥水厂(规划规模80.0万m3/d，近期规模40.0万m3/d)的原水供应任务的同时，可实现虹桥、闵行等水厂的双水源保障，全面提升主城片区西部地区供水安全。

5.2 建设原水库管连通工程

建设青草沙水库与陈行原水系统间过江输水管，实现由青草沙水库向陈行原水系统输水功能。青草沙原水通过DN5500重力过江输水盾构，由中央沙库区东南端出发，经7.69km输送至浦东滨江森林公园登陆点后，采用DN4000 重力原水管沿江边规划道至外环高速北侧后穿越黄浦江，进入吴淞原水泵站提升后，采用DN3600原水压力管沿泰和路一路向西至新泰和原水泵站。

5.3 建设原水库库连通工程

建设青草沙水库与陈行水库库间过江输水管，实现由青草沙水库向陈行水库输水功能。青草沙水库与陈行水库库间过江输水管采用盾构重力输水形式，过江盾构长度约15.00km。青草沙原水通过输水盾构到达陈行水库附近接收井后，通过新建提升泵站，联合现有陈行长江原水泵站向现状陈行原水系统输水，同时新建一路原水干管自陈行输水泵站至泰和水厂。

5.4 建设青草沙原水系统浦东新支线

统筹考虑浦东新区，特别是临港新片区远期的原水需求(远期需水量为60.0万m3/d)，实施青草沙原水系统新支线工程，拟自五号沟泵站起，于金海川沙南汇支线的东侧选择合适路由，向南敷设2根DN2000～DN1400原水管至南汇南水厂，沿途向迎宾水厂敷设一路原水管作为该厂的第二路原水水源。

5.5 建设东风西沙原水系统复线工程

考虑崇明本岛东风西沙原水系统与其余三大原水系统无法实现互连互通和单管运行的现状，需加紧实施东风西沙原水系统复线工程的建设，以充分保障崇明本岛的供水安全。

6 结 语

安全可靠的水源及原水系统是城市生存和发展的命脉。上海是我国经济、交通、科技、工业、金融、贸易、会展和航运中心，正在建设国际金融、航运和科创中心，日益提高的国际地位需要更加安全的水源保障。

上海已经拥有陈行水库、青草沙水库、崇明东风西沙水库和金泽水库四大水源地，基本形成“两江并举、多源互补”的规划战略。完善“两江并举、多源互补”的水源地原水格局，提高原水系统的安全保障能力，增加系统原水供应方式的灵活性，研究青草沙原水系统与陈行、黄浦江上游原水系统间互连互通总体方案，通过原水系统增能建设形成有效联动，以实现长江、黄浦江上游实质意义上的多水源互补互备，进一步提高全市水源地整体供水安全保障能力。