基于水资源优化配置的太原市引黄供水工程规划研究

尤龙凤

(太原市水资源管理保护中心，山西 太原 030002)

太原市是北方严重缺水城市，其可利用的本地地表水很有限，非常规水利用率又不高，导致地下水连年超采，全市10个县区均被水利部列为地下水超载区。而投资较大的万家寨引黄入晋工程在太原供水区却发挥不了充分效益，设计给太原年供水量6.4亿m3，2022年供水量仅1.7亿m3，只占设计规模的1/4，究其原因，主要是供水工程跟不上。

为了响应山西省委省政府提出的用足黄河水、用好汾河水、涵养地下水的号召，进一步提高引黄入晋工程太原供水区的环境效益和经济效益，本文提出基于水资源优化配置的太原市引黄水供水工程规划研究。

1 太原市供用水现状及水资源优化配置

1.1 太原市水资源状况

太原市多年平均(1956—2016年)水资源总量56458万m3，其中地表水资源量20124万m3，地下水资源量44443万m3，重复计算量8109万m3。全市本地水资源可利用量43091万m3，其中地表水可利用量10506万m3，地下水可利用量36752万m3，重复量4167万m3。

由于本地地表水可利用量有限，长期以来太原市靠开采地下水来保证生产生活之需。地下水的连年超采，致使太原市形成了3个超采区，分别是晋祠泉域大型岩溶水超采区、兰村泉域大型岩溶水超采区和太原市城郊中型孔隙浅层地下水超采区，3个超采区总面积3384km2，涉及全市的10个县区，占全市总面积的48.42%。

为缓解太原市的水资源紧张情形，改善因地下水超采引发的地质环境问题，省委省政府及市委市政府做了一系列的工作。万家寨引黄工程就是山西省2002年建成的大型跨流域调水工程，工程分两期实施，设计年供水量12亿m3。其中一期工程建设总干线、南干线和联接段，设计引水量6.4亿m3/a，主要为解决制约太原市可持续发展的水资源紧缺问题，工程已于2003年10月正式向太原供水。二期工程建设向朔州和大同市输水的北干线，设计引水量5.6亿m3/a[1-2]。

1.2 供水现状及规划供水量

太原市现状供水水源主要有引黄水、汾河地表水、地下水和非常规水源(主要为再生水)。2022年全市总用水量7.25亿m3，其中：引黄水1.70亿m3，占总用水量的23.45%；汾河地表水1.45亿m3，占总用水量的20%；地下水2.28亿m3，占总用水量的31.45%；非常规水源1.82亿m3，占总用水量的25.10%。根据太原市用水总量控制指标及太原市水资源全域化配置情况，全市规划供水量2025年9.94亿m3，2030年10.47亿m3，2035年11.90亿m3，供水工程应能满足规划供水量需求[3]。

根据太原市人民政府关于印发太原市水资源全域化配置方案的通知，2025年以后太原市地下水利用量控制指标1.5亿m3，汾河地表水耗水指标1.58亿m3(输水损失按15%考虑，取水指标为1.86亿m3)，各水源取水量不能超过控制指标。分析可知，太原市未来用水主要依靠黄河水和非常规水。鉴于目前的污水处理技术和成本，非常规水的利用领域还是很有限，要支撑太原市的经济社会可持续发展主要依靠黄河水。

1.3 水资源优化配置

太原市水资源优化配置的思路是充分利用黄河水、合理配置汾河地表水、涵养地下水、挖掘非常规水[4]。黄河水按现有结合规划供水工程主要向县(市、区)配置；汾河地表水保持现状供水规模和供水布局，供给工业、农业及生态用水；地下水资源具有明显的地域属性，主要在当地使用。

1.3.1充分利用黄河水

黄河水保证率高，用水可靠，是太原市经济社会发展最珍贵的资源，充分利用黄河水是太原市水资源优化配置的重点。省政府分配给太原市的黄河水控制指标6.58亿m3。根据现有的引黄供水工程及规划的供水工程建设进度，2025年全市黄河水利用量4.99亿m3，2030年利用量5.36亿m3，2035年达到6.56亿m3。

1.3.2合理配置汾河地表水

汾河地表水资源配置根据供水工程供水能力及分配的取水指标进行配置。在水资源相对富水可开发利用的汾河上游，以汾河水库和汾河二库为骨干工程，在满足区域自身用水的前提下，向太原市区和清徐灌区供水。同时全面维系市内各大河流及其主要支流、重要湖泊和湿地等水生态系统的结构和功能，确保各河、湖和湿地内符合水质要求的生态流量(水量、水位)。2025年、2030年和2035年全市汾河地表水供水量1.59亿m3、1.64亿m3和1.69亿m3。

1.3.3涵养地下水，储水于地下

长期大量开采地下水，造成了地下水水位下降、含水层枯竭、地面沉降、地裂缝、水质恶化等一系列生态与环境问题，补充涵养地下水，有计划地减少地下水开采，储水于地下，将地下水资源作为重要的战略资源是水资源配置的重要原则[5]。为此，要全面实施地下水超载区治理，在引黄水和地表水覆盖区要逐步关闭开采井。到2025年，地下水开采总量压采至1.5亿m3。2030年和2035年，通过进一步实施地下水治理保护工程，地下水开采量维持在1.5亿m3，使全市地下水位全面上升，晋祠泉、兰村泉实现复流，以达到逐步涵养水源、维持地下水的良性循环目标。

1.3.4挖掘非常规水

非常规水源是常规水资源配置利用外的有效补充水源。按照优水优用、劣水劣用、供需匹配、经济合理的原则合理配置利用，规划到2025、2030年和2035年全市非常规水源利用量分别达到1.86亿m3、1.97亿m3和2.15亿m3。

2 引黄太原供水区现状供水工程

太原市已建的引黄供水工程主要有：太原市呼延水厂供水工程、引黄清徐原水直供工程和阳曲原水直供工程。

2.1 太原市呼延水厂工程

太原市呼延水厂是万家寨引黄入晋工程南干线重点配套工程，是太原市第一个大型地表水净化水厂。工程位于尖草坪区汾河西岸呼延村西南侧，背倚龙山、东临汾河，距太原市中心30km。呼延水厂总设计规模190万m3/d，其中近期规模80万m3/d，分为首期和二期，建设规模均为40万m3/d。首期工程于1998年12月动工兴建，占地面积408.83亩，水处理设施主要有加药间、配水车间(混合、絮凝、沉淀、大小虹吸滤池)、清水池、水泵房、污泥浓缩脱水车间、厂外调流调压阀室及中控室与办公楼等，2002年12月竣工，2003年10月30日正式运行，实现向太原市城区供水[6]。引黄水通过呼延水厂净化后出水并入城市供水管网，主要供城镇居民生活用水，2022年供水量为1.52亿m3。二期40万m3/d水处理工程于2017年开始动工建设，目前呼延水厂已形成80万m3/d的供水规模，通过统一协调运行，可基本满足太原市城市发展的用水需求。

2.2 万家寨引黄入晋清徐原水直供工程

山西省万家寨引黄入晋工程联接段清徐原水直供工程属引黄工程的支线工程，是贯彻省委省政府“分质供水、原水直供”决策部署，在引黄工程南干线建设的第一个“分质供水、原水直供”工程。引黄水经由引黄联接段7号洞口出经呼延水厂供水衔接工程、向西干渠分水工程及汾河西干渠后进入晋阳湖，再采用输水管道至受水区，主要向山西科技创新城和清徐“一带四区四园”供水，重点满足科技创新城和华阳新材料的用水需求，为太原市清徐县、小店区(科技创新城)和晋源区3县(区)的经济发展提供水资源保障[7]。

工程主要建筑物包括加压泵站、输水管线、调度中心、调蓄水池、沿线建(构)筑物等及小店、清泉湖和太化3条供水支线。其中，小店供水支线分水口后设450m长的PCCP管穿汾河主河道，管径1.3m；清泉湖供水支线向清泉湖及东湖供水，线路全长3.73km，选用管径0.5m的球墨铸铁管；太化供水支线自末端蓄水池取水，线路全长4.1km，选用管径1.6m的PCCP管。晋阳湖加压泵站布置于晋阳湖北堤外侧，西干渠向晋阳湖引水渠东侧，通过设置引渠和压力涵洞与晋阳湖和西干渠连通，根据工程调度运行情况，可分别从晋阳湖和西干渠取水；泵站后输水主管线路DN2000 PCCP管，总长约38.2km。

工程年供水能力1.2亿m3，近期年供水量5000万m3，远期年供水量1.20亿m3。其中，清徐县6250万m3，小店区5264万m3；晋源区518万m3。

2.3 万家寨引黄入晋阳曲原水直供工程

山西省万家寨引黄工程联接段阳曲原水直供工程管线设计供水对象为太原市工业新区、阳曲县转型发展产业园区和阳曲县城镇生活，直供工程管线自7#洞下游出口呼延调蓄池进水箱涵进水闸取水，供水管线终点位于阳曲县北侧大运高速公路大盂服务区西侧。全线共设6座分水口(分别为工业新区分水口、阳曲县城预留分水口、黄寨预留分水口、小牛站预留分水口、水厂分水口和食品园区分水口)；1座加压泵站，扬程152m，总装机2840kW；末端事故备用池1座，库容18.8万m3。

直供工程输水线路全长38.75km，前半段主要依托呼延水厂自来水管线廊道、北固碾交通道路和阳兴大道布置，后半段主要在杨兴河和天然气管线两侧保护绿化带内敷设。事故备用池位于整个输水工程末端，马坡村东侧，大运高速公路大盂服务区西侧的空地上[8]。

工程设计总供水规模4900万m3/a，近期年供水量3000万m3/a，供水保证率95%。

3 太原市引黄水规划供水工程

为全面提升太原市水资源优化配置和水安全保障体系、改善水生态环境，规划研究建设太原市东西山调水工程和太原市西山地表水厂供水工程，构想建设中部引黄太原供水工程。

3.1 太原市东西山调水工程

东西山调水工程计划从万家寨引黄7#隧洞出口引水，沿东西两山向太原南部供水，扩大引黄水供水范围。该工程是太原市统筹解决水资源、水环境、水生态的主要途径[9]，工程覆盖太原市中心城区和晋中市中心城区，可解决太原东山和西山区域缺水问题，解决晋祠泉和兰村泉超采问题、解决太原市“九河”(杨兴河、北涧河、北沙河、南沙河、玉门河、虎峪河、九院沙河、冶峪河、风峪河)生态环境问题、解决6城区城市供水管网能力不足、解决大学城综改区和榆次区缺水等问题。本工程与现有的阳曲原水直供工程、清徐原水直供工程以及规划的中部引黄工程结合，将形成太原市南北水网联通、东西线路闭合、地表地下互通，多源一网双向互济的综合水网体系，有效提高太原市水资源调配和城市供水安全保障能力。

3.1.1东山供水线路

东山供水线路总体上布置在太原市主城区的西北侧、北侧和东侧，走向为东南向。东山供水线路采用重力流和泵站提水两种方式结合供水，分为供水干线、提水干线两部分。主要向太原九河中的东山“四河”(杨兴河、北涧河、北沙河和南沙河)生态补水和山西大学城提供生活用水，同时解决兰村泉域岩溶水超采区地下水源置换。

3.1.2西山供水线路

西山供水线路依托山西省万家寨引黄入晋工程联接段，结合已经建设完成的山西省万家寨引黄入晋工程联接段清徐原水直供工程和山西转型综改示范区潇河产业园区供水工程进行布置，全线采用重力流方式供水，包括供水干线、清徐工业园供水支线和综改示范区潇河产业园区供水支线。主要向太原九河中的西山“五河”(玉门河、虎峪河、九院沙河、冶峪河、风峪河)生态补水和综改示范区潇河产业园区、清徐工业园供水，同时解决晋祠泉域岩溶水超采区水源置换。

根据工程供水任务，结合地形及线路走向，确定东、西山供水管线供水规模，其中东山供水线路供水量1.45亿m3/a，西山供水线路向太原市供水量为2.77亿m3/a。工程总规模4.22亿m3/a，水源为引黄原水，主要供给生活、工业、河道内生态用水。

3.2 太原市西山地表水厂供水工程

太原市西山高地处于城市的西部，因地势较高、供水设施不配套，一直以来为城市供水的盲区。区域内现状仍以坑口水、农村井为饮用水水源，供水水质、水量均得不到保障。为解决太原西山高地供水瓶颈，规划以引黄水为水源建设西山地表水厂供水工程。工程设计供水规模20万m3/d，主要建设内容包括原水取水及输水工程、西山地表水厂及配套输配水管网工程。

西山地表水厂拟选址位于开城西街与玉兰大道交叉口，占地面积约10.58公顷。采用预处理+常规处理+深度处理的工艺流程，深度处理采用臭氧-活性炭工艺，保证出水水质达到《生活饮用水卫生标准》要求。

工程从引黄扫石站现状3号阀室DN1400接口引水，沿上南山村、王峰村、化客头、大卧龙村向东南方向设置输水隧洞引入西山高地地表水厂，输水隧洞全长约14km，洞径约9m，隧洞内设置输水管道。扫石3号洞前减压阀室，地形标高919m，减压阀前水压标高970m左右，设计管线终点西山地表水厂设计地面为929.7m，管线总长为14km，管径DN1600mm，总水头损失为18.5m。至西山地表水厂的水压标高为951.5m，可以满足水厂的进水要求。

3.3 中部引黄太原供水工程战略构想

中部引黄工程是山西省大水网重要骨干工程，主要向忻州、吕梁、临汾、晋中4市17县(市/区)供水，工程的实施将从根本上解决吕梁山区的严重缺水问题，对当地脱贫巩固、乡村振兴和实施黄河流域生态高质量发展具有重要意义，对山西中部发生特大旱情具有重大战略意义[10]。

该工程正在建设中，设计年供水能力6.02亿m3，目前已批复取水指标3.05亿m3，仍有约3亿m3/a的供水潜力，中部引黄工程批复给太原市的水量为1.15亿m3/a，目前没有任何供水工程匹配支撑。因此，规划建设中部引黄太原供水工程来保障太原市经济发展需求，构想工程主要将文峪河和汾河连通，将中部引黄工程的黄河水通过文峪河调入汾河供太原市利用。建议尽快开展中部引黄太原供水工程的前期工作，以增加太原市引黄水的供水量。

4 结语

太原市水资源禀赋先天不足，本地水资源总量在全省11个地市中位列倒数第2，水资源成为制约城市发展的重要因素。2002年建成的万家寨引黄入晋大型调水工程是解决太原市水资源紧缺的有效途径，然而该工程自运行以来，一直没有发挥充分效益，主要原因是缺乏与水量匹配的供水工程。本文在分析太原市引黄现状供水工程的基础上，统筹考虑整体用水需求，提出引黄规划建设工程，对优化引黄水供水方案、用足用好引黄水有重要的指导意义。但是，随着引黄供水规模的不断扩大，亟需考虑在南干联接段工程事故期及呼延水厂检修或事故时的供水安全问题。因此，下一步应着重研究制定备用水源方案及应急工程方案。