靖立玲

（北京市南水北調(diào)調(diào)水運行管理中心，100038，北京）

南水北調(diào)中線工程計劃于2014年汛后全線通水，江水進京前，北京平均每年存在4.3億m3的生活供水硬缺口，是水資源短缺的最困難時期。2008—2010年已兩次通過南水北調(diào)中線京石段工程由河北省王快、崗南、黃壁莊、安格莊等水庫向北京應(yīng)急調(diào)水。截至目前，累計從河北調(diào)水8億余m3，京石段應(yīng)急供水量已占到城區(qū)自來水供應(yīng)總量的65%，極大地緩解了北京水資源短缺的壓力，南水北調(diào)已成為首都新的戰(zhàn)略水源。

南水北調(diào)來水主要作為北京的生活飲用水水源，及時監(jiān)測并保證進入北京的水體質(zhì)量符合飲用水水源的要求，保證進入自來水廠的水體質(zhì)量在可控制可處理的范圍內(nèi)，是我國相關(guān)規(guī)范的要求，也是關(guān)乎民生、社會穩(wěn)定和國際影響的大事。

本文在分析南水北調(diào)中線輸水工程特點、水質(zhì)影響因素的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的輸水水質(zhì)安全對策，并通過對2008—2010年兩次應(yīng)急調(diào)水期間水質(zhì)的分析，考察輸水安全體系的實施效果。

一、輸水工程概況

南水北調(diào)中線干線工程，南起湖北丹江口水庫，跨長江、淮河、黃河、海河四大流域，至北京團城湖，全長1276.4 km。京石段應(yīng)急供水工程起點是河北省石家莊市的古運河暗渠進口，終點是北京團城湖，全長約307.5km。北京段起點位于北京市南部與河北省相接的北拒馬河中支南岸，終點為北京市團城湖，全長80.3 km。

北京段工程主要包括以下建筑物：北拒馬河暗渠（長約1.7km）、惠南莊泵站、PCCP加壓管道 （長約57.1 km）、大寧調(diào)壓池、永定河倒虹吸 （長約2.6 km）、盧溝橋暗涵（長約 5.2 km）、西四環(huán)暗涵（長約12.7 km）和團城湖明渠（長約0.8 km）。

為保障在南水北調(diào)中線全線貫通前的北京市用水問題，國家提前啟動了南水北調(diào)中線工程京石段應(yīng)急供水工程，由河北省王快、崗南和黃壁莊等水庫向北京應(yīng)急調(diào)水。應(yīng)急供水期間主要考慮為第三水廠、田村水廠、城子水廠及北京最大的水廠第九水廠等供水。京石段應(yīng)急供水線路見圖1。

二、水質(zhì)影響因素分析

南水北調(diào)中線工程北京段，輸水干渠除團城湖明渠外均為封閉式。其水質(zhì)污染事故風(fēng)險點主要來自京外輸水明渠及水源水庫。參考國內(nèi)外已發(fā)生的突發(fā)水污染事故，根據(jù)南水北調(diào)工程輸水特點，輸水過程中可能遭受到的突發(fā)性水污染主要有以下幾方面：

①油類、化學(xué)物品、生物毒品泄漏。運輸上述物質(zhì)的車輛因交通事故引起車輛翻倒進入渠道中引發(fā)。

②流入明渠的污染物。渠道兩側(cè)土壤環(huán)境中未利用的化肥、垃圾、養(yǎng)殖業(yè)污物等物質(zhì)流入明渠引發(fā)水體污染。

③惡意破壞、恐怖襲擊。一些對社會不滿分子、生活絕望者、恐怖組織，制造爆炸、損壞、投毒等活動。

由于水質(zhì)不合格或水體受污染的成因比較復(fù)雜，盡管可以通過加強管理、派人巡視等措施減少水體受污染的概率，但不能從根本上杜絕突發(fā)水體污染事件。受污染的水一旦進入輸水管道，清除難度很大，還會造成大量的水體浪費；一旦進入自來水廠甚至引發(fā)大面積停水的危險，嚴(yán)重影響社會穩(wěn)定。

三、輸水水質(zhì)安全對策措施

1.構(gòu)筑三道防線

圖1 南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水示意圖

南水北調(diào)中線工程，在進入北京之前均采用明渠輸水，進京后絕大部分為暗涵、暗埋管道，且直接與水廠相接。針對這一特點，提出構(gòu)筑保障北京供水安全的“三道防線”，分別在入京、入市區(qū)、入水廠處設(shè)置關(guān)卡，應(yīng)對突發(fā)性水污染事故。

（1）第一道防線

北京段渠首在北拒馬河暗渠進口前設(shè)置了退水閘，該退水閘位于樁號BT0-090 m處渠道右岸，為雙向擋水，可以防止北拒馬河洪水倒灌。退水渠道總長約2.6 km，退水出閘門后退入北拒馬河中支河道。當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測出現(xiàn)汞、砷、鉛、鎘等重金屬物質(zhì)，氰化物、苯酚類有機有毒物質(zhì)，放射性物質(zhì)，生物及微生物超標(biāo)，或發(fā)生突發(fā)性嚴(yán)重災(zāi)害、危害水體的恐怖事件，以及發(fā)現(xiàn)地方性病原體或病毒污染時，關(guān)閉總干渠北拒馬河暗渠進口節(jié)制閘，開啟退水閘，處理污染水體并將來水排入拒馬河內(nèi)，避免有害水進京。

（2）第二道防線

在大寧調(diào)壓池，當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測出現(xiàn)氨氮、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物等無機鹽類物質(zhì)，指標(biāo)超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類，或者上游出現(xiàn)突發(fā)性污染時，關(guān)閉永定河倒虹吸進口閘，開啟永定河倒虹吸退水閘，將來水排入滯洪水庫或永定河，避免劣質(zhì)水進入市區(qū)。

（3）第三道防線

在各自來水廠入口處，當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測出現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)不符合Ⅲ～Ⅳ類的要求，且自來水廠水處理工藝無法消除超標(biāo)污染物質(zhì)時，關(guān)閉各自來水廠取水口，開啟新開渠分水口、永引渠分水口，將南水北調(diào)來水排向有接納能力的河道，避免造成新的污染區(qū)。

在以上事故處理完畢后，對污染渠道和建筑物進行清洗和消毒，經(jīng)檢測合格后恢復(fù)正常供水。

2.建立突發(fā)性水污染事故應(yīng)急處理系統(tǒng)

對于突發(fā)性水污染事件關(guān)鍵在于防范和處理兩個方面。最重要的是建立有效的應(yīng)急處理機制，包括：突發(fā)性水污染事件應(yīng)急預(yù)案的制定、應(yīng)急等級、應(yīng)急組織機構(gòu)、應(yīng)急水質(zhì)監(jiān)測及現(xiàn)場緊急處理等。

（1）制定應(yīng)急預(yù)案

應(yīng)急預(yù)案是針對突發(fā)性水污染事件的現(xiàn)場處理而制定的一項應(yīng)急反應(yīng)計劃。制定應(yīng)急預(yù)案的關(guān)鍵在于正確評估危險源風(fēng)險和當(dāng)?shù)貞?yīng)急能力，同時還要協(xié)調(diào)現(xiàn)有的應(yīng)急方案，如《北京市突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》《北京市城市水源系統(tǒng)水污染突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案》等。

（2）應(yīng)急等級

按照突發(fā)水污染事故的嚴(yán)重性和緊急程度，對水污染事故進行分類和分級，分為特別重大水污染事故（Ⅰ級，紅色預(yù)警）、重大水污染事故（Ⅱ級，橙色預(yù)警）、較大水污染事故（Ⅲ級，黃色預(yù)警）和一般水污染事故（Ⅳ級，藍色預(yù)警）四級。根據(jù)事態(tài)的發(fā)展情況和采取措施的效果，預(yù)警顏色可以升級、降級或解除。

（3）應(yīng)急組織機構(gòu)

為使應(yīng)急救援工作有序、快速而有效地開展，必須有強有力的組織機構(gòu)，能夠協(xié)調(diào)各方面的工作。

突發(fā)性水污染事故的應(yīng)急指揮機構(gòu)職責(zé)如下：

①應(yīng)急指揮部：負(fù)責(zé)針對事故危害程度發(fā)布預(yù)警等級，制定應(yīng)急方案并領(lǐng)導(dǎo)和組織實施，協(xié)調(diào)各機構(gòu)的運作。

②應(yīng)急指揮辦公室：為水污染事故的現(xiàn)場調(diào)查、取證，提出啟動應(yīng)急預(yù)案的建議；根據(jù)指揮部命令，負(fù)責(zé)實施并監(jiān)督、檢查、協(xié)調(diào)各項應(yīng)急工作；負(fù)責(zé)指揮部的信息、聯(lián)絡(luò)日常工作。

③應(yīng)急工作組：負(fù)責(zé)進行現(xiàn)場調(diào)查取證、事故原因分析；提出事故處置建議措施，并開展現(xiàn)場處置工作；提供應(yīng)急人員、物資和各項技術(shù)支持，保證應(yīng)急工作的順利開展。

（4）開展應(yīng)急監(jiān)測

實施應(yīng)急監(jiān)測是做好突發(fā)性水污染事故處理的前提和關(guān)鍵。采用快捷、有效的應(yīng)急監(jiān)測布控技術(shù)，迅速、準(zhǔn)確地查明污染的來源、種類、程度、范圍，為控制污染蔓延、采取應(yīng)急處理措施提供正確的信息。應(yīng)急水質(zhì)監(jiān)測流程見圖2。

（5）應(yīng)急處理

根據(jù)應(yīng)急水質(zhì)監(jiān)測分析結(jié)果，確定應(yīng)急處理方法。利用渠道的各節(jié)制閘、退水閘、滯洪水庫及河道等工程設(shè)施，改變原來的水流方向和流場，將受污染的水擋在“三道防線”之外。再根據(jù)污染物的化學(xué)性質(zhì)，在污染區(qū)域拋灑化學(xué)藥劑，減輕和凈化污染水域。

3.建立水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)

水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)是構(gòu)筑北京安全供水“三道防線”的基礎(chǔ)。

（1）監(jiān)測方式特點

采用自動監(jiān)測站、移動監(jiān)測車和實驗室監(jiān)測相結(jié)合的方式。水質(zhì)移動監(jiān)測系統(tǒng)以車載、便攜式水質(zhì)檢測儀器為分析手段，可有效解決偏遠地區(qū)水質(zhì)監(jiān)測的困難，在突發(fā)性水污染事件中還可發(fā)揮其機動、靈活、及時的優(yōu)點。

（2）監(jiān)測站點布設(shè)

針對北京段封閉管涵輸水的特點，結(jié)合三道防線的設(shè)置，建立4個水質(zhì)監(jiān)測站：七里莊前哨站（位于河北）、惠南莊站、大寧站、團城湖站。

①在總干渠冀京交界上溯約35 km處的七里莊倒虹吸處設(shè)水質(zhì)監(jiān)測站，作為北京市對南水北調(diào)來水水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警的前哨站。

②在惠南莊泵站設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測站，作為北京市入境站。

③在總干渠至團城湖和南干渠的分水口——大寧調(diào)壓池設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測站，作為渠道輸水水質(zhì)變化控制站。

④在總干渠終點團城湖設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測站，作為入水廠前控制站。

（3）監(jiān)測項目及頻次

南水北調(diào)水質(zhì)監(jiān)測項目主要根據(jù) 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3838—2002》及對生活污染、生物污染、有機污染、運輸及工礦企業(yè)產(chǎn)生的重金屬污染和石油類污染的突發(fā)事件設(shè)定的，監(jiān)測項目及頻次見表1。

四、輸水水質(zhì)安全體系實施應(yīng)用效果

南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水以來，通過水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)及時掌握進京水質(zhì)的變化，為調(diào)度決策提供了數(shù)據(jù)信息支撐及依據(jù)。水質(zhì)安全“三道防線”的構(gòu)筑為合理利用水資源，確保進入自來水廠水體質(zhì)量在可處理范圍內(nèi)，及時解決水質(zhì)突發(fā)事故提供了保障。

1.水源切換時水質(zhì)安全體系功效

京石段兩次應(yīng)急調(diào)水初期，水頭到達第一道防線——北拒馬河暗渠退水閘進行棄水，待濁度降到30 NTU以下停止棄水，準(zhǔn)許來水進入中線干渠。2008年9月，京石段首次應(yīng)急調(diào)水，共棄水 180 萬 m3；2010 年 5 月，京石段二次應(yīng)急調(diào)水，共棄水150萬m3。2011年2月，調(diào)水水源切換，安格莊水庫水先經(jīng)易水河，后入五一干渠，到達安格莊應(yīng)急連接段工程處，來水濁度降到20 NTU以下，氨氮降到0.5 mg/L以下，停止棄水，共棄水42萬m3。

2.輸水過程中水質(zhì)關(guān)鍵性指標(biāo)的變化

2008—2010年京石段兩次應(yīng)急調(diào)水期間，河北前哨站 （七里莊站）、京冀交界處水質(zhì)監(jiān)測站（惠南莊站）、大寧站及團城湖站四站點水質(zhì)指標(biāo)均符合 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002） 中的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)（總氮、總磷不參加評價），符合進京水質(zhì)要求。

3.科學(xué)監(jiān)測，合理調(diào)度，解決“水黃”問題

2008—2009年輸水期間，由于水源切換引起北京市部分地區(qū)用戶出水發(fā)生“水黃”現(xiàn)象。問題出現(xiàn)后，相關(guān)部門及時啟動水質(zhì)應(yīng)急預(yù)案，組織專業(yè)人員對水質(zhì)進行檢測、研究分析。

通過對水源切換前后原水水質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，水源切換后水源化學(xué)組分發(fā)生了很大的改變，特別是硫酸鹽濃度大幅度增加，打破了供水管網(wǎng)中管道內(nèi)的管垢與原有水質(zhì)之間的平衡，高濃度硫酸鹽使管垢鐵銹發(fā)生溶解，造成管垢過量釋放，導(dǎo)致有的用戶家中出現(xiàn)了自來水發(fā)黃、發(fā)渾的現(xiàn)象。

2010年京石段第二次應(yīng)急調(diào)水，鑒于黃壁莊水庫硫酸鹽含量偏高的問題，通過崗南、黃壁莊兩庫聯(lián)合調(diào)度降低崗黃兩庫外調(diào)水的硫酸鹽指標(biāo)。首先從崗南放水至黃壁莊水庫，然后由黃壁莊水庫放水至石津干渠，石津干渠經(jīng)連接段工程輸水至南水北調(diào)中線總干渠。

2010年度輸水期間，通過聯(lián)合調(diào)度控制來水電導(dǎo)率，硫酸鹽含量維持在較低水平，七里莊、惠南莊、大寧及團城湖四站點電導(dǎo)率在 400～550 μs/cm之間，硫酸鹽含量70～120 mg/L之間，避免了再次出現(xiàn)北京輸水管網(wǎng)因“水土不服”而導(dǎo)致的水黃現(xiàn)象。

五、結(jié) 論

南水北調(diào)工程京外均是明渠，輸水過程中存在遭受突發(fā)性污染的可能，如果水質(zhì)受到污染，直接影響北京的社會、經(jīng)濟安全。因此，開展南水北調(diào)北京段輸水安全對策研究非常必要，并經(jīng)實施應(yīng)用，效果顯著。

表1 監(jiān)測參數(shù)及頻次統(tǒng)計表

①針對南水北調(diào)京石段輸水工程特點，分析影響水質(zhì)的因素，研究提出建立水質(zhì)安全防護的 “三道防線”：北京市入境站——北拒馬河渠首，入市區(qū)控制站——永定河倒虹吸，入水廠前的控制站——各分水口。

②提出建立突發(fā)性水污染事故預(yù)警應(yīng)急系統(tǒng)，從而在發(fā)生突發(fā)性水污染事故時能以最快的速度發(fā)揮最大的效能，及時、有效地開展應(yīng)急救援工作，盡快控制事態(tài)發(fā)展。建立水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，實時掌握北京段輸水水質(zhì)狀況。

③應(yīng)急調(diào)水初期開展應(yīng)急監(jiān)測，實時掌握水質(zhì)的變化，棄掉不達標(biāo)來水，保證進京水質(zhì)安全的同時，最大程度節(jié)約了水資源。

④京石段工程兩次應(yīng)急調(diào)水期間，輸水水質(zhì)隨源水不同而水質(zhì)不同，均滿足進京要求。

⑤水源切換后由于原水化學(xué)組分差別較大，導(dǎo)致用戶出水發(fā)黃發(fā)渾問題，二次應(yīng)急調(diào)水時通過科學(xué)調(diào)度解決了該問題，但仍建議相關(guān)部門在城市供水系統(tǒng)水源切換前，開展風(fēng)險分析與對策研究。

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