管延海

(吉林省水文水資源局長春分局，吉林長春 130022)

長春市是一個水資源比較貧乏的城市［1］，水資源一直是困擾該市社會經(jīng)濟發(fā)展的主要問題。城市供水水源是否科學(xué)合理、是否存在水源危機、能否保證供水安全，是民生十分關(guān)注的問題［2-3］。筆者研究長春市城區(qū)供水水源優(yōu)化配置與調(diào)度方案，從保證長春市正常供水及應(yīng)對城市供水水源遭受突發(fā)性污染和遭遇特枯水期兩種情形，提出解決城區(qū)供水與蓄水矛盾的辦法和水源應(yīng)急配置預(yù)案，旨在為解決長春市供水問題提供借鑒。

1 長春市社會經(jīng)濟及水資源概況

1.1 社會經(jīng)濟狀況

長春市位于吉林省中部，地處松遼平原的東部邊緣。地理位置為東經(jīng) 124°18'～ 127°02'，北緯43°05'～ 45°15'。長春市市區(qū)面積 3 126 km2(不含雙陽區(qū))，由朝陽區(qū)、綠園區(qū)、寬城區(qū)、二道區(qū)、南關(guān)區(qū)5個城區(qū)及長春經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、長春高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)、長春凈月潭旅游經(jīng)濟開發(fā)區(qū)和長春汽車產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)組成。

1.2 水資源狀況及供水現(xiàn)狀

長春市多年平均水資源總量為27.46億m3。其中，地表水資源量為13.26億m3，地下水水資源量為16.36億m3，地表水與地下水重復(fù)計算水量為2.16億m3。長春市多年平均入境水量為148.0億m3，多年平均出境水量158.1億m3。根據(jù)長春市節(jié)水型社會建設(shè)規(guī)劃成果，2015年長春市總需水量為4.00 億 m3，2020 年總需水量將達到 5.40 億 m3［4］。目前長春市共有大型水庫3座，中型水庫16座，總庫容為25.38億m3，興利庫容8.91億m3。長春市城市供水水源有常規(guī)水源和非常規(guī)水源兩類，常規(guī)水源為石頭口門水庫、新立城水庫、“引松入長”工程及地下水水源;非常規(guī)水源為污水處理再利用工程。長春市現(xiàn)有城市供水廠4座，設(shè)計總供水能力102萬t/d，實際供水能力89萬t/d。

2 長春市供水存在的問題

2.1 工程性缺水

目前，長春市常規(guī)地表水供水水源主要有石頭口門水庫、新立城水庫和“引松入長”工程。石頭口門水庫后汛期限制水位為188 m，對應(yīng)庫容為3.29億m3，而主汛期7至8月份石頭口門水庫多年平均入庫水量為4.25億m3。但由于防洪庫容的限制，水庫平均每年被迫棄水量達1.75億m3，導(dǎo)致長春市在一定程度上存在工程性缺水現(xiàn)象。

2.2 供水缺乏合理規(guī)劃與統(tǒng)一調(diào)配

長春市現(xiàn)有4座凈水廠，其中，第一凈水廠日供水能力18萬m3，供水范圍為市中心區(qū)域，主要包括南關(guān)區(qū)、朝陽區(qū);第二凈水廠日供水能力26萬m3，供水范圍為鐵北區(qū)域，主要在寬城區(qū)、綠園區(qū)部分;第三、四凈水廠日供水能力分別為18萬m3和24萬m3，第三凈水廠供水范圍為汽車廠、綠園區(qū)、高新區(qū)，第四凈水廠供水范圍為二道區(qū)、凈月、朝陽區(qū)自由大路附近、人民廣場附近。這4座凈水廠已處于滿負荷運行狀態(tài)，并且在這種多水源供水與水源供水管線供水能力有限的情況下，缺少合理規(guī)劃與統(tǒng)一調(diào)度，出現(xiàn)一些水源過度供水，另外一些水源過多存水的情況，從而增加供水費用。例如，石頭口門水庫蓄水過少時需要啟動“引松入長”工程，而新立城水庫水位超過防洪限制水位時，為了防洪安全，在主汛期到來之前又必須棄掉一部分水量，這樣就增加了供水費用，嚴重情況下還會對下游行洪區(qū)造成淹沒損失。

2.3 城市供水系統(tǒng)的脆弱性不斷凸顯

隨著長春市城市規(guī)模的擴大，極端天氣現(xiàn)象的頻繁發(fā)生，城市供水系統(tǒng)的脆弱性不斷凸顯。如果發(fā)生歷史上罕見的連續(xù)干旱，或者某一水源地出現(xiàn)突發(fā)性水質(zhì)問題時，長春市供水壓力將突增，不少地區(qū)無水可用，只能靠送水車、消防車送水。如2000—2001年連續(xù)2年干旱，長春地區(qū)降雨量分別為426.7 mm和396.3 mm，較多年平均降雨量550 mm分別減少22%和27.9%，導(dǎo)致長春市區(qū)供水能力不足50萬t/d，洗浴及洗車等第三產(chǎn)業(yè)停水，居民生活用水被迫定時分區(qū)供應(yīng)。

3 解決長春市供水問題的對策

3.1 設(shè)定供水調(diào)度原則

城市供水的特點是，水量大而集中，供水保證率要高，對水質(zhì)的要求也高。筆者認為，長春市城區(qū)供水調(diào)度應(yīng)遵循以下原則［5-6］:①安全性原則。供水調(diào)度必須遵循“安全第一”的原則，對各種水利工程的操作運用都必須控制在設(shè)計或規(guī)定的安全范圍之內(nèi)。②防洪優(yōu)先原則。水庫必須保證設(shè)計的防洪庫容可用于防洪，汛期水庫的蓄水位不得高于防洪汛限水位，汛后逐漸抬高水位蓄水興利。③調(diào)水先地表、后地下的原則。

3.2 明晰不同年份水資源優(yōu)化配置思路

水資源優(yōu)化配置是多目標優(yōu)化問題，其目標不是追求某一方面的效益最好，而是追求經(jīng)濟、社會、環(huán)境的綜合效益最大，并力圖保持系統(tǒng)的良性發(fā)展，即水資源優(yōu)化配置不僅要適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展和人民生活的需要，還應(yīng)盡可能地滿足人類所依賴的生態(tài)環(huán)境對水資源的需求，以及未來社會對水資源的基本需求［7-10］。新立城水庫為多年調(diào)節(jié)水庫，調(diào)節(jié)庫容與石頭口門水庫基本相同，但是新立城水庫入庫水量約為石頭口門水庫同期的1/3，調(diào)節(jié)系數(shù)為0.77;石頭口門水庫為年調(diào)節(jié)水庫，上游來水相對豐富，且有“引松入長”工程保障，因此可由石頭口門水庫盡量多承擔(dān)供水任務(wù)。新立城水庫和石頭口門水庫的總供水任務(wù)是城市供水、農(nóng)業(yè)供水和其他用水戶的供水量之和。按照多水源優(yōu)化調(diào)度的原則，以月為水源調(diào)度方案時段，按兩座水庫實際庫容判斷本地水資源最大供水能力，在總供水任務(wù)小于總供水能力時，不啟動“引松入長”工程，供水任務(wù)在兩座水庫的供水能力下調(diào)劑解決;在總供水任務(wù)大于總供水能力時，啟動“引松入長”工程，引水量以供水任務(wù)與供水能力的差為標準。筆者認為，長春市水資源配置的基本思路是，安全第一，統(tǒng)一調(diào)度，降低成本，保護環(huán)境。豐水年和平水年，長春市應(yīng)充分利用本地水，減少外調(diào)水，加大生態(tài)用水，補足景觀用水，并做好水庫的汛末蓄水儲備;偏枯年，長春市應(yīng)適當(dāng)調(diào)水，盡量滿足農(nóng)業(yè)用水需求;而在特枯年，則應(yīng)加大調(diào)水，減少農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水量，適當(dāng)超采地下水，盡量利用回用水，以保證城市供水。

3.3 制定不同情況下的水資源優(yōu)化調(diào)度方案

3.3.1 正常情況下

由于長春市城區(qū)2015年前正常情況下供水可滿足長春市用水需求，因此本方案主要是盡量減小供水成本。筆者認為，要減小供水成本，要對以下幾個指標加以控制。

a.水庫水量指標。根據(jù)水庫的來水情況、供水能力和調(diào)度運行規(guī)則，在供水緊張時，首先保證長春市城區(qū)用水，保證農(nóng)業(yè)灌溉保證率達75%(但2020年“中部城市引松”工程通水后，擠占的農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水都要退還)。

b.“引松入長”工程指標。按照一期工程為常規(guī)水源，二期工程為備用水源進行調(diào)度。在本地水資源能夠滿足供水時不啟動“引松入長”工程，而且啟動時間根據(jù)汛前、汛后的時間段以及天氣狀況等因素綜合決定，理論啟動時間為石頭口門水庫庫容小于2.4億m3時。

c.地下水指標。在石頭口門水庫具有90%以上供水能力時，在本單元地下水可開采量范圍內(nèi)保留20%的余地，年取地下水2100萬m3;90%以下供水能力時，按地下水可開采量開采，年取地下水2720萬m3;75%以下供水能力時，超采地下水可開采量的20%，年取地下水3264萬m3。

d.中水利用指標。中水主要用于熱電廠冷卻循環(huán)用水和生態(tài)環(huán)境用水。長春市節(jié)水型社會建設(shè)中，應(yīng)明確哪些行業(yè)必須使用中水，并有相應(yīng)的約束機制。如，目前長春市第一、二、三熱電廠已經(jīng)與長春市水務(wù)集團簽訂了中水利用協(xié)議書，近期2015年前利用中水5280萬m3/a，2020年利用中水1.056億m3/a。

3.3.2 特枯干旱年情況下

在特枯干旱年或連續(xù)枯水年，在節(jié)約用水的前提下，應(yīng)優(yōu)先保證生活用水，其次是保證重要工業(yè)用水，減少農(nóng)業(yè)灌溉用水，適當(dāng)超采地下水，以補充城市供水量的不足。在連續(xù)干旱年應(yīng)啟動各種可以利用的水源，限制高耗水服務(wù)業(yè)的用水，以保證基本的生活和生產(chǎn)用水［11］。為此，應(yīng)采取的工程措施和非工程措施有:

a.工程措施。①盡最大可能加大外調(diào)水的供水量，加強輸水調(diào)度管理，確保調(diào)水量最大化、水資源使用高效化，并適當(dāng)超采地下水。②多渠道開源，加大污水利用的力度。③外調(diào)水量不夠時，啟動備用水源。

b.非工程措施。①制訂用水計劃，錯時段定量供水。供水緊張時，定時限量向住宅供水，限制或禁止洗車業(yè)、游泳場館、洗浴業(yè)及耗水量大、效益低的工業(yè)企業(yè)用水，按照淺寬式破壞的規(guī)則合理安排生產(chǎn)用水。②壓縮農(nóng)業(yè)用水，保證城鎮(zhèn)供水。適當(dāng)減少灌溉面積，減少灌溉用水量。③采用經(jīng)濟杠桿，促進節(jié)約用水。采用梯級水價，通過用水超額加價的辦法來限制用水，最終達到節(jié)約用水的目的。④向缺水嚴重的地區(qū)提供緊急援助措施，包括用消防車送水等。

3.4 編制水資源應(yīng)急調(diào)度預(yù)案

長春市極端天氣現(xiàn)象頻繁發(fā)生，而且若發(fā)生歷史上罕見的連續(xù)干旱，或者某一水源地出現(xiàn)突發(fā)性水質(zhì)狀況時，供水壓力將更大，城市供水系統(tǒng)的脆弱性更加凸顯。筆者認為，應(yīng)提早考慮，提出相應(yīng)的對策，編制針對各種意外事故的城市供水應(yīng)急預(yù)案，以提高長春市供水系統(tǒng)應(yīng)對突發(fā)事件的能力，減輕災(zāi)害造成的損失，維護社會的穩(wěn)定。

3.4.1 現(xiàn)狀工程條件下的應(yīng)急預(yù)案

如因某一水源地水質(zhì)污染造成供水嚴重不足時，首先應(yīng)關(guān)閉被污染的供水水源，及時啟用備用水源，并查找污染源、污染途徑、污染范圍和污染程度等，及時采取治理措施，力爭在最短時間內(nèi)恢復(fù)供水。按照出現(xiàn)污染的水源地不同和供水受影響區(qū)域的大小，適當(dāng)啟用特殊干旱年的非工程措施。針對以下兩種情況制定現(xiàn)狀工程條件下的應(yīng)急預(yù)案。

a.第一種情況。當(dāng)新立城水庫出現(xiàn)水質(zhì)問題時，直接影響第三凈水廠供水區(qū)域。筆者認為，解決措施是:①增加第一凈水廠供水量，利用10.5 km管線，每天向第三凈水廠轉(zhuǎn)供成品水9萬t。②利用第二凈水廠向西部調(diào)水3.5萬t，第四凈水廠替代第二凈水廠每天向二道地區(qū)送水1.5萬t。③啟動長新街加壓泵站，利用3.5 km北環(huán)城路DN1200供水管線應(yīng)急工程每天向西部調(diào)水2萬t。以上措施，可為缺水地區(qū)運送水14.5萬t。但由于管網(wǎng)限制，仍有近3萬人無水可用，只能靠消防車向無水區(qū)送水。

b.第二種情況。當(dāng)石頭口門水庫突發(fā)水質(zhì)問題，“引松入長”工程也無法發(fā)揮功能時，將直接影響長春市3/4左右區(qū)域的供水。應(yīng)急措施是:①加大新立城水庫的供水量，第三凈水廠向西部區(qū)域送水3萬t。②啟用凈月潭水庫，每天為第一凈水廠供水15萬t，而新立城水庫利用明渠為凈月潭補充水源。③超采地下水，盡量維持缺水地區(qū)群眾的日常生活。通過以上措施，仍有近一半居民處于嚴重缺水的狀況，只能靠送水車送水。

由此可見，在某一水源地突發(fā)水質(zhì)狀況時，因工程原因限制，無論如何調(diào)度，也無法解決短時期內(nèi)的缺水狀況。如果兩個水源地同時出現(xiàn)水質(zhì)狀況，后果更不堪設(shè)想。為此，筆者提出建設(shè)幾種應(yīng)急供水工程的對策。

3.4.2 建設(shè)新工程的應(yīng)急供水對策

a.建設(shè)“引松入長”與凈水廠對接工程。目前“引松入長”工程是將第二松花江的水通過管線引至石頭口門水庫，但是，如果石頭口門水庫出現(xiàn)水質(zhì)狀況，引松工程將無法供水。因此，可將“引松入長”源水管線繞過石頭口門水庫到達放牛溝泵站，直接向凈水廠供水。

b.建立應(yīng)急備用水源地水井與管網(wǎng)配套工程。長春市應(yīng)急備用水源地設(shè)計布井275眼，可連續(xù)開采用水90 d，但是水源井與配套管網(wǎng)的建設(shè)至少要45 d，不能保證應(yīng)急供水，因此要提前建成。

c.建設(shè)“三水廠引石”工程。筆者認為，可將石頭口門水庫原水引至第三凈水廠。目前石頭口門水庫輸水管線已到達第一凈水廠，只需在第一凈水廠與第三凈水廠之間鋪設(shè)10.5 km管線即可。

d.建設(shè)“一水廠引新”工程。即將新立城水庫原水引至第一凈水廠。新立城水庫與第一凈水廠之間有明渠，但由于區(qū)間有排污已無法使用，因此需沿明渠鋪設(shè)一條管線使水自流入廠。

［1］廖資生.21世紀長春市城市供水水源問題［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2005(2):42-44.(LIAO Zisheng.Prospect on water supply of Changchun in twenty-first century［J］.Hydrogeology and Engineering Geology，2005(2):42-44.(in Chinese))

［2］董立翔，王屏.城市供水服務(wù)滿意度評價體系構(gòu)建研究［J］.水利經(jīng)濟，2013，31(2):35-39.(DONG Lixiang，WANG Ping.Establishmentofevaluation system of satisfaction of urban water supply services［J］.Journal of Economics of Water Resources，2013，31(2):35-39.(in Chinese))

［3］趙志江，于淑娟.城市應(yīng)急供水保障體系建設(shè)研究［J］.水利科技與經(jīng)濟，2010，16(7):725-726.(ZHAO Zhijiang，YU Shujuan.Research on the construction of emergent city water supply system ［J］.Water Conservancy Science and Technology and Economy，2010，16(7):725-726.(in Chinese))

［4］黃繼軍，王紅艷.城市需水量預(yù)測需要注意的幾個問題［J］.城市規(guī)劃，2004(5):80-82.(HUANG Jijun，WANG Hongyan.Key problems in the prediction of city water demand［J］.City Planning Review，2004(5):80-82.(in Chinese))

［5］謝新民.城市水資源配置工程網(wǎng)規(guī)劃理論與實踐［M］.北京:中國水利水電出版社，2009.

［6］萬玉文，李振森.玉林市區(qū)周邊水資源配置及供水水源方案研究［J］.廣西農(nóng)學(xué)報，2011(4):73-75.(WAN Yuwen，LI Zhensen.Scheme of water supply and the allocation of water resources of the urban in Yulin［J］.Journal of Guangxi Agriculture，2011(4):73-75.(in Chinese))

［7］吳險峰，王麗萍.棗莊城市復(fù)雜多水源供水優(yōu)化配置模型［J］.武漢水利電力大學(xué)學(xué)報，2000，33(1):30-32，62.(WU Xianfeng，WANG Liping.Water supply optimal allocation modelwith complex multiheadwatersfor Zaozhuang City ［J］.Journal Of Wuhan University Of Hydraulic and Electric Engineering，2000，33(1):30-32，62.(in Chinese))

［8］吳澤寧，索麗生.水資源優(yōu)化配置研究進展［J］.灌溉排水學(xué)報，2004(4):1-5.(WU Zening，SUO Lisheng.Advance about study of water resources optimal distribution ［J］.Journal of Irrigation and Drainage，2004(4):1-5.(in Chinese))

［9］姚榮.基于可持續(xù)發(fā)展的區(qū)域水資源合理配置研究［D］.南京:河海大學(xué)，2005.

［10］金冬梅.吉林省城市干旱缺水風(fēng)險評價指標體系與模型研究［D］.長春:東北師范大學(xué)，2006.

［11］胡慶和，胡軍華.水資源管理模式發(fā)展趨勢探析［J］.人民長江，2007，38(1):66-68.(HU Qinghe，HU Junhua.Analysis of development rrend of water resource management model［J］.Yangtze River，2007，38(1):66-68.(in Chinese))