卜繼勘

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

城市供水應(yīng)急備用水源方案研究
——以懷化市為例

卜繼勘

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

文章初步硏究了突發(fā)性水污染事故發(fā)生時(shí)城市應(yīng)急供水規(guī)模的確定方法，提出了根據(jù)城市水源條件、水污染事故類型、城市重要程度等因素，分析擬定應(yīng)急備用時(shí)間、應(yīng)急供水標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模。根據(jù)懷化市城市規(guī)劃和實(shí)際，確定以舞水為主水源，優(yōu)化水廠布局，興建城東水廠為懷化市城市日常供水和應(yīng)急供水。遠(yuǎn)期懷化市城市突發(fā)水污染事故應(yīng)急供水備用時(shí)間為15 d，應(yīng)急供水規(guī)模25萬t/d，近期應(yīng)急供水備用時(shí)間為10 d，應(yīng)急供水規(guī)模15萬t/d。

城市應(yīng)急供水 應(yīng)急供水規(guī)模 水源方案 平急結(jié)合

水是生命之源。對(duì)于城市而言，水的作用更為重要。城市是人口聚集地，一旦發(fā)生停水事件，后果將非常嚴(yán)重。然而，近年來因突發(fā)性污染事故造成的停水事件還是在一些城市發(fā)生，已成為飲用水水源安全的危險(xiǎn)殺手。污染事故頻繁發(fā)生，必然導(dǎo)致水環(huán)境的普遍惡化，嚴(yán)重影響人民群眾的生活和社會(huì)穩(wěn)定。建立城市供水應(yīng)急水源，對(duì)于提高城市供水應(yīng)急能力，保證供水安全具有十分重要的意義。

1 懷化市城市供水現(xiàn)狀及存在的問題

懷化市城市現(xiàn)有供水水廠分別為一水廠和二水廠、中方水廠、以及鐵路水廠等自備水廠。一水廠已于2000年基本停產(chǎn)（僅作備用水廠）。二水廠于1993年投產(chǎn)，供水能力10萬t/d，從2004年夏季就已開始超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，過高的供水負(fù)荷給水廠的運(yùn)營(yíng)管理和安全帶來壓力和隱患，為此，懷化市啟動(dòng)了二水廠擴(kuò)建工程，目前懷化市二水廠二期工程10萬t/d己進(jìn)入調(diào)試階段，預(yù)計(jì)2015年底可投產(chǎn)運(yùn)行。

現(xiàn)有水廠供水規(guī)模見表1。

舞水發(fā)源于貴州，上游有貴州省幾個(gè)大型礦場(chǎng)和其它重金屬礦，發(fā)生水污染突發(fā)事件的概率較高，對(duì)舞水河飲用水源安全構(gòu)成威脅。

表1 懷化市城區(qū)、中方縣城及工業(yè)園水廠供水規(guī)模表

懷化市地處舞水河下游，城市水廠水源均取自舞水河，目前水質(zhì)基本達(dá)標(biāo)。由于沒有應(yīng)急備用水源，難以有效應(yīng)對(duì)針對(duì)主水源的突發(fā)性污染事故。

懷化市作為湖南省西南門戶，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)對(duì)水資源的需求提出了更高要求，保證城市正常供水，建立城市應(yīng)急供水系統(tǒng)是維持社會(huì)穩(wěn)定，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和有力保障。

2 懷化市城市應(yīng)急備用水源方案初步研究

2.1 應(yīng)急備用供水規(guī)模預(yù)測(cè)

2.1.1 不同水平年供水規(guī)模

本工程供水范圍包括懷化市鶴城區(qū)、中方縣城及懷化工業(yè)園，設(shè)計(jì)水平年2015年、2020年、2030年懷化市供水量分別為51萬t/d、52.1萬t/d、65.6萬t/d。

不同水平年供水規(guī)模見表2。

表2 懷化市鶴城區(qū)、中方縣城及工業(yè)園不同水平年供水規(guī)模表 萬t/d

2.1.2 應(yīng)急備用需水量預(yù)測(cè)

（1）日應(yīng)急備用需水量。應(yīng)急情況下主要考慮城鎮(zhèn)居民生活、特殊（重點(diǎn)）工業(yè)企業(yè)需水和對(duì)人類生存環(huán)境起決定性影響的生態(tài)環(huán)境用水和公共用水等。2030年鶴城區(qū)、中方縣城、懷化市工業(yè)園集中供水區(qū)供水量為65.6萬t/d，用水類型主要分為生活用水、生產(chǎn)用水及其它用水，各部分用水量占總用水量的比例分別為40%、47%及13%。應(yīng)急供水情況下，居民生活用水按照拘謹(jǐn)型壓縮后約為80 L/（人· d），考慮公共建筑和服務(wù)用水，確定城市應(yīng)急供水時(shí)人均綜合生活用水指標(biāo)為100 L/（人·d）。

結(jié)合懷化城市工業(yè)及供水的特點(diǎn)、重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)用水按工業(yè)需水量的30%和10%兩種情況考慮。2030年懷化市應(yīng)急供水規(guī)模見表3。

表3 2030年懷化市應(yīng)急備用水源供水規(guī)模表 萬t/d

從表3可知，2030年懷化市鶴城區(qū)，中方縣及工業(yè)園應(yīng)急備用水源供水規(guī)模約（18.63～24.81）萬t/ d，結(jié)合懷化市工業(yè)用水結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，重點(diǎn)工業(yè)生產(chǎn)用水按工業(yè)需水量30%考慮，應(yīng)急供水規(guī)模為24.81萬t/d（取25.0萬t/d）。

（2）應(yīng)急供水原則及備用時(shí)間。

①應(yīng)急供水原則。突發(fā)性污染事故發(fā)生時(shí)，水資源統(tǒng)一調(diào)度遵循以下原則：在保證居民基本生活用水的基礎(chǔ)上，依次滿足與民生密切相關(guān)的特殊工業(yè)（如電力、燃?xì)?、水的生產(chǎn)供應(yīng)和食品制造業(yè)）用水，其次是與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)的支柱工業(yè)，重要工業(yè)用水，一般工業(yè)用水和環(huán)境用水等。

②應(yīng)急備用時(shí)間分析。懷化第一水源地處舞水支流下游，位于舞水的末端，影響水源水質(zhì)的因素較多，除了農(nóng)藥、化肥等方面污染外，工業(yè)排污、有毒化合物的泄露以及汛期雨污水入江等，經(jīng)分析，舞水水源主要可能突發(fā)有機(jī)物和重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。

舞水多年的pH值通常在7左右，重金屬污染物在水體中較難沉積，較容易擴(kuò)散，具有一定的持續(xù)污染時(shí)間。

懷化市各水廠取水口之間相距10 km左右，直補(bǔ)性較弱，若上游取水口附近發(fā)生水污染事故，將導(dǎo)致整個(gè)城市供水中斷，利用水力模型預(yù)測(cè)污染物的影響時(shí)間，并總結(jié)分析國內(nèi)發(fā)生過的類似水污染事故案例，預(yù)測(cè)突發(fā)水污染事故對(duì)懷化市供水的影響可控制在10d的范圍內(nèi)。根據(jù)國內(nèi)曾發(fā)生的突發(fā)性水污染事件，各種供水風(fēng)險(xiǎn)情況下的風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)時(shí)間見表4。

表4 各種供水下的風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)時(shí)間 d

應(yīng)急供水天數(shù)的選擇目前還沒有明確的規(guī)定，參考1985～2005年我國城市水源地102起典型性突發(fā)污染事件的統(tǒng)計(jì)資料，有40起造成停水，停水時(shí)間從3小時(shí)到26天不等，目前在建設(shè)應(yīng)急備用水源工程時(shí)一般選擇應(yīng)急供水的天數(shù)為（5～12）d，為留有余地，擬定懷化市城區(qū)供水事故應(yīng)急備用時(shí)間為15d。

（3）2030年備用水源規(guī)模。

應(yīng)急備用水源規(guī)模根據(jù)式（1）計(jì)算確定：

式中 R——應(yīng)急備用水源規(guī)模（m3）；

Q——城市應(yīng)急供水需水量（m3/d）；

t——城市應(yīng)急供水時(shí)間（d）。

城市應(yīng)急供水需水量Q根據(jù)式（2）計(jì)算確定：

式中 Q1——應(yīng)急供水居民基本生活需水量（m3/d）；

Q2——應(yīng)急供水工業(yè)需水量（m3/d）；

Q3——包括應(yīng)急供水公共設(shè)施需水量、應(yīng)急

供水消防需水量和應(yīng)急供水其他需水量（m3/d）；

Q4——應(yīng)急供水期間水廠仍可維持的供水量（m3/d）；

城市應(yīng)急供水時(shí)間t主要根據(jù)典型污染事故假設(shè)情況下，污染物對(duì)水廠取水影響的時(shí)間確定。

根據(jù)以上分析懷化市城區(qū)供水事故應(yīng)急備用時(shí)間15 d。因此，懷化市主要水源舞水發(fā)生突發(fā)水污染事故時(shí)，若保證城市正常供水，則備用水源規(guī)模約375萬m3（如考慮新建城東水廠日常供水2.2萬t/d，則備用水源規(guī)模為342萬m3）。

2.2 應(yīng)急備用水源方案初步研究

2.2.1 城區(qū)水廠規(guī)劃布局

目前懷化市城市水廠從舞水河取水，水量從二水廠輸送到城東管網(wǎng)長(zhǎng)度19 km，二水廠標(biāo)高228 m，城東片標(biāo)高248 m，相差20余米。輸送距離長(zhǎng)，水量損失大，水壓不夠，供水可靠性較差等不足。隨著懷化市鶴城區(qū)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工農(nóng)業(yè)用水需求不斷增加，原有水廠的供水規(guī)模和可靠性已不能滿足需求，需擴(kuò)大舞水河取水水廠的規(guī)模，為合理布局懷化市城區(qū)水廠，需在城東規(guī)劃一水廠，2014年7月己?jiǎn)?dòng)城東水廠前期工作。

城東水廠為懷化市城區(qū)東部日常供水及應(yīng)急備用水廠，水源來自取舞水二級(jí)支流沱院溪的裕鴻電站、大沖龍水庫和竹林坪水庫。城東水廠取水口位于沱院溪上游裕鴻水電站取水口，海拔高程311.41 m，取水口高程高于水廠高程約70 m左右，取水口周邊沒有工礦企業(yè)及其它污染源。根據(jù)《懷化市城東水廠取水工程水資源論證報(bào)告》，對(duì)不同時(shí)段水質(zhì)檢測(cè)分析，取水口斷面以上水質(zhì)良好，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，取水口控制流域面積14.6 km2，多年平均徑流量1 320萬m3，通過修建大沖龍水庫后，取水口水資源總量能夠滿足城東水廠從裕鴻電站、大沖龍水庫年取水803萬m3的要求。竹林坪水庫壩址集雨面積48.6 km2，總庫容1 920萬m3，正常蓄水位233 m，死水位214.6 m，有效庫容1 320萬m3，多年平均流量1.131 m3/s，多年平均產(chǎn)水量3 567萬m3。P＝97%年份年平均流量 0.784 m3/s，枯水年水量2 472萬m3。

2.2.2 城市供水應(yīng)急備用水源方案比選

按2030年需水預(yù)測(cè)，重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)按工業(yè)需水量的30%計(jì)，城市居民生活應(yīng)急水量人均100L/人·d，則日應(yīng)急供水規(guī)模25.0萬t/d。庫容備用期15 d。

懷化市應(yīng)急備用水源擬定方案如下：

方案一：新建城東水廠。利用裕鴻電站和大沖龍水庫向城東水廠日常供水，兼作部分應(yīng)急備用水源。方案二：新建城東水廠。利用竹林坪水庫、裕鴻電站和大沖龍電站同時(shí)向城東水廠日常供水，由于竹林坪水庫到城東水廠需經(jīng)過鐵路自備水廠（5萬t/d）,擬將鐵路水廠改造為應(yīng)急備用水廠，應(yīng)急備用水源由竹林坪水庫、大沖龍水庫承擔(dān)。應(yīng)急備用水廠除鐵路水廠外，不夠部分由第二水廠和城東水廠承擔(dān)。詳見表5。

表5 2030年懷化市城區(qū)已建及規(guī)劃水源規(guī)模表

（1）在考慮日常供水與應(yīng)急備用結(jié)合后易于分期實(shí)施，且便于設(shè)備運(yùn)行維護(hù)，一旦發(fā)生水污染事件能保障快速投運(yùn)。

（2）便于利用己有鐵路自備水廠作為應(yīng)急備用。

（3）增加城東水廠的日常供水有利于配合城市總體規(guī)劃布局（城東城市供水人口發(fā)展到15萬人及新增工業(yè)企業(yè)，需要增加城東水廠的日常供水規(guī)模），優(yōu)化懷化城市供水布局。

在新產(chǎn)品開發(fā)階段，企業(yè)應(yīng)抓住來自企業(yè)內(nèi)部和外部的商機(jī)，迅速轉(zhuǎn)化為實(shí)際的產(chǎn)品概念，利用現(xiàn)有產(chǎn)品和零件的重復(fù)性，面向生產(chǎn)設(shè)計(jì)，加快產(chǎn)品推向市場(chǎng)的速度，最大可能性地降低成本，實(shí)現(xiàn)利益最大化。

方案一的優(yōu)點(diǎn)是投資較方案二省，其主要缺點(diǎn)是

竹林坪水庫為第二水廠的應(yīng)急備用水源，平時(shí)不供水，設(shè)備閑置，運(yùn)行維護(hù)和人員經(jīng)費(fèi)來源困難。如運(yùn)行維護(hù)不到位，管理不善，則易出現(xiàn)發(fā)生水污染事故后，設(shè)備運(yùn)行困難的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)綜合比較，擬推薦方案二。

根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，綜合考慮建設(shè)資金，建設(shè)條件，項(xiàng)目業(yè)主的意見等因素，擬對(duì)推薦方案分期實(shí)施。

2.2.3 應(yīng)急備用供水水源方案

應(yīng)急備用供水水源：城東水廠除10萬t/d日常供水外，需設(shè)置應(yīng)急備用規(guī)模10萬t/d；鐵路水廠（5萬t/d）改造為應(yīng)急備用水廠。2030年應(yīng)急備用取水規(guī)模共計(jì)25萬t/d，應(yīng)急備用水量375萬t。

（1）大沖龍水庫。新建大沖龍水庫，作為城東水廠的補(bǔ)充水源和應(yīng)急水源。壩址以上集水面積2.13 km2，外引面積為7.26 km2，總的集水面積9.39 km2，考慮引水后，水庫多年平均產(chǎn)水量294.7萬m3，P= 90%保證率年產(chǎn)水量238.0萬m3。城東水廠特干旱年缺水量260萬m3（從裕鴻電站取水后的缺水量），初擬大沖龍水庫正常蓄水位475 m，正常庫容372萬m3，將懷化市城市部分應(yīng)急備用庫容75萬m3，置于極限死水位442 m以上，極限死庫容1萬m3。死庫容為76萬m3，相應(yīng)死水位為456 m。有效庫容296萬m3，完全能滿足城東水廠干旱年缺水量260萬m3的要求。

（2）竹林坪水庫。竹林坪水庫開發(fā)目標(biāo)調(diào)整為城東水廠的日常供水水源和應(yīng)急水源，正常蓄水位233m，相應(yīng)庫容1450萬m3，調(diào)節(jié)庫容1320萬m3，多年平均產(chǎn)水量3567萬m3。將應(yīng)急備用庫容300萬m3置于死水位214.6m以上，應(yīng)急常水位218.8m。

懷化市城市供水水源基本情況見表6。

表6 懷化市城市供水水源基本情況表

（3）近期應(yīng)急備用水源實(shí)施方案。懷化市2020年應(yīng)急備用水源建設(shè)，近期按低標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)按工業(yè)需水量的10%計(jì)，城市居民生活應(yīng)急水源人均取水100 L/人·d，則日應(yīng)急供水規(guī)模15.0萬t/d。庫容備用期10 d。備用水源規(guī)模為150萬t。

建設(shè)內(nèi)容：①新建城東水廠及輸水管道。供水規(guī)模10萬t/d（日常供水規(guī)模5萬t/d，應(yīng)急備用規(guī)模5萬t/d）。其中輸水管道包括：大沖龍、裕鴻到城東水廠管道（供水規(guī)模5萬t/d，其中日常供水規(guī)模2.2萬t/d，應(yīng)急備用規(guī)模2.8萬t/d）；竹林坪至城東水廠（中間經(jīng)過鐵路水廠）管道（供水規(guī)模5萬t/d，其中：日常供水規(guī)模2.8萬t/d，應(yīng)急備用規(guī)模2.2萬t/d）。②鐵路水廠改造（供水規(guī)模5萬t/d）。③新建大沖龍水庫。

3 結(jié)論與建議

懷化市城市第二水源及應(yīng)急水源工程方案論證歷經(jīng)了從最初的沅水干流托口水庫長(zhǎng)距離引水，替代懷化市新增城市發(fā)展用水，托口水庫為第二水源，并與舞水互為懷化市城市應(yīng)急備用水源。逐步調(diào)整為從優(yōu)化懷化市城市水廠合理布局考慮，興建城東水廠，利用裕鴻電站和大沖龍水庫、竹林坪水庫（應(yīng)急）與舞水互為應(yīng)急備用水源。再通過方案優(yōu)化，擬采用裕鴻電站和大沖龍水庫、竹林坪水庫作為城東水廠日常供水和應(yīng)急水源，同時(shí)改造鐵路自備水廠與舞水互為應(yīng)急備用水源的應(yīng)急水源方案。通過懷化市城市應(yīng)急水源方案論證得出如下結(jié)論和建議：

（1）杯化市城區(qū)緊鄰舞水，舞水水量豐富，堅(jiān)持以舞水河為懷化市的主水源，并做好舞水河水資源的環(huán)境保護(hù)工作。

（2）以懷化市城市周邊水庫作為應(yīng)急備用水源，與舞水互為備用，不僅投資省、見效快、便于分期實(shí)施，由于日常維修經(jīng)費(fèi)有保障，需應(yīng)急供水時(shí)能及時(shí)投入運(yùn)行，比從托口水庫長(zhǎng)距離引水的第二水源和應(yīng)急備用水源方案更符合懷化市的實(shí)際。

（3）城市在應(yīng)急備用水源和第二水源規(guī)劃時(shí)，應(yīng)盡可能做到平、急結(jié)合，河水與水庫水源兼顧，最大限度地利用城市現(xiàn)有供水管網(wǎng)及水廠的處理能力。

（4）當(dāng)懷化市城市舞水河主水源停用時(shí)，城市應(yīng)急供水仍能保證總用水量的38%和正常生活用水總量的115%，懷化市城市應(yīng)急水源方案，對(duì)其他城市應(yīng)急水源方案選擇具有借鑒作用。

2015-12-10）

卜繼勘（1963-），男，湖南益陽人，大學(xué)本科，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，E-mail：BJK12@163.com。