卜繼勘

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

城市供水應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設計研究總院 長沙市 410007）

文章初步硏究了突發(fā)性水污染事故發(fā)生時城市應急供水規(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，分析擬定應急備用時間、應急供水標準和規(guī)模。根據(jù)懷化市城市規(guī)劃和實際，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急供水。遠期懷化市城市突發(fā)水污染事故應急供水備用時間為15 d，應急供水規(guī)模25萬t/d，近期應急供水備用時間為10 d，應急供水規(guī)模15萬t/d。

城市應急供水 應急供水規(guī)模 水源方案 平急結(jié)合

水是生命之源。對于城市而言，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殺手。污染事故頻繁發(fā)生，必然導致水環(huán)境的普遍惡化，嚴重影響人民群眾的生活和社會穩(wěn)定。建立城市供水應急水源，對于提高城市供水應急能力，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荷運轉(zhuǎn)，過高的供水負荷給水廠的運營管理和安全帶來壓力和隱患，為此，懷化市啟動了二水廠擴建工程，目前懷化市二水廠二期工程10萬t/d己進入調(diào)試階段，預計2015年底可投產(chǎn)運行。

現(xiàn)有水廠供水規(guī)模見表1。

舞水發(fā)源于貴州，上游有貴州省幾個大型礦場和其它重金屬礦，發(fā)生水污染突發(fā)事件的概率較高，對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)基本達標。由于沒有應急備用水源，難以有效應對針對主水源的突發(fā)性污染事故。

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

2 懷化市城市應急備用水源方案初步研究

2.1 應急備用供水規(guī)模預測

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，設計水平年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 應急備用需水量預測

（1）日應急備用需水量。應急情況下主要考慮城鎮(zhèn)居民生活、特殊（重點）工業(yè)企業(yè)需水和對人類生存環(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%。應急供水情況下，居民生活用水按照拘謹型壓縮后約為80 L/（人· d），考慮公共建筑和服務用水，確定城市應急供水時人均綜合生活用水指標為100 L/（人·d）。

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

表3 2030年懷化市應急備用水源供水規(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，重點工業(yè)生產(chǎn)用水按工業(yè)需水量30%考慮，應急供水規(guī)模為24.81萬t/d（取25.0萬t/d）。

（2）應急供水原則及備用時間。

①應急供水原則。突發(fā)性污染事故發(fā)生時，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上，依次滿足與民生密切相關的特殊工業(yè)（如電力、燃氣、水的生產(chǎn)供應和食品制造業(yè)）用水，其次是與地方經(jīng)濟發(fā)展密切相關的支柱工業(yè)，重要工業(yè)用水，一般工業(yè)用水和環(huán)境用水等。

②應急備用時間分析。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)有機物和重金屬污染風險。

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，較容易擴散，具有一定的持續(xù)污染時間。

懷化市各水廠取水口之間相距10 km左右，直補性較弱，若上游取水口附近發(fā)生水污染事故，將導致整個城市供水中斷，利用水力模型預測污染物的影響時間，并總結(jié)分析國內(nèi)發(fā)生過的類似水污染事故案例，預測突發(fā)水污染事故對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，各種供水風險情況下的風險持續(xù)時間見表4。

表4 各種供水下的風險持續(xù)時間 d

應急供水天數(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)計資料，有40起造成停水，停水時間從3小時到26天不等，目前在建設應急備用水源工程時一般選擇應急供水的天數(shù)為（5～12）d，為留有余地，擬定懷化市城區(qū)供水事故應急備用時間為15d。

（3）2030年備用水源規(guī)模。

應急備用水源規(guī)模根據(jù)式（1）計算確定：

式中 R——應急備用水源規(guī)模（m3）；

Q——城市應急供水需水量（m3/d）；

t——城市應急供水時間（d）。

城市應急供水需水量Q根據(jù)式（2）計算確定：

式中 Q1——應急供水居民基本生活需水量（m3/d）；

Q2——應急供水工業(yè)需水量（m3/d）；

Q3——包括應急供水公共設施需水量、應急

供水消防需水量和應急供水其他需水量（m3/d）；

Q4——應急供水期間水廠仍可維持的供水量（m3/d）；

城市應急供水時間t主要根據(jù)典型污染事故假設情況下，污染物對水廠取水影響的時間確定。

根據(jù)以上分析懷化市城區(qū)供水事故應急備用時間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，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)長度19 km，二水廠標高228 m，城東片標高248 m，相差20余米。輸送距離長，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月己啟動城東水廠前期工作。

城東水廠為懷化市城區(qū)東部日常供水及應急備用水廠，水源來自取舞水二級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告》，對不同時段水質(zhì)檢測分析，取水口斷面以上水質(zhì)良好，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）Ⅱ類水標準，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 城市供水應急備用水源方案比選

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

懷化市應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急備用水廠，應急備用水源由竹林坪水庫、大沖龍水庫承擔。應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。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急備用結(jié)合后易于分期實施，且便于設備運行維護，一旦發(fā)生水污染事件能保障快速投運。

（2）便于利用己有鐵路自備水廠作為應急備用。

（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)應抓住來自企業(yè)內(nèi)部和外部的商機，迅速轉(zhuǎn)化為實際的產(chǎn)品概念，利用現(xiàn)有產(chǎn)品和零件的重復性，面向生產(chǎn)設計，加快產(chǎn)品推向市場的速度，最大可能性地降低成本，實現(xiàn)利益最大化。

方案一的優(yōu)點是投資較方案二省，其主要缺點是

竹林坪水庫為第二水廠的應急備用水源，平時不供水，設備閑置，運行維護和人員經(jīng)費來源困難。如運行維護不到位，管理不善，則易出現(xiàn)發(fā)生水污染事故后，設備運行困難的風險。經(jīng)綜合比較，擬推薦方案二。

根據(jù)項目的具體情況，綜合考慮建設資金，建設條件，項目業(yè)主的意見等因素，擬對推薦方案分期實施。

2.2.3 應急備用供水水源方案

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

（1）大沖龍水庫。新建大沖龍水庫，作為城東水廠的補充水源和應急水源。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)目標調(diào)整為城東水廠的日常供水水源和應急水源，正常蓄水位233m，相應庫容1450萬m3，調(diào)節(jié)庫容1320萬m3，多年平均產(chǎn)水量3567萬m3。將應急備用庫容300萬m3置于死水位214.6m以上，應急常水位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）近期應急備用水源實施方案。懷化市2020年應急備用水源建設，近期按低標準實施，重點工業(yè)企業(yè)按工業(yè)需水量的10%計，城市居民生活應急水源人均取水100 L/人·d，則日應急供水規(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（應急）與舞水互為應急備用水源。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急水源，同時改造鐵路自備水廠與舞水互為應急備用水源的應急水源方案。通過懷化市城市應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)境保護工作。

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

（3）城市在應急備用水源和第二水源規(guī)劃時，應盡可能做到平、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）當懷化市城市舞水河主水源停用時，城市應急供水仍能保證總用水量的38%和正常生活用水總量的115%，懷化市城市應急水源方案，對其他城市應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，大學本科，研究員級高級工程師，主要從事水利水電規(guī)劃設計工作，E-mail：BJK12@163.com。