鄒 磊

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北武漢 430010)

應(yīng)急供水是當(dāng)城市發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，現(xiàn)有給水系統(tǒng)無(wú)法滿足城市正常用水需求，需要通過啟用應(yīng)急供水設(shè)施保障城市應(yīng)急狀況下用水需求的供水方式。

2004年—2010年，國(guó)內(nèi)頻頻發(fā)生因突發(fā)水源污染影響城市供水的事件，嚴(yán)重影響了正常的社會(huì)生產(chǎn)與生活秩序[1]。因此，2008年—2015年，國(guó)家“水體污染控制與治理”科技重大專項(xiàng)飲用水主題中開展了多項(xiàng)與應(yīng)急供水技術(shù)相關(guān)的研究課題，形成了水廠應(yīng)急凈化技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)了飲用水應(yīng)急處理導(dǎo)試水廠和移動(dòng)式應(yīng)急處理藥劑投加系統(tǒng)，并在城市供水系統(tǒng)應(yīng)對(duì)多起突發(fā)性水源污染事故中得到廣泛應(yīng)用，取得了較好的效果；2016年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部啟動(dòng)實(shí)施“國(guó)家供水應(yīng)急救援能力建設(shè)”項(xiàng)目，在我國(guó)華北、華東等8個(gè)區(qū)域建立國(guó)家供水應(yīng)急救援中心，各配備1套應(yīng)急供水規(guī)模為480 m3/d的應(yīng)急供水裝備，可滿足災(zāi)區(qū)12萬(wàn)人的基本飲水需求，提高了國(guó)家應(yīng)急供水救援水平，華中基地也于2020年7月圓滿完成了湖北省恩施城區(qū)應(yīng)急供水保障行動(dòng)。然而，目前國(guó)內(nèi)缺乏指導(dǎo)性、系統(tǒng)性的應(yīng)急供水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系。

基于此背景，本文首先通過分析國(guó)內(nèi)應(yīng)急供水技術(shù)方面的研究和工程項(xiàng)目應(yīng)用概況，梳理出包括應(yīng)急水源設(shè)計(jì)技術(shù)和應(yīng)急處理設(shè)計(jì)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)在內(nèi)的城市應(yīng)急供水工程設(shè)計(jì)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合建設(shè)和運(yùn)行成本、副作用和風(fēng)險(xiǎn)、適用范圍和關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)、創(chuàng)新點(diǎn)和創(chuàng)新程度、先進(jìn)程度和規(guī)范性文件、效益和可推廣性，對(duì)技術(shù)的成熟性、先進(jìn)性、應(yīng)用效果和工藝設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，建立起關(guān)鍵技術(shù)的特性、質(zhì)量和價(jià)值指標(biāo)的三級(jí)評(píng)估指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新技術(shù)成果的標(biāo)準(zhǔn)化，構(gòu)建城市應(yīng)急供水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系。

1 應(yīng)急供水技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

應(yīng)急供水涵蓋了供水系統(tǒng)從水源到水處理工藝、配水系統(tǒng)最終到飲用水的全過程[2]，旨在通過建設(shè)和啟用應(yīng)急供水設(shè)施，有效應(yīng)對(duì)突發(fā)性水源、水廠及管網(wǎng)問題，提高城市在應(yīng)急狀況下的供水安全保障能力，增強(qiáng)城市供水韌性。經(jīng)過調(diào)研和梳理水專項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)急處理案例、應(yīng)急供水工程應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)化文件和文獻(xiàn)資料等，凝練形成城市應(yīng)急供水工程設(shè)計(jì)技術(shù)，包括應(yīng)急水源設(shè)計(jì)技術(shù)、應(yīng)急處理設(shè)計(jì)技術(shù)和其他應(yīng)急工程設(shè)計(jì)技術(shù)。

1.1 應(yīng)急水源設(shè)計(jì)技術(shù)

2015年之前，應(yīng)急水源和備用水源的定義較為模糊，一般統(tǒng)稱為“應(yīng)急備用水源”。2015年4月2日，國(guó)務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，規(guī)定“單一水源供水的地級(jí)及以上城市應(yīng)于2020年底前基本完成備用水源或應(yīng)急水源建設(shè)”，此后“十三五”期間的應(yīng)急水源工程案例在全國(guó)范圍內(nèi)逐步增多。在2016年8月發(fā)布的《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》(GB 50282—2016)以及2018年12月發(fā)布的《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50013—2018)中明確了應(yīng)急水源的定義?；趹?yīng)急水源的定位，統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)已建的應(yīng)急水源工程規(guī)模、建設(shè)內(nèi)容、總投資等情況如表1所示。

表1 應(yīng)急水源工程項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of Emergency Water Source Projects

應(yīng)急水源設(shè)計(jì)技術(shù)成熟性較高，部分內(nèi)容已納入標(biāo)準(zhǔn)化文件，實(shí)際應(yīng)用案例較多，可推廣性較強(qiáng)，通過應(yīng)急水源的及時(shí)啟用進(jìn)行水源快速切換，保證水廠的原水供應(yīng)，適用于應(yīng)對(duì)突發(fā)性水源問題。

1.2 應(yīng)急處理設(shè)計(jì)技術(shù)

2006年以前，人們對(duì)自然災(zāi)害或人為事件可能導(dǎo)致水體突發(fā)污染進(jìn)而產(chǎn)生供水危機(jī)的意識(shí)薄弱，對(duì)供水安全的認(rèn)識(shí)不到位。“十一五”水專項(xiàng)實(shí)施前，水廠沒有應(yīng)急處理設(shè)施和有效的應(yīng)急處理技術(shù)，在水源地發(fā)生污染事件時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)開展試驗(yàn)確定應(yīng)急處理參數(shù)，臨時(shí)進(jìn)行工藝改造，通過應(yīng)急處理使水質(zhì)達(dá)標(biāo)后再恢復(fù)供水，往往造成停水的重大事故。

在“十一五”“十二五”水專項(xiàng)課題中，通過“自來水廠應(yīng)急凈化處理技術(shù)及工藝體系研究與示范(2008ZX07420-005)”的實(shí)施，對(duì)飲用水相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所涉及的全部100多項(xiàng)污染物逐項(xiàng)確定應(yīng)急處理的技術(shù)、工藝參數(shù)和最大應(yīng)對(duì)污染物超標(biāo)倍數(shù)，首次建立了由6類關(guān)鍵技術(shù)組成的應(yīng)對(duì)水源突發(fā)污染的城市供水應(yīng)急處理技術(shù)體系，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，技術(shù)完備和規(guī)?；a(chǎn)情況良好，研究成果已納入《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50013—2018)中，并在城市供水系統(tǒng)應(yīng)對(duì)多起突發(fā)性水源污染事故中得到了廣泛應(yīng)用，取得了較好的效果。統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)已建的應(yīng)急處理工程建設(shè)地點(diǎn)、建設(shè)年份、設(shè)計(jì)規(guī)模、投加點(diǎn)和應(yīng)急藥劑如表2所示。

表2 應(yīng)急處理工程項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of Emergency Treatment Projects

應(yīng)急處理設(shè)計(jì)技術(shù)成熟性高，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)際應(yīng)用案例較多，社會(huì)效益明顯，可推廣性強(qiáng)。通過在水源或水廠投加應(yīng)急處理藥劑進(jìn)行應(yīng)急凈水，降低污染物濃度、提高污染物去除率，使水廠出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，適用于應(yīng)對(duì)突發(fā)性水源水質(zhì)問題。

1.3 其他應(yīng)急工程設(shè)計(jì)技術(shù)

“十一五”“十二五”期間，蘇州、無(wú)錫和寧波3個(gè)城市通過建設(shè)應(yīng)急配水連通管道實(shí)現(xiàn)了多水源多水廠的清水調(diào)配，應(yīng)急供水量可達(dá)日常供水量的55.60%～75.80%[3-4]，應(yīng)急供水水質(zhì)滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)的要求，切實(shí)保障了事故狀態(tài)下的應(yīng)急水量及水質(zhì)，總體供水安全性較高。

通過調(diào)研國(guó)內(nèi)外應(yīng)急供水系統(tǒng)的案例，梳理出為了滿足地震、極端氣候、海嘯、超級(jí)臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害情況下供水需求的應(yīng)急供水站和應(yīng)急儲(chǔ)水設(shè)施，通過儲(chǔ)備的清水保證城市供水系統(tǒng)修復(fù)前應(yīng)急狀態(tài)下的居民生存用水，最大應(yīng)急供水時(shí)間可達(dá)28 d。

將以上幾項(xiàng)技術(shù)合并歸納為其他應(yīng)急工程設(shè)計(jì)技術(shù)，包括應(yīng)急配水連通管道設(shè)計(jì)技術(shù)、清水儲(chǔ)備與應(yīng)急救援設(shè)計(jì)技術(shù)等，整體成熟性一般，應(yīng)用案例較少，可推廣性一般。其中，應(yīng)急配水連通管道設(shè)計(jì)是指通過多水廠供水區(qū)域間應(yīng)急配水連通管道及配套設(shè)施進(jìn)行清水調(diào)配，適用于應(yīng)對(duì)多區(qū)域供水系統(tǒng)的突發(fā)性部分水廠水量或清水輸水管道問題；清水儲(chǔ)備與應(yīng)急救援設(shè)計(jì)是指通過儲(chǔ)備或制備的清水保證城市供水系統(tǒng)修復(fù)前應(yīng)急狀態(tài)下的居民生存用水。

2 技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系

結(jié)合前文介紹的應(yīng)急水源設(shè)計(jì)技術(shù)、應(yīng)急處理設(shè)計(jì)技術(shù)及其他應(yīng)急工程設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，參照《城鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)技術(shù)評(píng)估指南》(T/CECA 20013—2021)確定的評(píng)估流程和評(píng)估方法，建立了一套合理且有效的評(píng)估指標(biāo)體系評(píng)價(jià)技術(shù)的質(zhì)量和價(jià)值，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括特性指標(biāo)、質(zhì)量指標(biāo)和價(jià)值指標(biāo)3類。

2.1 技術(shù)特性評(píng)價(jià)

一級(jí)指標(biāo)包括經(jīng)濟(jì)效能、安全性和工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，二級(jí)指標(biāo)包括建設(shè)指標(biāo)、運(yùn)行成本指標(biāo)、副作用和風(fēng)險(xiǎn)、關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，具體評(píng)價(jià)內(nèi)容如表3所示。

表3 技術(shù)特性評(píng)價(jià)Tab.3 Technical Characteristic Evaluation

2.2 技術(shù)質(zhì)量評(píng)價(jià)

一級(jí)指標(biāo)包括成熟性、創(chuàng)新性、先進(jìn)性和規(guī)范性，二級(jí)指標(biāo)包括就緒度[6]、技術(shù)完備情況、創(chuàng)新目標(biāo)、創(chuàng)新技術(shù)內(nèi)容、創(chuàng)新點(diǎn)、創(chuàng)新程度、創(chuàng)新類型、先進(jìn)程度、規(guī)范性文件，具體評(píng)價(jià)內(nèi)容如表4所示。

表4 技術(shù)質(zhì)量評(píng)價(jià)Tab.4 Technical Quality Evaluation

2.3 技術(shù)價(jià)值評(píng)價(jià)

一級(jí)指標(biāo)包括技術(shù)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益和可推廣性，二級(jí)指標(biāo)包括技術(shù)增量、受益人口數(shù)量和受益程度、水資源保護(hù)與利用的綜合效益、技術(shù)應(yīng)用適用性，具體評(píng)價(jià)內(nèi)容如表5所示。

表5 技術(shù)價(jià)值評(píng)價(jià)Tab.5 Technical Value Evaluation

3 應(yīng)急供水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)框架構(gòu)建

通過上文介紹的技術(shù)指標(biāo)評(píng)估體系，結(jié)合實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的背景調(diào)研、風(fēng)險(xiǎn)分析、工程設(shè)計(jì)等步驟，建立設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)框架，明確城市應(yīng)急供水工程設(shè)計(jì)方案的組成和主要內(nèi)容，提高城市應(yīng)急供水設(shè)施設(shè)計(jì)和建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，推動(dòng)城市應(yīng)急供水能力建設(shè)。

其中，應(yīng)急水源設(shè)計(jì)技術(shù)評(píng)估包括在突發(fā)狀況下通過應(yīng)急水源的快速啟用能保證水廠的原水供應(yīng)，用于應(yīng)對(duì)突發(fā)性水源問題。應(yīng)急水源工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵參數(shù)包括應(yīng)急水源建設(shè)規(guī)模、水源類型及水質(zhì)、系統(tǒng)構(gòu)成、應(yīng)急用水量指標(biāo)和應(yīng)急供水時(shí)間等；應(yīng)急處理設(shè)計(jì)技術(shù)評(píng)估包括在突發(fā)狀況下通過在水源或水廠投加應(yīng)急處理藥劑進(jìn)行應(yīng)急凈水，降低污染物濃度、提高污染物去除率，使水廠出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，用于應(yīng)對(duì)突發(fā)性水源水質(zhì)問題。應(yīng)急處理工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵參數(shù)包括應(yīng)急凈水技術(shù)選用、應(yīng)急藥劑種類、投加量、投加點(diǎn)、投加方式和儲(chǔ)存量等。

3.1 總體思路

在梳理城市供水系統(tǒng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，針對(duì)性地提出應(yīng)急工程設(shè)計(jì)方案，指導(dǎo)應(yīng)急供水設(shè)施建設(shè)，保障城市在突發(fā)狀況下的應(yīng)急供水。

3.2 應(yīng)急工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)框架

構(gòu)建的應(yīng)急供水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)架、組成及主要內(nèi)容如表6所示。

表6 體系框架及主要內(nèi)容Tab.6 System Framework and Main Content

3.3 案例介紹

通過建立的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系框架，選取大理應(yīng)急供水工程作為應(yīng)用案例，針對(duì)城市供水系統(tǒng)存在的風(fēng)險(xiǎn)，編制應(yīng)急工程設(shè)計(jì)方案如下。

(1)供水系統(tǒng)現(xiàn)狀：大理市轄下關(guān)、大理兩個(gè)城區(qū)，喜洲、上關(guān)等9個(gè)鎮(zhèn)及大理經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，2025年規(guī)劃人口約為100萬(wàn)人。城市生產(chǎn)、生活主要取用洱海水，境內(nèi)有河流100余條，除西洱河外，其他主要溪河有25條，全部發(fā)源于大理盆地四周山麓并流入洱海。環(huán)洱海周邊現(xiàn)有17座水廠，總規(guī)模為59.20萬(wàn)m3/d，各系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，基本沒有實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。

(2)供水系統(tǒng)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)分析：現(xiàn)階段水源相對(duì)單一，一旦發(fā)生突發(fā)性水源污染事件，將面臨無(wú)供水水源的問題，供水安全存在較大隱患；水廠數(shù)量多、規(guī)模小，沿洱海東西兩側(cè)分布，大多采用混凝沉淀、連續(xù)膜過濾制水工藝，原水水質(zhì)出現(xiàn)惡化時(shí)，水廠產(chǎn)水量降低，出水水質(zhì)也存在安全隱患；全市供水管網(wǎng)隨著城市的發(fā)展逐步鋪設(shè)延伸，已有管網(wǎng)布局凌亂、分散，水源也不盡相同，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，老的管道已使用三十多年，多已腐蝕或嚴(yán)重結(jié)垢，管材選用及管徑不合理，致使水壓不合理、漏水損失多，供水普及率有限，甚至?xí)r有“爆管”發(fā)生，特別是至今仍在使用的混凝土管，管道漏損嚴(yán)重，供水安全性較差。

(3)應(yīng)急供水工程設(shè)計(jì)方案：大理應(yīng)急供水工程建設(shè)的主要工程內(nèi)容有3部分，分別是各水廠的應(yīng)急取水工程、應(yīng)急凈水工程、應(yīng)急供水工程。應(yīng)急取水部分主要是通過建設(shè)應(yīng)急取水泵站、取水頭部、應(yīng)急取水調(diào)蓄池及輸水管道等工程措施，為各水廠建立應(yīng)急水源的取水、蓄水、輸水系統(tǒng)。應(yīng)急凈水部分主要是通過增加前置粉末活性炭投加系統(tǒng)、前置粉末高錳酸鉀投加系統(tǒng)，增強(qiáng)各水廠在洱海發(fā)生藍(lán)藻暴發(fā)時(shí)的凈水能力。應(yīng)急供水部分主要是通過配水連通管網(wǎng)改造，增強(qiáng)片區(qū)調(diào)水能力；配備移動(dòng)供水車，增加臨時(shí)供水點(diǎn)；改造局部管網(wǎng)，增加供水量。以海西片區(qū)上關(guān)水廠及喜洲水廠為設(shè)計(jì)案例進(jìn)行說明。

①應(yīng)急水源：上關(guān)水廠(2.0萬(wàn)m3/d)離三庫(kù)連通引水至洱海應(yīng)急補(bǔ)水的補(bǔ)水口較近，選擇“三庫(kù)連通水源”作為應(yīng)急水源，建設(shè)應(yīng)急取水泵站(4.0 萬(wàn)m3/d，可同時(shí)供給上關(guān)水廠和喜洲水廠)及輸水管道(DN700，8.2 km)，洱海水質(zhì)惡化時(shí)，啟動(dòng)應(yīng)急泵站，將“三庫(kù)連通水源”輸送至上關(guān)水廠。喜洲水廠(2.0萬(wàn)m3/d)離上關(guān)水廠洱海取水泵站輸水管線較近，將喜洲水廠輸水管線與上關(guān)水廠輸水管線連通，可利用上關(guān)水廠的原水輸水管獲得“三庫(kù)連通水源”作為應(yīng)急水源。

②應(yīng)急處理：上關(guān)水廠和喜洲水廠現(xiàn)狀水源均為洱海水，上關(guān)水廠取水泵房已有粉末活性炭投加裝置，新增一套高錳酸鉀投加裝置(投加量為0.65～13 kg/h)；喜洲水廠取水泵房新增一套高錳酸鉀投加裝置(投加量為0.65～13 kg/h)、一套粉末活性炭投加裝置。高錳酸鉀和粉末活性炭投加裝置均采用一體化成品，用于粉末藥劑射流投加，現(xiàn)場(chǎng)提供水源和氣源。

③應(yīng)急調(diào)水：通過已連通的大鳳路供水干管，可進(jìn)行區(qū)域調(diào)水。

④典型事故下應(yīng)急方案：當(dāng)洱海發(fā)生藻類污染時(shí)，上關(guān)水廠和喜洲水廠啟動(dòng)應(yīng)急處理系統(tǒng)；當(dāng)污染程度超過應(yīng)急處理系統(tǒng)處理能力時(shí)，啟動(dòng)應(yīng)急水源，三庫(kù)連通工程已通水的茈碧湖到洱海應(yīng)急補(bǔ)水工程的補(bǔ)水量平均為17.6萬(wàn)m3/d，可滿足上關(guān)水廠和喜洲水廠對(duì)急水源的要求。

(4)工程效果分析：在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，通過應(yīng)急工程的建設(shè)實(shí)施可在一定程度上維持上關(guān)水廠、喜洲水廠、銀橋水廠、新三水廠、新鳳儀水廠等17座水廠的生產(chǎn)，基本滿足大理古城、海西片區(qū)、下關(guān)城區(qū)、海東鎮(zhèn)及海東中心城區(qū)應(yīng)急供水要求。工程的社會(huì)效益十分顯著，遠(yuǎn)大于其直接經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

本文綜述了已有的應(yīng)急供水技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，匯總了相應(yīng)的技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系，構(gòu)建了應(yīng)急供水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)框架。

城市應(yīng)急供水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系根據(jù)城市現(xiàn)有供水系統(tǒng)特點(diǎn)及污染風(fēng)險(xiǎn)，因地制宜靈活選擇應(yīng)急水源、應(yīng)急處理等應(yīng)急技術(shù)的結(jié)合進(jìn)行應(yīng)急能力提升建設(shè)，輔以應(yīng)急救援，可有效保障應(yīng)急處置期間居民的正常生活用水，增強(qiáng)城市供水韌性。同時(shí)，依據(jù)建立的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系框架編制了大理應(yīng)急供水工程設(shè)計(jì)方案，有效指導(dǎo)了大理市供水應(yīng)急能力提升的建設(shè)。

城市供水系統(tǒng)應(yīng)急工程設(shè)計(jì)技術(shù)涵蓋了供水系統(tǒng)從水源到水廠至管網(wǎng)的整個(gè)全流程，就緒度高、應(yīng)用廣泛，具有顯著的社會(huì)效益和實(shí)用價(jià)值。