多水源多管網城市分質供水探索

趙 榮 馨

(太原市城鄉規劃設計研究院，山西 太原 030001)

0 引言

從古到今，水資源與城市發展有著緊密的關系，古代的名城基本都是臨水而建，因為一座城市里有了水便有了靈氣。如今，隨著我國城市化進程加快，城市人口聚集，人類活動和產業發展和水資源的關系越來越緊密。水資源作為重要的自然資源，應科學確定其與城鄉發展的關系，研究水資源的合理高效利用途徑。為此，黨中央國務院就保障國家水安全問題提出了“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產”的城市發展思路，重塑人水和諧平衡關系。要落實最嚴格水資源管理制度，推動以水資源的永續利用支撐城市經濟社會的可持續發展。這也是踐行“綠水青山就是金山銀山”理論的重要舉措。

1 研究背景

1.1 國際用水新趨勢

現階段，國際和國內都在經歷氣候變暖、資源短缺、災害頻發等問題，可持續發展、綠色發展、韌性發展等目標越來越多見于國際大城市的規劃目標中。用水呈現水中立、安全化、高效率、分散化、高品質的發展理念。

水中立是指發展不應該導致對水需求的全面崛起；安全化主要包括兩個方面：一是指水源的供應量有保證，二是指水系統應對突發事件的能力強；高效化指更好利用水資源、提高中水回用的比例、減少消耗量全面提高用水效率；分散(統籌)化供水是指非常規水雨水、污水、礦井水的就地利用；高品質，指減少河流水體污染，提高水質，提供的飲用水的品質要比較高，如在城市住宅和各類公共設施中，全面提供直飲水；德國已經實現，所有公共自來水系統都達到直飲水標準。

1.2 國內用水發展新理念

鑒于水資源的重要性，目前的城市發展規劃的理念已經開始轉變。從原先以城市為核心的發展建設理念根據城市產業發展規模和人口來確定水資源的規模和供水設施的布局，轉變為城市規模與城市發展方向的確定、城市建設范圍的劃定應當建立在全域分析、保證自然資源的可持續發展的基礎之上。以2018年批復的《北京市總體規劃(2016—2035)》為例，此規劃堅持以資源環境承載能力為剛性約束條件，確定人口總量上限、生態控制線、城市開發邊界，實現由擴張性規劃轉向優化空間結構的規劃。城市規模方面提出以水定人的發展思路。《上海市總體規劃(2017—2035年)》提出建設更加可持續的韌性生態之城的發展目標，規劃建立了更加可持續的韌性生態之城的支撐性指標體系，包括河湖水面率、水(環境)功能區達標率等，以支撐城市發展目標的實現，水資源方面，上海2035年用水總量繼續進行紅線控制，控制在138億m3，萬元GDP用水量控制在22.5 m3以下，萬元工業增加值用水量控制在33 m3以下。

1.3 太原市用水面臨的新挑戰

太原市作為山西省省會、國家可持續發展議程創新示范區，同時也是一個北方缺水城市，關于水資源方面，各級政府頒布了許多相關政策，為太原市用水提出了新要求。

1)國家層面政策。

《國家17個部委對國家可持續發展議程創新示范區支持政策和工作建議》中：水利部提出鼓勵非常規水源工程納入水源工程體系，住建部要求太原、桂林、深圳三市建立管網漏損體系，提升供水精細化管理水平。

2)山西省政策。

《山西省水污染防治2018年行動計劃》當中要求：太原市完成最嚴格水資源管理制度工作方案年度目標，嚴控地下水超采。2018年9月中共山西省委發布的《以汾河為重點的“七河”流域生態保護與修復總體方案》要求：實施河流生態補水工程，充分用足黃河水將引黃水和跨流域調水主要作為工業用水，退還流域內被擠占的生態水量，逐步增加河道生態水量。

3)太原市政策。

太原市人民政府辦公廳發布了《關于實施最嚴格水資源管理制度的實施意見》(政辦發[2015]8號)，主要目標：確立水資源開發利用控制紅線，2030年，全市用水總量控制在10.47億m3以內；地下水1.37億m3，地表水3.7億m3，引黃水5.4億m3；《太原市可持續發展議程創新示范區建設方案》要求：城市實施關井壓采，利用引黃工程南干線供水能力，建設引黃原水直供工程，通過水源置換，對現有巖溶水開采經實施關井壓采。再生水利用率達到25%。

2 太原市現狀供水情況

2.1 太原市供需現狀

根據《2015年太原市水資源公報》，2015年，太原市域總供水量74 658.25萬m3，其中，地下水源供水量27 825.36萬m3，占總供水量的37.27%；地表水源供水量37 540.79萬m3，占總供水量的50.28%；再生水供水量(污水處理回用量)9 292.10萬m3，占總供水量的12.45%。地表水源供水量占到了總供水量的一半。

根據太原市歷年供水量的變化趨勢，實際供水量均超過了太原市域本地水資源可利用量。太原市域本地(2015年)的水資源總量僅為5.25億m3，水資源中黃河引調水工程占主導地位。但該工程可供給的5.4 億m3水資源中，中心城區(城六區)僅使用了不到1億m3，城市大量使用的仍然是地下水資源。

根據山西省人民政府關于印發山西省水資源全域化配置方案的通知，太原市地下水使用量在2030年應當控制在1.37億m3以下。因此，太原市地下水壓采壓力很大，同時引黃工程的調度水量還未達到設計使用要求。盡管太原市地下水品質較好，但優質地下水與地表水廠的供水在管網中混合供給，沒有做到優水優用。

2.2 現狀供水情況已經不能滿足城市發展的需要

2.2.1 城市發展

城市不斷發展，尤其城市東西山高地和城市南部地區的不斷開發，供水設施建設未到位，城市自來水覆蓋不足，居民水質水量得不到保障。

2.2.2 開發區建設

當前，我市以經濟發展新常態為導向，以提高經濟發展質量和效益為中心，以園區作為產業發展的主戰場，以工業作為三次產業協調發展的重要引擎，通過開發區空間拓展提升新興產業的規模和水平，優化結構、做大總量、創新驅動，推動促進我市經濟持續健康發展。隨著山西轉型綜合改革示范區和不銹鋼園區的不斷拓展升級，存在水源不足和用水成本偏高等問題，對水質和水量都提出了新的要求。

2.2.3 生態建設

千城一面已經成為太原城市建設中存在的問題，如何塑造山水城市，凸顯地域特色，使得太原成為風水寶地，是我們著重研究的問題。近年來，太原市在生態建設上取得了很大的進展，但是由此產生了生態用水的需求，比如東西山建設城郊森林公園和九河治理后的完成對生態用水產生了大量的需要。

2.2.4 管網閑置

管網閑置主要包括非采暖季節熱網的閑置，已修再生水管網但是用戶較少造成再生水網的閑置，供水移交后閑置的原有供水管網。

2.2.5 關井壓采工作還未完成

目前，雖然近幾年地下水關井壓采工作不斷推進，但是自備地下水源還有很多在使用，對地下水保護影響較大。居民水質水量得不到保障。

3 水資源優化配置

3.1 水資源利用目標和原則

3.1.1 利用目標

遵循高效、公平和可持續利用的原則充分利用黃河水、高效使用再生水、合理利用地表水、嚴格控制地下水、留足河道生態水。優先保障城市居民用水(飲用水、居民衛生用水、城市公共設施、綠地用水)和生態用水，統籌兼顧生產用水(高新技術產業、三產、二產、一產)。實現分質供水，優水優用。

3.1.2 利用原則

本研究對水資源利用與分配的原則首先遵循最嚴格水資源管理的規定，將各地域層面的用水總量控制在用水紅線以下，在此基礎上進行分項控制。主要是讓居民享受本地優質水資源紅利，優先保障城鄉居民生活用水，以使用地下水、引黃處理水供給為主；工業用水標準達到國內國際節水先進水平，以使用回用污水、引黃水和本地地表水為主；提升生態用水量，以城區雨水存蓄工程及污水回用工程補給河川生態水量。

3.2 太原市水資源情況梳理

太原市目前存在多水源:1)地下巖溶水：蘭村、棗溝、三給、東山地下水等地下水源，蘭村泉域可開采量11 006萬m3，東山地下水1 577萬m3，以上水源含多種礦物質，為優質水提供了條件。2)地下孔隙水：西張5 878萬m3，中心區小店區晉源區9 253萬m3，清徐縣3 803萬m3。3)本地地表水：3.7億m3。4)黃河原水：引黃水可供太原5.4億m3/年(含已經處理水2.9億m3)。5)黃河處理水：處理規模2.9億m3/年(現狀用水量為1.0億m3/年)。6)本地再生水：按照《太原市總體規劃(2012—2020)》,到規劃期末，再生水生產規模可達到3.14億m3/年以上，現狀再生水量用戶主要為污水廠附近的工業用戶，年用水量為0.9億m3。以上多種水源，尤其是巖溶地下水質良好，富含多種礦物質，為居民直接飲用礦泉水提供條件，引黃水和再生水完全可以為對水質要求不高的工業用戶和河道生態用水提供廉價水，同時節約深度處理的成本。同時，根據最嚴格的水資源控制制度，太原市中心城區可用地下水僅為1.37億m3。

3.3 利用供熱管網供再生水的基礎條件

作為季節性采暖的北方城市，太原市集中供熱管網基本覆蓋中心城區，供熱管網在每年4月～10月，整整7個月閑置，同時河道生態用水和園林用水主要集中在以上7個月，與供熱管網的閑置時間基本相吻合。

目前，有關部門正在進行《熱網輸配再生水系統關鍵技術研究》和《利用城市供熱管網輸配高品質再生水熱網智能化體系及節能技術的研究及中試》。該項研究擬解決網輸配再生水系統中熱網系統材質對再生水中氯離子、生物、電化學等腐蝕元素的綜合性防腐蝕問題；密閉空間內再生水水質生物穩定性問題；再生水在退出供熱管網后，殘留物清理及供熱水質穩定性的問題。項目目標是建立健全熱網大規模輸配再生水系統的相關國家標準、行業標準及技術體系；同時實現非采暖季利用城市供熱管網輸配城市工業、園林、市政沖洗等雜用水。該研究為非采暖期供熱管網為城市輸送再生水提供基礎。

3.4 各類水量需求概述

根據《太原市城市發展戰略研究》太原市在2035年，中心城區將達到500萬人，根據其子課題《太原市市政基礎設施發展戰略》研究，居民綜合用水量指標采用210 L/(人·d)，及綜合生活(含公建)即105萬m3，3.83億m3/年，道路綠化澆灑用水為0.12億m3，工業用水量為3.84億m3，河道生態用水和東西山兩山用水0.83億m3。

3.5 水資源配置體系構建

利用太原市根據上述需水量和水資源的情況，水資源配置設想如下。

3.5.1 綜合生活用水配置

由于太原市擁有優質地下水的天然稟賦，即巖溶地下水，擁有量為1.25億m3，如果，本次研究提出太原市中心城區建設優水直飲方案。即城六區建設一套獨立直飲水管道，供應全部市民的飲用需求，可滿足全城區的優質飲用水需求，雖然建設成本高，但是應該分布試驗，而后全面實施。

直飲水系統建設單獨鋪設直飲水管道、建設直飲水的中心站，若地下水均作為直飲水供給太原中心城區(城六區)的直飲水需求，按照人均5 L/(人·d)(專用于飲用)的直飲水供水需求，即日均2.5萬m3優質地下水，讓老百姓在家擰開水龍頭就能喝上礦泉水，享受太原市當地的資源紅利，增強其獲得感和幸福感。

除去直飲水，居民生活用水每日還需要105萬m3(考慮到水價問題，保障所有人用正常自來水用量)，根據地下水資源紅線控制，太原市可用地下水量為1.37億m3，除去上述的優質地下水用量，則還可用1.28億m3，即日均用水量35萬m3。其他70萬m3由呼延水廠的引黃處理水提供。

3.5.2 工業用水配置

考慮到黃河處理水和地下水成本高并且資源浪費，則工業用水選擇再生水和引黃原水供應。引黃水分配給太原市的量為6.4億m3，呼延水廠使用2.9億m3，陽曲工業園和清徐工業園使用0.49億m3和0.3億m3，綜改區水廠利用原水總量為0.69億m3，則黃河原水總量還余2.02億m3，太原市再生水規模為3.14億m3，所以工業用水由黃河原水和再生水共同配置。

3.5.3 綠地及道路澆灑用水

利用城市夏季閑置供熱管網和已建再生水網，利用再生水作為綠地和道路澆灑用水，用水量為0.12億m3。

3.5.4 生態用水

利用再生水用于河道和東西山生態用水，用水量為0.83億m3。

4 實現水資源配置的手段

4.1 實現分質供水的工程手段

1)關井壓采，地下水供給直飲水工程及與引黃處理水共同供生活用水。

將棗溝水源(太原本地巖溶地下水)部分建設直飲水水池及泵站，建設直飲水管道、中心站等基礎設施，為市民提供優質水。

規劃近期采取封填、焊死和預留監測孔等措施，關閉城市公共供水管網覆蓋范圍內所有自備水源井，關閉晉祠泉源區、晉祠公園內及周邊區域自備井，即可壓采地下水開采量約5 000萬m3/年。將西張水源地和三給地壘水源地、棗溝與蘭村水源地的供水能力保留，交叉使用各水源井，逐步降低地下水開采規模。交叉使用西張水源地和三給地壘水源地、棗溝與蘭村水源地的各水源井，保證總開采規模控制在35萬m3/d，但應急時其余水源井應均能開啟并投入使用。

按照規劃擴建呼延水廠至80萬m3供水規模，與地下水廠共同供應生活用水。

2)引黃水供給工程。

黃河原水由南向北供應陽曲產業園、泥屯、上蘭軍民融合產業園、太原不銹鋼園區、太鋼、重機、汾機、清徐產業園、學府產業園區、瀟河產業園區。同時對引黃供水區域原水水質進行連續跟蹤監測，建設水質監測網絡，智能化的反映各區域的水質變化狀況，及時采取措施，保障水質安全。

3)利用現有供熱管網和再生水管網輸送再生水。

再生水供應城市綠化用水、太鋼、電廠、供熱、河道補水、東西山生態用水。中心城區(城六區)再生水利用考慮與榆次、清徐等區域統籌使用。汾東污水處理廠的再生水供應瀟河產業園區、榆次、科創園區等。汾河西部城區范圍內僅有一個晉陽污水處理廠，晉陽污水處理廠離城區較遠，通過鋪設再生水管網補充汾河西部城區河道生態用水不經濟，因此建議晉陽污水處理廠再生水管網往南供應清徐產業園區、交城和文水產業園區。同時根據太原創建可持續創新示范區的建議，應完善城區南北、東西走向的再生水主干管建設，并與已建成的西中環南延再生水工程連接。

4.2 實現分質供水的行政手段

利用法律約束機制和行政管理職能，進行水資源配置，調配生活、生產、生態用水，統籌多家涉水企業。打破部門權屬、將供熱部門的管網用于涉水部門的城市再生水的輸配，實現管理體制機制的創新。通過債轉股等方式對供水行業進行市場化整合，整合各供水企業，成立統一的供水集團。成立統一的供水集團和原水開發集團，形成利益共同體，減少中間環節。協調輸水、配水、制水等各個環節的利益，避免多頭管理。統籌包括地表水、地下水、黃河水的原水開發，各種水的輸送與配送，從而轉移企業與部門之間的利益矛盾為企業內部的成本管控。

4.3 實現分質供水的經濟手段

引黃水價格提高：根據山西省萬家寨引水水務公司提供的報告，引黃水的原水交接價格1.98元/m3，但引黃水的直接成本在2.28元/m3，建議將引黃水的原水交接價格提升至基本與成本價相當，便于后續大力推進引黃水的利用，加強維護，保證引黃水的水量和水質的穩定。

直飲水價格：通過直飲水系統的建設，確保地下水的優質優用。直飲水價既要體現太原市優質地下水的重要價值，也提高太原市民節約使用優質地下水的意識。在優質地下水的供應價格中，包括用于建設一套優質水質供應管網系統、直飲水站以及該系統的維護、管理的各項成本，也包括支付更高的壓采地下水所帶來的管理成本和補償成本，以及地下水資源稅增加的成本。

5 預期經濟、社會、環境效益

5.1 環境效益

減少地下水開采量，保護生態環境。完成《關于實施最嚴格水資源管理制度的實施意見》(政辦發[2015]8號)確立的水資源開發利用控制紅線。利用閑置的熱網，給城市的生態供應有機再生水，為“一湖點睛、一水中分、九河環繞、多湖嵌珠”的水韻龍城格局注入活力。

5.2 經濟效益

利用現有各類涉水管網，包括閑置管網和非采暖季供熱管網，協同為城市供水提供保障，減少城市管網數量和管網敷設成本。

利用再生水和引黃原水供工業，降低工業用水成本，助力城市發展。利用閑置的熱網，給城市的生態供應有機再生水大幅降低企業用水成本減少輸送城市污水再生利用水管網的投資費用，又可使太原市集中供熱管網得到充分的利用，增加經濟效益。

5.3 社會效益

通過本市優質地下水資源，保證市民喝優質水，喝的放心，用得安心，打造太原市城市品牌，讓市民享受本地優質水資源紅利，滿足對美好生活的向往。