城市應急備用水源工程規劃要點

林鑫，杜喆華

（1.湖北省工程咨詢股份有限公司；2.武漢第二船舶設計研究所，湖北 武漢 430000）

1 工程簡介

城市應急備用水源是城市抵御突發性污染事件、應對干旱等極端天氣最有效的措施，是城市供水保障體系降低供水風險、保障特殊時期供水安全的最主要的手段。《國務院關于印發水污染防治行動計劃的通知》（國發〔2015〕17號）進一步明確了建設時間要求，即針對單一水源供水的城市，應于2020 年年底前基本完成應急水源或備用水源建設。2015 年，按照推進相關規劃“多規合一”要求，水利部印發了《關于進一步加強城市水利規劃工作的通知》，要求完善城市供水保障體系。隨著城市的快速發展，城市供水安全的風險和挑戰越來越大。

湖北省目前已經建設應急水源地工程的地市只有8 個。此外，大多數城市還沒有建設。2019 年5 月20 日，省住建廳發出通知，要求各地進一步加強城鎮供水水質管理，人口在20 萬以上的城市，應建飲用水備用水源，2020 年年底，單一水源的地級以上城市，要建成備用或者應急水源。沒有備用水源的城市，應具備至少7 天應對突發事件的應急供水能力。

湖北省仙桃市地處江漢平原。城市現狀飲用水水源為漢江，原水水質基本上滿足Ⅱ類水體功能標準，全年水質達標率達到100%。但受南水北調及上游工業、企業、居民排污和農業面源污染的影響，漢江水質正呈失穩趨勢，季節性水華等水質惡化情況時有發生，對城市供水安全影響極大。由于缺乏應急水源，在漢江水質不能滿足飲用水源水質要求的情況下只能采用應急模式限量供水和停水。

仙桃市地處江漢平原，飲用水源單一，除了漢江以外的地表水水質不穩定，地下水水質也不好，選擇應急備用水源難度較大。結合城市發展規劃，仙桃市提出在城南建設一座人工型水庫，作為城市應急水源，并兼具城市景觀湖的功能。漢江為水庫補水水源。水源工程系統由引（輸）水管道、水庫、取水泵站等單項工程組成。其中，連接取水口（現有水廠取水口）的原水進水管與水庫輸水管為雙向輸水管，補水時將江漢水輸向九思湖，應急時通過泵站加壓將湖水輸向水廠。

初步方案擬定水庫有效庫容350 萬m3。經過系統分析和計算，提出了比選方案。根據比選方案，水庫有效庫容不小于230 萬m3即可。該方案一方面可以滿足應急水源水量要求，另一方面可以節省工程量并節約投資。規劃結論受到仙桃市政府的好評，他們對項目的經濟規模有了清晰的認識，正著手辦理規劃審批和土地許可。

圖1 工程規劃布局圖

2 仙桃市應急備用水源工程規劃要點

城市應急備用水源規劃要點包括水源地功能識別、工程規模、水源地類型及選址、工程布局及調度方案、水源地建設及保護。

2.1 水源地功能識別

通過水源地功能識別論證本項目的水源功能是備用還是應急，對于計算風險持續時間和水庫的經濟規模十分重要。非正常期啟用的水源按其主要功能可分為兩種，即應急水源和備用水源。應急水源是以解決突發性水源污染、咸潮、季節性排污等水源水質安全問題而建設，以提高城市供水安全性和應對供水風險的能力為目標，并具備與現有水源切換運行條件的水源。備用水源是以解決特枯年份水源短缺、周期性斷流等水源水量不足問題，以提高城市供水保證率為目標而建設的水源。水源功能的定位，取決于所應對的風險因子。

由于仙桃市3 個現役水廠可互為備用，且中心城區供水管網已成網狀，通過技術和管理手段對制水和輸配水系統風險操控性較強，因此，對城市供水安全影響較大的主要是水源水量不足和水質污染兩種風險。經測算仙桃市遠期需水為85 萬m3/d，僅占漢江河段最小控制來水量1.98%，且現有三個水廠均為浮船取水方式。因此，就水量而言，可視為取水水源是可靠的。對水源水量不足的風險而言，影響桃仙市供水安全的主要是水污染而引發的風險。因此，本水源工程的功能可定位為應急水源。

2.2 工程規模

根據工程功能定位，論證風險期時長及城市用水指標壓縮率，通過水量供需平衡分析，測算應急期供水規模。推薦方案是新建人工型水庫，從漢江取水，作為城市應急水源。該方案工程投資較大，運行成本較高。因此，計算經濟規模對于節約投資和運行成本意義重大。如何在技術性與經濟性相濟的前提下，合理確定應急水源及工程規模、水源地類型、水源地選址及保護、應急供水系統布局等工程方案要素，是仙桃市應急水源地工程規劃的主要問題。

應急水源供水量至少應滿足風險期的基本生活和生產用水需要，其水量應根據城市規模、性質、面臨的供水風險及用水特征確定。對于單一供水水源城市：

Q=q×（1-k）×t

式中，Q 為應急水量（m3/d）；q 為城市平均日用水量（m3/d）；t 為持續時間（d）；k 為風險期用水壓縮比例（%）。

依據供水優先次序，可根據各地實際情況確定風險期的不同用水對象的供水壓縮比例。

取用水日變化系數1.2，最高日城市綜合用水量和綜合生活用水量核算指標分別為432L/cap·d 和178L/cap·d。應急期綜合用水壓縮比為33%，居民生活用水、工業用水、公共設施用水、道路澆灑及綠化用水壓縮比分別20%、40%、20%和80%。風險持續時間取10 天。考慮15%的供水余量，應急期臨界供水量為230 萬m3（遠期）。

2.3 水源地類型及選址

根據仙桃市實際情況，因地制宜優選水源類型及水源地場址。城市應急備用水源的建設應結合當地水資源情況，選擇地下水或江河、湖庫等地表水作為備用水源。當缺乏穩定的天然水源時，可以建設人工調蓄工程。仙桃市應急水源工程選擇建設人工水庫的方案。

仙桃市處江漢平原腹地，地表水域眾多。但就仙桃市城區而言，除30km 外的長江和20 余km 外的東荊河等少數可滿足水質水量要求的水源外，市內河流多為劣五類水體，近郊多為旱地或漁塘，缺乏大型湖庫，地下水水質受地表徑流影響較大。故除漢江外，可供選擇的天然水源不多。

通過方案比選可知，東荊河水質及水量缺乏穩定性及可靠性，且距中心城區較遠，故不宜作為應急水源。仙桃市遠期應急期供水量23 萬m3/d。由于水量較大，需設井群才能滿足取水要求。井群分布區域廣闊，水源地保護要求高，日常維護管理不便。因此，地下水不宜作集中式應急供水水源，只適合作分散式應急水源。仙桃市應急水源工程選擇建設人工水庫的方案，并結合城市南部區域綜合開發進行建設。實現了工程技術與城市開發的系統結合。

2.4 工程布局及調度方案

應急期城市供水系統構成、應急水源輸送系統構成及水源供水調度方案。該方案充分利用城市現有富余供水能力，不用新增取水設施，避免了增加工程投資，也避免了辦理取水許可。系統運行具有補水、應急、水質保持等3種水力調度模式。補水有兩個階段。一是初次補水，即在水庫建成后首次補水至設計水位；二是日常維護（保證水位、水質）的需要，向水庫補水。設計補水量以滿足初次補水為宜。補水量多少與三水廠自漢江的取水能力有關，按兩種工況測算：一是取水規模按遠期取水規模測算，二是按現狀取水能力測算。

2.5 水源地建設及保護

根據《飲用水水源保護區劃分技術規范》(HJ/T 338-2007)，集中式飲用水水源地（包括備用的和規劃的）都應設置飲用水水源保護區。該人工水庫庫容小于0.1 億m3，屬小型且為單一供水功能的水庫，正常水位線以下的全部水域面積均為一級保護區，其水質基本項目限值不得低于《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中的Ⅱ類標準，且補充項目和特定項目應滿足該標準規定的限值要求。

陸域：取水口側正常水位線以上200 米范圍內的陸域，或一定高程線以下的陸域，但不超過流域分水嶺范圍。由于水源地設于城中，用地相對緊張。故為節省占地，人工湖陸地岸線與紅線間地塊設計地面標高應高于紅線外地塊，即呈環湖臺狀微形高地并充分綠化，與外界形成物理隔斷。為保險起見，將紅線向湖一側陸地作為陸域一級防護區；將陸域一級保護區以外水平距離2000 米區域設為陸域二級保護區。

規劃通過技術經濟比較，優選水源地建設方案，并根據國家和地方法律法規，提出水源地保護要求，并推薦與之相應的工程技術方案。

3 風險持續時間

風險期是指城市面臨的突發性水源污染、咸潮、季節性排污等水源水質安全問題所持續的時間，是確定應急水源規模的重要依據。各城市面臨的供水風險是不一樣的，風險的持續時間也有很大差別。而關于風險期持續時間，國內尚無現成的標準或規范可循。只能根據現有案例與一般常識進行推斷。

城市排澇：一般只在夏季進行，持續降雨時間一般為數天，對于南方城市，持續時間相對較長，城市排澇對水源水質影響的持續時間可采用5 ～15 天。

水源水質惡化：包括兩方面原因：一方面，如富營養化、藻類超標等造成水源水體的逐漸變差或突然惡化（如水華），以致采用強化水處理工藝過程（如增加投藥量等）或降低生產負荷等應急方式也不一定奏效時；另一方面，是某些污染物排入水源，導致水源水質較長時間污染。對于漢江而言，水質惡化風險主要源于季節性水華，持續時間一般1 ～2 個月，高峰期15 ～20 天。

短期突發性水源污染事件：一般指突發事故造成污染物進入河流造成水污染的事件，污染團會隨水流往下游移動，因而對供水的影響時間較短，如松花江硝基苯污染事件、廣東北江鎘污染事件等，這類事件對城市供水的影響一般為5～10 天。

綜合以上分析，根據水源風險對仙桃市經濟社會可能產生的影響及當地的承災能力，規劃臨界風險持續時間以不低于10 天為宜。當經濟建設條件許可時，可進一步提高。按臨界風險持續時間10 天計，總需水量198 萬m3（遠期）。考慮15%的供水余量，應急期臨界供水量為230 萬m3（遠期）。綜合壓縮比約為33%。若實際應急過程中，預期應急時間可能大于10 天時，可通過提高供水壓縮比（如進一步壓縮工業生產用水，分時段供水）等方式延長應急期。

4 結語

城市應急水源工程規劃的核心內容包括：選擇水源地類型，合理確定供水規模，制定工程建設布局及調度方案并啟動實施，擬定水源地保護規劃，最終構建城市應急備用水源管理體系，為城市供水安全提供有效支撐和保障。仙桃應急備用水源選擇建設人工湖的方案，與城市開發相結合。其工程規模對于土地集約利用、節約工程投資具有重要意義。本文在對城市應急備用水源工程進行功能分析的基礎上，推算風險持續時間，合理確定城市應急水源的經濟規模，有利于優化工程方案，節約投資。本文可供同類項目參考。