基于水資源優化配置的太原市引黃供水工程規劃研究

尤龍鳳

(太原市水資源管理保護中心，山西 太原 030002)

太原市是北方嚴重缺水城市，其可利用的本地地表水很有限，非常規水利用率又不高，導致地下水連年超采，全市10個縣區均被水利部列為地下水超載區。而投資較大的萬家寨引黃入晉工程在太原供水區卻發揮不了充分效益，設計給太原年供水量6.4億m3，2022年供水量僅1.7億m3，只占設計規模的1/4，究其原因，主要是供水工程跟不上。

為了響應山西省委省政府提出的用足黃河水、用好汾河水、涵養地下水的號召，進一步提高引黃入晉工程太原供水區的環境效益和經濟效益，本文提出基于水資源優化配置的太原市引黃水供水工程規劃研究。

1 太原市供用水現狀及水資源優化配置

1.1 太原市水資源狀況

太原市多年平均(1956—2016年)水資源總量56458萬m3，其中地表水資源量20124萬m3，地下水資源量44443萬m3，重復計算量8109萬m3。全市本地水資源可利用量43091萬m3，其中地表水可利用量10506萬m3，地下水可利用量36752萬m3，重復量4167萬m3。

由于本地地表水可利用量有限，長期以來太原市靠開采地下水來保證生產生活之需。地下水的連年超采，致使太原市形成了3個超采區，分別是晉祠泉域大型巖溶水超采區、蘭村泉域大型巖溶水超采區和太原市城郊中型孔隙淺層地下水超采區，3個超采區總面積3384km2，涉及全市的10個縣區，占全市總面積的48.42%。

為緩解太原市的水資源緊張情形，改善因地下水超采引發的地質環境問題，省委省政府及市委市政府做了一系列的工作。萬家寨引黃工程就是山西省2002年建成的大型跨流域調水工程，工程分兩期實施，設計年供水量12億m3。其中一期工程建設總干線、南干線和聯接段，設計引水量6.4億m3/a，主要為解決制約太原市可持續發展的水資源緊缺問題，工程已于2003年10月正式向太原供水。二期工程建設向朔州和大同市輸水的北干線，設計引水量5.6億m3/a[1-2]。

1.2 供水現狀及規劃供水量

太原市現狀供水水源主要有引黃水、汾河地表水、地下水和非常規水源(主要為再生水)。2022年全市總用水量7.25億m3，其中：引黃水1.70億m3，占總用水量的23.45%；汾河地表水1.45億m3，占總用水量的20%；地下水2.28億m3，占總用水量的31.45%；非常規水源1.82億m3，占總用水量的25.10%。根據太原市用水總量控制指標及太原市水資源全域化配置情況，全市規劃供水量2025年9.94億m3，2030年10.47億m3，2035年11.90億m3，供水工程應能滿足規劃供水量需求[3]。

根據太原市人民政府關于印發太原市水資源全域化配置方案的通知，2025年以后太原市地下水利用量控制指標1.5億m3，汾河地表水耗水指標1.58億m3(輸水損失按15%考慮，取水指標為1.86億m3)，各水源取水量不能超過控制指標。分析可知，太原市未來用水主要依靠黃河水和非常規水。鑒于目前的污水處理技術和成本，非常規水的利用領域還是很有限，要支撐太原市的經濟社會可持續發展主要依靠黃河水。

1.3 水資源優化配置

太原市水資源優化配置的思路是充分利用黃河水、合理配置汾河地表水、涵養地下水、挖掘非常規水[4]。黃河水按現有結合規劃供水工程主要向縣(市、區)配置；汾河地表水保持現狀供水規模和供水布局，供給工業、農業及生態用水；地下水資源具有明顯的地域屬性，主要在當地使用。

1.3.1充分利用黃河水

黃河水保證率高，用水可靠，是太原市經濟社會發展最珍貴的資源，充分利用黃河水是太原市水資源優化配置的重點。省政府分配給太原市的黃河水控制指標6.58億m3。根據現有的引黃供水工程及規劃的供水工程建設進度，2025年全市黃河水利用量4.99億m3，2030年利用量5.36億m3，2035年達到6.56億m3。

1.3.2合理配置汾河地表水

汾河地表水資源配置根據供水工程供水能力及分配的取水指標進行配置。在水資源相對富水可開發利用的汾河上游，以汾河水庫和汾河二庫為骨干工程，在滿足區域自身用水的前提下，向太原市區和清徐灌區供水。同時全面維系市內各大河流及其主要支流、重要湖泊和濕地等水生態系統的結構和功能，確保各河、湖和濕地內符合水質要求的生態流量(水量、水位)。2025年、2030年和2035年全市汾河地表水供水量1.59億m3、1.64億m3和1.69億m3。

1.3.3涵養地下水，儲水于地下

長期大量開采地下水，造成了地下水水位下降、含水層枯竭、地面沉降、地裂縫、水質惡化等一系列生態與環境問題，補充涵養地下水，有計劃地減少地下水開采，儲水于地下，將地下水資源作為重要的戰略資源是水資源配置的重要原則[5]。為此，要全面實施地下水超載區治理，在引黃水和地表水覆蓋區要逐步關閉開采井。到2025年，地下水開采總量壓采至1.5億m3。2030年和2035年，通過進一步實施地下水治理保護工程，地下水開采量維持在1.5億m3，使全市地下水位全面上升，晉祠泉、蘭村泉實現復流，以達到逐步涵養水源、維持地下水的良性循環目標。

1.3.4挖掘非常規水

非常規水源是常規水資源配置利用外的有效補充水源。按照優水優用、劣水劣用、供需匹配、經濟合理的原則合理配置利用，規劃到2025、2030年和2035年全市非常規水源利用量分別達到1.86億m3、1.97億m3和2.15億m3。

2 引黃太原供水區現狀供水工程

太原市已建的引黃供水工程主要有：太原市呼延水廠供水工程、引黃清徐原水直供工程和陽曲原水直供工程。

2.1 太原市呼延水廠工程

太原市呼延水廠是萬家寨引黃入晉工程南干線重點配套工程，是太原市第一個大型地表水凈化水廠。工程位于尖草坪區汾河西岸呼延村西南側，背倚龍山、東臨汾河，距太原市中心30km。呼延水廠總設計規模190萬m3/d，其中近期規模80萬m3/d，分為首期和二期，建設規模均為40萬m3/d。首期工程于1998年12月動工興建，占地面積408.83畝，水處理設施主要有加藥間、配水車間(混合、絮凝、沉淀、大小虹吸濾池)、清水池、水泵房、污泥濃縮脫水車間、廠外調流調壓閥室及中控室與辦公樓等，2002年12月竣工，2003年10月30日正式運行，實現向太原市城區供水[6]。引黃水通過呼延水廠凈化后出水并入城市供水管網，主要供城鎮居民生活用水，2022年供水量為1.52億m3。二期40萬m3/d水處理工程于2017年開始動工建設，目前呼延水廠已形成80萬m3/d的供水規模，通過統一協調運行，可基本滿足太原市城市發展的用水需求。

2.2 萬家寨引黃入晉清徐原水直供工程

山西省萬家寨引黃入晉工程聯接段清徐原水直供工程屬引黃工程的支線工程，是貫徹省委省政府“分質供水、原水直供”決策部署，在引黃工程南干線建設的第一個“分質供水、原水直供”工程。引黃水經由引黃聯接段7號洞口出經呼延水廠供水銜接工程、向西干渠分水工程及汾河西干渠后進入晉陽湖，再采用輸水管道至受水區，主要向山西科技創新城和清徐“一帶四區四園”供水，重點滿足科技創新城和華陽新材料的用水需求，為太原市清徐縣、小店區(科技創新城)和晉源區3縣(區)的經濟發展提供水資源保障[7]。

工程主要建筑物包括加壓泵站、輸水管線、調度中心、調蓄水池、沿線建(構)筑物等及小店、清泉湖和太化3條供水支線。其中，小店供水支線分水口后設450m長的PCCP管穿汾河主河道，管徑1.3m；清泉湖供水支線向清泉湖及東湖供水，線路全長3.73km，選用管徑0.5m的球墨鑄鐵管；太化供水支線自末端蓄水池取水，線路全長4.1km，選用管徑1.6m的PCCP管。晉陽湖加壓泵站布置于晉陽湖北堤外側，西干渠向晉陽湖引水渠東側，通過設置引渠和壓力涵洞與晉陽湖和西干渠連通，根據工程調度運行情況，可分別從晉陽湖和西干渠取水；泵站后輸水主管線路DN2000 PCCP管，總長約38.2km。

工程年供水能力1.2億m3，近期年供水量5000萬m3，遠期年供水量1.20億m3。其中，清徐縣6250萬m3，小店區5264萬m3；晉源區518萬m3。

2.3 萬家寨引黃入晉陽曲原水直供工程

山西省萬家寨引黃工程聯接段陽曲原水直供工程管線設計供水對象為太原市工業新區、陽曲縣轉型發展產業園區和陽曲縣城鎮生活，直供工程管線自7#洞下游出口呼延調蓄池進水箱涵進水閘取水，供水管線終點位于陽曲縣北側大運高速公路大盂服務區西側。全線共設6座分水口(分別為工業新區分水口、陽曲縣城預留分水口、黃寨預留分水口、小牛站預留分水口、水廠分水口和食品園區分水口)；1座加壓泵站，揚程152m，總裝機2840kW；末端事故備用池1座，庫容18.8萬m3。

直供工程輸水線路全長38.75km，前半段主要依托呼延水廠自來水管線廊道、北固碾交通道路和陽興大道布置，后半段主要在楊興河和天然氣管線兩側保護綠化帶內敷設。事故備用池位于整個輸水工程末端，馬坡村東側，大運高速公路大盂服務區西側的空地上[8]。

工程設計總供水規模4900萬m3/a，近期年供水量3000萬m3/a，供水保證率95%。

3 太原市引黃水規劃供水工程

為全面提升太原市水資源優化配置和水安全保障體系、改善水生態環境，規劃研究建設太原市東西山調水工程和太原市西山地表水廠供水工程，構想建設中部引黃太原供水工程。

3.1 太原市東西山調水工程

東西山調水工程計劃從萬家寨引黃7#隧洞出口引水，沿東西兩山向太原南部供水，擴大引黃水供水范圍。該工程是太原市統籌解決水資源、水環境、水生態的主要途徑[9]，工程覆蓋太原市中心城區和晉中市中心城區，可解決太原東山和西山區域缺水問題，解決晉祠泉和蘭村泉超采問題、解決太原市“九河”(楊興河、北澗河、北沙河、南沙河、玉門河、虎峪河、九院沙河、冶峪河、風峪河)生態環境問題、解決6城區城市供水管網能力不足、解決大學城綜改區和榆次區缺水等問題。本工程與現有的陽曲原水直供工程、清徐原水直供工程以及規劃的中部引黃工程結合，將形成太原市南北水網聯通、東西線路閉合、地表地下互通，多源一網雙向互濟的綜合水網體系，有效提高太原市水資源調配和城市供水安全保障能力。

3.1.1東山供水線路

東山供水線路總體上布置在太原市主城區的西北側、北側和東側，走向為東南向。東山供水線路采用重力流和泵站提水兩種方式結合供水，分為供水干線、提水干線兩部分。主要向太原九河中的東山“四河”(楊興河、北澗河、北沙河和南沙河)生態補水和山西大學城提供生活用水，同時解決蘭村泉域巖溶水超采區地下水源置換。

3.1.2西山供水線路

西山供水線路依托山西省萬家寨引黃入晉工程聯接段，結合已經建設完成的山西省萬家寨引黃入晉工程聯接段清徐原水直供工程和山西轉型綜改示范區瀟河產業園區供水工程進行布置，全線采用重力流方式供水，包括供水干線、清徐工業園供水支線和綜改示范區瀟河產業園區供水支線。主要向太原九河中的西山“五河”(玉門河、虎峪河、九院沙河、冶峪河、風峪河)生態補水和綜改示范區瀟河產業園區、清徐工業園供水，同時解決晉祠泉域巖溶水超采區水源置換。

根據工程供水任務，結合地形及線路走向，確定東、西山供水管線供水規模，其中東山供水線路供水量1.45億m3/a，西山供水線路向太原市供水量為2.77億m3/a。工程總規模4.22億m3/a，水源為引黃原水，主要供給生活、工業、河道內生態用水。

3.2 太原市西山地表水廠供水工程

太原市西山高地處于城市的西部，因地勢較高、供水設施不配套，一直以來為城市供水的盲區。區域內現狀仍以坑口水、農村井為飲用水水源，供水水質、水量均得不到保障。為解決太原西山高地供水瓶頸，規劃以引黃水為水源建設西山地表水廠供水工程。工程設計供水規模20萬m3/d，主要建設內容包括原水取水及輸水工程、西山地表水廠及配套輸配水管網工程。

西山地表水廠擬選址位于開城西街與玉蘭大道交叉口，占地面積約10.58公頃。采用預處理+常規處理+深度處理的工藝流程，深度處理采用臭氧-活性炭工藝，保證出水水質達到《生活飲用水衛生標準》要求。

工程從引黃掃石站現狀3號閥室DN1400接口引水，沿上南山村、王峰村、化客頭、大臥龍村向東南方向設置輸水隧洞引入西山高地地表水廠，輸水隧洞全長約14km，洞徑約9m，隧洞內設置輸水管道。掃石3號洞前減壓閥室，地形標高919m，減壓閥前水壓標高970m左右，設計管線終點西山地表水廠設計地面為929.7m，管線總長為14km，管徑DN1600mm，總水頭損失為18.5m。至西山地表水廠的水壓標高為951.5m，可以滿足水廠的進水要求。

3.3 中部引黃太原供水工程戰略構想

中部引黃工程是山西省大水網重要骨干工程，主要向忻州、呂梁、臨汾、晉中4市17縣(市/區)供水，工程的實施將從根本上解決呂梁山區的嚴重缺水問題，對當地脫貧鞏固、鄉村振興和實施黃河流域生態高質量發展具有重要意義，對山西中部發生特大旱情具有重大戰略意義[10]。

該工程正在建設中，設計年供水能力6.02億m3，目前已批復取水指標3.05億m3，仍有約3億m3/a的供水潛力，中部引黃工程批復給太原市的水量為1.15億m3/a，目前沒有任何供水工程匹配支撐。因此，規劃建設中部引黃太原供水工程來保障太原市經濟發展需求，構想工程主要將文峪河和汾河連通，將中部引黃工程的黃河水通過文峪河調入汾河供太原市利用。建議盡快開展中部引黃太原供水工程的前期工作，以增加太原市引黃水的供水量。

4 結語

太原市水資源稟賦先天不足，本地水資源總量在全省11個地市中位列倒數第2，水資源成為制約城市發展的重要因素。2002年建成的萬家寨引黃入晉大型調水工程是解決太原市水資源緊缺的有效途徑，然而該工程自運行以來，一直沒有發揮充分效益，主要原因是缺乏與水量匹配的供水工程。本文在分析太原市引黃現狀供水工程的基礎上，統籌考慮整體用水需求，提出引黃規劃建設工程，對優化引黃水供水方案、用足用好引黃水有重要的指導意義。但是，隨著引黃供水規模的不斷擴大，亟需考慮在南干聯接段工程事故期及呼延水廠檢修或事故時的供水安全問題。因此，下一步應著重研究制定備用水源方案及應急工程方案。