楊麗麗 謝新民 茍新詩 李其峰 趙全升

(1.中國水利水電科學研究院 北京 100038;2.青島市水利局 山東青島 266071;3.青島大學 山東青島 266071)

1 前言

根據(jù)科學發(fā)展觀和生態(tài)文明建設的總體要求,從滿足城市可持續(xù)發(fā)展的實際需求出發(fā),堅持以人為本、人水和諧以及與 《青島市水資源綜合規(guī)劃》相銜接、與 《青島市城市總體規(guī)劃》相協(xié)調(diào)和統(tǒng)一的原則,通過開展城市供用水現(xiàn)狀調(diào)查和問題診斷分析,以及 “三生”需水預測、不同水平年水資源供需平衡分析,確定了不同水平年各受水區(qū)水資源配置方案;最后依據(jù)配置方案,提出水資源配置工程網(wǎng)布局 (包括水源開發(fā)工程、水源聯(lián)調(diào)工程、輸配水樞紐工程、輸水工程、輸水泵站等五類工程設施),全面核算了網(wǎng)內(nèi)各輸水工程的輸水流量、管徑、長度和投資估算,以及網(wǎng)內(nèi)各分水節(jié)點的節(jié)點流量等。為增強城市供水系統(tǒng)抗風險能力和實現(xiàn)互濟互配和主客水聯(lián)調(diào)能力,在規(guī)劃中特別強調(diào)輸配樞紐工程作用的同時,全面規(guī)劃了配置工程網(wǎng)實時監(jiān)測和信息化工程,確定了水量調(diào)度與預警制度,以及建設和運行管理體制及保障措施等。應該說,這是一個比較全面的規(guī)劃,對于指導城市供水保障體系建設、運行管理和統(tǒng)一調(diào)度將起到重要作用。

2 城市供用水現(xiàn)狀調(diào)查與分析

2.1 城市水源現(xiàn)狀

目前,青島市城市供水水源主要分兩類:一類為常規(guī)水源,另一類為非常規(guī)水源。其中常規(guī)水源包括當?shù)厮?26處和外調(diào)水源 1處,非常規(guī)水源包括污水處理及再利用工程 8座和海水淡化及直接利用多處。

2.2 城市輸水工程現(xiàn)狀

城市輸水工程主要由從水源取水口到水廠的管線 (暗渠、明渠、管道)和配套泵站等輸水基礎設施組成。截至 2006年底,全市主要城市輸水管線 (水源地與水廠之間)共 35條,總長度 462km,直徑分別 300mm、400mm、600mm、800mm、1100mm、1200mm、1400mm和 1700mm等不同規(guī)格,但以600mm和 800mm的規(guī)格為主;泵站 48座;城市總輸水能力 188萬 m3/d。城市輸水管線均存在不同程度的漏水、管道腐蝕結垢等問題。

2.3 城市供用水現(xiàn)狀

(1)現(xiàn)狀供水量及變化趨勢?，F(xiàn)狀年 (2006年)青島市城市總供水量為 3.98億 m3(未含海水直接利用量 4.81億 m3,折合淡水量 0.24億 m3)。其中地表水供水量為 1.79億 m3,占總供水量的44.92%;地下水供水量為 0.44億 m3,占總供水量的 11.04%;客水供水量為 1.14億 m3,占總供水量的 28.54%;其他水源供水量 (污水回用、雨水利用、海水淡化)為 0.62億 m3,占總供水量的15.50%。

近幾年 (2000～2006年)青島市城市總供水量呈現(xiàn)出明顯的持續(xù)增長態(tài)勢,從 2000年的 3.02億 m3增到 2006年的 3.98億 m3,增長幅度高達31.79%,年均遞增率 4.03%。其中地表水供水量由 2000年的 1.24億 m3增長到 2006年的 1.79億m3,年均遞增率 5.38%;地下水供水量由 2000年的 0.39億 m3增長到 2006年的 0.44億 m3,年均遞增率 1.77%;客水供水量由 2000年的 0.99億m3增長到 2006年的 1.14億 m3,年均遞增率2.04%;其他水源供水量由 2000年的 0.40億 m3增長到 2006年的 0.62億 m3,年均遞增率 6.45%。

(2)現(xiàn)狀用水量及變化趨勢。現(xiàn)狀年 (2006年)青島市城市總用水量 3.98億 m3。其中居民生活用水量為 0.91億 m3,占總用水量的 22.87%;工業(yè)用水量為 1.93億 m3,占總用水量的 48.43%;建筑業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)用水量為 0.89億 m3,占總用水量的 22.23%;生態(tài)環(huán)境用水量為 0.26億 m3,占總用水量的 6.47%。

近幾年 (2000～2006年)青島市城市總用水量呈現(xiàn)出明顯的持續(xù)增長態(tài)勢,從 2000年的 3.02億 m3增長到 2006年的 3.98億 m3,增長幅度高達31.79%,年均遞增率 4.03%。其中城市居民生活用水量由 2000年的 0.62億 m3增長到 2006年的0.91億 m3,年均遞增率 5.65%;工業(yè)用水量由2000年的 1.58億 m3增長到 2006年的 1.93億 m3,年均遞增率 2.90%;建筑業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)用水量由2000年的 0.60億 m3增長到 2006年的 0.89億 m3,年均遞增率 5.81%;生態(tài)環(huán)境用水量由 2000年的0.22億 m3增長到 2006年的 0.26億 m3,年均遞增率2.45%。

(3)用水水平及效率分析。2006年青島市城市人均用水量為 130m3/人,比全國城市平均水平(2000年)偏低 16%,比天津城市人均用水量(2000年)偏大 33%,比北京市城市人均用水量(2000年)偏小 4%;城市萬元 GDP用水量為17m3/萬元,與國內(nèi)節(jié)水先進城市如北京市(42m3/萬元)、天津市 (52m3/萬元)等相比,亦有明顯的先進性。應該說,青島市城市節(jié)水水平已經(jīng)很高,位居全國的先進行列,節(jié)水潛力不大。

2006年青島市城市居民生活用水定額為81.3L/(人?d),城市生活綜合用水定額為160.3L/(人?d),低于全國同期平均水平 [212L/(人?d)],但高于山東省同期平均水平 [119L/(人?d)]?？傊?青島市城市生活用水水平和用水效率已比較高,其節(jié)水潛力不大。

2006年青島市城市萬元工業(yè)增加值取水量為21.8m3/萬元,低于全國同期平均水平 (147m3/萬元),但高于山東省同期平均水平 (20m3/萬元)。由此可以看出,青島市城市工業(yè)用水水平和用水效率已達到全國先進水平,與同期天津市 (19m3/萬元)、山東省 (20m3/萬元)、北京市 (34m3/萬元)等國內(nèi)先進地區(qū)相比,其節(jié)水潛力不大。當然,與世界先進水平相比,還是存在一定節(jié)水潛力的。

2.4 城市供用水面臨的挑戰(zhàn)

青島市作為資源型缺水城市,水資源總量不足,時空分布不均,且存在不同程度的污染,水資源供需矛盾日益突出,城市供水安全與生態(tài)環(huán)境保護面臨嚴峻挑戰(zhàn),已經(jīng)制約了當?shù)亟?jīng)濟社會的協(xié)調(diào)、健康和可持續(xù)發(fā)展。水資源短缺,供需矛盾突出;配置工程網(wǎng)建設滯后,城市發(fā)展面臨挑戰(zhàn);城市水源污染嚴重,供水風險加大;水資源配置格局與用水需求不匹配,增加了配置難度;管理體制建設滯后,影響了水資源開發(fā)利用效率及效益。

3 規(guī)劃目標與任務

3.1 規(guī)劃目標

規(guī)劃目標要體現(xiàn) 21世紀初期我國治水的新思路,體現(xiàn) “現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展水利和生態(tài)水利、民生水利”的規(guī)劃理念,針對青島市城市水資源總量不足、時空分布不勻和同時存在資源型、工程型和污染型缺水的現(xiàn)實,開展全市城市水資源配置工程網(wǎng)規(guī)劃。在查清青島市城市水源地現(xiàn)狀的基礎上,利用水資源配置模型及系統(tǒng)軟件,通過長系列調(diào)節(jié)計算和多方案比選,給出不同水平年水資源優(yōu)化配置推薦方案,提出青島市城市水資源配置工程網(wǎng)布局、規(guī)模及分步實施方案,為配置工程網(wǎng)規(guī)劃工程的適時開工建設提供依據(jù),促進青島市資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設,保障青島市城市供水安全和可持續(xù)發(fā)展。

3.2 主要任務

從青島市城市水資源優(yōu)化配置入手,以青島市城市水資源配置工程網(wǎng)規(guī)劃為主線,堅持以人為本、人水和諧以及與 《青島市水資源綜合規(guī)劃》相銜接、與 《青島市城市總體規(guī)劃》相協(xié)調(diào)和統(tǒng)一的原則,在考慮經(jīng)濟社會與生態(tài)環(huán)境用水需求的基礎上,統(tǒng)籌考慮城市水資源配置工程網(wǎng)布局、工程規(guī)模、主要配置節(jié)點水力計算與初步設計,以及配置工程網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)建設方案、水量調(diào)度方案與預警制度等,為青島市構建較完備的城市安全供水保障體系提供決策依據(jù)。

4 主要規(guī)劃成果

構建了面向多水源、多工程、多用戶、多目標并基于河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水的水資源優(yōu)化配置模型,借助于世界銀行和美國 GAMS公司研制的Windows GAMS2.50軟件開發(fā)了優(yōu)化配置模型計算軟件系統(tǒng),為青島市不同水平年不同組合方案的水資源優(yōu)化配置長系列調(diào)節(jié)計算提供了集數(shù)據(jù)庫、模型庫與人機交互界面等于一體的計算平臺,為青島市城市水資源優(yōu)化配置及工程網(wǎng)規(guī)劃提供強有力的支撐。

4.1 水資源優(yōu)化配置方案與工程規(guī)模

(1)基準年水資源供需平衡分析表明,青島市基準年各縣 (市、區(qū))均不缺水,城市供水安全保障程度是比較高的。但隨著全市經(jīng)濟結構和產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整,未來經(jīng)濟社會發(fā)展仍有潛在的缺水風險,因此需要及早采取措施,未雨綢繆。

(2)基于承載能力的水資源供需平衡分析表明,2010年、2020年和 2030年青島市保證率95%時城市水資源供需平衡,總供水量分別為5.55億 m3、8.85億 m3、11.50億 m3。其中 2030年當?shù)厮┧繛?3.38億 m3,非常規(guī)水供水量為3.35億m3,外調(diào)水供水量為 4.77億 m3;尚有1.8億 m3引江水量指標作為政府預留水量或戰(zhàn)略儲備水源。

(3)根據(jù)青島市城市水資源配置推薦方案,確定青島市近、中遠期城市水資源配置工程網(wǎng)布局及其工程規(guī)模。其中規(guī)劃工程主要包括規(guī)劃水源開發(fā)工程、水源聯(lián)調(diào)工程、輸配樞紐工程、輸水工程、輸水泵站。到 2030年將新建 4座水源開發(fā)工程 (白馬河樞紐工程、沐官島水庫、官路水庫和亭蘭水庫),總庫容 4.05億 m3,設計能力達到 124萬 m3/d;污水處理及中水回用工程新增設計規(guī)模179萬 t/d和 48.5萬 t/d,海水淡化工程新增設計規(guī)模 32.5萬 t/d;新建 6座水源聯(lián)調(diào)工程,新增供水能力 14.6萬 m3/d;新建 1座輸配樞紐工程,調(diào)節(jié)池設計規(guī)模為 80萬 m3,應急時間 6h;新建 20條輸水干支管線,新增管線總長度 344.9km,新增設計流量 54.2～58.4m3/s;新建 10座提水 (加壓)泵站,新增設計流量 54.6m3/s,新增總揚程149.1m,新增總裝機容量 1.24萬 kW;節(jié)水工程累計節(jié)水量 0.53億 m3。

4.2 水資源配置工程網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)建設方案

(1)建設總體目標是利用遙測、通信及計算機網(wǎng)絡、遠程自動控制、數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等技術手段,規(guī)劃建設覆蓋全市供水水源、取水口、輸水管網(wǎng)、加壓泵站和水廠進水口等各個環(huán)節(jié)在內(nèi)的城市原水供給全過程,包括水量、水質(zhì)、水壓等要素的監(jiān)測網(wǎng)絡體系,建設和完善水源、取水口、輸水工程、加壓泵站等關鍵部位的實時監(jiān)控設施,以計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)為依托,運用現(xiàn)代信息技術手段,逐步建成一個覆蓋全市的城市水資源配置工程網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)。

(2)計劃用五年時間建立一套 “實用、可靠、高效、先進”的城市水資源配置工程網(wǎng)信息采集傳輸、信息服務、業(yè)務管理、決策支持、遠程監(jiān)控等多功能于一體的監(jiān)控調(diào)度平臺,以確保城市供水安全和提升水資源管理能力,切實解決青島市城市水資源統(tǒng)一管理、優(yōu)化配置和聯(lián)合調(diào)度所面臨的“瓶頸”問題。

(3)水資源配置工程網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)建設任務包括:實時信息采集、信息傳輸、軟件開發(fā)和調(diào)配中心建設等,近期共實施五大類 12個項目。項目完成后,將建成青島市比較完善的水資源配置工程網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng),對水源、取水口、輸水工程、加壓泵站等關鍵部位實施遠程監(jiān)控和統(tǒng)一調(diào)度,為提升青島市主管部門對全市城市水資源的實時監(jiān)控、量化管理和科學調(diào)配能力提供支撐,確保城市飲用水安全,支持全市的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 水量調(diào)度方案及預警制度

(1)根據(jù)規(guī)劃層面的配置方案,給出以水資源配置工程網(wǎng)規(guī)劃為依據(jù)的指導水量調(diào)度的規(guī)則、控制性指標、年度調(diào)度方案,以及特殊干旱年份應急調(diào)度對策,為科學指導城市水資源配置工程網(wǎng)動態(tài)管理和科學調(diào)度提供重要依據(jù)。

(2)分析和提出供水安全預警制度,供水安全預警等級劃分與審批權限、預警等級發(fā)布流程、預警指標、預警等級標準與調(diào)度管理策略及預警步驟等,為應對城市供水過程中的各種突發(fā)事件和保障城市供水安全提供制度保障。

4.4 水資源配置工程網(wǎng)管理體制

(1)為充分發(fā)揮市、縣 (市)兩個方面積極性,實現(xiàn)新增水量與原有水量可統(tǒng)一調(diào)配、地表水與地下水統(tǒng)一管理,促進青島市水務一體化管理,保障城市水資源配置工程網(wǎng)按計劃實施建設和高效率運行,建議由青島市投融資公司組建青島市城市水資源配置工程網(wǎng)有限責任總公司,市籌集資金占50%以上,控股;青島市區(qū)和各縣市區(qū)按受水量及各自分攤工程的比例籌集資金入股,總公司在各縣(市、區(qū))設分公司。其中總公司統(tǒng)一負責青島市城市水資源配置工程網(wǎng)的水量采購、工程建設、運營管理及還貸;分公司在當?shù)卣退姓鞴懿块T的監(jiān)督指導下,承擔總公司授權所轄范圍內(nèi)的工程建設與運行管理、水量配送及縣 (市、區(qū))的還貸。

(2)提出青島市城市水資源配置工程網(wǎng)有限責任總公司機構設置、管理模式和人員編制,以及城市水資源配置工程網(wǎng)管理范圍和保護范圍、建設管理與運行管理,逐步實施水務一體化管理和水源與輸水網(wǎng)、凈水廠與配水網(wǎng)分家運營,逐步打破壟斷和實現(xiàn)良性競爭的供水新局面,為城市水資源配置工程網(wǎng)科學管理和高效運行提供體制保障。

(3)青島市城市水資源配置工程網(wǎng)規(guī)劃實施保障主要包括組織責任體系保障、法制和體制保障、資金投入保障、政策措施保障、科技和能力建設保障等五大保障體系。

5 結語

現(xiàn)有的城市水資源配置骨干工程主要以向市內(nèi)四區(qū)輸水為主,配置方向單一,城市水資源配置工程相互調(diào)劑和抗風險能力弱,隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,城市供水保障的脆弱性凸現(xiàn)。為此,迫切需要根據(jù)未來的新增用水需求,采取水源置換與輸水管線互聯(lián)互通等工程手段,充分挖掘當?shù)厮Y源開發(fā)利用潛力,統(tǒng)籌安排主客水的配置方向和規(guī)模,重新調(diào)整和完善現(xiàn)有城市水資源配置工程,規(guī)劃布局一批新的城市水資源配置干支線工程,以全市10個受水區(qū)為輸水單元,構建青島市城市水資源配置工程網(wǎng)體系,為全市水資源優(yōu)化配置與合理調(diào)度創(chuàng)造統(tǒng)一的工程設施平臺,實現(xiàn)全市網(wǎng)內(nèi)水資源南北貫通、互濟互配、主客水聯(lián)調(diào)的功能。

青島市城市水資源配置工程網(wǎng)規(guī)劃中體現(xiàn)了多水源、多用戶、多目標,并面向河道內(nèi)與河道外生態(tài)環(huán)境用水需求的水資源優(yōu)化配置思想。水資源優(yōu)化配置是保障水的各種功能協(xié)調(diào)發(fā)展的有效手段,是可持續(xù)利用水資源的可靠保障。同時,還規(guī)劃了監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng),提升了對城市水資源實時監(jiān)控、量化管理和科學調(diào)配的能力。