西安市城市應急水源規(guī)模探討

(西安市水資源利用技術服務中心，陜西 西安 710018)

城市供水系統(tǒng)經常面臨來自自然、社會和經濟發(fā)展的各種風險。按風險產生的來源，可分為自然風險、社會風險、經濟風險等；按風險發(fā)生的頻率，可分為極少風險、稀少風險、偶然風險和經常風險等[1]。近些年來，西安市城市供水系統(tǒng)風險日益凸顯，如2012年10月-2013年4月，西安市遭遇冬春連旱，降水量僅為56.6 mm[2]，與常年同期相比偏小6成以上，為1961年以來同期第一偏少年，水庫水量驟減，接近警戒水位，全市供水形勢非常嚴峻；2016年8月31日，閻良區(qū)城市供水管網發(fā)生漏水故障，停水2 d，影響到閻良城區(qū)4.6萬戶12萬人的正常用水。加強西安市城市應急水源的建設迫在眉睫。

本文以主城區(qū)為研究對象，其應急水源規(guī)模由應急需水量和遭遇風險時的常規(guī)水源可供水量決定。為合理確定遭遇風險時的可供水量，在對城區(qū)供水系統(tǒng)風險分析的基礎上設定了6種風險模式，逐一量化各種風險模式下2020年、2025年和2030年的可供水量，最終分析確定出各水平年的應急水源規(guī)模。

1 城市供水狀況

西安主城區(qū)的集中供水是從1952年建成的第一水廠開始的，當時僅有深水井3眼，日供水能力0.5萬 m3。到1990年，主城區(qū)共建8座水廠，日供水能力達到73萬 m3。2003年底，以黑河金盆水庫為主水源的黑河供水系統(tǒng)的建成使用，標志著西安城市供水模式發(fā)生了根本性的變化，從原來基本以地下水為主的供水模式轉變?yōu)橐缘乇硭疄橹鳌⒌叵滤疄檩o的供水模式，供水水質得到了很大的改善和提高。隨著“引乾濟石”、“引湑濟黑”工程的成功建設和2015年李家河水庫的投入運行，主城區(qū)供水結構得到了更加明顯的改善。

目前，主城區(qū)的常規(guī)供水水源主要有黑河供水系統(tǒng)、李家河供水系統(tǒng)、大峪供水系統(tǒng)、5處地下水源地和再生水，2020年后將新增引漢濟渭調水工程。應急供水水源主要有城區(qū)自備井和石砭峪水庫。2015年主城區(qū)各常規(guī)水源供水能力達到75 381.5萬 m3(206.6萬 m3/d，不含城區(qū)自備井)，詳見表1。

另據(jù)2015年9月《引漢濟渭輸配水干線工程總體規(guī)劃》[3]，2025年和2030年引漢濟渭調水工程可向西安主城區(qū)分別配置水量98.6萬 m3/d(36 000萬 m3)和106.4萬 m3/d(38 832萬 m3)，屆時石頭河水庫將不再向西安供水。

2 城市供水系統(tǒng)風險分析

2.1 風險識別

采用《中國城市飲用水安全保障方略》[4]中的應急能力評估方法對主城區(qū)供水系統(tǒng)進行評價和風險識別。

水量方面：主城區(qū)供水水源目前以黑河供水系統(tǒng)為主，受水文氣象因素影響很大，豐枯年份可供水量差別較大，特別如田峪、就峪、灃峪3處自流引水工程，無徑流調蓄能力，可引水量近年來有所減少；5處地下水源地部分水源井受局部地下水位下降、井泵設施老化等影響，供水能力有所下降；2020年后的引漢濟渭調水工程，水源是漢江子午河，根據(jù)相關資料，漢江子午河流域和黑河流域僅相鄰秦嶺山脈，徑流主要由降雨形成，水情隨降雨的變化而變化，兩流域除個別旬的徑流豐枯不同步外，其余絕大部分徑流豐枯基本同步。

水質方面：黑河金盆水庫每年周期性污染特征為夏秋高溫季節(jié)出現(xiàn)藻類高發(fā)和有機污染，冬春季節(jié)易發(fā)高氮磷、高色度與有機污染，周期性的負荷污染可能會對曲江水廠和南郊水廠的安全運行帶來一定的水質風險。

輸水管網方面：黑河輸水渠道工程自黑峪口藺家灣匯流池起，向東沿秦嶺北坡腳，經周至縣、鄠邑區(qū)、長安區(qū)甫店至西安市南郊曲江水廠，管線長85.963 km，全程重力自流單管供水，存在著供水渠道安全隱患。一旦供水渠道遭受極端天氣影響或人為破壞，出現(xiàn)滲漏、破損等時，將會直接影響到西安市的城市供水安全。

水廠處理系統(tǒng)方面：黑河供水系統(tǒng)水源供水能力為128.3萬 m3/d，而曲江水廠和南郊水廠設計凈水能力為僅110萬 m3/d，兩水廠處理能力與黑河供水系統(tǒng)設計供水能力存在差距，使實際供水量受到影響；目前地表水處理系統(tǒng)以傳統(tǒng)的混凝-沉淀-過濾-氯化消毒工藝為主，缺少相應的深度處理工藝，應對高負荷、突發(fā)性或周期性污染能力相對較差；地下水廠處理系統(tǒng)以通常的氯化消毒為主，難以適應日益復雜的地下水水質。

應急能力方面：根據(jù)西安市封井工作領導小組辦公室調查資料分析，主城區(qū)現(xiàn)有Ⅰ級應急水井139眼，日供水能力約11.7萬 m3/d。另外，石砭峪水庫還預留了600萬 m3的應急供水量。 這2處應急水源調蓄能力有限，應急處理能力較低。

經識別，主城區(qū)供水系統(tǒng)可能遭遇的風險有遭受連年干旱、水庫水質出現(xiàn)污染、輸水渠道出現(xiàn)故障等。

表1 主城區(qū)現(xiàn)有供水水源及供水能力一覽表

2.2 風險模式設定

在供水系統(tǒng)風險識別的基礎上，為合理確定主城區(qū)應急水源規(guī)模，本節(jié)設定了6種可能遭遇的風險模式(見表2)，其中模式一至模式三是由單一風險因素組成，模式四至模式六是由兩種風險因素組合而成。

3 各種風險模式下對可供水量的影響評估

3.1 遭遇特大干旱(模式一)

據(jù)《2013年陜西省水資源公報》[2]，西安遭遇渭河流域2012年10月—2013年4月干旱情景時，黑河金盆水庫庫存水量4 275萬 m3，可用水量3 275萬 m3，入庫水量3.5 m3/s(30.2萬 m3/d)；石頭河水庫庫存水量2 600萬 m3，可用水量2 100萬 m3，供給黑河引水系統(tǒng)1.1 m3/s(9.5萬 m3/d)；石砭峪水庫庫存水量740萬 m3，可用水量670萬 m3，入庫水量約1 m3/s(8.6萬 m3/d，含引乾濟石水量)；田峪、就峪和灃峪均為自流引水，來水量沒有保證，可忽略不計；甘峪水庫庫存量57.8萬 m3，可用水量45.8萬 m3，入庫水量0.1 m3/s(0.86萬 m3/d)。

以上7處地表水來水量5.7 m3/s(49.2萬 m3/d)，即黑河供水系統(tǒng)遭遇模式一時可供水量為49.2萬 m3/d。2025年、2030年引漢濟渭工程建成通水后，根據(jù)陜西省水資源規(guī)劃總體布局，石頭河水庫不再向西安供水，屆時黑河供水系統(tǒng)遭遇模式一時可供水量均為39.7萬 m3/d。

通過1956—2000年李家河流域和黑河流域地表徑流相似性分析，相關系數(shù)為0.8，因此采用面積比擬法，預測當西安遭遇2012年10月至2013年4月的氣象條件時，李家河水庫流域入庫水量約為0.86 m3/s，可向主城區(qū)供水約7.4萬 m3/d。同理，大峪供水系統(tǒng)合計入庫水量約為0.34 m3/s，可向主城區(qū)供水約2.9萬 m3/d。

據(jù)《陜西省地表水資源調查評價分析》，漢江子午河流域和黑河流域僅相鄰秦嶺山脈，嶺南、嶺北同豐概率22.5%，同枯概率27.5%，同平概率30%。當西安遭遇上述干旱情景時，引漢濟渭調水量將減少2/3以上，由此估算2025年引漢濟渭調水工程可供水量32.9萬 m3/d，2030年可供水量35.5萬 m3/d。

5處地下水源地和再生水受氣象因素影響較小，可供水量按現(xiàn)狀供水能力。

綜上，模式一情景下，主城區(qū)各水源2020年、2025年和2030年可供水量分別為123.2萬 m3/d、149.1萬 m3/d和154.2萬 m3/d。

3.2 遭遇水庫水質出現(xiàn)污染(模式二)

黑河金盆水庫水質受到污染，不能滿足居民生活用水標準時，其可供水量為0。主城區(qū)其他水源和黑河引水系統(tǒng)中的其他供水水源均不受影響。

經計算，模式二情景下，主城區(qū)各水源2020年、2025年和2030年可供水量分別為136.2萬 m3/d、211.3萬 m3/d和221.6萬 m3/d。

3.3 遭遇輸水渠道出現(xiàn)故障(模式三)

黑河供水系統(tǒng)輸水渠道(見圖1)發(fā)生故障主要包括三種情景：(1)黑峪口匯流池至灃峪輸水工程出現(xiàn)故障的情況；(2)莆店匯流池至曲江水廠和南郊水廠輸水管道出現(xiàn)故障的情況；(3)石砭峪供水管道出現(xiàn)故障，其中當黑峪口匯流池至灃峪輸水工程出現(xiàn)故障最為嚴重，黑河供水系統(tǒng)中僅石砭峪水庫可正常供水。

圖1 西安市黑河供水系統(tǒng)工程平面布置示意圖

經計算，模式三情景下，主城區(qū)各水源可供水量2020年、2025年和2030年可供水量分別為102.0萬 m3/d、203.1萬 m3/d和213.4萬 m3/d。

表2 主城區(qū)供水系統(tǒng)可能遭遇的風險模式設定

3.4 模式四-模式六

模式四至模式六是單一風險因素的互相組合，計算這些風險組合下的可供水量時，均以組合風險因素中最不利的風險因素為控制。由此，確定出主城區(qū)遭遇各種風險模式時的可供水量，見表3。

其中模式五，即同時遭遇特大干旱和輸水渠道出現(xiàn)故障時，風險最重，可供水量最?。荒Ｊ蕉?，即遭遇黑河水庫水質出現(xiàn)污染時，風險最輕，可供水量最大。

表3 主城區(qū)遭遇各種風險時可供水量 萬m3/d

4 應急水源規(guī)模的確定

4.1 主城區(qū)應急需水量預測

應急情況下，可供水量迅速減少，而需水量難以削減，原有供需平衡被打破，因此必須確定應急供水時的用水對象和用水次序，遵循“先生活、后生產，先節(jié)水、后調水，先地表水、后地下水”的用水原則，對居民生活用水、生產用水采用降低標準供應，同時限制或暫停用水大戶或高耗水行業(yè)的用水，最大限度壓縮或停止使用道路澆灑和綠地用水。

本文預測主城區(qū)應急需水量的思路：首先，根據(jù)《室外給水設計規(guī)范》(GB50013-2006)[5]，確定用水對象為居民綜合生活用水、工業(yè)企業(yè)用水、管網漏損水量和未預見用水；其次，參考《西安市水中長期供求規(guī)劃》[6]，估算規(guī)劃年各用水對象的正常需水量(計算過程見表4)；最后，確定出城市應急需水量壓縮系數(shù)，計算各規(guī)劃年應急需水量。

參考國內外對應急需水量的研究[7-15]，本文城市應急需水量壓縮系數(shù)取值為70%，同時考慮城市供水日變化系數(shù)1.15[5]，得出2020年、2025年、2030年主城區(qū)應急需水量分別為148.6萬 m3/d、156.8萬 m3/d和165.2萬 m3/d。

4.2 主城區(qū)合理應急水源規(guī)模的確定

主城區(qū)應急水源規(guī)模根據(jù)式(1)計算確定：

R=D-S

式中：R為應急水源規(guī)模，萬m3/d；D為應急需水量，萬m3/d；S為遭遇風險時可供水量，萬m3/d。

由表5分析可知，遭遇單一風險時，以模式一(遭遇特大干旱)所需的應急水源規(guī)模最大，風險最為嚴重，各規(guī)劃年應急水源規(guī)模分別為25.4萬 m3/d、7.7萬 m3/d和11.0萬 m3/d；模式二(黑河水庫水質出現(xiàn)污染)和模式三(黑河輸水渠道出現(xiàn)故障)時，除2020年，其他規(guī)劃年已有水源可供水量均可滿足應急狀態(tài)下的需水要求。

遭遇組合風險時，以模式五(同時遭遇特大干旱和輸水渠道出現(xiàn)故障)所需的應急水源規(guī)模最大，風險最為嚴重，各規(guī)劃年應急水源規(guī)模分別為66.0萬 m3/d、38.8萬 m3/d和42.1萬 m3/d。

3個規(guī)劃年中，無論遭遇何種風險模式，均以2020年應急水源規(guī)模最大，即引漢濟渭調水工程建成通水前，主城區(qū)供水風險最為突出。

表4 主城區(qū)規(guī)劃年正常需水量預測

備注：管網漏損量按居民生活、工業(yè)企業(yè)需水量之和的10%計算，未預見水量按居民生活、工業(yè)企業(yè)及管網漏損量之和的10%計算。

表5 主城區(qū)各規(guī)劃年應急水源規(guī)模計算成果表 萬m3/d

5 結語

西安市城市供水系統(tǒng)風險逐步凸顯，主城區(qū)已建應急水源規(guī)模較小。本文通過分析不同風險模式下的可供水量和應急需水量，確定出應急水源規(guī)模。主要結論和建議如下：

(1)經識別，西安市主城區(qū)目前供水風險主要有遭遇特大干旱、水庫出現(xiàn)水質污染事故、地表水源主要輸水渠道出現(xiàn)故障。為合理確定主城區(qū)應急水源規(guī)模，本文設定了6種可能遭遇的風險模式，并定量評價了各種風險模式下規(guī)劃年的可供水量。

(2)經計算，主城區(qū)在同時遭遇特大干旱和輸水渠道出現(xiàn)故障(模式五)時所需的應急水源規(guī)模最大，風險最為嚴重。為保障城市供水安全，本文推薦模式五作為主城區(qū)應急水源規(guī)模建設的參考，即主城區(qū)2020年、2025年和2030年應急水源規(guī)模分別為66.0萬 m3/d、38.8萬 m3/d和42.1萬 m3/d。

(3)建議加快應急水源工程的建設步伐，尤其應加大引漢濟渭調水工程通水前主城區(qū)應急水源的儲備。加快調蓄工程建設，在利用好秦嶺主水源，確保已有工程供水能力的基礎上，繼續(xù)加大境外調引量，尤其是要加快引漢濟渭輸配水工程建設；加大力度恢復地下水產能以及城市應急地下水水源的建設，如澇渭、東北郊應急水源地的建設；同時制定城區(qū)已關停自備井的管理機制和啟用體制；加快城市污水處理廠和再生水廠工程建設，通過加大再生水利用規(guī)模提高城區(qū)應急供水能力；采取有效措施，切實抓好節(jié)水工作，通過節(jié)水提高應急供水能力；加快飲用水水源監(jiān)管能力、應急處置能力建設及自動監(jiān)測預警、視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程建設等，保證應急水源的水質、水量，確保供水安全。