泰安城区供水安全分析

张春荣,成世才,王其芳

(山东科技大学 地质科学与工程学院,山东青岛 266510)

0 前言

由于经济快速发展和人民生活的改善,人们对水资源的需求有增无减,水资源将是 21世纪最短缺的重要战略资源,水将成为制约经济社会发展的最大资源瓶颈,供水安全问题已经成为当今世界最重要的发展问题。对城市供水安全的研究已经取得大量的成果,如开源、调蓄、治污等等[1-5],但是针对泰安市的实际情况,保证泰安城区供水安全的研究很少,所以本文拟开展泰安城区供水安全研究,可以为城市供水,尤其是中小型城市供水安全提供参考。

1 研究区概况

泰安城区地处鲁中山区,坐落在泰山之阳、汶河之滨,是著名的历史古城。该市历史悠久,文化灿烂,风景秀丽,雄伟挺拔的泰山素有“五岳独尊”之称,是驰名中外的旅游胜地和国家重点风景名胜区。研究区属于温带大陆性半湿润季风气候区,四季分明,寒暑适宜,光温同步,雨热同季。春季干燥多风,夏季炎热多雨,秋季晴和气爽,冬季寒冷少雪。年平均气温 13℃,年平均降水量 697毫米。因受季风气候影响,年际降水变幅较大,年最大降水量 1498毫米,年最小降水量199毫米,相差 7.5倍。年内降水分布很不匀衡,夏季降水最多,占年降水量的 65.2%,冬季最少,仅占 3.6%。

泰安市多年平均水资源总量为 19.22亿 m3,人均占有水资源量 355m3,是全国人均占有量的 1/7,为水资源严重缺乏区。随着经济的发展,人口的增加,城市化进程的加快,泰安城区面积越来越大,需水量也越来越大,供需矛盾极为突出,供水安全显得十分重要。

2 城区供水水源状况分析

现状条件下泰安城区主要供水水源有黄前水库、胜利水库、安家林水库和旧县水源地、訾家灌庄水源地、东武水源地及泰城城区的自备水井。(图 1)

2.1 地表水资源供水状况分析

黄前水库流域位于泰山东侧,大汶河二级支流石汶河上游。东、北、西三面环山。流域内植被属暖温带阔叶、针叶林,土壤质地类型主要是棕壤、沙壤、部分为粘土。流域面积为 292 km2,总库容8248万 m3,兴利库容6300万 m3,死库容 440万 m3。原是结合灌溉、防洪和养鱼等综合开发利用的中型水库。随着经济的发展和人民生活水平的提高,泰城需水量明显增加,1993年开始向泰城供水。本文运用黄前水库实测径流资料,按照城市日供水 10、12万 m3两种方案,并结合农田灌溉 2万亩进行联合调节计算,得到表 1。

图1 泰安市区水利工程图

表1 黄前水库长系列调节计算情况表

根据表 1可以看出,黄前水库按照 12万 m3/日向泰城供水,农田灌溉面积 2万亩,供水保证率为 81%,远远低于城市供水保证率的要求;且水库蓄满的比例为 45%,弃水量为71 309万m3,致使下游河道常年干涸,不利于下游的供水。停止农田灌溉用水,供水保证率为 90%,也不能满足城市供水安全保证率的需要。黄前水库按照 10万 m3/日向泰城供水,农田灌溉面积 2万亩,供水保证率为 86%,城市供水保证率偏低;水库蓄满的比例为 50%,能够发挥多年调蓄水库的功能;弃水量为 93 032万 m3,能够兼顾水库下游的供水。如果停止农田灌溉用水,城市供水保证率可以达到 95%,能够满足城市供水保证率的要求。所以黄前水库向泰安城区的日供水量应控制在 10万 m3,在来水量少的情况下,应减少农田灌溉用水,城市供水保证率基本能够达到 95%,能够满足城市供水保证率的要求。根据黄前水库多年水质监测情况来看,除总氮、总磷超《国家地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类水水质标准外,其他评价因子都在Ⅲ类水水质标准范围内,经过集中水处理后,能够达到生活饮用水水质标准,对泰安城区供水是安全的,是其主要的供水水源地。

安家林水库集水面积为20km2,总库容 819万 m3,兴利库容 426万 m3,水文资料不齐全,靠近黄前水库流域,可以运用黄前水库的资料推算,向泰城的供水量应控制在 1万 m3。根据安家林水库水质监测情况来看,除总氮、总磷超《国家地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水水质标准外,其他评价因子都在Ⅲ类水水质标准范围内,经过集中水处理后,能够达到生活饮用水水质标准,对泰安城区供水是安全的。

胜利水库,兴利库容为4 670万 m3,集水面积不大,主要是从大汶河引水,水量充沛;水质状况不容乐观,总氮、总磷、高锰酸盐、化学耗氧量、五日生化需氧量超过《国家地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水水质标准,对泰安城区供水,应强化水处理,确保达到生活饮用水水质标准。

2.2 地下水资源供水状况分析

研究区地层有太古界前震旦系,古生界寒武系、奥陶系,新生界第三系、第四系,其分布受泰莱断裂、新泰断裂、南留断裂和肥城断裂四条弧形断裂的控制明显。各断块的南部形成太古界变质岩系裸露山区;各隆起的北部形成宽阔带状的寒武、奥陶系地块。第三系地层分布在各断陷沉降盆地内,第四系分布于河谷平原、山前平原和上游河谷地带。其中山前平原和河谷平原地质岩性主要为坡积、冲洪积物。

研究区地下水类型,受地形地貌及地层岩性的控制。城区供水水源地主要为岩溶水含水岩组,主要有寒武系、奥陶系中下统灰岩、白云岩、竹叶状灰岩组成,大多隐伏于第四系以下;补给来源为大气降水入渗补给、地表水渗漏补给、第四系孔隙水的补给及单元以外岩溶水的侧向补给等。含水层厚度在 50～150m,含水量大、连通性好、富水性强,单井涌水量在1 000～5 000m3/d左右。

其中旧县水源地和訾家灌庄水源地,原为泰城主要的供水源地,日供水量为 7万m3左右,但是由于地下水的超量开采,已经造成了地质环境恶化、水源不足等,现状条件下日供水量控制在 4万 m3左右。东武水源地,位于大汶口镇以西,1998年底向泰城供水,开采量为 3万 m3/d左右。另外泰城自备水井较多,供水量在 2万 m3/d。根据《国家地下水环境质量标准》(GB/T14848-93)进行单因子评价,訾家灌庄水源地水质尚好,符合Ⅲ类水水质标准;东武水源地水质除总硬度外,符合Ⅲ类水水质标准;而旧县水源地水质则存在硝酸盐氮含量超Ⅲ类水水质标准。所以在向泰安城区供水时,应优先采用訾家灌庄水源地,其次采用东武水源地和旧县水源地。

3 供水安全分析

泰安城区面积 60 km2,居住人口 60万人,日需水量为 15万 m3左右,在现状供水水源条件下,丰水年和平水年能够保证泰安城区的供水安全,而枯水年当年降雨量小于 300 mm时,河道断流,黄前水库基本没有来水[6],地下水位下降明显,泰城供水安全不能保证。随着经济的发展和人民生活水平的提高,泰安城区需水量会越来越大,为保证供水安全,所以应加强开源节流、雨洪水利用、分质供水、跨流域调水和供水水质监测等工作。

3.1 开源节流

泰安市区有大中型水库黄前水库、胜利水库、大河水库、彩山水库和角峪水库等 5座,小型水库和塘坝 200余座,池塘星罗棋布,所以应充分利用这些水库塘坝拦蓄的地表水,将大河水库、彩山水库和角峪水库作为泰安城区的后备水源,以满足泰城供水安全的需求。合理开采利用地下水,防止出现地面沉降、水源污染现象。尽可能地节约水资源,提高水的利用效率,缓解泰安城区的供需水矛盾,减轻供水的压力,从“节流”上保障供水安全。

3.2 建立雨洪水收集工程

泰安城区年降水分布很不匀衡,夏季降水最多,占年降水量的 65.2%,一方面大量的雨洪水白白流入河道;另一方面也会增加河流防洪抗灾的压力。建立雨洪水收集工程,拦蓄雨洪水,供给城区用水,充分利用雨洪水,延缓雨洪水入河的时间,从而提高河道的防洪抗灾能力。雨洪水工程可以利用城市供排水系统;也可以在市区内修建多重拦河闸、橡胶坝等工程,新建小区公园、大型广场、运动场等修建地上塘坝、地下蓄水池等。

3.3 分质供水

泰安城区用水包括居民生活用水、工业生产用水和公共绿化用水等,不同的用水户对水质的要求不同。其中居民生活用水,日需水量约 5万m3,水质要求高,占总量的 33.3%;工业生产和公共绿化用水日需水量约 10万 m3,占总量的66.7%,水质要求低。所以应建立分质供水系统,设置单独的饮用水系统,优质水源保证生活居民用水的需要和工业水质要求高的用户;建立工业生产和公共绿化供水系统,充分利用居民生活和工业生产过程中产生的符合水质要求的中水,减少开采水资源的量,从而保护水环境。

3.4 跨流域调水

南水北调工程,经泰安市的东平湖后穿过黄河向北京、天津供水,所以泰安城区可以从东平湖经大汶河引长江流域的水,缓解泰安城区由水资源缺乏而导致的供需矛盾。如特枯的 1989年,泰安城区河道断流,水库干涸,地下水位下降明显,机井无水可抽的情况下,充分利用南水北调工程和原有的引黄工程,从长江流域和黄河流域调水,彻底改变泰安城区靠天吃水的局面,保证供水安全。

3.5 水质监测

水污染日趋严重,已对人类的生存安全构成重大威胁,成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。据世界权威机构调查,在发展中国家,各类疾病有 80%是由于饮用了不卫生的水而传播的,每年因饮用不卫生水至少造成全球2 000万人死亡,因此,城市供水安全不仅仅包括水量满足要求,还应该包括水质符合要求。所以,应加强水源保护,建立全面的水质监测系统。改善水质监测设备,提高水质监测水平,确保水质指标监测准确、快捷,对水源日日监测,对供水时时监测,确保人民生命安全。

4 结论

泰安城区现状条件下,在丰水年、平水年水量基本能够保证需水的要求,但水质状况不容乐观,地表水水源总氮、总磷超标严重;地下水源存在总硬度、硝酸盐氮超标现象。枯水年份,现有水源无法保证需水的要求。所以为保证泰安城区枯水年份供水安全和研究区将来需水量的增加,应该开源节流,缓解供需矛盾;充分利用雨洪水,减轻河流防洪抗灾的压力;实现分质供水,减少水资源量的开发;建立跨流域调水工程,确保枯水年份供水安全;加强水质监测,确保人民生命安全。

[1]施春红,葛华军.城市供水安全分析及对策研究[J].中国公共安全(学术版),2007.(3):15-19.

[2]李荣升,叶青,宋宪武等.大连市城市应急供水预案探讨[J].东北水利水电,2002.20(221):15-17.

[3]董辉,赵方岩,程凯.浅议泰安市雨洪资源的开发利用[J].山东水利,2006.(4):37-40.

[4]黄剑平.浅谈确保城市供水安全运行的意义[J].时代经贸,2007.5(76):176-177.

[5]张卫红.北京城市供水安全保障[J].北京规划建设:117-119

[6]张春荣,高宗军.黄前水库来水量特征与影响因素分析[J].地下水,2008.3(3):74-78.