青岛市城市水资源配置工程网规划*

杨丽丽 谢新民 苟新诗 李其峰 赵全升

(1.中国水利水电科学研究院 北京 100038;2.青岛市水利局 山东青岛 266071;3.青岛大学 山东青岛 266071)

1 前言

根据科学发展观和生态文明建设的总体要求,从满足城市可持续发展的实际需求出发,坚持以人为本、人水和谐以及与 《青岛市水资源综合规划》相衔接、与 《青岛市城市总体规划》相协调和统一的原则,通过开展城市供用水现状调查和问题诊断分析,以及 “三生”需水预测、不同水平年水资源供需平衡分析,确定了不同水平年各受水区水资源配置方案;最后依据配置方案,提出水资源配置工程网布局 (包括水源开发工程、水源联调工程、输配水枢纽工程、输水工程、输水泵站等五类工程设施),全面核算了网内各输水工程的输水流量、管径、长度和投资估算,以及网内各分水节点的节点流量等。为增强城市供水系统抗风险能力和实现互济互配和主客水联调能力,在规划中特别强调输配枢纽工程作用的同时,全面规划了配置工程网实时监测和信息化工程,确定了水量调度与预警制度,以及建设和运行管理体制及保障措施等。应该说,这是一个比较全面的规划,对于指导城市供水保障体系建设、运行管理和统一调度将起到重要作用。

2 城市供用水现状调查与分析

2.1 城市水源现状

目前,青岛市城市供水水源主要分两类:一类为常规水源,另一类为非常规水源。其中常规水源包括当地水源 26处和外调水源 1处,非常规水源包括污水处理及再利用工程 8座和海水淡化及直接利用多处。

2.2 城市输水工程现状

城市输水工程主要由从水源取水口到水厂的管线 (暗渠、明渠、管道)和配套泵站等输水基础设施组成。截至 2006年底,全市主要城市输水管线 (水源地与水厂之间)共 35条,总长度 462km,直径分别 300mm、400mm、600mm、800mm、1100mm、1200mm、1400mm和 1700mm等不同规格,但以600mm和 800mm的规格为主;泵站 48座;城市总输水能力 188万 m3/d。城市输水管线均存在不同程度的漏水、管道腐蚀结垢等问题。

2.3 城市供用水现状

(1)现状供水量及变化趋势。现状年 (2006年)青岛市城市总供水量为 3.98亿 m3(未含海水直接利用量 4.81亿 m3,折合淡水量 0.24亿 m3)。其中地表水供水量为 1.79亿 m3,占总供水量的44.92%;地下水供水量为 0.44亿 m3,占总供水量的 11.04%;客水供水量为 1.14亿 m3,占总供水量的 28.54%;其他水源供水量 (污水回用、雨水利用、海水淡化)为 0.62亿 m3,占总供水量的15.50%。

近几年 (2000～2006年)青岛市城市总供水量呈现出明显的持续增长态势,从 2000年的 3.02亿 m3增到 2006年的 3.98亿 m3,增长幅度高达31.79%,年均递增率 4.03%。其中地表水供水量由 2000年的 1.24亿 m3增长到 2006年的 1.79亿m3,年均递增率 5.38%;地下水供水量由 2000年的 0.39亿 m3增长到 2006年的 0.44亿 m3,年均递增率 1.77%;客水供水量由 2000年的 0.99亿m3增长到 2006年的 1.14亿 m3,年均递增率2.04%;其他水源供水量由 2000年的 0.40亿 m3增长到 2006年的 0.62亿 m3,年均递增率 6.45%。

(2)现状用水量及变化趋势。现状年 (2006年)青岛市城市总用水量 3.98亿 m3。其中居民生活用水量为 0.91亿 m3,占总用水量的 22.87%;工业用水量为 1.93亿 m3,占总用水量的 48.43%;建筑业及第三产业用水量为 0.89亿 m3,占总用水量的 22.23%;生态环境用水量为 0.26亿 m3,占总用水量的 6.47%。

近几年 (2000～2006年)青岛市城市总用水量呈现出明显的持续增长态势,从 2000年的 3.02亿 m3增长到 2006年的 3.98亿 m3,增长幅度高达31.79%,年均递增率 4.03%。其中城市居民生活用水量由 2000年的 0.62亿 m3增长到 2006年的0.91亿 m3,年均递增率 5.65%;工业用水量由2000年的 1.58亿 m3增长到 2006年的 1.93亿 m3,年均递增率 2.90%;建筑业及第三产业用水量由2000年的 0.60亿 m3增长到 2006年的 0.89亿 m3,年均递增率 5.81%;生态环境用水量由 2000年的0.22亿 m3增长到 2006年的 0.26亿 m3,年均递增率2.45%。

(3)用水水平及效率分析。2006年青岛市城市人均用水量为 130m3/人,比全国城市平均水平(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%;城市万元 GDP用水量为17m3/万元,与国内节水先进城市如北京市(42m3/万元)、天津市 (52m3/万元)等相比,亦有明显的先进性。应该说,青岛市城市节水水平已经很高,位居全国的先进行列,节水潜力不大。

2006年青岛市城市居民生活用水定额为81.3L/(人◦d),城市生活综合用水定额为160.3L/(人◦d),低于全国同期平均水平 [212L/(人◦d)],但高于山东省同期平均水平 [119L/(人◦d)]。总之,青岛市城市生活用水水平和用水效率已比较高,其节水潜力不大。

2006年青岛市城市万元工业增加值取水量为21.8m3/万元,低于全国同期平均水平 (147m3/万元),但高于山东省同期平均水平 (20m3/万元)。由此可以看出,青岛市城市工业用水水平和用水效率已达到全国先进水平,与同期天津市 (19m3/万元)、山东省 (20m3/万元)、北京市 (34m3/万元)等国内先进地区相比,其节水潜力不大。当然,与世界先进水平相比,还是存在一定节水潜力的。

2.4 城市供用水面临的挑战

青岛市作为资源型缺水城市,水资源总量不足,时空分布不均,且存在不同程度的污染,水资源供需矛盾日益突出,城市供水安全与生态环境保护面临严峻挑战,已经制约了当地经济社会的协调、健康和可持续发展。水资源短缺,供需矛盾突出;配置工程网建设滞后,城市发展面临挑战;城市水源污染严重,供水风险加大;水资源配置格局与用水需求不匹配,增加了配置难度;管理体制建设滞后,影响了水资源开发利用效率及效益。

3 规划目标与任务

3.1 规划目标

规划目标要体现 21世纪初期我国治水的新思路,体现 “现代水利、可持续发展水利和生态水利、民生水利”的规划理念,针对青岛市城市水资源总量不足、时空分布不匀和同时存在资源型、工程型和污染型缺水的现实,开展全市城市水资源配置工程网规划。在查清青岛市城市水源地现状的基础上,利用水资源配置模型及系统软件,通过长系列调节计算和多方案比选,给出不同水平年水资源优化配置推荐方案,提出青岛市城市水资源配置工程网布局、规模及分步实施方案,为配置工程网规划工程的适时开工建设提供依据,促进青岛市资源节约型和环境友好型社会建设,保障青岛市城市供水安全和可持续发展。

3.2 主要任务

从青岛市城市水资源优化配置入手,以青岛市城市水资源配置工程网规划为主线,坚持以人为本、人水和谐以及与 《青岛市水资源综合规划》相衔接、与 《青岛市城市总体规划》相协调和统一的原则,在考虑经济社会与生态环境用水需求的基础上,统筹考虑城市水资源配置工程网布局、工程规模、主要配置节点水力计算与初步设计,以及配置工程网监控调度系统建设方案、水量调度方案与预警制度等,为青岛市构建较完备的城市安全供水保障体系提供决策依据。

4 主要规划成果

构建了面向多水源、多工程、多用户、多目标并基于河道内生态环境需水的水资源优化配置模型,借助于世界银行和美国 GAMS公司研制的Windows GAMS2.50软件开发了优化配置模型计算软件系统,为青岛市不同水平年不同组合方案的水资源优化配置长系列调节计算提供了集数据库、模型库与人机交互界面等于一体的计算平台,为青岛市城市水资源优化配置及工程网规划提供强有力的支撑。

4.1 水资源优化配置方案与工程规模

(1)基准年水资源供需平衡分析表明,青岛市基准年各县 (市、区)均不缺水,城市供水安全保障程度是比较高的。但随着全市经济结构和产业布局的调整,未来经济社会发展仍有潜在的缺水风险,因此需要及早采取措施,未雨绸缪。

(2)基于承载能力的水资源供需平衡分析表明,2010年、2020年和 2030年青岛市保证率95%时城市水资源供需平衡,总供水量分别为5.55亿 m3、8.85亿 m3、11.50亿 m3。其中 2030年当地水供水量为 3.38亿 m3,非常规水供水量为3.35亿m3,外调水供水量为 4.77亿 m3;尚有1.8亿 m3引江水量指标作为政府预留水量或战略储备水源。

(3)根据青岛市城市水资源配置推荐方案,确定青岛市近、中远期城市水资源配置工程网布局及其工程规模。其中规划工程主要包括规划水源开发工程、水源联调工程、输配枢纽工程、输水工程、输水泵站。到 2030年将新建 4座水源开发工程 (白马河枢纽工程、沐官岛水库、官路水库和亭兰水库),总库容 4.05亿 m3,设计能力达到 124万 m3/d;污水处理及中水回用工程新增设计规模179万 t/d和 48.5万 t/d,海水淡化工程新增设计规模 32.5万 t/d;新建 6座水源联调工程,新增供水能力 14.6万 m3/d;新建 1座输配枢纽工程,调节池设计规模为 80万 m3,应急时间 6h;新建 20条输水干支管线,新增管线总长度 344.9km,新增设计流量 54.2～58.4m3/s;新建 10座提水 (加压)泵站,新增设计流量 54.6m3/s,新增总扬程149.1m,新增总装机容量 1.24万 kW;节水工程累计节水量 0.53亿 m3。

4.2 水资源配置工程网监控调度系统建设方案

(1)建设总体目标是利用遥测、通信及计算机网络、远程自动控制、数据库、地理信息系统、决策支持系统等技术手段,规划建设覆盖全市供水水源、取水口、输水管网、加压泵站和水厂进水口等各个环节在内的城市原水供给全过程,包括水量、水质、水压等要素的监测网络体系,建设和完善水源、取水口、输水工程、加压泵站等关键部位的实时监控设施,以计算机网络系统为依托,运用现代信息技术手段,逐步建成一个覆盖全市的城市水资源配置工程网监控调度系统。

(2)计划用五年时间建立一套 “实用、可靠、高效、先进”的城市水资源配置工程网信息采集传输、信息服务、业务管理、决策支持、远程监控等多功能于一体的监控调度平台,以确保城市供水安全和提升水资源管理能力,切实解决青岛市城市水资源统一管理、优化配置和联合调度所面临的“瓶颈”问题。

(3)水资源配置工程网监控调度系统建设任务包括:实时信息采集、信息传输、软件开发和调配中心建设等,近期共实施五大类 12个项目。项目完成后,将建成青岛市比较完善的水资源配置工程网监控调度系统,对水源、取水口、输水工程、加压泵站等关键部位实施远程监控和统一调度,为提升青岛市主管部门对全市城市水资源的实时监控、量化管理和科学调配能力提供支撑,确保城市饮用水安全,支持全市的可持续发展。

4.3 水量调度方案及预警制度

(1)根据规划层面的配置方案,给出以水资源配置工程网规划为依据的指导水量调度的规则、控制性指标、年度调度方案,以及特殊干旱年份应急调度对策,为科学指导城市水资源配置工程网动态管理和科学调度提供重要依据。

(2)分析和提出供水安全预警制度,供水安全预警等级划分与审批权限、预警等级发布流程、预警指标、预警等级标准与调度管理策略及预警步骤等,为应对城市供水过程中的各种突发事件和保障城市供水安全提供制度保障。

4.4 水资源配置工程网管理体制

(1)为充分发挥市、县 (市)两个方面积极性,实现新增水量与原有水量可统一调配、地表水与地下水统一管理,促进青岛市水务一体化管理,保障城市水资源配置工程网按计划实施建设和高效率运行,建议由青岛市投融资公司组建青岛市城市水资源配置工程网有限责任总公司,市筹集资金占50%以上,控股;青岛市区和各县市区按受水量及各自分摊工程的比例筹集资金入股,总公司在各县(市、区)设分公司。其中总公司统一负责青岛市城市水资源配置工程网的水量采购、工程建设、运营管理及还贷;分公司在当地政府和水行政主管部门的监督指导下,承担总公司授权所辖范围内的工程建设与运行管理、水量配送及县 (市、区)的还贷。

(2)提出青岛市城市水资源配置工程网有限责任总公司机构设置、管理模式和人员编制,以及城市水资源配置工程网管理范围和保护范围、建设管理与运行管理,逐步实施水务一体化管理和水源与输水网、净水厂与配水网分家运营,逐步打破垄断和实现良性竞争的供水新局面,为城市水资源配置工程网科学管理和高效运行提供体制保障。

(3)青岛市城市水资源配置工程网规划实施保障主要包括组织责任体系保障、法制和体制保障、资金投入保障、政策措施保障、科技和能力建设保障等五大保障体系。

5 结语

现有的城市水资源配置骨干工程主要以向市内四区输水为主,配置方向单一,城市水资源配置工程相互调剂和抗风险能力弱,随着经济社会的快速发展,城市供水保障的脆弱性凸现。为此,迫切需要根据未来的新增用水需求,采取水源置换与输水管线互联互通等工程手段,充分挖掘当地水资源开发利用潜力,统筹安排主客水的配置方向和规模,重新调整和完善现有城市水资源配置工程,规划布局一批新的城市水资源配置干支线工程,以全市10个受水区为输水单元,构建青岛市城市水资源配置工程网体系,为全市水资源优化配置与合理调度创造统一的工程设施平台,实现全市网内水资源南北贯通、互济互配、主客水联调的功能。

青岛市城市水资源配置工程网规划中体现了多水源、多用户、多目标,并面向河道内与河道外生态环境用水需求的水资源优化配置思想。水资源优化配置是保障水的各种功能协调发展的有效手段,是可持续利用水资源的可靠保障。同时,还规划了监控调度系统,提升了对城市水资源实时监控、量化管理和科学调配的能力。