天津城市分质供水发展策略

李 霞，韩 笑，孙 莹，石宇亭

（天津理工大学环境科学与安全工程学院，300384，天津）

天津市享有“九河下梢”之名，水资源比较丰富。但随着经济社会发展，天津市成为资源型和水质型缺水城市。尤其近几年，作为滦河水、黄河水储蓄水库的于桥水库和尔王庄水库出现轻度富营养化现象。此外，天津市正处在快速发展阶段，特别是滨海新区和规划新城的发展，对水资源的需求大幅度增加导致水资源危机进一步加剧。因此，改善天津市的供水管网，尤其是统一供水的供水方式，发展分质供水，不仅能够高效地利用、调控水资源，而且可以提高居民的用水品质，为建设“生态宜居城市”提供最基本的保障。

一、天津城市分质供水模式

1.分质供水的涵义

分质供水是指具有两套或两套以上供水管网，分别输送不同水质等级的水，供给不同用户的一种供水方式。具有代表性的有日本的多元管道系统和美国的二元管道系统。

我国分质供水起步较晚，采用二元管道分质供水系统，分质供水系统的发展分为两个阶段：第一个阶段是过渡阶段，分质供水系统为自来水与优质饮用水系统。自来水主要用于冲厕、洗车、洗漱、景观水体、消防用水、工业用水等，优质饮用水主要用于烹饪和饮用。第二个阶段是发展阶段，为自来水与再生水系统。自来水主要用于烹饪、洗漱、饮用，再生水主要用于绿化、洗车、景观水体、消防用水、冲厕、工业等。发展阶段的分质供水系统与美国的二元分质供水系统类似。

2.天津市城市分质供水模式

天津市城市分质供水包括自来水与优质饮用水、自来水与再生水两种二元供水模式。这两种模式又分别包括集中式与分散式。自来水与优质饮用水模式属于天津市分质供水发展的过渡模式，自来水与再生水模式是分质供水发展的最终目标。两种分质供水模式的具体特点、用途及建设情况见表1。

因分质供水用途不同，分质供水处理工艺包括两种：优质饮用水分质供水处理工艺和再生水分质供水处理工艺。

①优质饮用水分质供水处理工艺包括：活性炭处理、膜处理（微滤MF、超滤 UF、纳滤 NF和反渗透 RO膜）和消毒处理等技术。如果自来水中含硬度和溶解性总固体过低，或自来水经深度处理后水中上述两项指标含量过低，则还应有水中矿物质和微量元素调节的保障处理技术，一般可采用含矿物质的粒状介质 （麦饭石、木鱼石、珊瑚礁等）过滤器处理，使过滤出水增加一定量矿物盐。

②再生水分质供水处理工艺包括：混凝、沉淀和过滤。随着膜技术的发展，不少发达地区再生水厂开始使用膜处理工艺，如超滤膜技术、膜生物反应器（MBR）工艺、反渗透（RO）技术及其组合工艺等。膜处理工艺虽然具有处理水质优异、节省占地等突出优势，但其工程投资和运行费用较高。混凝、沉淀及过滤工艺投资及运行费用低、管理方便，但出水水质不如前者。故进行再生水处理工艺选择时应根据原水及出水水质要求进行充分的技术经济论证，根据工程特点选择适宜的处理工艺。

二、存在问题

①天津市城市分质供水正处于发展阶段，虽然国家已经颁布许多水环境质量标准、排放标准、检测标准、饮用标准、回用标准、处理标准等，但专门针对分质供水的标准只制定了再生水回用的统一标准，在维护、管理方面有所缺失。再加上经济、技术、社会等因素的限制，城市分质供水模式呈现出多样性的特点，既存在自来水与优质饮用水模式，又存在自来水与再生水模式。标准规范的不完善和分质供水模式的多样性均会导致在实施分质供水过程中出现难统一、难管理的问题，最终造成管网终端水质不达标的现象。

②天津市正处在新建、改建、扩建再生水厂的阶段，中心城区已建成纪庄子、咸阳路、北辰、东郊等4座再生水厂，总处理规模19万m3/d，已铺设再生水主干管网近400 km。对再生水管网的规划设计主要采取就近分配原则，并且主要集中在主干线或者再生水厂附近，再生水服务半径非常有限，且对再生水管网未进行系统的综合规划。不仅如此，由于再生水用户不稳定、工业用水量大，导致铺设干管管径较大、流速较低，从而导致水龄较高、水质较差。

表1 天津市城市分质供水模式

③城市分质供水管网作为城市发展的基础设施，一次性投资建设费用高，其管网投资建设费用可占总投资建设费用的70%左右。目前，城市分质供水管网的铺设多数仅考虑成本费用，忽略城市分质供水系统的安全可靠性和对碳排放的影响。分质供水系统是一个复杂的系统，仅考虑成本费用，在管网优化设计过程中将会导致管网的拓扑性下降，最终优化方案向树状管网倾斜，从而管网安全可靠性降低。另外分质供水管网全生命周期对碳排放的影响不应忽视。

三、对 策

1.健全并落实水法规

健全的分质供水规范标准能够保障天津市城市分质供水的健康发展。尽管我国水法以及各种国家性、地方性的水法律规范已经颁布，但针对城市分质供水这一新的供水形式，有关水质、检测、处理工艺、设备管理维护等规范标准有待进一步健全。不仅要健全这些水务规范，更应该在现状调查与分析、规范标准的基础上落实法制水务规范，确保分质供水顺利发展。

2.统筹规划天津市城市分质供水系统

随着社会的快速发展和城市化进程不断加快，天津市现有统一供水方式已经不能满足当今发展需要。另外，2014年南水北调工程通水后，天津市水源系统将发生重大调整，势必引起城市供水结构相应调整。针对新形势，天津市应统筹规划和优化城市分质供水系统。首先，应采用统计预测法或者指标分析法分析预测再生水用户和用量；然后根据水厂的供水情况进行供需平衡分析；最后确定分质供水的模式，天津市中心城区可以采用自来水与再生水二元供水模式，滨海新区可将海水纳入到分质供水系统中，采用三元分质供水模式，从而实现天津市分质供水的统筹规划。

3.合理确定分质供水模式并进行分质供水管网优化

《天津市城市供水规划》在引滦、引江和于桥、尔王庄、北塘、北大港、王庆坨等5座调蓄水库为总框架的原供水系统下，按照空间结构将天津市划分为11个供水区域。可根据不同区域的水厂现状和管线情况，选择合适的分质供水模式，即集中式或分散式。已有学者对分质供水的模式选择判据进行研究，临界距离可作为选择分质供水模式的判据。同时综合考虑成本费用、安全可靠性、碳排放进行多目标分质供水管网优化设计。基于多目标遗传算法、蚁群算法、混合蛙跳算法、粒子群算法、模拟退火算法等多种智能算法与MATLAB软件的结合，获得最优的决策变量，例如管径、泵站的规模、阀门的数量和位置等，使分质供水管网的规划设计更加经济、可靠、环保。

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