八水润西安工程中再生水利用探究

张高锋，莫淑红，沈 冰，肖孙田

(1.西安市水资源利用技术服务中心，西安 710054；2.西安曲江临潼国家旅游休闲度假区管理委员会,西安 710600；3.西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地(西安理工大学),西安 710048；4.西安市水务局，西安 710007)

八水润西安工程中再生水利用探究

张高锋1,2，莫淑红3,*，沈 冰3，肖孙田4

(1.西安市水资源利用技术服务中心，西安 710054；2.西安曲江临潼国家旅游休闲度假区管理委员会,西安 710600；3.西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地(西安理工大学),西安 710048；4.西安市水务局，西安 710007)

分析计算了“八水润西安”工程中再生水需水量，在此基础上，结合西安市“十二五”再生水处理设施运行能力与再生水管网建设规划，对“八水润西安”工程中湖池系统再生水需水量进行了分析计算。结果表明，湖池系统需水量由原来的6 261.58×104m3/a减少到了4 512.58×104m3/a，同时分析了加大再生水利用可产生1.65亿元/a的经济效益。

再生水；八水润西安；湖池需水量

0 引 言

人类傍河而居，伴水而生。水孕育了生命，产生了文明。纵观人类的发展史无不与水有着密切的联系。塞纳河滋养了闻名于世的巴黎，黄浦江培育了充满活力的上海，泰晤士河孕育了繁荣昌盛的伦敦，哈德逊河哺育了国际一流的纽约。西安历史上也曾以水资源丰沛而闻名，“八水绕长安”奠定了西安历史的辉煌。进入近代以来，由于气候的变化，植被的破坏、人口的增加以及经济、社会的快速发展，昔日的“长安八水”逐渐干涸，水质急剧恶化，河流失去了原有的生机与活力，在一定程度上制约了西安国际化大都市建设的步伐[1]。为了实现西安经济、社会的可持续发展，2012年西安市委、市政府提出了“八水润西安”的宏伟目标，计划用5～10 a，把西安建成“城在水中、水在城中、水韵长安的现代化生态型大都市”，然而先天的资源型缺水成为实现这一宏伟目标的最大障碍。

污水再生回用已被认为是开源节流、减轻水体污染、改善生态环境、解决城市缺水问题的有效途径之一[2-3]。自1932年世界上第一个污水处理厂建立以来，世界各国均加快了污水再生回用，1961 年美国率先将城市污水再生回用于限制性娱乐用水[4-5]，日本在1951年也建立了国内最早的污水再生回用示范项目，1968年南非建成了世界第一座饮用水的回用水厂。国内再生水回用起步较晚，20世纪70年代开始探索污水回用处理技术，1985年在北京环保所建成了国内早期的再生水回用工程，随后大连市、大庆市先后将再生水用于工业冷却和油田回注，城市污水作为一种水质、水量稳定、且供给可靠的潜在水资源日益受到人们的关注。

本文从加大再生水利用角度出发，在分析计算“八水润西安”工程(以下简称“八水工程”)中再生水潜在用户及其需水量基础上，探讨了“八水工程”中湖池系统的再生水需求量，以期为提高“八水润西安”工程的水资源保障能力提供参考。

1 “八水工程”概况

2012年7月，为进一步贯彻落实“关—天经济区”发展规划和省委、省政府关于建设“美丽陕西”的决策部署，西安市委、市政府从经济社会发展的全局高度出发，提出了加快实施“八水润西安”工程。“八水润西安”工程即“571028”工程，指利用5～10 a，到2020年前后建成、修复、提升灞(浐)河引水、荆峪沟引水、大峪水库引水、皂河引水、沣河引水等5条生态引水；灞河灞桥湿地、灞渭湿地、泾渭湿地、沣渭湿地、黑渭湿地、涝渭湿地、皂渭人工湿地等7片湿地；浐河、灞河、泾河、渭河、沣河、涝河、潏河、滈河、黑河水系、引汉济渭水系等10条水系；汉城湖、护城河、未央湖、丰庆湖、雁鸣湖、广运潭、曲江南湖、芙蓉湖、兴庆湖、大明宫太液池、美陂湖、西安湖、阿房湖、昆明池、汉护城河、仪祉湖、堰头湖、沧池、航天湖、天桥湖、太平湖、凤凰池、常宁湖、樊川湖、杜陵湖、高新湖、幸福河、南三环河等28湖池[6]。

2 “八水工程”再生水潜在用户及其需水量分析

2.1 再生水潜在用户

按照优先使用再生水的原则，河道内湿地、湖池用水量主要依靠河道来水，河道外湖池、湿地用水量以再生水为主，综合考虑西安市“十二五”再生水处理设施运行能力与再生水管网建设规划等因素后，对八水润西安中可能使用再生水的项目进行了逐一分析，最终筛选出八水工程中可能使用再生水的湖池主要为太液池、丰庆湖、未央湖、阿房湖、沧池、汉城湖、高新湖、护城河、曲江南湖、芙蓉湖、汉护城河、航天湖等12个湖池，其余用水对象由于受再生水处理设施能力及再生水管网建设等限制，用水由其他途径解决。

2.2 湖池需水量[7-13]

根据水量平衡原理，湖池需水量为湖池收入水量与支出水量之差。湖池支出水量包括蒸发量、渗漏量、循环更新水量(含绿地浇灌水量和退水量)，湖泊一次性补水在此不考虑，收入水量主要为降水补充，各相关指标计算如下：

1)蒸发量计算：Q蒸发=AE/1 000

式中A为湖池水面面积，m2；E为多年平均年蒸发量，根据西安市气象资料，平原地区取898.9 mm。

各湖池年蒸发量计算结果见表1。

2)降水量计算：Q降水=AP/1 000

式中A为湖池水面面积，m2；P为多年平均降雨量，根据西安市气象资料，平原地区取637.5 mm。

各湖池年降水量计算结果见表1。

3)渗漏量计算：Q渗漏=AKD

式中A为湖池水面面积，m2；K为下渗系数，由于各湖池的防渗措施不完全一致，为了便于计算以汉城湖、护城河等体积较大的水体采取的黏土防渗作为计算依据，取渗透系数1.0×10-8m/s；D为计算天数，取365 d。

各湖池年渗漏量计算结果见表1。

4)循环更新水量计算：各湖池的循环更新水量按照11、12、1、2月换水1次/60 d；3、4、10月换水1次/30 d；5、6、7、8、9月换水1次/15 d，每次更换全部水量的1/2。

W×5×2×1/2=7.5W

式中W为湖池蓄水量，104m3。

由于航天湖、曲江南湖、芙蓉湖、护城河及汉城湖为串联式供水，即前一个湖池的退水为下一个湖池的进水，考虑到护城河和汉城湖位于系统末端，且面积较大，为保证湖池水质，护城河和汉城湖每年4、10月也换水1次/15 d，每次更换1/2半水量，水量分别由第二污水厂和第一污水处理厂再生水解决。

各湖池年循环更新水量计算结果见表1。

5)绿化用水量计算：Q绿化=365A1q

式中A1为绿地面积，根据各湖池具体情况取湖池总占地面积扣除水面后剩余部分的0.7～0.9；q为绿化用水定额，根据现行的陕西省行业用水定额取2 L/m2·次，平均每天灌溉一次。

各湖池年绿化用水量计算结果见表1。

6)退水量计算：为了提高再生水的利用率，绿化用水量全部使用湖池循环更新水量，即湖池循环更新水量一部分作为绿化用水，剩余部分为湖池退水，Q退水=Q更新-Q绿化，当Q绿化>Q更新时，Q退水=0，即循环更新水全部用于园区绿化。

各湖池年退水量计算结果见表1。

7)需水量计算：Q=Q蒸发+Q渗漏+Q更新-Q降水

当Q更新

各湖池需水量计算结果见表1。

表1 各湖池需水量计算成果表

注：①*表示实际绿化面积;②(4)栏～(11)栏单位为104m3。

3 西安市污水处理及再生水利用现状

目前，西安市已投入运行的污水处理厂有14座，污水处理总能力达到121.6×104m3/d，其中主城区污水处理能力为110×104m3/d，各区县污水处理能力为11.6×104m3/d；建成第一、第二、第三及第七污水处理厂等再生水处理设施4座，再生水处理设施规模18×104m3/d，现状已运行的主要有第二和第三污水处理厂再生水处理设施，日供水能力2.1×104m3/d，第一污水处理厂再生水处理设施因暂无用户未运行，第七污水处理厂再生水处理设施因管网未连通也未正常运行。从再生水用途来看，96%的再生水主要用于热电厂及工业企业冷却用水，小区绿化、建筑用水、市政杂用及景观水体补水等利用量较小，仅占4%[14-16]。已建成再生水设施见表2。

表2 已建成的再生水处理设施

根据《西安市再生水利用“十二五”规划》到2020年各再生水厂出水水质将达到文献[17]中一级A标准，各湖泊景观用水执行文献[18]中观赏性湖泊水质标准。再生水一级A水质标准与观赏性湖泊水质标准对比见表3。由表3可见，一级A标准中BOD5略高于观赏性湖泊用水标准，可在湖池中根据情况修建喷泉、假山等景观工程加强曝气加以改善，其余指标均能满足景观用水需要，因此用再生水作为景观用水的水源是可行的。

表3 再生水一级A水质标准与观赏性湖泊水质标准对比表

Table 3 Water quality standard of the A in first grade discharge standard and the recreational environment

基本控制项目一级A标准观赏性湖泊化学需氧量(COD)/mg·L-150-生化需氧量(BOD5)/mg·L-110≤6悬浮物(SS)/mg·L-110≤10动植物油/mg·L-11-石油类/mg·L-11≤1.0阴离子表面活性剂/mg·L-10.5≤0.5总氮(以N计)/mg·L-115≤15氨氮(以N计)/mg·L-15(8)≤5总磷(以P计)/mg·L-10.5≤0.5色度(稀释倍数)30≤30pH值6-96-9粪大肠菌群数/个·L-11000≤10000溶解氧/mg·L-1-≥1.5余氯/mg·L-1-≥0.05

注：-表示此项无要求；括号外数值为水温>12 ℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12 ℃时的控制指标，西安市城市污水水温除极个别极端天气外，一般水温>12 ℃。

4 “八水工程”湖池系统再生水需求及效益分析

依据西安市已经建成或即将建设的相关湖池连通工程，将前一个湖池的退水作为下一个湖池的水源并保障水系连通工程中最大湖池的用水量，同时为了提高水的重复利用率，减少湖池需水量，加快水体循环，延缓富营养化速度，遵循绿化用水全部来源于湖池循环更新水量的原则，当绿化用水量大于湖池循环更新水量时，以绿化用水量来控制湖池循环更新水量。按照以上思路与原则，结合相关再生水厂的规模，对“八水工程”湖池系统的再生水需求量进行了分析计算，各再生水厂供水量及湖池系统再生水需求量见表4和图1。

表4 各再生水厂供水量

Table 4 Water supply quantity of each reclaimed water treatment plant

再生水水源建设规模/104m3·a-1直接供水湖池供水量备注太液池204.02一污2190沧池1368.00汉城湖449.55阿房湖124.54二污4745丰庆湖39.58护城河442.37七污1460高新湖924.45九污1825航天湖461.61十污1825未央湖498.46合计4512.58其余湖池用水量由直接供水湖池串联供给。

由表4和图1可见，湖池系统的年需水量由原来的6 261.58×104m3减少到了4 512.58×104m3，减少了1 749×104m3，降幅达28%。可见采用“长藤结瓜”的方式将航天湖、曲江南湖、芙蓉湖、护城河、汉城湖等湖池串联起来作为一个系统统一考虑是非常必要的，同时随着串联湖池数量的增加这一效果将更加明显。

图1 湖池系统再生水需求量配置图(104 m3/a)Fig.1 Requirement of reclaimed water on cascade lakes

加大再生水利用可带来明显的经济效益，目前西安市非居民用水价格4.9元/m3，而西安市第二污水厂再生水价格仅为1.25元/m3，比自来水便宜3.65元/m3，以八水润西安年再生水需水量4 512.58×104m3计算，年可获得1.65亿元的直接经济效益，高于西安市目前全年水资源费征收总量1.36亿元[19]，节约的水资源量相当于又修建了一座库容达4 600×104m3的中型水库，具有可观的经济效益。此外，从社会效益来看，在水资源日益紧缺的今天，加大再生水利用不仅减少了新鲜水的需求量，弥补了“八水润西安”水资源紧缺的短板，为“八水润西安”工程提供了第二大水源，同时也保证了下游河道生态流量，减少了城市污水排放量，对于保护环境，建设生态文明城市具有重要意义。

5 结论与建议

本文研究结果表明，西安市再生水除BOD5指标略微超标需简单处理外，其余指标均能满足景观用水需要，可作为观赏性湖泊用水的水源。“八水工程”中太液池、丰庆湖、未央湖等12个湖池作为再生水潜在用户，经计算湖池总的年需水量为6 261.58×104m3，但经相互串联统一配置后，年需水量可减少到4 512.58×104m3。西安市再生水设施建设能力可以满足12个河湖的生态需水，可作为“八水工程”的第二大水源，且经济、社会效益显著。为延缓水体富营养化，建议在有条件的湖池增加喷泉、跌水等扬水曝气设施，满足景观需要的同时改善水体水质并尽快按照相关规划加快再生水处理设施及管网建设，为湖池用水奠定基础。

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[17]GB 18918-2002，城镇污水处理厂污染物排放标准[S].

[18]GB 18921-2002，城市污水再生利用景观环境用水水质[S].

[19]西安市水务局.西安市水资源公报[R].西安：西安市水务局，2013.

Reclaimed water reuse for the project of eight rivers moisten Xi’an

ZHANG Gao-Feng1,2，MO Shu-Hong3，*，SHEN Bing3，XIAO Sun-Tian4

(1.Xi’an Water Resource Utilization Technology Advisory Center，Xi’an 710054, China；2.Administration Committee of Qujiang Lintong National Travel and Leisure Holiday Resort，Xi’an 710600, China；3.State Key Laboratory Base of Eco-hydraulic Engineering in Arid Area，Xi’an 710048,China；4.Xi’an Water Affairs Bureau，Xi’an 710007， China)

The water requirement in the engineering of eight rivers moisten Xi’an was analyzed and calculated.On the basis of the treatments capacity and the pipe networks planning during the periods of “The 12th Five-Year Plan”，the water requirement on cascade lakes was recalculated.The results showed that the requirement decreased from 6 261.58×104m3to 4 512.58×104m3every year and there also have an economic benefit of 1.65 billions Yuan every year.

reclaimed water；eight rivers moisten Xi’an；the water requirement of each lake

10.13524/j.2095-008x.2015.03.040

2014-11-27;

2014-12-23

http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1566.T.20150626.0911.001.html

国家自然科学基金资助项目(51209169)；陕西省教育厅省级重点实验室科学研究计划项目(12JS067)

张高锋(1982-)，男，陕西户县人，工程师，硕士，研究方向：水资源规划与管理，E-mail：84485270@qq.com;*通讯作者：莫淑红(1972-)，女，宁夏中卫人，副教授，博士，研究方向：旱区水文水资源，E-mail：moshuhong@xaut.edu.cn。

TV213.9

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2095-008X(2015)03-0023-05