城市供水应急备用水源方案研究——以怀化市为例

卜继勘

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

城市供水应急备用水源方案研究
——以怀化市为例

卜继勘

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

文章初步硏究了突发性水污染事故发生时城市应急供水规模的确定方法，提出了根据城市水源条件、水污染事故类型、城市重要程度等因素，分析拟定应急备用时间、应急供水标准和规模。根据怀化市城市规划和实际，确定以舞水为主水源，优化水厂布局，兴建城东水厂为怀化市城市日常供水和应急供水。远期怀化市城市突发水污染事故应急供水备用时间为15 d，应急供水规模25万t/d，近期应急供水备用时间为10 d，应急供水规模15万t/d。

城市应急供水 应急供水规模 水源方案 平急结合

水是生命之源。对于城市而言，水的作用更为重要。城市是人口聚集地，一旦发生停水事件，后果将非常严重。然而，近年来因突发性污染事故造成的停水事件还是在一些城市发生，已成为饮用水水源安全的危险杀手。污染事故频繁发生，必然导致水环境的普遍恶化，严重影响人民群众的生活和社会稳定。建立城市供水应急水源，对于提高城市供水应急能力，保证供水安全具有十分重要的意义。

1 怀化市城市供水现状及存在的问题

怀化市城市现有供水水厂分别为一水厂和二水厂、中方水厂、以及铁路水厂等自备水厂。一水厂已于2000年基本停产（仅作备用水厂）。二水厂于1993年投产，供水能力10万t/d，从2004年夏季就已开始超负荷运转，过高的供水负荷给水厂的运营管理和安全带来压力和隐患，为此，怀化市启动了二水厂扩建工程，目前怀化市二水厂二期工程10万t/d己进入调试阶段，预计2015年底可投产运行。

现有水厂供水规模见表1。

舞水发源于贵州，上游有贵州省几个大型矿场和其它重金属矿，发生水污染突发事件的概率较高，对舞水河饮用水源安全构成威胁。

表1 怀化市城区、中方县城及工业园水厂供水规模表

怀化市地处舞水河下游，城市水厂水源均取自舞水河，目前水质基本达标。由于没有应急备用水源，难以有效应对针对主水源的突发性污染事故。

怀化市作为湖南省西南门户，社会、经济的发展和人口的增长对水资源的需求提出了更高要求，保证城市正常供水，建立城市应急供水系统是维持社会稳定，促进城市可持续发展的基础和有力保障。

2 怀化市城市应急备用水源方案初步研究

2.1 应急备用供水规模预测

2.1.1 不同水平年供水规模

本工程供水范围包括怀化市鹤城区、中方县城及怀化工业园，设计水平年2015年、2020年、2030年怀化市供水量分别为51万t/d、52.1万t/d、65.6万t/d。

不同水平年供水规模见表2。

表2 怀化市鹤城区、中方县城及工业园不同水平年供水规模表 万t/d

2.1.2 应急备用需水量预测

（1）日应急备用需水量。应急情况下主要考虑城镇居民生活、特殊（重点）工业企业需水和对人类生存环境起决定性影响的生态环境用水和公共用水等。2030年鹤城区、中方县城、怀化市工业园集中供水区供水量为65.6万t/d，用水类型主要分为生活用水、生产用水及其它用水，各部分用水量占总用水量的比例分别为40%、47%及13%。应急供水情况下，居民生活用水按照拘谨型压缩后约为80 L/（人· d），考虑公共建筑和服务用水，确定城市应急供水时人均综合生活用水指标为100 L/（人·d）。

结合怀化城市工业及供水的特点、重点工业企业用水按工业需水量的30%和10%两种情况考虑。2030年怀化市应急供水规模见表3。

表3 2030年怀化市应急备用水源供水规模表 万t/d

从表3可知，2030年怀化市鹤城区，中方县及工业园应急备用水源供水规模约（18.63～24.81）万t/ d，结合怀化市工业用水结构特点，重点工业生产用水按工业需水量30%考虑，应急供水规模为24.81万t/d（取25.0万t/d）。

（2）应急供水原则及备用时间。

①应急供水原则。突发性污染事故发生时，水资源统一调度遵循以下原则：在保证居民基本生活用水的基础上，依次满足与民生密切相关的特殊工业（如电力、燃气、水的生产供应和食品制造业）用水，其次是与地方经济发展密切相关的支柱工业，重要工业用水，一般工业用水和环境用水等。

②应急备用时间分析。怀化第一水源地处舞水支流下游，位于舞水的末端，影响水源水质的因素较多，除了农药、化肥等方面污染外，工业排污、有毒化合物的泄露以及汛期雨污水入江等，经分析，舞水水源主要可能突发有机物和重金属污染风险。

舞水多年的pH值通常在7左右，重金属污染物在水体中较难沉积，较容易扩散，具有一定的持续污染时间。

怀化市各水厂取水口之间相距10 km左右，直补性较弱，若上游取水口附近发生水污染事故，将导致整个城市供水中断，利用水力模型预测污染物的影响时间，并总结分析国内发生过的类似水污染事故案例，预测突发水污染事故对怀化市供水的影响可控制在10d的范围内。根据国内曾发生的突发性水污染事件，各种供水风险情况下的风险持续时间见表4。

表4 各种供水下的风险持续时间 d

应急供水天数的选择目前还没有明确的规定，参考1985～2005年我国城市水源地102起典型性突发污染事件的统计资料，有40起造成停水，停水时间从3小时到26天不等，目前在建设应急备用水源工程时一般选择应急供水的天数为（5～12）d，为留有余地，拟定怀化市城区供水事故应急备用时间为15d。

（3）2030年备用水源规模。

应急备用水源规模根据式（1）计算确定：

式中 R——应急备用水源规模（m3）；

Q——城市应急供水需水量（m3/d）；

t——城市应急供水时间（d）。

城市应急供水需水量Q根据式（2）计算确定：

式中 Q1——应急供水居民基本生活需水量（m3/d）；

Q2——应急供水工业需水量（m3/d）；

Q3——包括应急供水公共设施需水量、应急

供水消防需水量和应急供水其他需水量（m3/d）；

Q4——应急供水期间水厂仍可维持的供水量（m3/d）；

城市应急供水时间t主要根据典型污染事故假设情况下，污染物对水厂取水影响的时间确定。

根据以上分析怀化市城区供水事故应急备用时间15 d。因此，怀化市主要水源舞水发生突发水污染事故时，若保证城市正常供水，则备用水源规模约375万m3（如考虑新建城东水厂日常供水2.2万t/d，则备用水源规模为342万m3）。

2.2 应急备用水源方案初步研究

2.2.1 城区水厂规划布局

目前怀化市城市水厂从舞水河取水，水量从二水厂输送到城东管网长度19 km，二水厂标高228 m，城东片标高248 m，相差20余米。输送距离长，水量损失大，水压不够，供水可靠性较差等不足。随着怀化市鹤城区国民经济的发展，工农业用水需求不断增加，原有水厂的供水规模和可靠性已不能满足需求，需扩大舞水河取水水厂的规模，为合理布局怀化市城区水厂，需在城东规划一水厂，2014年7月己启动城东水厂前期工作。

城东水厂为怀化市城区东部日常供水及应急备用水厂，水源来自取舞水二级支流沱院溪的裕鸿电站、大冲龙水库和竹林坪水库。城东水厂取水口位于沱院溪上游裕鸿水电站取水口，海拔高程311.41 m，取水口高程高于水厂高程约70 m左右，取水口周边没有工矿企业及其它污染源。根据《怀化市城东水厂取水工程水资源论证报告》，对不同时段水质检测分析，取水口断面以上水质良好，符合《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类水标准，取水口控制流域面积14.6 km2，多年平均径流量1 320万m3，通过修建大冲龙水库后，取水口水资源总量能够满足城东水厂从裕鸿电站、大冲龙水库年取水803万m3的要求。竹林坪水库坝址集雨面积48.6 km2，总库容1 920万m3，正常蓄水位233 m，死水位214.6 m，有效库容1 320万m3，多年平均流量1.131 m3/s，多年平均产水量3 567万m3。P＝97%年份年平均流量 0.784 m3/s，枯水年水量2 472万m3。

2.2.2 城市供水应急备用水源方案比选

按2030年需水预测，重点工业企业按工业需水量的30%计，城市居民生活应急水量人均100L/人·d，则日应急供水规模25.0万t/d。库容备用期15 d。

怀化市应急备用水源拟定方案如下：

方案一：新建城东水厂。利用裕鸿电站和大冲龙水库向城东水厂日常供水，兼作部分应急备用水源。方案二：新建城东水厂。利用竹林坪水库、裕鸿电站和大冲龙电站同时向城东水厂日常供水，由于竹林坪水库到城东水厂需经过铁路自备水厂（5万t/d）,拟将铁路水厂改造为应急备用水厂，应急备用水源由竹林坪水库、大冲龙水库承担。应急备用水厂除铁路水厂外，不够部分由第二水厂和城东水厂承担。详见表5。

表5 2030年怀化市城区已建及规划水源规模表

（1）在考虑日常供水与应急备用结合后易于分期实施，且便于设备运行维护，一旦发生水污染事件能保障快速投运。

（2）便于利用己有铁路自备水厂作为应急备用。

（3）增加城东水厂的日常供水有利于配合城市总体规划布局（城东城市供水人口发展到15万人及新增工业企业，需要增加城东水厂的日常供水规模），优化怀化城市供水布局。

在新产品开发阶段，企业应抓住来自企业内部和外部的商机，迅速转化为实际的产品概念，利用现有产品和零件的重复性，面向生产设计，加快产品推向市场的速度，最大可能性地降低成本，实现利益最大化。

方案一的优点是投资较方案二省，其主要缺点是

竹林坪水库为第二水厂的应急备用水源，平时不供水，设备闲置，运行维护和人员经费来源困难。如运行维护不到位，管理不善，则易出现发生水污染事故后，设备运行困难的风险。经综合比较，拟推荐方案二。

根据项目的具体情况，综合考虑建设资金，建设条件，项目业主的意见等因素，拟对推荐方案分期实施。

2.2.3 应急备用供水水源方案

应急备用供水水源：城东水厂除10万t/d日常供水外，需设置应急备用规模10万t/d；铁路水厂（5万t/d）改造为应急备用水厂。2030年应急备用取水规模共计25万t/d，应急备用水量375万t。

（1）大冲龙水库。新建大冲龙水库，作为城东水厂的补充水源和应急水源。坝址以上集水面积2.13 km2，外引面积为7.26 km2，总的集水面积9.39 km2，考虑引水后，水库多年平均产水量294.7万m3，P= 90%保证率年产水量238.0万m3。城东水厂特干旱年缺水量260万m3（从裕鸿电站取水后的缺水量），初拟大冲龙水库正常蓄水位475 m，正常库容372万m3，将怀化市城市部分应急备用库容75万m3，置于极限死水位442 m以上，极限死库容1万m3。死库容为76万m3，相应死水位为456 m。有效库容296万m3，完全能满足城东水厂干旱年缺水量260万m3的要求。

（2）竹林坪水库。竹林坪水库开发目标调整为城东水厂的日常供水水源和应急水源，正常蓄水位233m，相应库容1450万m3，调节库容1320万m3，多年平均产水量3567万m3。将应急备用库容300万m3置于死水位214.6m以上，应急常水位218.8m。

怀化市城市供水水源基本情况见表6。

表6 怀化市城市供水水源基本情况表

（3）近期应急备用水源实施方案。怀化市2020年应急备用水源建设，近期按低标准实施，重点工业企业按工业需水量的10%计，城市居民生活应急水源人均取水100 L/人·d，则日应急供水规模15.0万t/d。库容备用期10 d。备用水源规模为150万t。

建设内容：①新建城东水厂及输水管道。供水规模10万t/d（日常供水规模5万t/d，应急备用规模5万t/d）。其中输水管道包括：大冲龙、裕鸿到城东水厂管道（供水规模5万t/d，其中日常供水规模2.2万t/d，应急备用规模2.8万t/d）；竹林坪至城东水厂（中间经过铁路水厂）管道（供水规模5万t/d，其中：日常供水规模2.8万t/d，应急备用规模2.2万t/d）。②铁路水厂改造（供水规模5万t/d）。③新建大冲龙水库。

3 结论与建议

怀化市城市第二水源及应急水源工程方案论证历经了从最初的沅水干流托口水库长距离引水，替代怀化市新增城市发展用水，托口水库为第二水源，并与舞水互为怀化市城市应急备用水源。逐步调整为从优化怀化市城市水厂合理布局考虑，兴建城东水厂，利用裕鸿电站和大冲龙水库、竹林坪水库（应急）与舞水互为应急备用水源。再通过方案优化，拟采用裕鸿电站和大冲龙水库、竹林坪水库作为城东水厂日常供水和应急水源，同时改造铁路自备水厂与舞水互为应急备用水源的应急水源方案。通过怀化市城市应急水源方案论证得出如下结论和建议：

（1）杯化市城区紧邻舞水，舞水水量丰富，坚持以舞水河为怀化市的主水源，并做好舞水河水资源的环境保护工作。

（2）以怀化市城市周边水库作为应急备用水源，与舞水互为备用，不仅投资省、见效快、便于分期实施，由于日常维修经费有保障，需应急供水时能及时投入运行，比从托口水库长距离引水的第二水源和应急备用水源方案更符合怀化市的实际。

（3）城市在应急备用水源和第二水源规划时，应尽可能做到平、急结合，河水与水库水源兼顾，最大限度地利用城市现有供水管网及水厂的处理能力。

（4）当怀化市城市舞水河主水源停用时，城市应急供水仍能保证总用水量的38%和正常生活用水总量的115%，怀化市城市应急水源方案，对其他城市应急水源方案选择具有借鉴作用。

2015-12-10）

卜继勘（1963-），男，湖南益阳人，大学本科，研究员级高级工程师，主要从事水利水电规划设计工作，E-mail：BJK12@163.com。