分质供水系统的应用

程 思, 熊广量

(成都市规划设计研究院, 四川成都 610041)

随着经济飞速发展，工业废水、城市污水对饮用水源产生直接与间接污染，造成大量滨河城市变为“水质型缺水”城市。如何合理利用水资源，解决城市供水问题，已经成为城市发展的重要议题。同时，随着生活水平的不断提高，部分居民对自来水的消毒剂、硬度等感官指标越来越关注，进而放弃自来水选择瓶装水、桶装水。基于以上原因，分质供水概念应运而生。

1 分质供水的发展与分类

分质供水，就是根据用户对水质的不同需求，分别提供不同用水的供水方式。美国等欧美发达国家率先采用分质供水系统，分为饮用水(Potable water)与非饮用水(Nonpotable water)。其中，饮用水泛指饮用、洗浴等与人体直接接触的水，非饮用水泛指园林绿化、清洗车辆、冲洗厕所等与人体不接触的水[2]。针对不同用途，分质供水可以做到优水优用，合理选择处理工艺，精细化管理，降低成本提高安全性。

日本的分质供水系统也有50多年的历史。随着二战后经济快速发展，用水量逐步提高，地下水超采严重，造成地面下沉。因此日本于1956年制定工业用水法，禁止将地下水用于工业。埼玉县的大久保净水厂于1968年投入使用，现为日本最大的分质供水水厂。大久保净水厂设置两套处理设施，并敷设221 km的生活给水管网与128 km的工业用水管网，为埼玉县南部的15市1町约380×104人提供130×104t/d的生活用水与约90家工业企业提供9.3×104t/d的工业用水(图1)[2]。同时，部分城市设置上水道、工业水道及再生水道三套供水系统，分别供应生活用水、工业用水及杂用水，进一步提高用水效率。

图1 大久保水厂供水区域

在我国，分质供水系统可以分为小分质供水系统与大分质供水系统[3]。

小分质供水系统在市政给水管网进入小区时设置小型处理站，将部分自来水深度处理成为直饮水，方便用户的同时增加了安全性。不用于直接饮用的自来水的处理成本与市政管网的敷设成本则可适度降低。上海市锦华苑小区于1999年通过验收使用这种系统，属全国最早[4]。2010年上海世博会在运营的184 d中，为7 000×104人次提供了15×104t直饮水,相当于节约3×108个500 mL瓶装水的塑料瓶垃圾[5]。

大分质供水系统在城市范围内在设置2～3套供水设施与管网，将质量较好的水优先用于居民生活，次好的水用于工业，再生水用于市政杂用和环境生态用水等。绍兴滨海新城总规划面积37 km2，包括南部工业区、南部片区中心城市，科创园及沥海镇。原有宋六陵水厂自杨浦水库取水，供应12×104t/d水量，服务所有生活与工业用途[6]。但随着新区发展，原有供水能力不能满足未来需求。绍兴滨海新城规划新建曹娥江水厂，规模为60×104t/d，从曹娥江大闸闸上水库取水，供应工业、消防以及其他水质要求较低类用水，宋六陵水厂仅供应生活区和工业区用户等生活用水(图2、图3)[7]。

图2 曹娥江水厂供水区域

图3 滨江新城用地与工业管网布局

2 分质供水的优缺点

大分质供水系统能够解决水质型缺水地区需求总量与供应不足、用水安全与污染严重之间的矛盾，实现水资源的有效优化配置，充分体现了优水优用及循环经济理念，并提高供水安全性。但分质供水需要分别配设管网系统，管道铺设复杂，初期投资较高，会产生管道错接和误用的风险，需要具备一定规模的条件下才具有经济可行性。

小分质供水系统能够提高小区内供水安全性，满足居民直饮需求，同时改造方便，投资成本较为节省。但小分质供水系统仅限于特殊地区小范围使用，若城市范围内多处建设小分质供水系统，则投资重复且管理标准不一。

3 成都工业后备区的分质供水案例

3.1 成都工业后备区基本情况

成都工业后备区位于金堂县中部，龙泉山以东，包含淮口镇、赵家镇、福兴镇、三溪镇、高板镇。规划区采用组合城镇群发展模式，远期城镇人口为60×104人左右，总建设用地102 km2，其中工业用地42 km2(图4)。

图4 成都工业后备区用地布局

3.2 成都工业后备区的水资源利用情况

金堂县地表水多年平均径流总量73.22×108m3，其中过境水资源69.67×108m3，本地水资源3.55×108m3。主要河流为沱江、清溪河、资水河。其中沱江水量充足，但水质较差，属于Ⅴ类水，不能用作饮用水源；清溪河与资水河为Ⅲ类水质，但水量不足，仅可作为备用水源(图5)。

图5 工业后备区主要河流水系

工业后备区内地下水水质较好，但规划区内降雨量少，地下水补充不足，地下水可开采量不足500×104t/a。规划区内现状生活用水全部来自地下水，成阿工业园工业企业也将地下水作为备用水源，地下水常年超采严重，地下水位逐年下降。为避免工业后备区出现地面坍塌，填补长期超采旧账，建议关闭所有地下水厂，由市政设施集中供应，各处水井仅作为紧急情况下的备用设施。

现有提灌蓄水水利工程可提供水量为7 200×104m3左右。东风水库现状库容800×104m3，规划扩建东风水库、新建羊毛沟水库，人民渠七期工程每年可向东风、羊毛沟两个水库冲蓄水5 000余×104m3。规划扩建团结水库，并由东风渠向团结水库冲水2 000×104m3左右，主要用于淮口镇生活用水。毗河引水工程实施后，金堂沿线地区(东南丘陵区)可采用其作为生活、生产用水后备水源(表1、图6、图7)。

表1 现状与现有规划水利工程 ×104m3

图6 现状供水设施

图7 现有规划供水设施

3.3 成都工业后备区的用水需求

3.3.1 规划区需求预测

根据需水量指标对工业后备区进行需水量预测，得到表2：

表2 单位用地法需水量预测

结合综合指标法进行校核，结果可信，并最终确定的各项需水量为居民生活用水13.5×104t/d，商业用水4.5×104t/d，工业用水18×104t/d，仓储用水1×104t/d，市政用水5×104t/d，消防用水0.5×104t/d。

3.3.2 周边地区需求分析

工业后备区西侧赵镇、清江镇、官仓镇和三星镇位于西北平原区，生活需水总量为14×104t/d，全部由红旗水库供应；灌溉用水约2 000余×104t/a，取自沱江及相关支流。

工业后备区紧邻的赵家镇、福兴镇、高板镇、金龙镇等乡镇，生活用水总量约为2×104t/d，未来由东风水厂提供；白果镇生活用水量约0.5×104t/d，由团结水库供应；规划区周边灌溉用水约3 000×104t/a，部分由东风水库提供，大部分由九龙滩提灌站供应。

工业后备区东侧的东南低山区有平桥镇等8个乡镇，生活需水总量6×104t/d，均由毗河引水工程干渠取用；该区域灌溉用水约7 000×104t/a，由九龙滩提灌站、附近蓄水工程以及毗河引水工程干渠提供。

3.4 成都工业后备区的供需矛盾

东风水库、羊毛沟水库与团结水库在扩建完成后可供应7 800×104t/a的水资源，除去灌溉用水后可提供17.5×104t/d，在保证周边用水的前提下可向工业后备区供应15×104t/d水量，较规划区约40×104t/d的需水量存在巨大缺口。

3.5 成都工业后备区的基本原则

(1)禁止开采地下水，保护地下水资源。

(2)分质供水，合理利用沱江水资源。

(3)开源节流，收集利用雨水与再生水资源。

3.6 成都工业后备区的规划方案

采用优水优用的分质供水方式，将东风水库、羊毛沟水库、团结水库的水全部作为生活用水，将沱江水用于工业生产，则可以通过工业给水管网解决工业用水、仓储用水共计19×104t/d；收集利用雨水与再生水资源，可以解决市政及消防用水5.5×104t/d。但生活用水需求18×104t/d与供应15×104t/d之间还存在3×104t/d的缺口，建议从人民渠七期向东风水库增加引水1 100×104m3/a。

扩建赵家镇北部东风水厂，扩建后规模为15×104t/d，占地面积6.67 ha，水源为东风水库与羊毛沟水库。东风水厂向后备工业区供应13×104t/d生活用水，向规划区外的赵家镇、福兴镇、三溪镇、金龙镇部分提供2×104t/d生活用水(图8)。

图8 生活用水规划

在淮口镇西南部、团结水库东侧新建团结水厂，规模5.5×104t/d，占地面积3 ha，水源为团结水库。团结水厂向后备工业区提供5×104t/d生活用水，向规划区外的白果镇供应0.5×104t/d生活用水(图9)。

扩建沱江北侧、龙泉山东侧淮口工业水厂，扩建后规模195×104t/d，占地面积9.33 ha，水源为沱江。淮口工业水厂向后备工业区提供工业用水。

图9 工业用水规划

在达成铁路北侧、城市综合服务中心组团东南侧、赵福高端制造产城组团西南侧的生态隔离区新建北部再生水厂，与北部生活污水处理厂合建，规模4×104t/d，合建总占地面积5.33 ha。在淮口镇西南部、沱江西侧新建南部再生水厂，与南部生活污水处理厂合建，规模2×104t/d，合建总占地面积4.67 ha。同时在绿隔地区与绿地公园设置雨水收集装置，将雨水再利用，与再生水共同用于道路、绿地浇洒及生态景观用水(表3)。

表3 方案一给水设施汇总

4 结束语

成都工业后备区位于金堂县中部，坐拥沱江资源，但不能用于饮用水源，属于典型的“水质型缺水”地区。秉持优水优用理念的分质供水系统有效利用稀缺水库水源，合理利用充沛沱江水源，切实解决该地区的发展瓶颈。可见，分质供水系统对于不同水质的多水源地区具有实践意义。随着城市经济发展与居民品质需求的不断提高，分质供水系统将会越来越广泛地加以应用。