城乡供水一体化中的水资源配置与供水布局

李思远，杨 晴

(1. 中交疏浚(集团)股份有限公司，北京 100048；2. 水利部水利水电规划设计总院，北京 100120)

近年来，随着城市化进程的加快，农村地区与城镇发展不平衡、不协调的矛盾日益突出。为了解决农村发展滞后的问题，党的十九大做出重大决策部署，实施乡村振兴战略，并于2018年印发了《乡村振兴战略规划(2018—2022年)》。其中，加强农村地区基础设施建设，实施饮水安全工程，是各地政府落实乡村振兴战略的重要举措。在这样的大背景下，城乡供水一体化作为统筹城乡发展的重要环节，能够切实提高农民群众的生活质量，是当前我国供水规划的大势所趋，也是整合行业资源、实现资源优化配置的必然途径[1- 5]。

海口市作为海南省的省会，近年来得到党和国家领导人的高度关注，并设立了江东新区作为建设自由贸易区的棋眼。因此，统筹考虑海口市情、水情特点，完善城乡供水基础设施网络，提升水与经济社会的协同发展能力、加强完善水对经济社会发展的资源保障能力、提高水资源利用效率，是海口市水务发展的迫切需求，也是海口市总体规划中提出的明确要求[6- 7]。

1 基本原理

1.1 优化水资源配置

水资源的合理配置，是城乡供水一体化得以实现的先决条件，也是必须首先解决的源头问题。城乡统筹是立足城市发展，着眼农村建设，并最终实现城乡差距减小。而城市化的发展带来水资源需求的急速增长，导致区域内水资源分配的失衡，甚至挤压了农村用水，出现了城市和农村“抢水”的现象。因此，只有对水资源进行科学合理的系统配置，才能解决水资源供给与经济社会发展中愈显突出的矛盾[8- 9]。

1.1.1科学分析水资源供需

合理的水资源配置方案，是建立在科学的水资源供需分析基础之上的。水资源的使用包括了生活、生产、灌溉、景观及市政用水等，随着不同地区人口规模、产业结构、经济发展及环境因素的不同，其用水组成结构和用水定额也各有差异。因此，需水量测算应建立在充分的资料收集和现场调研的基础上，对不同地区的用水定额分别进行准确计算，对用水单元和定额的发展趋势进行合理的预测[10]。

对于不同空间尺度范围内的供需计算，应采取不同的计算方式。对于小范围空间内的用水量计算，例如单个街道、小型城镇中心、居住集中的农村等，可以用水定额及用户数量直接计算规划范围内的用水量。对较大的规划范围，例如多个街道、城镇、成片农村等，应按照人口分布和用水习惯的区别，对规划范围进行分割并分别计算其用水量，例如农村和城市应分别计算。而当规划范围达到一定规模时，水资源供需分析应合理划分供水系统单元，按照流域、行政区划分计算单元，对不同行政区域、不同流域内的需水量分别进行计算，为水资源的合理配置提供准确的依据[11]。

1.1.2统筹使用区域内水源和区域外水源

不同城市的地理位置和气候环境不同，其水资源的分布特点也不相同。有的城市水资源蓄存能力较强，可以满足自身发展用水；而有的城市降水较少或水资源蓄存能力较差，水资源依赖外部水源的供给。城乡供水一体化规划时，应对城市内、外水资源利用条件进行调研分析，确定内部河流、水库的水质水量、分布及周边开发建设情况，分析外部水源及过境水资源及可利用的情况。

水源的选定应以需水量的计算结果作为依据，对用水单元的分布、地形以及和水源的相对位置做综合的分析，优先选择水量大、水质好、保证率高的内部水源；并通过必要的引调水源进行有益补充，以提高供水保证率。

1.1.3协调使用地表水和地下水

供水水源可以分为地表水和地下水两大类。由于地下水分布面广并且通常水质较好，无需澄清处理或者只需要简单的处理工艺即可，因而被广泛的作为水源地；尤其是在经济相对落后的农村地区，市政基础设施建设不足，污染较严重的地表水无法直接引用，地下水成了解决用水问题的重要途径。但是，由于地下水的过度开采，导致集中开采区的地下水位下降，形成了地下水漏斗，带来了地质灾害风险和社会问题。而地下水循环能力较差、回补周期较长，一旦产生危害短期内无法弥补[12]。

相比而言，地表水具有水质较差、水量较大、回补周期短的特点。地表水由于易受到污染，水中有机物、细菌含量和浊度、色度等均较高，但是一旦建成合适的给水处理设施，便易于在水质达标的情况下满足供水保障率的要求。此外，地表水回补便利，可通过调水等设施，完善供水网络。

因此，城乡供水应形成以地表水为主、地下水为辅的供水格局，充分发挥地表水流量大的优势，集中保障城乡用水需求。同时将地下水作为适当的补充，发挥其备用、应急的作用，给予其一定的时间“休养生息”，以便在需要时可以更好地发挥其服务功能[13]。

1.2 完善水利设施建设

我国绝大多数地区水资源季节性变化较大，因此对于水资源蓄存能力较弱的地区，枯水期会面临较严重的供水压力。通过完善蓄水、调水等水利基础设施建设，重点加强枯水期的供水保障能力，是实现城乡供水一体化安全保障的重要任务[14]。

蓄水设施主要是具有年调节能力以上的水库，通过将丰水期的水进行拦截和储存，并在枯水期释放，以满足用户供水需求。区域外的调水设施可将水资源富足区水量输送到供不应求的地区，或通过新建引水干渠来解决缺水或无水源地区的生活生产及农田灌溉等。

水利基础设施的建设，既要从保证农村、城市用水的角度出发，又要从流域或地区的角度进行宏观布局。解决一个城市的用水问题，其最优的工程措施可能不在这个城市内，而是在省级或国家级的层面。例如对于海口市而言，其地表水资源的供给十分紧张，尤其是当松涛水库西干渠建成后，可分配给松涛东干渠的水量将会减少，而位于东干渠末端的海口市主城区用水将受到直接影响。同时，虽然南渡江水量充足，但由于季节性变化较大且蓄存能力有限，而难以有效利用。经测算，在迈湾水库建成前，海口市尤其市主城区的远期用水仍然有20%以上的缺口，需要通过采用地下水补足。当迈湾水库建成后，可向海口市主要取水点东山坝及龙塘坝进行补水，有条件完全取消地下水的开采，全部使用地表水，缺水率可控制在2%以内。

水利设施建设和水资源配置的关系密切，相互依存。水资源配置是水利设施修建的依据，水利设施建设是水资源配置方案得以实施的途径。只有保证水资源配置的合理及水利设施建设的完善，才能保证城乡供水一体化的顺利实施。

1.3 加强市政供水设施建设

市政供水设施是将原水经过处理达标后，输送到终端用户的基础设施，是城乡供水一体化的重要环节。只有建设完善的市政供水设施，使得各用水单位可以足质足量的取到生活生产用水，才能完成供水任务。

市政供水设施包括了供水厂和输配水管网两部分。供水设施的选择，需要根据城市和农村的分布、用水特点及需求，从水源角度出发，统一资源调配，可以通过管网延伸进行供水的优先考虑管网延伸，代价较高或施工难度较大的地方，则通过新建水厂解决当地供水问题[15]。市政供水设施选择的影响因素主要有以下几种。

1.3.1水源地及蓄水设施

水源地的分布及可供水量，直接影响到市政供水设施的选择和布局，市政供水厂及配水管网的规划，均需要在满足供需平衡分析的基础上进行。通常而言，当水源地水量足够满足需求时，应尽量建设统一的供水厂，从而发挥集中管理的优势，减小水质水量波动，保证用水供给。而当水源水量无法满足要求时，则应该综合考虑其他因素，判断是选择多水源的同一水厂，还是多水源不同水厂。

此外，蓄水设施也将影响市政供水设施的选择。有些地区在丰水期水量充足，满足使用要求；但调蓄能力有限，导致枯水期供水能力不足。市政供水设施建设规模过大，会降低枯水期的工作效率，造成一定的资源浪费。

1.3.2地形地势

对于面积较大的供水区域，其地形地势可能会有较大的差异，也将限制配水管网的延伸。一方面，对于周边农村分布分散的地区，从经济角度考虑短期内配水管网无法成环，而远距离输水的枝状管网末端水质难以保证，存在水质安全隐患。另一方面，对于高程相差较大的地方，通过管道输水需要提供较高的压力，不仅会造成额外的能耗，也会增加管网运行压力，经济成本和事故风险均会提高。此时，应对比新建水厂和延伸管网的优劣势和经济成本再做选择。

1.3.3施工条件

通过管道供水时，还可能遇到施工难度较大的地区，比如大面积地基松软、跨过大江大河、穿越山体等。这些复杂的地形不仅增加了技术难度和施工成本，也对后期的运营维护带来一定的困难。此时，可以考虑以天然地形为界分成不同的供水片区。

1.3.4发展规划及定位

地区的发展现状及规划定位，也将影响到供水设施的选择和布局。对于城市规划重点发展的区域，未来一段时间内可能面临较大的用水矛盾，或者对于已经发展较好，土地利用价值较高的地区，不建议通过扩建水厂及延伸管网的方式，覆盖附近农村地区的用水。可以考虑选择土地价值较小的地方新建供水厂，一方面解决农村地区的用水，一方面缓解城市用水压力。

1.3.5运营管理

供水厂及输配水管网的后期运行维护管理，是保障供水设施得以持续造福城乡的重要环节。在规划时，就应该综合考虑水价、管理机构、行政划分、用户群体等因素，使水厂和管网可以统一调配统一管理，减少争议，提高运行效率。

2 案例分析

2.1 海口供水存在的问题

海口市属于工程性缺水城市，人均水资源量仅为全省人均水平的36%，区域水资源不足，现状工程措施难以保障未来经济社会发展对水资源均衡分配和高效利用的需求。

首先，海口市缺少大型水利调蓄工程，水资源供需矛盾突出。南渡江作为海口市最主要的供水水源地，丰水年份虽然流量大，但时空分布极为不均，加上龙塘坝目前调节库容较小，总库容仅有5000万m3，在枯季时难以保障城乡供水安全。海口市西部仅有永庄水库作为城市供水水源，从松涛水库补水量有限；同时由于永庄水库调节库容小、长距离输水渠道检修困难等因素制约，永庄水厂规模严重受限。近年来长流片区、药谷、狮子岭开发区的开发建设较快，用水量需求也在不断增长，水资源供需矛盾将进一步突显。

其次，海口市主城区用地紧张，水厂难以扩建导致供需紧张。海口主城区内现有的3个地表水厂，供水总规模为54万m3/d。根据需水量预测，海口市主城区需水量将在近几年达到96万m3/d；永庄水厂三、四期工程实施后，可以在一定程度上缓解主城区用水矛盾。但是由于米铺、儒俊水厂面临土地受限，无产能拓展空间，以及米铺和永庄水厂的超负荷运行，海口市主城区远期供水依然面临严峻的挑战。

再次，海口市地下水开发程度较高，多年来地下水一直用于农灌、工业、城镇及农村生活等各方面，开采量超过了15万m3/d，开采井点分布较多且不合理，造成地下水开采强度过大，极易造成漏斗。此外，自备水井供水还存在供水设施落后、人员及水质管理不到位等一系列问题，亟需解决。

最后，村镇供水的水质和水量无法保障。目前大部分海口市各村镇给水点分散，供水水源保证率低，水厂规模小、供水设备陈旧，配水管网老化、破损严重，供水能力低，部分镇无供水水厂，仅靠地下水供水，无法满足地方发展用水需求。此外，农村取水水源缺乏保护，影响原水水质，许多村镇存在铁锰超标等水质不合格现象，供水安全保障能力需要加强。

2.2 海口城乡供水一体化

2.2.1水源规划及水量调配

海口市没有大型水库，只有10座中型水库中，水库库容尤其是兴利库容小，极大的制约了水库作为水源地的供水保证率，因此考察外部水源对海口市的补充能力，并通过适当的调补水工程，有助于缓解海口市部分地区缺水或供水保证率不足的问题。

海口市从北到南，从西到东，共有3处外来水源。西北部的外来水源是松涛水库东干渠的末端，分成白莲东分干渠和黄竹分干渠后最终分别进入永庄水库和沙坡水库；中部是海南省最大的河流南渡江；东南部是红岭水库的红岭东干渠由西南向东北穿过海口市，并最终向文昌市进行供水。根据外来水源和行政区划的不同，同样可以将海口市供水分为三大片区。

而对于海口市的内部水源，通过多重分析，规划最终选定了8处地表水源地，分别为永庄水库、凤潭水库、龙塘坝、南渡江新坡水源地、南渡江东山坝、高黄水库和凤圮水库。其中，永庄水库由白莲东分干渠进行补水，凤潭水库、高黄水库和凤圮水库由红岭东干渠进行补水。

2.2.2水厂及管网布局

明确了外来水源、当地水源及供水片区后，对海口市用水单元进行进一步划分，充分利用现有的水厂，对于无法通过管网进行延伸覆盖的地区，规划新建水厂进行供水。经综合分析，规划在海口市扩建5座水厂，新建6座水厂，同时保留现有的3座水厂。

2.3 供水一体化的优势

在解决城乡供水问题的过程中，通过源头出发、统筹规划、宏观布局、重点突破的城乡供水一体化规划，可以使全市的水务系统更加完善，资源配置更加合理，也能从更广的角度去审视一些难以解决的问题，从而得到良好的解决方案。

2.3.1以生活生产用水带动优化水资源配置

对于海口这样水资源丰富但需存能力较差、依赖外来水源的城市，首先需要明确每个地区的需水量以及三大外来水源可供应量，分析需求差额，才能针对性的补足，完成三者之间的调配转换。因此，当白莲东分干渠末端配水量无法满足永庄水厂的用水需求时，需要通过东山坝饮水工程，向永庄水库进行补水，以满足主城区的用水需求。此外，明确各个地区的需水量，是从外来调水的依据，比如需要从经海口市东南部穿过的红岭东干渠调配多少水资源，就可以在城乡供水一体化中得到解决。

2.3.2通过优化水利设施建设，解决城乡用水难题

水利基础设施是保障供水的基础。城乡供水一体化规划，可以针对供水中存在的问题，使水利设施的建设更加科学合理。通过对海口市内外水源的分析，论证了松涛西干渠建成后对松涛东干渠末端城市用水的影响，论证了修建迈湾水库对解决下游城市供水的必要性，也论证了引龙补红工程(将龙州河的水引向红岭东干渠)对海口供水的重要意义；同时也提出了在红岭东干渠修建过程中，向凤潭水库、凤圮水库和高黄水库补水的需求，避免工程完工后返工造成不必要的损失。

2.3.3通过全市水厂宏观布局，解决局部供水困难

在城乡供水一体化过程中，通过统筹考虑全市的水资源配置和水厂布局，可以对局部供水困难地区提出更合理、更多样化的解决方案。观澜湖地区位于主城区南部、龙桥镇和龙泉镇北部，是海口市重点发展的地区之一。一直以来，该地区通过从主城区管网增设加压泵站解决供水问题，但是一来米铺和儒俊水厂在应对主城区供水时已面临压力，二来随着该地区的发展对供水需求量加大使得问题更加突出。在过往提出的多种解决方案中，均面临着当地地形复杂、施工难度大、投资高而难以推进。供水一体化通过水资源的重新核算，将解决问题的核心从西部永庄水库和东山坝转向东部的龙塘坝，避免在复杂地形铺设管道，从而有效降低了工程投资。

3 结论与建议

城乡供水一体化的一个重要任务，是打破水利和市政的界限，将两者有机结合。城乡供水一体化不仅仅是将城市配水管网延伸至农村地区，而是要综合考虑城市和农村的分布、用水特点、地形地势、水源分布和水质状况、基础设施建设情况等多重因素，对城市内外的水资源进行系统论证，对城市内部供水存在的主要问题和核心问题逐一排查，并在整体规划中从多个维度考虑设法解决。

城乡供水一体化是集技术、管理、经济为一体的综合性问题，除上述讨论的规划层面的技术问题，还应关注推进一体化过程中的水价机制、管理体制等多方面的问题[16]。