长春市城区供水水源优化配置及供水调度方案研究

摘 要：长春市是吉林省的政治、经济、文化中心，是资源性缺水的城市，本文通过对长春市供水水源现状的分析及未来需水的预测，提出中长期解决长春市供水优化配置与供水调度方案，以保障城市发展对水资源的需求，保证极端特殊情况下能供上水，保证人民群众生活对水的基本需求，保证社会各项活动正常进行。

关键词：长春市城区；供水水源；方案研究

中图分类号：TU991.11 文献标识码：A

长春市是一个水资源比较贫乏的城市，水资源一直是困扰城市社会经济发展的主要问题。这种“多水源、多用户”供水格局的城市供水水源是否科学合理、是否存在水源的危机情形、是否能保证供水安全，是民生十分关注的问题。为此，需要从长春市的政治、经济、城市发展、市民生活的不同视角去分析城市水源配置的合理性以及水源危机的紧迫性，以保障城市经济可持续发展、促进小康社会建设。研究城区供水水源优化配置与调度方案，对保证城市正常供水及城市供水水源遭受突发性污染和遭遇特枯水期2种情形予以分析、研究，提出解决城区供水与蓄水矛盾的办法和水源应急配置预案，显得十分迫切。本项目源于水利部下达的长春市节水型社会专题研究项目，方案的编制结合长春市供用水的实际，研究成果可以做为今后水资源管理与供水调度的理论依据。

1 长春市经济社会及水资源状况

1.1经济社会状况

长春市位于吉林省中部，地处松辽平原的东部边缘。地理位置为东经124?18?～ 127?02?，北纬43?05?～ 45?15?。长春市市区面积3126km2（不含双阳区），长春市城区由朝阳区、绿园区、宽城区、二道区、南关区5个城区及长春经济技术开发区、长春高新技术产业开发区、长春净月潭旅游经济开发区和长春汽车产业开发区组成。建成区面积350 km2。

长春作为吉林省省会，是全省政治、经济、文化和交通中心，素有“汽车城”、“电影城”、“光电之城”、“科技文化城”、“大学之城”、“森林城”、“雕塑城”的美誉，是中国汽车、电影、光学、生物制药、轨道客车等行业的发源地。

1.2 水资源状况

长春市多年平均水资源总量为27.46亿m3。 其中，地表水资源量为13.26×108m3，地下水水资源量为16.36×108m3，地表与地下重复计算水量为2.16亿m3。长春市多年平均入境水量为148.0×108m3，多年平均出境水量158.1×108m3。

长春市共有大型水库3座，中型水库16座，总库容为25.38×108m3，兴利库容8.91×108m3。

长春市城市供水水源有常规水源和非常规水源两类，常规水源为石头口门水库和新立城水库二座大型水库、引松入长工程及地下水水源；非常规水源为污水处理再利用工程。现有城市供水厂4座，设计总供水能力102万t/d ，实际供水能力89万t/d。

2 水资源配置与供需平衡分析

水资源优化配置是多目标优化问题，其目标不是追求某一方面的效益最好，而是追求经济、社会、环境的综合效益最大，并力图保持系统的良性发展。即水资源优化配置不仅要适应经济发展和人民生活的需要，还应尽可能的满足人类所依赖的生态环境对水资源的需求，以及未来社会对水资源的基本需求。

2.1 需水预测

根据长春市节水型社会建设规划成果预测： 2015年长春市城区人口为308万人，第二产业增加值为1749亿元，第三产业增加值为1140.1亿元，与此相对应的用水定额值分别为：123L/人.d、11m3/万元、7.6 m3/万元；2020年城区人口为351.8万人，第二产业增加值为2341亿元，第三产业增加值为1526.6亿元，与此相对应的用水定额值分别为：131L/人.d、10m3/万元、6.3 m3/万元。2015年总需水量为4.00×108m3；2020年总需水量将达到5.40×108m3。

2.2水资源优化配置方案

规划水平年的水资源配置的基本思路是：安全第一，统一调度，降低成本，保护环境。在丰水年和平水年，充分利用本地水，减少外调水，加大生态用水，补足景观用水，并做好水库的汛末蓄水储备；偏枯年，适当调水，尽量满足农业用水；特枯年，加大调水，减少农业、生态用水，适当超采地下水，尽量利用回用水，保证城市供水。不同水平年供需分析见表1。

表1 不同水平年供需平衡分析（单位：104m3 ）

水平年 需水量 供水量 余缺水量

蓄水 调水 地下水 中水 合计

工程 工程 利用

2015 39954 25680 7414 1580 5280 39954 0

2020 53962 25680 15972 1750 10560 53962 0

通过以上配置，各水平年能够满足居民生活用水、工业用水和生态用水需求，尽量保证农业用水，基本满足了配置的目标。

3 优化调度方案

城市供水的特点是，水量大而集中，保证率高，水质要求高。长春市城区供水水源调度遵循以下水量调度总原则：

a.安全性原则。水量调度必须遵循“安全第一”的原则，对各种水利工程的操作运用都必须控制在设计或规定的安全范围之内。

b.防洪优先原则。水库必须保证设计的防洪库容可用于防洪，汛期水库的蓄水位不得高于防洪汛限水位，汛后逐渐抬高水位蓄水兴利。

c.先地表、后地下、先境内、后境外的原则。

3.1 正常情况下的调度方案

3.1.1不同水平年的调度方案

由于长春市城区2015年之前正常情况下供水可以满足用水需求，所以本调度方案主要保证供水安全，尽量减小供水成本。

为满足政府部门宏观管理与调控的要求，确定不同保证率调度方案的控制性指标：

a.水库水量指标：根据2座水库的来水情况、供水能力和调度运行规则而定，在供水紧张时首先保证长春市城区用水，农业灌溉保证率75%，可适当破坏。2020年 “中部城市引松”工程通水后，水库挤占的农业和生态用水都要退还。

b.引松入长工程指标：按照一期工程为常规水源，二期工程为备用水源调度。在本地水资源能够满足供水时不启动引松入长工程。启动时间根据汛前、汛后的时间段以及天气状况等因素综合决定，理论启动时间为石头口门水库库容小于24000×104m3时。

c.地下水指标：地下水开采在本单元的可开采量的范围内。

d.中水利用指标：在长春市节水型社会建设规划中已经明确了中水利用的主要行业，中水主要用于热电厂冷却循环用水和生态环境用水，并有相应的约束机制。长春市第一、二、三热电厂已经与水务集团签订了中水利用协议书，近期2015年前利用中水5280×104m3/a，2020年利用中水10560×104m3/a。

长春市城区年用水量虽然存在季节性差异，根据长春市水务集团供水资料统计，日用水量在不同季节变化不是很明显，因此不考虑各月用水量的微小变化，按各月平均分配水量。引松入长工程根据水库的来水量由石头口门水库调节为城区供水；远期“中部城市引松”工程主要由新立城水库调节为城区供水。

3.1.2特枯干旱年的应急对策

特枯干旱年或连续枯水年，在节约用水的前提下，优先保证生活用水，其次是保证重要工业用水，适当减少农业灌溉用水，适当超采地下水，补充城镇供水量的不足。连续干旱年，推广节水技术，调整农业产业结构，多渠道开源，保证生活用水。

a.工程措施：

尽最大可能加大外调水的供水量，加强输水调度管理，确保调水量最大化和使用高效化。并适当超采地下水；多渠道开源，加大污水利用的力度；外调水量不够时，启动备用水源。

b.非工程措施：

制订用水计划，错时段定量供水。供水紧张时，定时限量向住宅供水，限制或禁止洗车、游泳场馆、洗浴及耗水量大、效益低的工业企业用水，按照浅宽式破坏的规则合理安排生产用水；压缩农业用水，保证城镇供水。适当减少灌溉面积，减少灌溉用水量；采用经济杠杆，实现节约用水。采用梯级水价，通过超额加价的办法来限制用水，最终达到节约用水的目的；向缺水严重的地区提供紧急援助措施。包括消防车送水等。

3.2应急调度预案

随着长春市城市规模的扩大，极端天气现象的频繁发生，城市供水系统的脆弱性不断凸显。但由于引松入长工程效益的发挥，未来再发生类似2000～2003年的连续干旱情况也不会出现严重缺水的局面。但若是发生历史上罕见的连续干旱，或者某一水源地出现突发性水质状况时，还是有一定的供水压力，要提早考虑和提出相应的对策。编制针对各种意外事故的城市供水应急预案，提高城市供水应对突发事件的应变能力，减轻灾害造成的损失，保证水资源供给，维护社会稳定。

3.2.1现状工程条件下的应急预案

如因某一水源地水质污染造成供水严重不足时，关闭被污染的供水水源，及时启用备用水源，并查找污染源、污染途径、污染范围和污染程度等，及时采取治理措施，力争在最短时间内恢复供水。按照出现污染的水源地不同，和供水影响的区域大小，适当启用特殊干旱年的非工程措施。

a.第一种情况：

当新立城水库出现水质问题时，直接影响三水厂供水区域。解决措施是：增加一水厂供量，利用10.5公里管线，每天向三水厂转供成品水9万t；利用二水厂向西部调水3.5万t，四水厂每天替代二水厂向二道地区送水1.5万t；启动长新街加压泵站，利用“3.5公里”北环城路DN1200供水管线应急工程每天向西部调水2万t。以上措施，可为缺水地区运送14.5万t水，但由于管网限制，仍有近3万人无水可用，只能靠消防车向无水区送水。

b.第二种情况：

当石头口门水库突发水质问题，引松入长工程也无法发挥功能，直接影响长春市3/4左右区域，应急措施是：加大新立城水库供水，三水厂向大成玉米区域送水3万t；启动净月潭水库每天为一水厂供水15万t，新立城水库利用明渠为净月潭补充水源；超采地下水，尽量维持缺水地区群众的日常生活。通过以上措施，仍有近一半居民处于严重缺水的状况，只能靠送水车送水。

由此可见，在某一水源地突发水质状况时，因工程原因限制，无论如何调度，也无法解决短时期内的缺水状况。如果2个水源地同时出现水质状况，后果不堪想象。为此，提出应急工程规划。

3.2.2应急供水对策

a.引松入长与水厂对接工程

目前引松入长工程是将第二松花江水通过管线引至石头口门水库，如果石头口门水库出现水质状况，引松工程将无法供水。规划建设引松入长源水管线绕过石头口门水库到达放牛沟泵站，可以直接向净水厂供水。

b.应急备用水源地水井与管网配套工程

长春市应急备用水源地设计布井275眼，可连续开采90d。水源井与配套管网应建设至少要45d，不能保证应急供水，要提前建成，做到有远备而无近忧。

c.三水厂引石工程

规划将石头口门水库原水引至三水厂。目前石头口门水库输水管线已到达一水厂，需从一水厂与三水厂之间铺设10.5km管线。

d.一水厂引新工程

规划将新立城水库原水引至一水厂。新立城水库到一水厂有明渠，由于区间有排污已无法使用，需沿明渠铺设一条管线即可自流入厂。

4 结论与建议

4.1主要结论

通过对供水方案的研究，摸清了长春市城市供水存在的问题，在分析了水资源供需结构、利用效率和工程布局合理性的基础上，编制出正常情况下水源地调度方案，和应急预案，提出了特殊干旱年的供水对策和措施，同时对多水源联合调度进行了初步探讨。

正常情况下，通过调度，可以保证供水安全，提高本地水资源的利用效率，满足居民生活用水和工业用水需求，基本满足农业用水的需求，保持地下水水位降深在允许范围内，废污水处理率和回用率满足相关规划要求；通过对多水源联合调度方案的研究，为极大地提高城市供水的保证程度，提高城市供水应对突发事件的能力，充分利用本地水资源，减少供水成本，寻找了途径。

4.2建议

加大源水输水管网配套建设力度，保证城市供水安全。尽早对城市水源与净水厂的对接工程进行规划、设计和施工，以保证突发状况下的应急供水安全；继续推进水源地保护专项规划的实施进度。近年来，水源地保护工作取得了一些成绩，如石头口门水库采取栽植芦苇、生态治污的办法，新立城水库实施了增容改造、退耕还林、还草治理等措施，都取得了较好的效果。但对水源地的污染源治理力度还要加强；升级改造现有净水厂，提高制水能力，保证水质要求。抓紧进行一水厂、三水厂的设备升级，力争在2011年达到其设计制水能力；加快城市供水管网的改造进程，降低漏失率，可实现节约用水。另外，目前城市供水管网已经形成环路，但净水厂之间还没有做到互通有无，应该未雨绸缪，尝试将净水厂形成联供，提高成品水的供给保证；理顺“二次供水”管理体制，统一规划、统一管理，建立有效的监督机制。

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作者简介：管延海（1971-），男，吉林汪清人，高级工程师，从事水文水资源监测、水资源分析评价工作。