青島市城市水資源配置工程網規劃*

楊麗麗 謝新民 茍新詩 李其峰 趙全升

(1.中國水利水電科學研究院 北京 100038;2.青島市水利局 山東青島 266071;3.青島大學 山東青島 266071)

1 前言

根據科學發展觀和生態文明建設的總體要求,從滿足城市可持續發展的實際需求出發,堅持以人為本、人水和諧以及與 《青島市水資源綜合規劃》相銜接、與 《青島市城市總體規劃》相協調和統一的原則,通過開展城市供用水現狀調查和問題診斷分析,以及 “三生”需水預測、不同水平年水資源供需平衡分析,確定了不同水平年各受水區水資源配置方案;最后依據配置方案,提出水資源配置工程網布局 (包括水源開發工程、水源聯調工程、輸配水樞紐工程、輸水工程、輸水泵站等五類工程設施),全面核算了網內各輸水工程的輸水流量、管徑、長度和投資估算,以及網內各分水節點的節點流量等。為增強城市供水系統抗風險能力和實現互濟互配和主客水聯調能力,在規劃中特別強調輸配樞紐工程作用的同時,全面規劃了配置工程網實時監測和信息化工程,確定了水量調度與預警制度,以及建設和運行管理體制及保障措施等。應該說,這是一個比較全面的規劃,對于指導城市供水保障體系建設、運行管理和統一調度將起到重要作用。

2 城市供用水現狀調查與分析

2.1 城市水源現狀

目前,青島市城市供水水源主要分兩類:一類為常規水源,另一類為非常規水源。其中常規水源包括當地水源 26處和外調水源 1處,非常規水源包括污水處理及再利用工程 8座和海水淡化及直接利用多處。

2.2 城市輸水工程現狀

城市輸水工程主要由從水源取水口到水廠的管線 (暗渠、明渠、管道)和配套泵站等輸水基礎設施組成。截至 2006年底,全市主要城市輸水管線 (水源地與水廠之間)共 35條,總長度 462km,直徑分別 300mm、400mm、600mm、800mm、1100mm、1200mm、1400mm和 1700mm等不同規格,但以600mm和 800mm的規格為主;泵站 48座;城市總輸水能力 188萬 m3/d。城市輸水管線均存在不同程度的漏水、管道腐蝕結垢等問題。

2.3 城市供用水現狀

(1)現狀供水量及變化趨勢。現狀年 (2006年)青島市城市總供水量為 3.98億 m3(未含海水直接利用量 4.81億 m3,折合淡水量 0.24億 m3)。其中地表水供水量為 1.79億 m3,占總供水量的44.92%;地下水供水量為 0.44億 m3,占總供水量的 11.04%;客水供水量為 1.14億 m3,占總供水量的 28.54%;其他水源供水量 (污水回用、雨水利用、海水淡化)為 0.62億 m3,占總供水量的15.50%。

近幾年 (2000～2006年)青島市城市總供水量呈現出明顯的持續增長態勢,從 2000年的 3.02億 m3增到 2006年的 3.98億 m3,增長幅度高達31.79%,年均遞增率 4.03%。其中地表水供水量由 2000年的 1.24億 m3增長到 2006年的 1.79億m3,年均遞增率 5.38%;地下水供水量由 2000年的 0.39億 m3增長到 2006年的 0.44億 m3,年均遞增率 1.77%;客水供水量由 2000年的 0.99億m3增長到 2006年的 1.14億 m3,年均遞增率2.04%;其他水源供水量由 2000年的 0.40億 m3增長到 2006年的 0.62億 m3,年均遞增率 6.45%。

(2)現狀用水量及變化趨勢。現狀年 (2006年)青島市城市總用水量 3.98億 m3。其中居民生活用水量為 0.91億 m3,占總用水量的 22.87%;工業用水量為 1.93億 m3,占總用水量的 48.43%;建筑業及第三產業用水量為 0.89億 m3,占總用水量的 22.23%;生態環境用水量為 0.26億 m3,占總用水量的 6.47%。

近幾年 (2000～2006年)青島市城市總用水量呈現出明顯的持續增長態勢,從 2000年的 3.02億 m3增長到 2006年的 3.98億 m3,增長幅度高達31.79%,年均遞增率 4.03%。其中城市居民生活用水量由 2000年的 0.62億 m3增長到 2006年的0.91億 m3,年均遞增率 5.65%;工業用水量由2000年的 1.58億 m3增長到 2006年的 1.93億 m3,年均遞增率 2.90%;建筑業及第三產業用水量由2000年的 0.60億 m3增長到 2006年的 0.89億 m3,年均遞增率 5.81%;生態環境用水量由 2000年的0.22億 m3增長到 2006年的 0.26億 m3,年均遞增率2.45%。

(3)用水水平及效率分析。2006年青島市城市人均用水量為 130m3/人,比全國城市平均水平(2000年)偏低 16%,比天津城市人均用水量(2000年)偏大 33%,比北京市城市人均用水量(2000年)偏小 4%;城市萬元 GDP用水量為17m3/萬元,與國內節水先進城市如北京市(42m3/萬元)、天津市 (52m3/萬元)等相比,亦有明顯的先進性。應該說,青島市城市節水水平已經很高,位居全國的先進行列,節水潛力不大。

2006年青島市城市居民生活用水定額為81.3L/(人?d),城市生活綜合用水定額為160.3L/(人?d),低于全國同期平均水平 [212L/(人?d)],但高于山東省同期平均水平 [119L/(人?d)]。總之,青島市城市生活用水水平和用水效率已比較高,其節水潛力不大。

2006年青島市城市萬元工業增加值取水量為21.8m3/萬元,低于全國同期平均水平 (147m3/萬元),但高于山東省同期平均水平 (20m3/萬元)。由此可以看出,青島市城市工業用水水平和用水效率已達到全國先進水平,與同期天津市 (19m3/萬元)、山東省 (20m3/萬元)、北京市 (34m3/萬元)等國內先進地區相比,其節水潛力不大。當然,與世界先進水平相比,還是存在一定節水潛力的。

2.4 城市供用水面臨的挑戰

青島市作為資源型缺水城市,水資源總量不足,時空分布不均,且存在不同程度的污染,水資源供需矛盾日益突出,城市供水安全與生態環境保護面臨嚴峻挑戰,已經制約了當地經濟社會的協調、健康和可持續發展。水資源短缺,供需矛盾突出;配置工程網建設滯后,城市發展面臨挑戰;城市水源污染嚴重,供水風險加大;水資源配置格局與用水需求不匹配,增加了配置難度;管理體制建設滯后,影響了水資源開發利用效率及效益。

3 規劃目標與任務

3.1 規劃目標

規劃目標要體現 21世紀初期我國治水的新思路,體現 “現代水利、可持續發展水利和生態水利、民生水利”的規劃理念,針對青島市城市水資源總量不足、時空分布不勻和同時存在資源型、工程型和污染型缺水的現實,開展全市城市水資源配置工程網規劃。在查清青島市城市水源地現狀的基礎上,利用水資源配置模型及系統軟件,通過長系列調節計算和多方案比選,給出不同水平年水資源優化配置推薦方案,提出青島市城市水資源配置工程網布局、規模及分步實施方案,為配置工程網規劃工程的適時開工建設提供依據,促進青島市資源節約型和環境友好型社會建設,保障青島市城市供水安全和可持續發展。

3.2 主要任務

從青島市城市水資源優化配置入手,以青島市城市水資源配置工程網規劃為主線,堅持以人為本、人水和諧以及與 《青島市水資源綜合規劃》相銜接、與 《青島市城市總體規劃》相協調和統一的原則,在考慮經濟社會與生態環境用水需求的基礎上,統籌考慮城市水資源配置工程網布局、工程規模、主要配置節點水力計算與初步設計,以及配置工程網監控調度系統建設方案、水量調度方案與預警制度等,為青島市構建較完備的城市安全供水保障體系提供決策依據。

4 主要規劃成果

構建了面向多水源、多工程、多用戶、多目標并基于河道內生態環境需水的水資源優化配置模型,借助于世界銀行和美國 GAMS公司研制的Windows GAMS2.50軟件開發了優化配置模型計算軟件系統,為青島市不同水平年不同組合方案的水資源優化配置長系列調節計算提供了集數據庫、模型庫與人機交互界面等于一體的計算平臺,為青島市城市水資源優化配置及工程網規劃提供強有力的支撐。

4.1 水資源優化配置方案與工程規模

(1)基準年水資源供需平衡分析表明,青島市基準年各縣 (市、區)均不缺水,城市供水安全保障程度是比較高的。但隨著全市經濟結構和產業布局的調整,未來經濟社會發展仍有潛在的缺水風險,因此需要及早采取措施,未雨綢繆。

(2)基于承載能力的水資源供需平衡分析表明,2010年、2020年和 2030年青島市保證率95%時城市水資源供需平衡,總供水量分別為5.55億 m3、8.85億 m3、11.50億 m3。其中 2030年當地水供水量為 3.38億 m3,非常規水供水量為3.35億m3,外調水供水量為 4.77億 m3;尚有1.8億 m3引江水量指標作為政府預留水量或戰略儲備水源。

(3)根據青島市城市水資源配置推薦方案,確定青島市近、中遠期城市水資源配置工程網布局及其工程規模。其中規劃工程主要包括規劃水源開發工程、水源聯調工程、輸配樞紐工程、輸水工程、輸水泵站。到 2030年將新建 4座水源開發工程 (白馬河樞紐工程、沐官島水庫、官路水庫和亭蘭水庫),總庫容 4.05億 m3,設計能力達到 124萬 m3/d;污水處理及中水回用工程新增設計規模179萬 t/d和 48.5萬 t/d,海水淡化工程新增設計規模 32.5萬 t/d;新建 6座水源聯調工程,新增供水能力 14.6萬 m3/d;新建 1座輸配樞紐工程,調節池設計規模為 80萬 m3,應急時間 6h;新建 20條輸水干支管線,新增管線總長度 344.9km,新增設計流量 54.2～58.4m3/s;新建 10座提水 (加壓)泵站,新增設計流量 54.6m3/s,新增總揚程149.1m,新增總裝機容量 1.24萬 kW;節水工程累計節水量 0.53億 m3。

4.2 水資源配置工程網監控調度系統建設方案

(1)建設總體目標是利用遙測、通信及計算機網絡、遠程自動控制、數據庫、地理信息系統、決策支持系統等技術手段,規劃建設覆蓋全市供水水源、取水口、輸水管網、加壓泵站和水廠進水口等各個環節在內的城市原水供給全過程,包括水量、水質、水壓等要素的監測網絡體系,建設和完善水源、取水口、輸水工程、加壓泵站等關鍵部位的實時監控設施,以計算機網絡系統為依托,運用現代信息技術手段,逐步建成一個覆蓋全市的城市水資源配置工程網監控調度系統。

(2)計劃用五年時間建立一套 “實用、可靠、高效、先進”的城市水資源配置工程網信息采集傳輸、信息服務、業務管理、決策支持、遠程監控等多功能于一體的監控調度平臺,以確保城市供水安全和提升水資源管理能力,切實解決青島市城市水資源統一管理、優化配置和聯合調度所面臨的“瓶頸”問題。

(3)水資源配置工程網監控調度系統建設任務包括:實時信息采集、信息傳輸、軟件開發和調配中心建設等,近期共實施五大類 12個項目。項目完成后,將建成青島市比較完善的水資源配置工程網監控調度系統,對水源、取水口、輸水工程、加壓泵站等關鍵部位實施遠程監控和統一調度,為提升青島市主管部門對全市城市水資源的實時監控、量化管理和科學調配能力提供支撐,確保城市飲用水安全,支持全市的可持續發展。

4.3 水量調度方案及預警制度

(1)根據規劃層面的配置方案,給出以水資源配置工程網規劃為依據的指導水量調度的規則、控制性指標、年度調度方案,以及特殊干旱年份應急調度對策,為科學指導城市水資源配置工程網動態管理和科學調度提供重要依據。

(2)分析和提出供水安全預警制度,供水安全預警等級劃分與審批權限、預警等級發布流程、預警指標、預警等級標準與調度管理策略及預警步驟等,為應對城市供水過程中的各種突發事件和保障城市供水安全提供制度保障。

4.4 水資源配置工程網管理體制

(1)為充分發揮市、縣 (市)兩個方面積極性,實現新增水量與原有水量可統一調配、地表水與地下水統一管理,促進青島市水務一體化管理,保障城市水資源配置工程網按計劃實施建設和高效率運行,建議由青島市投融資公司組建青島市城市水資源配置工程網有限責任總公司,市籌集資金占50%以上,控股;青島市區和各縣市區按受水量及各自分攤工程的比例籌集資金入股,總公司在各縣(市、區)設分公司。其中總公司統一負責青島市城市水資源配置工程網的水量采購、工程建設、運營管理及還貸;分公司在當地政府和水行政主管部門的監督指導下,承擔總公司授權所轄范圍內的工程建設與運行管理、水量配送及縣 (市、區)的還貸。

(2)提出青島市城市水資源配置工程網有限責任總公司機構設置、管理模式和人員編制,以及城市水資源配置工程網管理范圍和保護范圍、建設管理與運行管理,逐步實施水務一體化管理和水源與輸水網、凈水廠與配水網分家運營,逐步打破壟斷和實現良性競爭的供水新局面,為城市水資源配置工程網科學管理和高效運行提供體制保障。

(3)青島市城市水資源配置工程網規劃實施保障主要包括組織責任體系保障、法制和體制保障、資金投入保障、政策措施保障、科技和能力建設保障等五大保障體系。

5 結語

現有的城市水資源配置骨干工程主要以向市內四區輸水為主,配置方向單一,城市水資源配置工程相互調劑和抗風險能力弱,隨著經濟社會的快速發展,城市供水保障的脆弱性凸現。為此,迫切需要根據未來的新增用水需求,采取水源置換與輸水管線互聯互通等工程手段,充分挖掘當地水資源開發利用潛力,統籌安排主客水的配置方向和規模,重新調整和完善現有城市水資源配置工程,規劃布局一批新的城市水資源配置干支線工程,以全市10個受水區為輸水單元,構建青島市城市水資源配置工程網體系,為全市水資源優化配置與合理調度創造統一的工程設施平臺,實現全市網內水資源南北貫通、互濟互配、主客水聯調的功能。

青島市城市水資源配置工程網規劃中體現了多水源、多用戶、多目標,并面向河道內與河道外生態環境用水需求的水資源優化配置思想。水資源優化配置是保障水的各種功能協調發展的有效手段,是可持續利用水資源的可靠保障。同時,還規劃了監控調度系統,提升了對城市水資源實時監控、量化管理和科學調配的能力。