南水北調北京段輸水安全對策研究及應用

靖立玲

（北京市南水北調調水運行管理中心，100038，北京）

南水北調中線工程計劃于2014年汛后全線通水，江水進京前，北京平均每年存在4.3億m3的生活供水硬缺口，是水資源短缺的最困難時期。2008—2010年已兩次通過南水北調中線京石段工程由河北省王快、崗南、黃壁莊、安格莊等水庫向北京應急調水。截至目前，累計從河北調水8億余m3，京石段應急供水量已占到城區自來水供應總量的65%，極大地緩解了北京水資源短缺的壓力，南水北調已成為首都新的戰略水源。

南水北調來水主要作為北京的生活飲用水水源，及時監測并保證進入北京的水體質量符合飲用水水源的要求，保證進入自來水廠的水體質量在可控制可處理的范圍內，是我國相關規范的要求，也是關乎民生、社會穩定和國際影響的大事。

本文在分析南水北調中線輸水工程特點、水質影響因素的基礎上，提出相應的輸水水質安全對策，并通過對2008—2010年兩次應急調水期間水質的分析，考察輸水安全體系的實施效果。

一、輸水工程概況

南水北調中線干線工程，南起湖北丹江口水庫，跨長江、淮河、黃河、海河四大流域，至北京團城湖，全長1276.4 km。京石段應急供水工程起點是河北省石家莊市的古運河暗渠進口，終點是北京團城湖，全長約307.5km。北京段起點位于北京市南部與河北省相接的北拒馬河中支南岸，終點為北京市團城湖，全長80.3 km。

北京段工程主要包括以下建筑物：北拒馬河暗渠（長約1.7km）、惠南莊泵站、PCCP加壓管道 （長約57.1 km）、大寧調壓池、永定河倒虹吸 （長約2.6 km）、盧溝橋暗涵（長約 5.2 km）、西四環暗涵（長約12.7 km）和團城湖明渠（長約0.8 km）。

為保障在南水北調中線全線貫通前的北京市用水問題，國家提前啟動了南水北調中線工程京石段應急供水工程，由河北省王快、崗南和黃壁莊等水庫向北京應急調水。應急供水期間主要考慮為第三水廠、田村水廠、城子水廠及北京最大的水廠第九水廠等供水。京石段應急供水線路見圖1。

二、水質影響因素分析

南水北調中線工程北京段，輸水干渠除團城湖明渠外均為封閉式。其水質污染事故風險點主要來自京外輸水明渠及水源水庫。參考國內外已發生的突發水污染事故，根據南水北調工程輸水特點，輸水過程中可能遭受到的突發性水污染主要有以下幾方面：

①油類、化學物品、生物毒品泄漏。運輸上述物質的車輛因交通事故引起車輛翻倒進入渠道中引發。

②流入明渠的污染物。渠道兩側土壤環境中未利用的化肥、垃圾、養殖業污物等物質流入明渠引發水體污染。

③惡意破壞、恐怖襲擊。一些對社會不滿分子、生活絕望者、恐怖組織，制造爆炸、損壞、投毒等活動。

由于水質不合格或水體受污染的成因比較復雜，盡管可以通過加強管理、派人巡視等措施減少水體受污染的概率，但不能從根本上杜絕突發水體污染事件。受污染的水一旦進入輸水管道，清除難度很大，還會造成大量的水體浪費；一旦進入自來水廠甚至引發大面積停水的危險，嚴重影響社會穩定。

三、輸水水質安全對策措施

1.構筑三道防線

圖1 南水北調中線京石段應急供水示意圖

南水北調中線工程，在進入北京之前均采用明渠輸水，進京后絕大部分為暗涵、暗埋管道，且直接與水廠相接。針對這一特點，提出構筑保障北京供水安全的“三道防線”，分別在入京、入市區、入水廠處設置關卡，應對突發性水污染事故。

（1）第一道防線

北京段渠首在北拒馬河暗渠進口前設置了退水閘，該退水閘位于樁號BT0-090 m處渠道右岸，為雙向擋水，可以防止北拒馬河洪水倒灌。退水渠道總長約2.6 km，退水出閘門后退入北拒馬河中支河道。當水質監測出現汞、砷、鉛、鎘等重金屬物質，氰化物、苯酚類有機有毒物質，放射性物質，生物及微生物超標，或發生突發性嚴重災害、危害水體的恐怖事件，以及發現地方性病原體或病毒污染時，關閉總干渠北拒馬河暗渠進口節制閘，開啟退水閘，處理污染水體并將來水排入拒馬河內，避免有害水進京。

（2）第二道防線

在大寧調壓池，當水質監測出現氨氮、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物等無機鹽類物質，指標超過地表水環境質量標準Ⅲ類，或者上游出現突發性污染時，關閉永定河倒虹吸進口閘，開啟永定河倒虹吸退水閘，將來水排入滯洪水庫或永定河，避免劣質水進入市區。

（3）第三道防線

在各自來水廠入口處，當水質監測出現水質指標不符合Ⅲ～Ⅳ類的要求，且自來水廠水處理工藝無法消除超標污染物質時，關閉各自來水廠取水口，開啟新開渠分水口、永引渠分水口，將南水北調來水排向有接納能力的河道，避免造成新的污染區。

在以上事故處理完畢后，對污染渠道和建筑物進行清洗和消毒，經檢測合格后恢復正常供水。

2.建立突發性水污染事故應急處理系統

對于突發性水污染事件關鍵在于防范和處理兩個方面。最重要的是建立有效的應急處理機制，包括：突發性水污染事件應急預案的制定、應急等級、應急組織機構、應急水質監測及現場緊急處理等。

（1）制定應急預案

應急預案是針對突發性水污染事件的現場處理而制定的一項應急反應計劃。制定應急預案的關鍵在于正確評估危險源風險和當地應急能力，同時還要協調現有的應急方案，如《北京市突發公共事件總體應急預案》《北京市城市水源系統水污染突發事件應急預案》等。

（2）應急等級

按照突發水污染事故的嚴重性和緊急程度，對水污染事故進行分類和分級，分為特別重大水污染事故（Ⅰ級，紅色預警）、重大水污染事故（Ⅱ級，橙色預警）、較大水污染事故（Ⅲ級，黃色預警）和一般水污染事故（Ⅳ級，藍色預警）四級。根據事態的發展情況和采取措施的效果，預警顏色可以升級、降級或解除。

（3）應急組織機構

為使應急救援工作有序、快速而有效地開展，必須有強有力的組織機構，能夠協調各方面的工作。

突發性水污染事故的應急指揮機構職責如下：

①應急指揮部：負責針對事故危害程度發布預警等級，制定應急方案并領導和組織實施，協調各機構的運作。

②應急指揮辦公室：為水污染事故的現場調查、取證，提出啟動應急預案的建議；根據指揮部命令，負責實施并監督、檢查、協調各項應急工作；負責指揮部的信息、聯絡日常工作。

③應急工作組：負責進行現場調查取證、事故原因分析；提出事故處置建議措施，并開展現場處置工作；提供應急人員、物資和各項技術支持，保證應急工作的順利開展。

（4）開展應急監測

實施應急監測是做好突發性水污染事故處理的前提和關鍵。采用快捷、有效的應急監測布控技術，迅速、準確地查明污染的來源、種類、程度、范圍，為控制污染蔓延、采取應急處理措施提供正確的信息。應急水質監測流程見圖2。

（5）應急處理

根據應急水質監測分析結果，確定應急處理方法。利用渠道的各節制閘、退水閘、滯洪水庫及河道等工程設施，改變原來的水流方向和流場，將受污染的水擋在“三道防線”之外。再根據污染物的化學性質，在污染區域拋灑化學藥劑，減輕和凈化污染水域。

3.建立水質監測系統

水質監測系統是構筑北京安全供水“三道防線”的基礎。

（1）監測方式特點

采用自動監測站、移動監測車和實驗室監測相結合的方式。水質移動監測系統以車載、便攜式水質檢測儀器為分析手段，可有效解決偏遠地區水質監測的困難，在突發性水污染事件中還可發揮其機動、靈活、及時的優點。

（2）監測站點布設

針對北京段封閉管涵輸水的特點，結合三道防線的設置，建立4個水質監測站：七里莊前哨站（位于河北）、惠南莊站、大寧站、團城湖站。

①在總干渠冀京交界上溯約35 km處的七里莊倒虹吸處設水質監測站，作為北京市對南水北調來水水質監測預警的前哨站。

②在惠南莊泵站設置水質監測站，作為北京市入境站。

③在總干渠至團城湖和南干渠的分水口——大寧調壓池設置水質監測站，作為渠道輸水水質變化控制站。

④在總干渠終點團城湖設置水質監測站，作為入水廠前控制站。

（3）監測項目及頻次

南水北調水質監測項目主要根據 《地表水環境質量標準GB 3838—2002》及對生活污染、生物污染、有機污染、運輸及工礦企業產生的重金屬污染和石油類污染的突發事件設定的，監測項目及頻次見表1。

四、輸水水質安全體系實施應用效果

南水北調中線京石段應急供水以來，通過水質監測系統及時掌握進京水質的變化，為調度決策提供了數據信息支撐及依據。水質安全“三道防線”的構筑為合理利用水資源，確保進入自來水廠水體質量在可處理范圍內，及時解決水質突發事故提供了保障。

1.水源切換時水質安全體系功效

京石段兩次應急調水初期，水頭到達第一道防線——北拒馬河暗渠退水閘進行棄水，待濁度降到30 NTU以下停止棄水，準許來水進入中線干渠。2008年9月，京石段首次應急調水，共棄水 180 萬 m3；2010 年 5 月，京石段二次應急調水，共棄水150萬m3。2011年2月，調水水源切換，安格莊水庫水先經易水河，后入五一干渠，到達安格莊應急連接段工程處，來水濁度降到20 NTU以下，氨氮降到0.5 mg/L以下，停止棄水，共棄水42萬m3。

2.輸水過程中水質關鍵性指標的變化

2008—2010年京石段兩次應急調水期間，河北前哨站 （七里莊站）、京冀交界處水質監測站（惠南莊站）、大寧站及團城湖站四站點水質指標均符合 《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002） 中的Ⅱ類標準（總氮、總磷不參加評價），符合進京水質要求。

3.科學監測，合理調度，解決“水黃”問題

2008—2009年輸水期間，由于水源切換引起北京市部分地區用戶出水發生“水黃”現象。問題出現后，相關部門及時啟動水質應急預案，組織專業人員對水質進行檢測、研究分析。

通過對水源切換前后原水水質分析發現，水源切換后水源化學組分發生了很大的改變，特別是硫酸鹽濃度大幅度增加，打破了供水管網中管道內的管垢與原有水質之間的平衡，高濃度硫酸鹽使管垢鐵銹發生溶解，造成管垢過量釋放，導致有的用戶家中出現了自來水發黃、發渾的現象。

2010年京石段第二次應急調水，鑒于黃壁莊水庫硫酸鹽含量偏高的問題，通過崗南、黃壁莊兩庫聯合調度降低崗黃兩庫外調水的硫酸鹽指標。首先從崗南放水至黃壁莊水庫，然后由黃壁莊水庫放水至石津干渠，石津干渠經連接段工程輸水至南水北調中線總干渠。

2010年度輸水期間，通過聯合調度控制來水電導率，硫酸鹽含量維持在較低水平，七里莊、惠南莊、大寧及團城湖四站點電導率在 400～550 μs/cm之間，硫酸鹽含量70～120 mg/L之間，避免了再次出現北京輸水管網因“水土不服”而導致的水黃現象。

五、結 論

南水北調工程京外均是明渠，輸水過程中存在遭受突發性污染的可能，如果水質受到污染，直接影響北京的社會、經濟安全。因此，開展南水北調北京段輸水安全對策研究非常必要，并經實施應用，效果顯著。

表1 監測參數及頻次統計表

①針對南水北調京石段輸水工程特點，分析影響水質的因素，研究提出建立水質安全防護的 “三道防線”：北京市入境站——北拒馬河渠首，入市區控制站——永定河倒虹吸，入水廠前的控制站——各分水口。

②提出建立突發性水污染事故預警應急系統，從而在發生突發性水污染事故時能以最快的速度發揮最大的效能，及時、有效地開展應急救援工作，盡快控制事態發展。建立水質監測系統，實時掌握北京段輸水水質狀況。

③應急調水初期開展應急監測，實時掌握水質的變化，棄掉不達標來水，保證進京水質安全的同時，最大程度節約了水資源。

④京石段工程兩次應急調水期間，輸水水質隨源水不同而水質不同，均滿足進京要求。

⑤水源切換后由于原水化學組分差別較大，導致用戶出水發黃發渾問題，二次應急調水時通過科學調度解決了該問題，但仍建議相關部門在城市供水系統水源切換前，開展風險分析與對策研究。

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