基于水資源優(yōu)化配置的太原市引黃供水工程規(guī)劃研究

尤龍鳳

(太原市水資源管理保護(hù)中心，山西 太原 030002)

太原市是北方嚴(yán)重缺水城市，其可利用的本地地表水很有限，非常規(guī)水利用率又不高，導(dǎo)致地下水連年超采，全市10個(gè)縣區(qū)均被水利部列為地下水超載區(qū)。而投資較大的萬家寨引黃入晉工程在太原供水區(qū)卻發(fā)揮不了充分效益，設(shè)計(jì)給太原年供水量6.4億m3，2022年供水量僅1.7億m3，只占設(shè)計(jì)規(guī)模的1/4，究其原因，主要是供水工程跟不上。

為了響應(yīng)山西省委省政府提出的用足黃河水、用好汾河水、涵養(yǎng)地下水的號(hào)召，進(jìn)一步提高引黃入晉工程太原供水區(qū)的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，本文提出基于水資源優(yōu)化配置的太原市引黃水供水工程規(guī)劃研究。

1 太原市供用水現(xiàn)狀及水資源優(yōu)化配置

1.1 太原市水資源狀況

太原市多年平均(1956—2016年)水資源總量56458萬m3，其中地表水資源量20124萬m3，地下水資源量44443萬m3，重復(fù)計(jì)算量8109萬m3。全市本地水資源可利用量43091萬m3，其中地表水可利用量10506萬m3，地下水可利用量36752萬m3，重復(fù)量4167萬m3。

由于本地地表水可利用量有限，長期以來太原市靠開采地下水來保證生產(chǎn)生活之需。地下水的連年超采，致使太原市形成了3個(gè)超采區(qū)，分別是晉祠泉域大型巖溶水超采區(qū)、蘭村泉域大型巖溶水超采區(qū)和太原市城郊中型孔隙淺層地下水超采區(qū)，3個(gè)超采區(qū)總面積3384km2，涉及全市的10個(gè)縣區(qū)，占全市總面積的48.42%。

為緩解太原市的水資源緊張情形，改善因地下水超采引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題，省委省政府及市委市政府做了一系列的工作。萬家寨引黃工程就是山西省2002年建成的大型跨流域調(diào)水工程，工程分兩期實(shí)施，設(shè)計(jì)年供水量12億m3。其中一期工程建設(shè)總干線、南干線和聯(lián)接段，設(shè)計(jì)引水量6.4億m3/a，主要為解決制約太原市可持續(xù)發(fā)展的水資源緊缺問題，工程已于2003年10月正式向太原供水。二期工程建設(shè)向朔州和大同市輸水的北干線，設(shè)計(jì)引水量5.6億m3/a[1-2]。

1.2 供水現(xiàn)狀及規(guī)劃供水量

太原市現(xiàn)狀供水水源主要有引黃水、汾河地表水、地下水和非常規(guī)水源(主要為再生水)。2022年全市總用水量7.25億m3，其中：引黃水1.70億m3，占總用水量的23.45%；汾河地表水1.45億m3，占總用水量的20%；地下水2.28億m3，占總用水量的31.45%；非常規(guī)水源1.82億m3，占總用水量的25.10%。根據(jù)太原市用水總量控制指標(biāo)及太原市水資源全域化配置情況，全市規(guī)劃供水量2025年9.94億m3，2030年10.47億m3，2035年11.90億m3，供水工程應(yīng)能滿足規(guī)劃供水量需求[3]。

根據(jù)太原市人民政府關(guān)于印發(fā)太原市水資源全域化配置方案的通知，2025年以后太原市地下水利用量控制指標(biāo)1.5億m3，汾河地表水耗水指標(biāo)1.58億m3(輸水損失按15%考慮，取水指標(biāo)為1.86億m3)，各水源取水量不能超過控制指標(biāo)。分析可知，太原市未來用水主要依靠黃河水和非常規(guī)水。鑒于目前的污水處理技術(shù)和成本，非常規(guī)水的利用領(lǐng)域還是很有限，要支撐太原市的經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展主要依靠黃河水。

1.3 水資源優(yōu)化配置

太原市水資源優(yōu)化配置的思路是充分利用黃河水、合理配置汾河地表水、涵養(yǎng)地下水、挖掘非常規(guī)水[4]。黃河水按現(xiàn)有結(jié)合規(guī)劃供水工程主要向縣(市、區(qū))配置；汾河地表水保持現(xiàn)狀供水規(guī)模和供水布局，供給工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生態(tài)用水；地下水資源具有明顯的地域?qū)傩?，主要在?dāng)?shù)厥褂谩?/p>

1.3.1充分利用黃河水

黃河水保證率高，用水可靠，是太原市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展最珍貴的資源，充分利用黃河水是太原市水資源優(yōu)化配置的重點(diǎn)。省政府分配給太原市的黃河水控制指標(biāo)6.58億m3。根據(jù)現(xiàn)有的引黃供水工程及規(guī)劃的供水工程建設(shè)進(jìn)度，2025年全市黃河水利用量4.99億m3，2030年利用量5.36億m3，2035年達(dá)到6.56億m3。

1.3.2合理配置汾河地表水

汾河地表水資源配置根據(jù)供水工程供水能力及分配的取水指標(biāo)進(jìn)行配置。在水資源相對富水可開發(fā)利用的汾河上游，以汾河水庫和汾河二庫為骨干工程，在滿足區(qū)域自身用水的前提下，向太原市區(qū)和清徐灌區(qū)供水。同時(shí)全面維系市內(nèi)各大河流及其主要支流、重要湖泊和濕地等水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，確保各河、湖和濕地內(nèi)符合水質(zhì)要求的生態(tài)流量(水量、水位)。2025年、2030年和2035年全市汾河地表水供水量1.59億m3、1.64億m3和1.69億m3。

1.3.3涵養(yǎng)地下水，儲(chǔ)水于地下

長期大量開采地下水，造成了地下水水位下降、含水層枯竭、地面沉降、地裂縫、水質(zhì)惡化等一系列生態(tài)與環(huán)境問題，補(bǔ)充涵養(yǎng)地下水，有計(jì)劃地減少地下水開采，儲(chǔ)水于地下，將地下水資源作為重要的戰(zhàn)略資源是水資源配置的重要原則[5]。為此，要全面實(shí)施地下水超載區(qū)治理，在引黃水和地表水覆蓋區(qū)要逐步關(guān)閉開采井。到2025年，地下水開采總量壓采至1.5億m3。2030年和2035年，通過進(jìn)一步實(shí)施地下水治理保護(hù)工程，地下水開采量維持在1.5億m3，使全市地下水位全面上升，晉祠泉、蘭村泉實(shí)現(xiàn)復(fù)流，以達(dá)到逐步涵養(yǎng)水源、維持地下水的良性循環(huán)目標(biāo)。

1.3.4挖掘非常規(guī)水

非常規(guī)水源是常規(guī)水資源配置利用外的有效補(bǔ)充水源。按照優(yōu)水優(yōu)用、劣水劣用、供需匹配、經(jīng)濟(jì)合理的原則合理配置利用，規(guī)劃到2025、2030年和2035年全市非常規(guī)水源利用量分別達(dá)到1.86億m3、1.97億m3和2.15億m3。

2 引黃太原供水區(qū)現(xiàn)狀供水工程

太原市已建的引黃供水工程主要有：太原市呼延水廠供水工程、引黃清徐原水直供工程和陽曲原水直供工程。

2.1 太原市呼延水廠工程

太原市呼延水廠是萬家寨引黃入晉工程南干線重點(diǎn)配套工程，是太原市第一個(gè)大型地表水凈化水廠。工程位于尖草坪區(qū)汾河西岸呼延村西南側(cè)，背倚龍山、東臨汾河，距太原市中心30km。呼延水廠總設(shè)計(jì)規(guī)模190萬m3/d，其中近期規(guī)模80萬m3/d，分為首期和二期，建設(shè)規(guī)模均為40萬m3/d。首期工程于1998年12月動(dòng)工興建，占地面積408.83畝，水處理設(shè)施主要有加藥間、配水車間(混合、絮凝、沉淀、大小虹吸濾池)、清水池、水泵房、污泥濃縮脫水車間、廠外調(diào)流調(diào)壓閥室及中控室與辦公樓等，2002年12月竣工，2003年10月30日正式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)向太原市城區(qū)供水[6]。引黃水通過呼延水廠凈化后出水并入城市供水管網(wǎng)，主要供城鎮(zhèn)居民生活用水，2022年供水量為1.52億m3。二期40萬m3/d水處理工程于2017年開始動(dòng)工建設(shè)，目前呼延水廠已形成80萬m3/d的供水規(guī)模，通過統(tǒng)一協(xié)調(diào)運(yùn)行，可基本滿足太原市城市發(fā)展的用水需求。

2.2 萬家寨引黃入晉清徐原水直供工程

山西省萬家寨引黃入晉工程聯(lián)接段清徐原水直供工程屬引黃工程的支線工程，是貫徹省委省政府“分質(zhì)供水、原水直供”決策部署，在引黃工程南干線建設(shè)的第一個(gè)“分質(zhì)供水、原水直供”工程。引黃水經(jīng)由引黃聯(lián)接段7號(hào)洞口出經(jīng)呼延水廠供水銜接工程、向西干渠分水工程及汾河西干渠后進(jìn)入晉陽湖，再采用輸水管道至受水區(qū)，主要向山西科技創(chuàng)新城和清徐“一帶四區(qū)四園”供水，重點(diǎn)滿足科技創(chuàng)新城和華陽新材料的用水需求，為太原市清徐縣、小店區(qū)(科技創(chuàng)新城)和晉源區(qū)3縣(區(qū))的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供水資源保障[7]。

工程主要建筑物包括加壓泵站、輸水管線、調(diào)度中心、調(diào)蓄水池、沿線建(構(gòu))筑物等及小店、清泉湖和太化3條供水支線。其中，小店供水支線分水口后設(shè)450m長的PCCP管穿汾河主河道，管徑1.3m；清泉湖供水支線向清泉湖及東湖供水，線路全長3.73km，選用管徑0.5m的球墨鑄鐵管；太化供水支線自末端蓄水池取水，線路全長4.1km，選用管徑1.6m的PCCP管。晉陽湖加壓泵站布置于晉陽湖北堤外側(cè)，西干渠向晉陽湖引水渠東側(cè)，通過設(shè)置引渠和壓力涵洞與晉陽湖和西干渠連通，根據(jù)工程調(diào)度運(yùn)行情況，可分別從晉陽湖和西干渠取水；泵站后輸水主管線路DN2000 PCCP管，總長約38.2km。

工程年供水能力1.2億m3，近期年供水量5000萬m3，遠(yuǎn)期年供水量1.20億m3。其中，清徐縣6250萬m3，小店區(qū)5264萬m3；晉源區(qū)518萬m3。

2.3 萬家寨引黃入晉陽曲原水直供工程

山西省萬家寨引黃工程聯(lián)接段陽曲原水直供工程管線設(shè)計(jì)供水對象為太原市工業(yè)新區(qū)、陽曲縣轉(zhuǎn)型發(fā)展產(chǎn)業(yè)園區(qū)和陽曲縣城鎮(zhèn)生活，直供工程管線自7#洞下游出口呼延調(diào)蓄池進(jìn)水箱涵進(jìn)水閘取水，供水管線終點(diǎn)位于陽曲縣北側(cè)大運(yùn)高速公路大盂服務(wù)區(qū)西側(cè)。全線共設(shè)6座分水口(分別為工業(yè)新區(qū)分水口、陽曲縣城預(yù)留分水口、黃寨預(yù)留分水口、小牛站預(yù)留分水口、水廠分水口和食品園區(qū)分水口)；1座加壓泵站，揚(yáng)程152m，總裝機(jī)2840kW；末端事故備用池1座，庫容18.8萬m3。

直供工程輸水線路全長38.75km，前半段主要依托呼延水廠自來水管線廊道、北固碾交通道路和陽興大道布置，后半段主要在楊興河和天然氣管線兩側(cè)保護(hù)綠化帶內(nèi)敷設(shè)。事故備用池位于整個(gè)輸水工程末端，馬坡村東側(cè)，大運(yùn)高速公路大盂服務(wù)區(qū)西側(cè)的空地上[8]。

工程設(shè)計(jì)總供水規(guī)模4900萬m3/a，近期年供水量3000萬m3/a，供水保證率95%。

3 太原市引黃水規(guī)劃供水工程

為全面提升太原市水資源優(yōu)化配置和水安全保障體系、改善水生態(tài)環(huán)境，規(guī)劃研究建設(shè)太原市東西山調(diào)水工程和太原市西山地表水廠供水工程，構(gòu)想建設(shè)中部引黃太原供水工程。

3.1 太原市東西山調(diào)水工程

東西山調(diào)水工程計(jì)劃從萬家寨引黃7#隧洞出口引水，沿東西兩山向太原南部供水，擴(kuò)大引黃水供水范圍。該工程是太原市統(tǒng)籌解決水資源、水環(huán)境、水生態(tài)的主要途徑[9]，工程覆蓋太原市中心城區(qū)和晉中市中心城區(qū)，可解決太原東山和西山區(qū)域缺水問題，解決晉祠泉和蘭村泉超采問題、解決太原市“九河”(楊興河、北澗河、北沙河、南沙河、玉門河、虎峪河、九院沙河、冶峪河、風(fēng)峪河)生態(tài)環(huán)境問題、解決6城區(qū)城市供水管網(wǎng)能力不足、解決大學(xué)城綜改區(qū)和榆次區(qū)缺水等問題。本工程與現(xiàn)有的陽曲原水直供工程、清徐原水直供工程以及規(guī)劃的中部引黃工程結(jié)合，將形成太原市南北水網(wǎng)聯(lián)通、東西線路閉合、地表地下互通，多源一網(wǎng)雙向互濟(jì)的綜合水網(wǎng)體系，有效提高太原市水資源調(diào)配和城市供水安全保障能力。

3.1.1東山供水線路

東山供水線路總體上布置在太原市主城區(qū)的西北側(cè)、北側(cè)和東側(cè)，走向?yàn)闁|南向。東山供水線路采用重力流和泵站提水兩種方式結(jié)合供水，分為供水干線、提水干線兩部分。主要向太原九河中的東山“四河”(楊興河、北澗河、北沙河和南沙河)生態(tài)補(bǔ)水和山西大學(xué)城提供生活用水，同時(shí)解決蘭村泉域巖溶水超采區(qū)地下水源置換。

3.1.2西山供水線路

西山供水線路依托山西省萬家寨引黃入晉工程聯(lián)接段，結(jié)合已經(jīng)建設(shè)完成的山西省萬家寨引黃入晉工程聯(lián)接段清徐原水直供工程和山西轉(zhuǎn)型綜改示范區(qū)瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)供水工程進(jìn)行布置，全線采用重力流方式供水，包括供水干線、清徐工業(yè)園供水支線和綜改示范區(qū)瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)供水支線。主要向太原九河中的西山“五河”(玉門河、虎峪河、九院沙河、冶峪河、風(fēng)峪河)生態(tài)補(bǔ)水和綜改示范區(qū)瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)、清徐工業(yè)園供水，同時(shí)解決晉祠泉域巖溶水超采區(qū)水源置換。

根據(jù)工程供水任務(wù)，結(jié)合地形及線路走向，確定東、西山供水管線供水規(guī)模，其中東山供水線路供水量1.45億m3/a，西山供水線路向太原市供水量為2.77億m3/a。工程總規(guī)模4.22億m3/a，水源為引黃原水，主要供給生活、工業(yè)、河道內(nèi)生態(tài)用水。

3.2 太原市西山地表水廠供水工程

太原市西山高地處于城市的西部，因地勢較高、供水設(shè)施不配套，一直以來為城市供水的盲區(qū)。區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀仍以坑口水、農(nóng)村井為飲用水水源，供水水質(zhì)、水量均得不到保障。為解決太原西山高地供水瓶頸，規(guī)劃以引黃水為水源建設(shè)西山地表水廠供水工程。工程設(shè)計(jì)供水規(guī)模20萬m3/d，主要建設(shè)內(nèi)容包括原水取水及輸水工程、西山地表水廠及配套輸配水管網(wǎng)工程。

西山地表水廠擬選址位于開城西街與玉蘭大道交叉口，占地面積約10.58公頃。采用預(yù)處理+常規(guī)處理+深度處理的工藝流程，深度處理采用臭氧-活性炭工藝，保證出水水質(zhì)達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求。

工程從引黃掃石站現(xiàn)狀3號(hào)閥室DN1400接口引水，沿上南山村、王峰村、化客頭、大臥龍村向東南方向設(shè)置輸水隧洞引入西山高地地表水廠，輸水隧洞全長約14km，洞徑約9m，隧洞內(nèi)設(shè)置輸水管道。掃石3號(hào)洞前減壓閥室，地形標(biāo)高919m，減壓閥前水壓標(biāo)高970m左右，設(shè)計(jì)管線終點(diǎn)西山地表水廠設(shè)計(jì)地面為929.7m，管線總長為14km，管徑DN1600mm，總水頭損失為18.5m。至西山地表水廠的水壓標(biāo)高為951.5m，可以滿足水廠的進(jìn)水要求。

3.3 中部引黃太原供水工程戰(zhàn)略構(gòu)想

中部引黃工程是山西省大水網(wǎng)重要骨干工程，主要向忻州、呂梁、臨汾、晉中4市17縣(市/區(qū))供水，工程的實(shí)施將從根本上解決呂梁山區(qū)的嚴(yán)重缺水問題，對當(dāng)?shù)孛撠氺柟?、鄉(xiāng)村振興和實(shí)施黃河流域生態(tài)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義，對山西中部發(fā)生特大旱情具有重大戰(zhàn)略意義[10]。

該工程正在建設(shè)中，設(shè)計(jì)年供水能力6.02億m3，目前已批復(fù)取水指標(biāo)3.05億m3，仍有約3億m3/a的供水潛力，中部引黃工程批復(fù)給太原市的水量為1.15億m3/a，目前沒有任何供水工程匹配支撐。因此，規(guī)劃建設(shè)中部引黃太原供水工程來保障太原市經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，構(gòu)想工程主要將文峪河和汾河連通，將中部引黃工程的黃河水通過文峪河調(diào)入汾河供太原市利用。建議盡快開展中部引黃太原供水工程的前期工作，以增加太原市引黃水的供水量。

4 結(jié)語

太原市水資源稟賦先天不足，本地水資源總量在全省11個(gè)地市中位列倒數(shù)第2，水資源成為制約城市發(fā)展的重要因素。2002年建成的萬家寨引黃入晉大型調(diào)水工程是解決太原市水資源緊缺的有效途徑，然而該工程自運(yùn)行以來，一直沒有發(fā)揮充分效益，主要原因是缺乏與水量匹配的供水工程。本文在分析太原市引黃現(xiàn)狀供水工程的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮整體用水需求，提出引黃規(guī)劃建設(shè)工程，對優(yōu)化引黃水供水方案、用足用好引黃水有重要的指導(dǎo)意義。但是，隨著引黃供水規(guī)模的不斷擴(kuò)大，亟需考慮在南干聯(lián)接段工程事故期及呼延水廠檢修或事故時(shí)的供水安全問題。因此，下一步應(yīng)著重研究制定備用水源方案及應(yīng)急工程方案。