Z市是南水北调中线工程主要受水城市之一,也是第一座实现水源切换的省会城市。2014年底,Z市开始进行南水北调水源与当地水源的切换,切换过程共分3个阶段,分别在LW水厂、SY水厂和BM水厂3座受水水厂依次进行,其中LW水厂设计规模为40万m³/d,SY水厂设计规模为32万m³/d,BM水厂设计规模为30万m³/d,各水厂地理位置示意见图1。

　　 为了防止水源切换期间造成的管网黄水,当地供水企业组织开展《南水北调河南受水区供水系统安全运行关键技术研究与工程示范》和《南水北调后城市供水管网水质安全保障关键技术》等科研项目研究,根据研究结论,采取了相应的应对措施,保障了水源切换期间的供水安全,实现了综合水质合格率达到99.88%。

　　 (1)南水北调原水与当地原水拉森指数相差较大^[1,2],水源切换期间,容易在老旧管网内引发黄水,需采取相应措施降低黄水的发生概率及影响程度。

　　 (2)根据前期试验结果,运用比例配水技术进行水源切换。两种水源应按照1∶3、1∶1、3∶1(南水∶当地水)的比例依次完成切换,各配水比例切换周期约1周。LW水厂供水区域管网黄水风险较低^[3],无需采取水源配比;SY水厂和BM水厂供水区域管网黄水风险较高,必须在水厂内完成水源配比。

　　 (3)水源切换采取逐个水厂进行,切换按先外围后中心、先简单后复杂顺序,结合供水区域行政等级划分、供水人口、供水区域黄水风险性等条件,确定切换顺序为LW水厂、SY水厂、BM水厂。

　　 (4)对出现黄水区域,采取消火栓放水、排水口放水等工作,并运用高余氯管垢稳定技术,提高出厂水余氯水平至0.8mg/L。

　　 为了使两种水源按比例充分混合,水源切换期间实现两种原水按比例配水,当地供水企业在SY水厂和BM水厂分别新建配水井,设计简图及现场照片见图2~图4。

　　 2014年12月17日16:36,LW水厂启用南水北调水源正式向管网供水,初始流量控制在2 000m³/h,随后逐渐增加至4 000 m³/h。图5为LW水厂在水源切换期间的日进水量。

　　 2014年12月29日17:40,SY水厂正式启用南水北调水源,南水北调水和当地水的混合比例约为1∶3,由于冬季供水,并考虑到LW水厂水源切换期间水质稳定等因素,SY水厂比例配水周期缩短为5天;2015年1月3日,SY水厂调整两种水源比例为1∶1,持续供水5天;2015年1月8日,SY水厂调整两种水源比例为3∶1,由于南水北调口门泵站原因,此后始终保持这一比例供水。SY水厂水量分配见图6。

　　 2015年5月29日,BM水厂开始启用南水北调水。由于夏季供水量较大,原水温度较高,考虑到水量和水温的影响,为了更加稳妥地保障供水安全,BM水厂水源切换时增加了比例配水周期,同时也降低了配水比例。5月29日~6月8日南水北调水和当地水的比例为1∶9,6月9日~8月11日南水北调水和当地水的比例为1∶3,8月12日~8月16日南水北调水和当地水的比例为1∶1,8月17日~8月25日南水北调水和当地水的比例为3∶1,8月26日至今,南水北调水和当地水的比例为9∶1。

　　 根据前期研究成果,水源切换过程对管网中氧化剂的消耗量增大,高氧化剂水平更有利于新管垢的形成,为了加快因水力学原因造成的管垢破损面的生长速度,各水厂水源切换初期,出厂水余氯由原先的0.4~0.6mg/L提高至0.8mg/L。

　　 水源切换前和换水过程中,对管网中危险区域^[3]根据需要进行管网放水。表1列出LW水厂供水范围内供水方向发生变化的危险管网,对这些管网水质重点监测,根据需要进行管网维护放水。由于冬季天气寒冷,管网处维修人员用消防水带将水就近排入下水道内,并对地面积水抛洒融雪剂,避免结冰造成人员意外伤害。SY水厂和BM水厂进行水源切换时,也根据城市供水管网黄水风险区域进行消火栓选点和放水工作。

　　 通过在SY水厂和BM水厂新建配水井,实现了水源切换期间两座水厂能够按照设定的比例配水进行水源切换,降低了因两种水源水质不同而引起管网黄水问题的几率;运用高余氯管垢稳定技术,提高出厂水余氯值至0.8mg/L,增大了管网内余氯水平,限制了黄水现象的发生;同时预制黄水风险区域管网放水方案,虽因水源切换期间水质稳定而未执行,但也为黄水现象发生后应急措施的实施提供了参考。

　　 LW水厂是Z市第一座水源切换水厂,为了严密监视管网水质变化情况,水源切换初期,在供水企业该水厂供水区域原有水质监测点(电力学校)的基础上,增加4处水质监测点,共计5处(见表2),并将检测频率由两周一次,加密至每天一次,分别于2014年12月22~27日连续监测6天,主要进行管网7项和硫酸盐、总铁检测分析。

　　 水质监测情况见图7和图8,结果表明:LW水厂并网期间管网水质无异常,总铁含量均未检出。浊度普遍升高,最大值为0.93NTU。余氯明显有一个下降的阶段,随后恢复正常,印证了新管垢的形成对氧化剂的消耗这一试验结论,也说明了高余氯有助于管网水质的稳定。

　　 2015年5月29日,BM水厂完成南水北调水源切换,正式并网供水,至此,Z市完成水源切换。当地供水企业针对管网水质关键点,从2015年6月开始至2015年11月,进行了为期6个月的检测工作,重点考察管网7项和总铁检测分析。

　　 结果显示,Z市水源全面切换期间,除了混合供水区域的供水末梢电力学校浊度稍高外,其他监测点浊度都较为稳定,不超过1NTU。如图9所示。

　　 管网水中的铁也呈现出与浊度一样的规律,即混合供水区域的供水末梢电力学校铁稍高,最大值为0.14mg/L,符合国标要求。如图10所示。

　　 管网中的余氯呈现出换水初期较低,随后慢慢恢复正常的现象,这与管垢生长需要大量氧化剂有一定关系,证明了换水初期增加出厂水余氯的必要性。如图11所示。

　　 水源切换期间,当地供水企业在原有水质监测点的基础上,增设风险区域水质监测点,并增大监测频率,实现了对供水管网水质情况的及时掌握;同时,从监测的数据来看,实施了比例配水和高余氯管垢稳定技术的管网水质较稳定,未出现超标现象。

　　 水源切换期间由于水力波动及管壁腐蚀产物释放,存在浊度升高的风险。实际切换期间对管网水质情况跟踪监测发现管网水质出现浊度普遍升高现象,但是最高值未超过1NTU,浊度满足国标要求。

　　 图12可直观表现切换前后管网浊度变化情况。水源未切换时管网浊度小于0.3NTU的监测点占总数的55%以上,水源切换期间管网浊度出现普遍上升,在0.5~0.8NTU区间均匀分布,管网浊度小于0.3NTU的监测点减少至总数的4.8%。

　　 水源切换后,管网浊度随着时间逐渐下降,虽仍未达到换水前的浊度水平,但可以明显看出浊度正在趋于稳定。由图13可看出水源切换后的3个月里,管网浊度呈现明显的下降趋势,管网浊度大于0.8NTU的监测点占总数由28%降至17%,管网浊度小于0.3NTU的监测点占总数由4.8%升至6.2%,水质明显好转。

　　 水源切换完成后,管网水质情况发生明显改变,突出表现在硬度、硫酸盐和氯离子等影响水质口感的指标变化上。由图14可见,硬度由原来的300mg/L降低为146mg/L,即钙镁离子含量少,表现为煮开后不容易产生水垢;硫酸盐和氯离子由原来的196mg/L和100mg/L降低为46mg/L和18mg/L,表现为水质口感甘甜,这是因为氯化物、硫酸盐含量高入口会发咸发苦,含量低口感清爽甘甜。

　　 Z市通过各项黄水应对技术的应用,实现了南水北调水源切换期间水质平稳过渡,无大范围持续性黄水现象发生,综合水质合格率达到99.88%。对比2014年同期水质数据,可以看出水源切换确实对管网水质有一定的影响,在换水前期,总铁含量和浊度均有所提高,但随后慢慢恢复正常。同时,由于南水北调水硫酸盐浓度、氯化物和硬度较低,市民饮用水感官指标大大提高。

　　 Z市作为南水北调中线工程主要受水城市之一,在长达半年的水源切换期间将前期研究成果应用于实际生产,实现了全市水源的平稳过渡,进一步验证了比例配水技术和高余氯管垢稳定技术等黄水应对技术在水源切换期间的适用性,并为南水北调中线工程其他受水城市的水源切换,提供了宝贵的借鉴经验。