城市饮用水水源风险识别与规划管控对策研究

作者:唐磊 周飞祥 王巍巍 刘广奇
单位:中国城市规划设计研究院
摘要:随着我国经济社会的快速发展和人口规模的持续增长,各类工业、生活和面源污染以及日益增多的突发性水污染事件对城市饮用水水源安全构成了极大的威胁。以常州市长江饮用水水源为例,从规划的视角提出城市饮用水水源污染风险的应对策略,包括开展水源安全评估,系统分析识别水源存在的风险和问题;规划建设应急水源和备用水源,提高城市供水安全保障水平和供水保证率;以及加强水源污染风险管控,在城市规划中协调城市空间布局与水资源保护利用。
关键词:污染风险供水安全应急水源规划水源保护
作者简介:作者简介:唐磊,男,1987年出生,汉族,北京人,硕士研究生,工程师,主要研究方向为城市水系统及市政基础设施规划,生态环境保护规划,海绵城市和黑臭水体治理规划设计等。E-mail:398501864@qq.com;
基金:基金:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07201002,2017ZX07501001);

 

0 引言

随着我国城镇化和工业化的不断发展,突发性水污染事件的发生频率不断升高,导致影响城市供水安全的事件时有发生,以松花江苯胺污染事故导致哈尔滨市长时间停水为典型事件,先后发生了多起安全供水事故[1,2]。饮用水安全问题直接关系到城市居民的基本生活需求和身体健康,一旦饮用水水源发生突发污染事故时将严重影响城市供水安全,尤其是对于饮用水水源规划设计过于单一且无应急备用水源,或监测预警及应急机制不完善的城市,当水源地发生突发性的水质问题时将导致水厂无法正常供水,甚至对城市正常运行造成威胁。长江水质优良、水量丰富,通常作为沿江城市的主要饮用水水源,但是由于长江黄金水道船舶通行量大,沿江化工企业、港口码头集聚等原因,长江水源潜在的移动和固定污染风险源较多。本文以常州市长江饮用水水源为例,针对水源污染风险高、保护压力大等问题,从规划的视角提出了应对策略,以保障常州市城市供水安全。

1 开展水源安全评估

1.1 水源安全评估的意义

开展城市饮用水水源安全评估工作,全面地掌握水源安全状况,发现存在的问题和安全隐患,可为水源污染风险的规避与防范,水源优化配置和规划布局,城市应急供水系统的建设管理,以及水厂在处理原水过程中采取相应的措施提供参考依据,对保护水源水环境质量、降低污染风险、保障城市供水安全和居民饮水安全具有重要意义(见图1)。

图1 水源安全评估过程示意

图1 水源安全评估过程示意

Fig.1 Water source safety assessment process

1.2 常州长江水源安全评估

根据全面性、代表性、实用性和可操作、可指导等原则,结合常州市水源和供水特点,对反映水源安全的核心关键指标进行研究和筛选,采用层次分析法(见图2)建立反映城市饮用水水源安全的评估指标体系框架,对常州长江水源水质安全、水量安全、风险水平及监管防范能力3个维度,一般污染物水平、有毒污染物水平、枯水年来水量保证率、取水净水设施供水能力、流域/区域水资源配置状况、风险种类及数量、污染源危害程度、风险综合防范能力、风险综合处置能力9个指标进行评估,各指标评估结果取值1~5分,得分由低到高分别对应“极不安全、不安全、警戒、较安全、安全”5个等级[3](见表1)。层次分析法可以将定量与定性相结合,在多目标、结构复杂且缺乏必要数据情况下对复杂系统进行评估时具有较强的可操作性和实用性,而城市水源安全系统具有多因素、多层次、多目标的特点,采用层次分析法可以实现对城市饮用水水源安全进行比较科学和客观的评估[4,5]

图2 层次分析法结构示意

图2 层次分析法结构示意

Fig.2 Schematic of analytic hierarchy process

表1 城市饮用水水源安全评估指标体系———单水源评估
Tab.1 Evaluation index system of urban drinking water source safety———single water source evaluation   

表1 城市饮用水水源安全评估指标体系———单水源评估

常州长江水源安全评估结果雷达分析如图3所示,通过水源不同指标的对比分析可识别水源存在的突出问题、短板和潜在污染风险。根据评估结果,常州长江水源各单项指标评估结果总体均为“安全”或“较安全”,表明常州长江水源总体稳定、可靠,水质良好、水量丰富,当前常州市水源保护和监管防范水平较高;但是污染风险及种类指标评分低于“安全线”,发生水源污染事件的风险因素较多、对饮用水源威胁较大,是当前常州长江水源存在的主要问题和薄弱环节,应通过采取完善在线水质监测和预警系统、建设应急水源制定应急预案,以及进一步加强污染风险源监管防范等措施来保障水源供水安全。

图3 常州长江水源安全评估结果雷达分析

图3 常州长江水源安全评估结果雷达分析

Fig.3 Radar analysis of water safety assessment results of Yangtze River in Changzhou

1.3 常州长江水源污染风险分析

根据评估结果,常州长江水源的主要潜在污染风险包括长江常州上游段发生污染事件,危险品运输船舶过境遇有碰撞、搁浅等交通事故和装卸作业时发生泄漏或爆炸,长江常州段沿岸集聚的化工园区发生“化燃、化爆、化泄”等事故,德胜港、录安洲重化工码头港口进行危险品装卸作业的船舶发生泄漏或爆炸,夹江停泊的渔船、加油船及过往船只发生泄漏,以及汛期德胜河、省庄河等城市河道向长江开闸排水等[3,6]

常州市工业发达,滨江区域化工企业、港口码头、物流园区等众多,根据相关统计,常州市近年来发生的突发环境事件大多数由安全生产事故引起,并且集中发生在工业园区。长江常州段潜在工业污染风险源如表2所示。

由于常州市长江魏村水源地位于工业园区和录安洲港口码头的上游,且常州市对水源保护区及准保护区范围内的保护和管理非常严格,工业污染风险源对魏村水源地的实际污染风险相对较小。但是由于长江江苏段饮用水水源及水厂分布非常密集,长江常州段的工业污染风险源对下游水源的潜在影响仍然不可忽视。

表2 长江常州段潜在工业污染风险源
Tab.2 Potential industrial pollution risk sources of Yangtze River in Changzhou   

表2 长江常州段潜在工业污染风险源

2 规划建设应急和备用水源

2.1 常州德胜河应急水源建设

应急水源是为应对突发性水源污染而建设,而备用水源为应对极端干旱气候或周期性咸潮、季节性排涝等水源水量或水质问题导致的常用水源可取水量不足或无法取用而建设[7]。水源安全评估及污染风险分析结果可指导应急水源和备用水源的规划建设。

在城市遭遇突发性供水风险的紧急情况下,应急水源成为保障供水安全的最后屏障,科学地规划、建设、保护和管理应急水源具有重要意义。为提高对长江水源突发水污染事故的应对能力,并综合考虑应急供水的可操作性与经济性,常州市将德胜河规划为应急水源。德胜河是常州市通江骨干河道,北起魏村长江口,南至京杭运河,全长约21.5km,平均口宽65m,入长江口处建有水利枢纽。德胜河为感潮河道,水流方向呈双向流,正常情况为常年利用长江高潮引入长江水,汛期暴雨洪水时利用长江低潮位将区内涝水排入长江。德胜河年均引水量为5.09亿m3,年均排水量0.74亿m3,枯水期平均流量约为11m3/s[8,9]。2014年江苏省对德胜河水功能区进行了调整,将原“德胜河常州农业用水区”中魏村枢纽至剩银河口7km调整为“德胜河常州饮用水源区”,水质目标从Ⅲ类调整为Ⅱ类。常州市当前已在距长江约2km处建成德胜河急取水头部及泵站工程,规模为30万m3/d,一旦长江发生污染事件,利用德胜河水利枢纽将长江水与德胜河隔离,应急取水头部从德胜河取水并输往附近魏村水厂,应急水源区位如图4所示。

图4 德胜河应急水源区位

图4 德胜河应急水源区位

Fig.4 Location of Desheng River Emergency Water Source

需要说明的是,长江魏村水源除了向主要服务常州运河北片区的魏村水厂供水外,还向运河南片区供水,由于运河南片区选择常州备用水源滆湖作为应急水源,本文未进行相关分析和介绍。

2.2 应急水源水质水量要求

当应急水源条件受限时其水质要求可适当降低,但是应通过在水厂采取应急净化处理或深度处理等有效措施确保水厂出水水质达标。德胜河当前主要污染物水质基本稳定在Ⅲ类,但部分重金属指标有超标现象且支流水质相对较差,德胜河水质总体达标但不稳定;由于应急水源对应的魏村水厂已经增加臭氧+活性炭深度处理工艺,可保证在使用德胜河作为应急供水水源时出厂水质稳定达标。

应急供水量和应急供水时间是应急水源规划设计的关键技术指标,通常以最大限度满足城市居民生存、生活用水为目标。《城市给水工程规划规范》(GB 50282-2016)中规定“城市应急供水期间,居民生活用水指标不宜低于80L/(人·d),并应根据城市性质及特点确定工业用水及其他用水的压缩量;应急供水持续时间应根据典型事故情况下对城市供水影响的时间确定”[10]。水源风险期城市平均日综合用水量可按式(1)计算:

 

式中Q′———风险期城市平均日综合用水量,万m3/d;

qi———不同类别用水平均日用水量,万m3/d;

ki———不同类别用水的供水压缩比,%。

江苏省对应急供水规模做出了具体规定,要求“应急供水能力原则上应不小于近5年年平均日综合生活用水量(公共服务用水和居民家庭用水之和)的70%;地表水应急水源的建设规模在符合上述要求的基础上,还应满足长江干流取水3天以上、内河和湖库取水5天以上的应急供水需求”[11]

居民生活用水指标取80L/(人·d),工业用水压缩比取30%,公共设施用水压缩比取10%,道路浇洒及绿化用水压缩比取50%,根据相关自来水厂供水数据,计算得出应急水源供水量需求约为24.1万m3/d;根据常州市水资源公报、常州市统计年鉴及相关自来水厂数据进行计算[12],德胜河应急水源服务区域内近5年年平均日综合生活用水量约为34.1万m3/d。在应急状态下德胜河可提供30万m3/d原水,此外可利用区域联网供水约7万m3/d[13],根据相关论证报告在应急状态下德胜河可连续提供30万m3/d的原水7d,应急水源供水能力满足规范及江苏省应急供水能力建设要求;为进一步增加应急供水量,研究提出根据长江突发污染的污染物种类和污染倍数,通过联合调度使用德胜河应急水源水稀释受污染的长江水源水,从而进一步提高对长江水源突发污染事件的应对能力(见图5和图6)。

2.3 远期应急水源规划

德胜河作为应急水源具有一定的优势和合理性,但是仍然存在很多问题和风险,包括船舶通行、航道建设、港区开发等带来的污染,工业废水、农业面源、城镇径流污染,未划定水源保护区导致水源保护执行难度大,水质波动变化大等。当前新孟河延伸拓浚工程正在加紧实施,规划多年平均引长江水量约为33亿m3/年,工程的实施将为常州增加一条清水供应通道。为了进一步提高常州市应急供水能力,规划未来将新孟河作为常州市区应急水源取代德胜河,新孟河水质水量均能满足常州市应急供水需求。

图5 常州市近年总用水量和居民生活用水量变化(根据常州市水资源公报统计)

图5 常州市近年总用水量和居民生活用水量变化(根据常州市水资源公报统计)

Fig.5 Changes of total water consumption and household water consumption in Changzhou City in recent years(according to Changzhou Water Resources Statistical Bulletin)

图6 常州市区近年自来水生产能力及供水量变化(根据常州市统计年鉴统计)

图6 常州市区近年自来水生产能力及供水量变化(根据常州市统计年鉴统计)

Fig.6 Changes of water supply capacity and quantity in Changzhou City(according to Changzhou Statistical Yearbook)

3 加强水源污染风险管控

3.1 常州水环境敏感度评价

如果城市规划等上位规划没有在源头进行环境风险管控,城市供水规划在环境风险管控方面发挥的作用将非常有限,工业区规划与规划环境影响评价也难以优化不合理的产业布局与选址。根据常州市长江水源安全评估及污染风险分析,常州滨江工业集中区内突发环境事件风险较高;通过对饮用水水源保护、重要水体保护、水环境质量现状及水环境容量等因子进行叠加分析,综合评价与识别常州市水环境敏感区分布,评价结果如图7所示,滨江地区属于环境敏感度较高地区。从污染风险和水环境敏感两方面来看,常州滨江地区需要重点监管和风险管控,通过在规划中强化区域环境风险监管、防范建设,从而把水源污染事故和风险化解在萌芽状态。

图7 常州市水环境敏感度评价示意

图7 常州市水环境敏感度评价示意

Fig.7 Evaluation of water environmental sensitivity in Changzhou City

3.2 常州滨江地区污染风险源规划管控

为保护常州及常州下游段长江水源安全,在常州市城市规划中,对常州滨江地区提出了产业布局规划指引及管控要求。规划提出滨江工业园区应严格节能环保准入,限制发展高水耗、重污染的造纸、皮革、印染、电镀、基础化工等行业发展,禁止新设置排污口(依法合理设置的城镇污水集中处理设施除外);结合常州港发展相关产业,循序渐进推动高污染企业绿色化升级改造,淘汰落后产能,大力推进清洁生产及发展循环经济;开展重点污染行业企业综合整治,全面推行工业园区企业废水量、水污染物纳管总量的双控制度;重点关注工业集中区内风险企业的事故预防及敏感目标保护,优化危化品运输线路;重点保护滨江地区生态环境,在周边乡镇实施环境整治和生态修复。通过一系列管控要求和规划措施,逐步降低沿江沿河化工园区、危险化学品仓储码头等固定风险源、移动风险源对城市饮用水水源地的威胁,最大程度降低水源污染风险。

4 总结

(1)针对我国水污染事件频发、饮用水水源污染风险高、保护压力大等问题,从规划的视角提出了应对策略:结合本地水源和供水特点选择相应技术方法和指标体系,对水源安全进行评估,识别出水源存在的问题及风险,进而针对性采取措施;基于水源安全评估结果制定应急供水方案,科学地规划建设应急水源和备用水源,以最大限度满足城市居民生存、生活用水为目标,合理确定应急水源规模及应急时间;在城市规划中加强城市空间布局与水资源保护利用的协调,避免和减少由于布局不合理而引发的水源环境污染风险。

(2)以常州市长江饮用水水源污染风险应对为例,首先采用层次分析法建立反映城市饮用水水源安全的评估指标体系,对常州长江水源安全进行评估,识别常州长江水源存在的主要问题和薄弱环节,明确水源的主要潜在污染风险;在此基础上规划设计应急供水方案,合理选择和建设应急水源,并确保满足相关要求;为保护常州及常州下游段长江水源安全,在常州市城市规划中,对常州滨江地区提出了产业布局规划指引及管控要求。

(3)我国当前仍处于工业化和城镇化快速推进的发展阶段,迫切需要从规划层面对城市饮用水水源配置和规划布局进行优化和统筹协调,科学保护和管控城市饮用水水源,降低水源污染风险,切实保障城市供水安全。本文提出的饮用水水源污染风险规划对策,可在城市国土空间规划、供水专项规划及其它涉水相关规划编制过程中进行应用。

作者图片

 

唐磊

 

 

Research on risk identification and planning management control measures of urban drinking water source
Tang Lei Zhou Feixiang Wang Weiwei Liu Guangqi
(China Academy of Urban Planning & Design)
Abstract: With the rapid economic and social development of our country and the continuous growth of the population size,various types of industrial,domestic and non-point source pollution,as well as the increasing number of sudden water pollution incidents,pose a great threat to the safety of urban drinking water source.Taking Yangtze River water source of Changzhou as an example,the article proposes strategies for coping with the risks of urban drinking water pollution from a planning perspective,including conducting water safety assessments,to analysis and identify risks and problems existing in water sources systematically;emergency water resource and alternate water resource should be planned and constructed the level of water supply security and water supply guarantee rate;as well as strengthening water pollution risk management and control at the planning level,to coordinate urban spatial layout and water resources protection and utilization in urban planning.
Keywords: Pollution risk; Water supply security; Emergency water source; Planning; Water source protection;
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