2014年南水北调中线工程建成通水后,各受水城市供水系统将陆续切换为南水北调水,形成多水源供水格局。在水源过渡期间,不同水源切换及调配将对现有水厂处理工艺和管网水质、水压安全带来一定的冲击,为城市供水安全带来严峻挑战。本文在总结南水北调中线工程相关研究成果和水源切换经验的基础上,提出包括水源调配、水厂工艺应对技术、管网水质水压安全保障技术,以及水质监测和组织管理等方面采取的应对技术(见图1),指导各受水城市根据南水北调水源水质、当地水源水质和供水系统现状,因地制宜,利用自身技术条件,合理选择应对技术措施,保障水源切换时期的供水安全,为南水北调河南受水区城市在水源切换期间的水源、水厂、管网的水质、水压风险识别和相关控制措施提供技术参考和科学决策依据。

　　 根据《河南省南水北调受水区供水配套工程可行性研究报告 》对丹江口水库1956~1997 年42年来水水量分配进行统计,发现南水北调水源存在年际调水量不均、年内分配不均的问题。 并且南水北调中线工程作为一个多级串并联的庞大水资源体系,南水北调干渠需要检修或其他因素造成南水北调水供水不足或临时停水,都会造成南水北调水源供水的不连续性,为受水城市水源调配带来风险。 同时,南水北调中线工程通水后,各受水城市除了使用南水北调水作为主要水源,还有其他水源,包括河流地表水、水库水、地下水等,许多受水城市面临着从单一水源变为多水源的复杂供水系统,增加了水源综合调配的难度。

　　 南水北调中线干渠全长1 273km,采用明渠输送,水质受环境温度、气候等因素影响较大,长距离输水有可能会存在季节性藻类和有机物指标突增、南方水生生物入侵的风险。 同时南水北调水源水质浊度较低,投加混凝剂后形成的矾花难以沉降^[1],在北方冬季形成低温低浊水源,增加水处理难度。

　　 南水北调水源水质化学稳定性与受水城市现状水源相差较大,城市管网在长期运行过程中形成的稳定管垢在水源切换时,可能会遭到“破坏”,发生“黄水”的风险较高^[2]。南水北调配套水厂并网运行后,一方面应注意管道水流方向改变等物理因素可能引发的管网 “黄水”水质问题,另一方面应充分考虑由于供水格局和水质稳定性变化可能引发的管网 “黄水”。并且,由于南水北调水质稳定性较高,在南水北调枯水期和干渠断流期间,需重新切换为当地水源的过程中,管网发生 “黄水”风险将大大提高。

　　 (1)南水北调水源水质符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的Ⅱ类水标准。切换前一个月应加强南水北调水源的水质监测频率,总结南水北调来水水质规律。

　　 (2)以供水安全和经济为目标,综合各水厂最大取水规模、水厂现状原水取水量、现状水厂制水成本和新建南水北调配套水厂制水成本等因素,在口门分水量一定的前提下,确定各个水厂在水源切换时的水量分配。

　　 (3)通水前,应对南水北调取水泵站至水厂原水管道进行冲刷并定期巡检排查原水管道排气阀、泄水阀、水锤消除装置等设施和阀门开闭情况。

　　 (1)按照先外围后中心、先简单后复杂的原则,结合供水区域行政等级划分、服务人口、供水区域“黄水”风险性等条件确定水厂切换顺序。

　　 (2)遵循“合理消纳南水北调来水,当地水和南水北调水联合调配”的原则,应充分考虑当地地表水和地下水作为补充调峰水源和应急备用水源的可行性。切换水厂应保持原有水源热备,新建水厂可根据实际情况建立水源的调蓄、调配设施,实现南水北调水源在丰水期、平水期、枯水期、断流期等不同工况下的水量调蓄。

　　 (3)切换水厂宜采用新旧水源混合调配,或以消毒剂、pH调节等措施,避免大规模的管网“黄水”发生,相关工艺、装置与设备应提前配置。

　　 (1)水源切换前,可参考以下原则对水源正、反切换期间管网水压、水质(“黄水”)风险进行初步判断:

　　 (1)划定新供水格局下由于管道流速、流向等水力条件变化引起的管网水质、水压风险区域。

　　 (2)根据管材内壁管垢性质对“黄水”风险区域的初判:管壁腐蚀产物堆积较厚或较为密实,水源切换时发生“黄水”的风险较低;管壁腐蚀产物堆积较薄且疏松,水源切换时发生 “黄水”的风险较高。

　　 (3)采用水质稳定性判别指数对不同原水的水质稳定性进行初判:主要有Langelier饱和指数、Ryz-nar稳定指数、碳酸钙沉淀势CCPP、侵蚀指数AI、拉森指数LR等^[3]。

　　 (4)综合考察管网结构(管材、管龄、管径)、管网水质(余氯、浊度、总铁)、水力参数(水龄、流速、流向)等因素,建立综合评价指标体系,进行供水管网安全分级评价,划定水源切换时的管网水质风险区域^[4]。

　　 (2)在管网水压风险区增设压力监测点,选择管网中对调度工况变化敏感度高、与出厂压力和供水区域其他压力监测点相关性高的监测点作为主控点,并确定主控点压力。

　　 (3)对水源切换时的供水区域梳理出的重要区域管网进行冲洗排放,制定具体方案,并在切换前试排放一次。

　　 (4)管网水质风险与管材材质相关性最大。水源切换前,可根据受水区城市经济发展水平,对管网水质高风险区域的管龄过长、腐蚀严重的镀锌钢管、灰口铸铁管等管道进行改造;在不能及时更新的情况下,可采取管道内壁除锈及防腐涂衬处理。

　　 (1)设立水源切换领导小组,下设宣传、客户服务、技术支持等小组。

　　 (2)领导小组组织协调政府部门、南水北调办公室、供水各部门之间的多部门联动供水安全保障工作;并提前与南水北调办公室沟通,掌握南水北调工程各城市口门的水量、水质、通水时间、调度方式、输水管道数据等相关信息;组织相关部门制定水源切换供水安全保障预案,督促有关单位做好应急处理准备工作。

　　 (3)切换前宣传小组应通过各大媒体向公众做好宣传工作,消除公众的困惑及疑虑。

　　 (1)水源切换应循序渐进完成,在每个配水比例下的调试运行时间不宜少于7天,并应严密注意管网水质变化情况。

　　 (2)在水源符合 《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅱ类水标准时,可优先选用常规水处理工艺。

　　 (3)水源切换时,应适当提高出厂水水质内控指标。水源切换初期混凝剂投加量根据试验值增加0.5~1.0mg/L,适当缩短滤池的反冲洗周期和沉淀池的排泥周期。有深度处理工艺的水厂在切换初期要适当提高臭氧投加量,缩短活性炭的反冲洗周期。

　　 (4)水源切换时水厂应密切关注南水北调来水水质,及时调整水处理药剂投加量和供水设施设备运行参数,及时采取有效应急措施,增强应对水源切换过程中突发的水质风险的能力。

　　 (5)应建立应对低温低浊、高藻、高有机物、高臭味以及南方水生生物等的储备技术,在季节性等突发水质风险时能够采取有效的控制措施。

　　 (1)水源切换期间建立完整的管网调度指挥体系,统一、合理调度,保障管网安全运行。

　　 (2)各水厂清水池保持高水位运行,在进行水源切换水厂调试运行阶段,其他水厂做好紧急增加供水的准备。

　　 (3)水源切换期间如出现突发状况,应根据城市应急供水需求进行紧急供水,确保重点单位、重点企业及生活必需品生产企业用水。以城市既有需水量为前提,分类统计管网用户用水性质及水量,确定应急供水情况下城市供水优先顺序及各类用户需水量。

　　 (4)水源切换期间,应对管网“黄水”风险,可采取以下措施:

　　 (1)对多水源、多水厂供水的互通管网,应利用供水科学调度区分不同水厂、不同水源的供水边界区域,严格控制水厂供水压力,尽量不使腐蚀性强的水进入管垢稳定性差的区域,引发“黄水”。

　　 (2)提高水厂出水的余氯和溶解氧浓度,控制出厂水余氯≥0.6 mg/L,必要时中途补氯,调节管网中微生物群落结构,抑制腐蚀,减少管网铁离子释放。

　　 (3)应重点关注接近末端用户的供水管网,对出现黄水区域,采取消火栓放水、排水口放水等工作。

　　 (4)调节出厂水pH使Langelier饱和指数不小于0;调节总碱度和总硬度不低于100 mg/L CaCO₃;控制硫酸盐在80 mg/L以下^[5];可以考虑使用磷酸盐类缓蚀剂改善水质的化学稳定性,但磷酸盐的加入须考虑对水环境的影响。

　　 (1)严格按照公司、水厂、班组三级水质监测制度,人工取样与在线监测相结合,确保饮用水达到国家标准。

　　 (2)按照供水管网中水流路径全过程,在水厂出厂—市政主干管网—市政配水管网(小区入口)—庭院管网(表前水质最不利点)—用户支管(用户龙头水)等关键环节设置水质监测点,构建全流程、立体化的监测网络,强化管网水质监测(见图2)。尤其重点关注划定的水质风险区域、重点用户和管网末梢。

　　 (3)针对水源切换的不同阶段,科学、合理设置监测项目及频率,结合管网水质在线监测,对切换区域内管网水质实施全面、有效的监测,并对出现水质异常区域进行跟踪监测。

　　 (4)对水源切换时管网可能出现的水黄、水浊等水质异常现象进行分类,制定总体处理流程、分类处理流程和应急检测流程,提高管网水质应急处置能力。

　　 (1)领导小组在南水北调水源水量不足或发生突发状况时,协调城市应急水源的应急启用;组织协调各方力量处理水源切换过程中出现的应急事件,统一指挥调度。

　　 (2)宣传小组确保与各大新闻媒体通讯联络渠道畅通,及时准确地对外发布信息,适度地对事态的发展和处置工作进行报道。

　　 (3)客户服务小组对水源切换期间市民投诉快速应答和处理,防止事态扩大;并及时将投诉发生供水风险区域上报给领导小组。

　　 (4)技术支持小组针对水源切换期间出现的供水安全突发状况提供决策建议,对采取的应对技术提供支持。