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給水排水 |水質型缺水城市飲用水安全如何保障?

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給水排水 |水質型缺水城市飲用水安全如何保障?

發布日期:2018-12-18 作者: 點擊:

給水排水 |水質型缺水城市飲用水安全如何保障?

 張玲玲等 給水排水

小編說

依托磨盤山調水、牛欄江-滇池補水、引江濟太和引江濟巢工程,開展了緩解“水質型缺水”大型長距離調水的經濟成本研究。高成本的外調水源是解決城市飲用水安全問題不得已而為之的階段性措施,持之以恒的污染源治理配合水廠增加深度處理工藝,走出先污染後治理的怪圈,才是保障城市供水安全的根本性措施。


随着水污染治理力度不斷加強,我國地表水優良水質斷面比例不斷提升,但水環境現狀依然嚴峻,2017年全國112個重要湖泊(水庫)中37.5%為IV類及以下水體,集中供水水源地中19.4%不能滿足供水水源标準。跨流域或長距離調水可以短期内補充水量或改善水源水質,已成為我國城市保障供水安全的重要手段。自20世紀50年代以來,我國陸續建設了超過百項的調水工程,包括“南水北調”在内,累積設計年調水規模已接近千億立方米。實施長距離調水涉及地域水資源分配、短期内改善目标水體水質或補充城市供水水量等多種目标及效益,可分為緩解“水質型缺水”和“水量型缺水”兩類實施目的。本文以水質型缺水調水工程為目标,開展調水經濟成本研究,探讨外調水源對受水城市飲用水安全保障的作用及其局限性,為水質型缺水城市供水安全保障決策提供參考。

1 調水工程特性

1.1 實施背景及目的

本文研究的磨盤山調水、牛欄江-滇池補水、引江濟太和引江濟巢4項調水工程,均為入河或入湖污染負荷超過水域納污能力,為緩解水質型缺水而實施。磨盤山調水工程為2004~2005年松花江水源地封凍期為V類且流域污染治理緩慢,為解決哈爾濱市飲用水安全問題,開辟了磨盤山水源滿足該市近期及遠期供水需求;牛欄江-滇池補水、引江濟太和引江濟巢3項調水工程,均通過外調水源補充水量縮短湖體置換周期而改善湖泊水質及其水環境。目前磨盤山調水、牛欄江-滇池補水和引江濟太3項工程均正常實施,引江濟巢工程正在建設過程中。


1.2 工程基本參數

4項調水工程基本參數如表1所示,各調水工程的年均輸水量均超過了億立方米,調水距離在幾十公裡以上,具有輸水規模大、調水距離長的共性;工程所處地質條件不同,分别采用了管道、隧洞或者河道等不同輸水方式。



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2 長距離調水成本及其影響因素

2.1 調水單位投資及單位總成本

磨盤山調水、牛欄江-滇池補水、引江濟太和引江濟巢4項調水工程的單位投資及總成本總結如表2所示。


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從表2中可以看出,新建長距離大型調水工程,投資成本和總成本均較高,總投資高達幾十億至上百億元規模,年總成本亦超過上億元。

 

磨盤山調水工程包括水庫、輸水管線和配套水廠3部分,工程總投資為44.89億元(一、二期合計,2006年物價水平,水庫投資按供水系數分攤),調水單位投資成本為4 988元/m³,測算入市單位供水成本為1.49元/m³,其中管線部分單位總成本為0.78元/m³。牛欄江-滇池補水工程總投資為82.84億元(2009年物價水平),單位投資成本為4 169元/m³,至滇池引水單位總成本為0.74元/m³,運行成本為0.37元/m³。引江濟巢工程入巢湖兩條線路工程總投資為186.89億元(2011年物價水平),平均單位投資成本為655元/m³,至巢湖引水單位總成本為0.11元/m³。引江濟太工程2002~2003年總成本為1 352.9萬元,按水利樞紐設施供水分攤系數估算,至太湖平均總成本為0.01元/m³;引江濟太工程實施前,重點骨幹水利工程已基本完工,不涉及大型水利設施建設,經濟成本主要為運行管理費。

 

采用河道輸水的引江濟巢和引江濟太工程,單位總成本顯著低于以隧洞為主的牛欄江-滇池補水和管道輸水的磨盤山調水工程;此外,引江濟太工程調水主要依靠調度和局部水利設施改造,調水單位總成本顯著低于需新建輸水線路及水利樞紐設施的其他3項工程,可見實施長距離調水依托已存在水利工程基礎,可以顯著節約工程投資及其總成本。


2.2 調水投資成本組成

長距離大型調水工程投資巨大,研究的調水工程中3項總投資在數十億元規模,将調水分為輸水部分和其他組成時投資構成比例如圖1所示,其中其他部分為輸水配套建設的相關水利設施,如所需建設的水庫和泵站。

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從圖1中可以看出,磨盤山調水、牛欄江-滇池補水和引江入巢兩條線路3項工程總投資中,輸水部分所占比例基本在60%以上,長距離輸水造成該部分為工程投資主體,高于需要配套建設的水庫和其他水利設施按供水分攤系數分攤的投資成本之和。


2.3 影響調水工程成本因素

2.3.1投資成本影響因素

分析不同調水工程的投資構成,發現現有水利設施基礎、沿途工程地質條件、輸水方式、調水距離、調水規模及是否移民征地等諸多條件,均對調水工程投資産生影響。投資成本影響因素複雜,因而目前已實施的調水工程投資差額較大,需根據實際情況确定其具體值。

 

本文對研究的調水工程投資成本影響總結如表3所示。研究發現,除輸水線路均為調水工程投資主體,長距離大流量的輸水造成調水工程的高投資之外,單位距離調水投資成本與工程的調水量相關,即調水量越大單位距離調水所需要的投資越高。但不同工程之間的總投資高低與調水量和輸水距離并無直接正相關關系,而是與輸水方式密切相關,即不能單純依靠調水量與調水距離的大小直觀判斷不同工程間投資的高低。


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工程設計依據輸水沿線地形及地質條件确定輸水型式采用河道、隧洞或管道方式,從而最終決定了單位投資成本的高低,河道在研究的3種輸水方式中最低平均為685元/m³,管道方式最高為4 988元/m³;考慮輸水距離這一影響因素,折算單位距離單位水量兩種方式單位投資成本相差比例達到了74.5%。因此,在關注調水工程包括的調水量及調水距離等傳統主要參數之外,更應該關注輸水方式對投資成本的影響。

 

2.3.2 單位調水成本影響因素

4項調水工程單位總成本與工程特性參數之間的關系如表4所示。可以看出,輸水方式是影響年總成本及單位成本的最重要因素,如采用同一種輸水方式,調水距離長、調水量大的工程總成本更高,調水距離長的工程單位調水成本更高。


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磨盤山調水在4項工程中成本最高,測算至哈爾濱市制水成本為1.49元/m³,分析原因為采用管道方式輸水,其管道折舊費和維修費近2億元/年,提升了調水總成本,從而其單位總成本最高。引江濟太工程利用河道輸水,自流與泵站提水按需運行,且調水工程實施前已存在水利樞紐設施,供水僅分攤其部分成本,故而其單位調水總成本大幅度降低,為0.01元/m³。

 

2.3.3 輸水方式對單位投資及總成本的影響

4項調水工程的單位投資成本與單位總成本中,采用管道方式輸水的磨盤山調水工程最高,采用河道方式輸水的引江濟巢和引江濟太工程較低。影響新建大型調水工程投資與供水成本的各項因素中,對于上億m³級别的這類工程,工程所處地域的地形、地質條件及水利基礎決定了輸水方式,對調水的投資和供水成本影響重大,其影響力一定程度上甚至高于調水量和調水距離。因此,在調水工程決策時除關注調水量、調水距離這些因素之外,對不同線路及其适用的輸水方式也需要重點考慮。

3 調水對水質型缺水城市飲用水安全的保障作用

(1)當地飲用水源喪失功能期間,外調水源為保障城市飲用水安全的必要措施。松花江水源地自2009年不作為哈爾濱市飲用水源地使用,至2015年重新啟動水源建設與水廠的升級改造工程,近10年的時間内磨盤山水源替代松花江負責了主城區300多萬人的飲用水源。滇池外海自2007年不作為飲用水源使用,至2030年力争恢複III類水體,外調水源解決該市2025年前的飲用水源問題。此外,牛欄江-滇池補水工程、引江濟太工程均是配合流域污染源治理改善湖體水質的主要措施之一。因此,外調水源滿足了城市飲用水源需求,也起到了改善當地湖體或水源地水質的重要作用。

 

(2)高成本的外調水源是解決城市飲用水安全問題不得已而為之的階段性措施。在城市供水水量方面,總投資44.89億元的磨盤山調水工程供水量已接近設計規模,後續需與其他水源配合滿足城市遠期供水需求;在水質方面,盡管牛欄江-滇池補水工程投資高達82.84億元,如僅采用調水而無其他治理措施時,預測滇池水質仍呈惡化趨勢;引江濟太工程引水對降低太湖貢湖水源地的富營養化基質作用微弱,水源地仍存在藻類水華潛在威脅,太湖總磷濃度沒有得到有效降低。因此,調水工程在水質、水量兩個方面均不能徹底解決受水城市的飲用水安全問題,為階段性的供水措施,而且調水的高投資和高總成本是決策時必須慎重考慮的重要問題之一。

 

(3)水量與水質并重,走出先污染後治理的怪圈,是保障城市供水安全的根本措施。引江濟太工程實施近15年時間,太湖富營養化關鍵指标TP濃度2016年相比2011年又呈現了增加趨勢,引江濟巢工程引水口附近水域TP和TN濃度要高于巢湖東半湖現有飲用水源地。因此,不可過度依賴外調水源這一短期效應措施,堅持水量與水質并重、進行入湖污染源治理才是湖體及水源地生态恢複的根本方法。此外,随着深度處理技術的發展,我國多座大型水廠增加O3-BAC深度處理工藝已驗證了該工藝對出水水質的提升作用,且該工藝段300~400元/m³的投資成本,0.2~0.3元/m³的單位生産成本水廠一般可以負擔。持之以恒的入湖污染源治理配合水廠增加深度處理工藝,是解決水質型缺水城市飲用水安全問題的綠色經濟措施。


4 結論

(1)大型長距離調水工程具有高投資的共性,新建年引水量在億立方米至數十億立方米級别、調水距離在百公裡以上的調水工程投資高達幾十億至上百億元規模,年總成本超過億元;長距離輸水造成輸水線路為投資主體,文中研究的3項工程該部分所占比例基本在60%以上。

 

(2)輸水方式是影響調水單位投資及單位總成本的最重要因素,采用管道輸水的磨盤山工程單位投資和單位總成本為4 988元/m³和1.49元/m³,引江濟巢工程為655元/m³和0.11元/m³,兩者分别相差了86.9%和92.6%。

 

(3)外調水工程是當地水源失去功能期間保障城市飲用水安全的階段性必要措施,實施時需付出高投資及高成本代價,但其并不能徹底解決城市供水安全問題。避免形成依靠高投資及高成本的調水工程解決短期内的城市水安全,持之以恒地進行污染治理并配合水廠增加深度處理工藝,走出先污染後治理的怪圈,才是保障城市供水安全的根本性措施。

網站對原文有删減。原文标題:水質型缺水城市調水經濟分析與飲用水安全保障;作者:張玲玲、陳立、郭興芳、陶潤先、顧淼;作者單位:中國市政工程華北設計研究總院有限公司;刊登在《給水排水》2018年第11期。



本文網址:http://www.snjwd.com/news/394.html

關鍵詞:水處理工程技術服務,飲用水安全,飲用水處理

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