引汉济渭工程受水区供水对象西安市供水安全保障研究

韩艳丽

(陕西省宝鸡峡引渭灌溉管理局扶风总站，陕西扶风722200)

引汉济渭受水区重点城市包括西安、宝鸡、咸阳、渭南和杨凌区，西安是受水区最大的受水户。西安是陕西省社会经济、政治中心，在整个关中城市群中具有重要的地位。故引汉济渭工程中西安市的输配水工程供水安全，对于整个关中地区的城市供水网络系统的安全保障起着举足轻重的作用。本文对西安市的供水安全保障工程措施和非工程措施进行研究，以期为引汉济渭工程关中受水区输配水工程的供水安全保障工作提供理论和数据支持。

对受水对象而言，供水安全涵盖充足的水源、满足要求的水质、可靠的净水处理设施、安全稳定的供水管网、先进快捷的监控技术手段，以及系统、灵活、快速、有效的事故应急处理机制和科学高效的运行管理体系等内容［1］。引汉济渭工程作为关中地区未来最主要的供水水源和输配水网络，其工程安全应从研究引汉济渭工程和当地地表水及地下水源工程的联合调度问题、引汉济渭输配水线路与当地供水线路配合问题、受水城市当地的调蓄问题、引汉济渭输配水工程建筑物自身安全问题、管理运行以及事故应急预案等问题多方面综合考虑。

1 多水源联合调配

与引汉济渭工程一同给西安市供水的水源主要包括当地地下水源、当地地表水源和回用污水等，这几个水源的联合调配才能为受水城市提供充足的水源。水源联合调配主要通过水资源量的相互补充和必要的水力联系来保证。

根据《引汉济渭工程受水区水资源配置规划报告》(可研阶段)的相关成果，整个引汉济渭工程受水区按照不同片区进行各个水平年的水资源联合调配。西安市2030年水资源联合调配成果见表1。

表1 2030年西安市引汉济渭工程供水与当地水源工程供水联合调配成果表 单位:104m3

根据表1可知，西安当地地表水源、地下水源和再生水的合计多年平均供水量约为6.40×108m3，引汉济渭供水量为4.60×108m3，引汉济渭工程供水量占总供水量的42%，由此可见引汉济渭作为外调水源，占到城市可供水量的一半左右，在所有水源中居于绝对主导地位。一旦引汉济渭水源不能保证，备用水源的问题显得弥足重要。即如果引汉济渭水源不能正常供水，当地水源特别是地下水源，应保证应急用水。

因此，从水量上讲，通过多水源联合调配，引汉济渭水源和当地水源形成了一定的相互备用关系。由于引汉济渭引调的汉江水和关中地区的地表水同步性较高，汉江枯水年份同样是关中地区的枯水年份，因此西安市枯水年份主要依靠开采地下水、加强再生水利用、实施节水措施等手段来补水。

水量上的相互备用关系不能完全保障水源的安全，还需工程上的水力联系来实现。水力联系主要从供水线路的连接、净水厂之前的多水源供给来实现。

西安地表水源主要包括黑河金盆水库、石砭峪水库与引乾济石工程、辋川李家河水库等。主要供水工程为已成的曲江水厂和南郊水厂(雁翔路)。引汉济渭输水干管可以和两水厂的进水管就近连接，向水厂提供备用水源。规划中的子午水厂、东南郊水厂、西南郊水厂、东郊水厂等大部分低于引汉济渭输水线路高程，本次规划将位置较高的子午水厂作为引汉济渭工程的受水点，即规划水厂均可通过当地水和引汉济渭水源同时供给的方式实现水力联系。

根据实地踏勘和调查，已成的西安市第一水厂到第六水厂基本为地下水水源，多处于建筑密集区，基本不具备改建为地表水处理工艺的占地条件。因此这几个水厂的水源和引汉济渭水源难以形成备用关系，其供水片区只能通过城区内部管网的交叉来实现备用。

除了上述多水源供给水厂的水力联系外，引汉济渭渭南输水干线和黑河西安输水线路基本并行，同时二者高程基本接近，可以在合适的地段将两个线路直接连通。引汉济渭过渭段线路和石头河引石过渭线路基本并行，其高程比引石过渭线路只低了3 m左右，同时石头河水库目前承担着西安的供水任务，紧急情况下石头河水库可作为西安、咸阳的备用水源。因此可以通过引汉济渭输水线路和当地输水线路之间的水力连接实现水源的备用［2］。

2 受水城市当地调蓄工程

2.1 当地调蓄工程的任务

根据引汉济渭工程可研阶段的成果和审查机构及专家的意见，确定工程规模时采用旬作为调节时段，旬和旬之间的水量调节通过调水工程的黄金峡和三河口水库来完成。旬内的水量调节应该在受水区当地进行调节，以适应旬内用水的变化。因此应该在秦岭北麓或各个受水城市就近寻找一定规模的调蓄工程。

根据引汉济渭多水源联合调节成果，调入受水区的流量过程变化较大，也需要在受水城市布设当地调蓄工程。对于分布范围大、水厂分散的城市，应尽可能分散建设调蓄工程。

引汉济渭工程调水及输水距离较长，关键性调蓄工程远在秦岭以南，一旦输水工程发生事故需要停水检修，修复时间加上复供时间将达到数天之久，即便有当地水源可以进行一定的补充和调蓄，受水区的供水安全仍将受到影响。因此也需要一定的当地调蓄容量。

另外，各个片区和城市的社会经济结构存在一定的差异，导致其用水过程并不同步。因此当地的调蓄容量可以为各个受水点提供一定的错峰时差。

因此，受水点当地调蓄工程的任务就是在调水工程调蓄的基础上进一步进行短期调蓄，在检修时提供一定量的事故调蓄，同时为各个片区的不同步用水提供错峰。

2.2 调蓄工程的规模及调蓄时间

旬内调节容量应当根据受水区不同用户的用水特征和用水过程线，以用水片区为单位进行叠加计算。在本规划阶段，城市发展及工业区大多尚处于发展初期或规划阶段，其具体用水过程尚不明确。因此首先从事故抢修时间着手，初步估算所需的事故存水容量，然后根据周边可供布置的工程条件和实际可能具备的调蓄容量，反推调蓄工程所能达到的调蓄时间［3］。

引汉济渭输配水工程主要由分水池、无压隧洞、输水暗涵、压力管道、倒虹、泵站以及各种闸、阀、水泵等构件组成。根据一般工程经验，闸、阀、水泵等设备一般有备用设施，其抢修时间较短，一般数小时即可排除故障。输水暗渠、暗涵的失事模式一般为滑坡、渗水、坍塌、陷坑等;抢修时间根据发生的地段长度及复杂程度而定，3～5 d基本可以完成抢修。输水管道的失事模式一般为管道裂缝、管基不均匀沉陷、接头漏水、震动等;一般1～2 d即可完成抢修。隧洞工程失事几率一般较小，洞脸滑塌之类的事故一般2～3 d可以完成抢修。

引汉济渭工程从秦岭隧洞出口到西安的输水距离约为72 km，按照1.5 m/s的平均流速计算，输水干线工程修复后即便由黑河水库临时供水，复供时间分别约为13 h、18 h和30 h。因此西安的调蓄备用容量可按照6 d左右考虑，调蓄容量必须满足停水期间本工程原来供给的城镇生活水量加上重点生产水量的70%，西安市2030年引汉济渭工程供水4.6 ×108m3，6 d调蓄容量至少为530 ×104m3。以上是根据事故停水时间估算的调蓄容量。当然，当地的调蓄容量越大越有利于供水保证程度的提高，更能保证事故检修的时间、减少地下水的开采;同时可作为战略储备水源，具备应对突发事件、恐怖事件的能力。

2.3 调蓄工程选址及运行方式

调蓄工程位置的选择包括现有水库的扩建、改建，以及建设新的调蓄水库。输配水每进出一次调蓄水库，水头不可避免的要发生损失。因此调蓄工程在库容接近的情况下，水位变幅越小越好，这样有利于节省引汉济渭输水工程的水头。如果引汉济渭输配水线路的水头在受水点的附近没有更多的富余，则输配水工程在充蓄或泄放时将需要抽水解决。最理想的状况是，当有一定富余水头的情况下，引汉济渭输水可以自流进入调蓄工程，调蓄工程也可以自流进入城市水厂。从调蓄工程与水厂之间的相对位置来讲，调蓄工程距离水厂越近越有利于发挥作用;调蓄工程最好位于干线分水口的上游，这样可避免布设在分水口下游出现逆向水流或另外新修输水工程。从高程关系上讲，调蓄工程略高于水厂，更有利于突发事件时的自流放水。

无论是先抽水进入较高的调蓄工程，然后自流补充给水厂，还是反过来运行，调蓄工程和水厂之间的高差较大时，可设置一定规模的电站对自流落差进行一定的能量回收。

如果水厂附近现有的水库具备调蓄容量，则可以利用现有工程进行调蓄;如果没有调蓄容量，也通过改变原有水库的功能、运行方式，通过置换或扩建的方式腾出调蓄容量。

本次规划的西安受水点水厂子午水厂高程较高。该水厂位于子午镇北2～3 km处的平原处，距离秦岭北麓山脚约5 km。附近的沣河、 河、 河等位于平原的河段多有村镇分布，且经过多年的围堤改造，不具备在平原河段开发调蓄工程的条件。秦岭北麓距离该水厂较近的河流较多，但大部分要么容量有限，要么已经被等级公路、乡镇甚至军工单位占据了有利地形。根据踏勘和图上量算，子午峪、潭峪、皂峪、栗峪等几条河道初步具备布置调蓄工程的地形条件。子午峪、潭峪河、皂峪河和栗峪河等库容曲线见图1～图4，坝高、库容和最大抽水扬程见表2。

(1)子午峪

子午峪坝址位于子午镇南偏西，峪口距离规划的子午水厂最近，仅有5 km左右，目前峪口有小水库一座。可以对原大坝进行加固加高，设置调蓄库容。其库容曲线见图1。

表2 子午峪、潭峪河、皂峪河和栗峪河库容参数

图1 子午水库库容曲线

根据库容曲线，子午水库坝高90 m时，库容586×104m3，最大抽水扬程约为217 m;坝高190 m时库容可达到4076×104m3，最大抽水扬程约为317 m。

(2)潭峪河

潭峪河坝址位于户县余下镇惠安化工厂正南，调蓄管道接口位于西安输水干线大约45+000处，距离子午水厂分水口26.8 km;该处输水干线底板高程493 m。库容曲线见图2。

根据库容曲线，潭峪水库坝高95 m时，库容约为530×104m3，最大抽水扬程约为217 m;坝高110 m时，库容为750×104m3，最大抽水扬程约为232 m。

图2 潭峪水库库容曲线

(3)皂峪河

皂峪河坝址位于户县石井乡站马村附近，调蓄管道接口位于西安输水干线41+600处，距离子午分水口30.3 km;该处输水干线底板高程494.75 m。库容曲线见图3。

根据库容曲线，皂峪水库坝高100 m时，库容约为611×10m，最大抽水扬程约为205 m。

图3 皂峪河水库库容曲线

(4)栗峪河

栗峪河坝址位于户县石井乡栗峪口村附近，调蓄管道接口位于西安输水干线38+900处，距离子午分水口33 km;该处输水干线底板高程495.54 m。库容曲线见图4。

图4 栗峪河水库库容曲线

根据库容曲线，栗峪水库坝高90 m时，库容约为530×104m3，最大抽水扬程约为184 m;坝高110 m时，库容约为895×104m3，最大抽水扬程204 m。

(5)其他方案

利用石砭峪水库、大峪水库等已成工程，调整其原有功能，腾出西安所需的调蓄库容。

对于以上西安周边的几个库址方案，水库位置均较高，需要抽水进入水库进行调蓄;同时水库均处于秦岭河道内，运行期库水位变幅较大，难免产生一定的水头浪费。更为理想的方案是在输水干线以北的平原区设置水库，尽量实现自流入库、自流出库，同时水库水位变幅较小，运行产生的水头浪费较小。因此，可以考虑在西安附近的沣河、灞河等较大河流的平原段设置调蓄水库;也可以在适当的位置寻求低洼地，结合城市湿地及水面工程布设调蓄工程。在沣河东岸、历史上的昆明池遗址附近建设西咸新区沣东新城斗门水库，可承担一定供水范围的调蓄任务。

以上几个工程方案基本能保证引汉济渭工程供给西安部分水量至少6 d的用水应急需求。

3 输配水建筑物安全保障

输配水建筑物的安全保障首先从其主要的风险因子识别着手，并根据其影响大小制定相应的安全保障措施。

3.1 风险因子初步分析

参照长江科学院陈进等人对南水北调中线工程的研究成果，调水工程系统可分为管理决策子系统、建筑物子系统、通信和控制子系统等三大块［4］。引汉济渭输配水工程的主要风险因子、影响对象和程度见表3。建筑物本身的安全度不够、地震、地质灾害是输配水工程建筑物的主要风险，其中建筑物安全度不够的影响程度最大，因此建筑物的安全保障显得尤为重要。

表3 引汉济渭输配水工程主要风险因子表

3.2 建筑物安全保障的工程措施

(1)关键节点工程

输配水线路关键的节点主要包括跨越河道及沟道处、地质条件较差处、易发生地质灾害处等。根据初步踏勘，本工程地质条件相对较好，线路布设时也注意回避了可能发生滑坡、崩塌的地段，人口和建筑稠密处采用人为干扰较小的隧洞方式通过，因此工程的关键节点主要为河道交叉建筑物。本次规划在输配水管线通过较大的河道处普遍采用倒虹的形式进行穿越，避免河道洪水对渡槽、桥倒等地表建筑物支承结构的威胁;同时，根据对河道冲淤类型的初步判别，选取较大的埋深和防护措施，保证了建筑物的安全。另外，主要倒虹均采用双管或多管输水，形成互为备用关系［5］。

(2)连通工程

黄池沟～西安的输水干线采用双线布设(当然也有口径、断面尺寸等综合方面的考虑)，并每隔十几公里设置一处连通管道和闸、阀;引汉济渭线路和黑河西安供水线路并行段增设连通工程。通过增加输水建筑物的相互关联性，增加整个输水系统的安全可靠性。此外，还可采取对重要建筑物进行监控、增加在线调节水库的规模和个数等工程手段，增加输配水系统的安全可靠性。但是工程措施需要增加一定的投资，减小工程风险的同时，增加了经济和环境的风险［6］。

3.3 非工程措施

风险涉及到工程技术、经济、政策等多方面，因此非工程措施是减小、转移输配水工程系统风险的最有效措施。除了对水源工程进行有效水文预警测报以外，还可对受水区的来水情况进行准确的预报，及时制定有效的调蓄计划，加强洪水前的工程检修等。

此外，非工程措施还包括定期巡视维护计划、水资源联合调度计划、应急供水计划、相关用水政策、提高公众关心程度及公众对风险的接收程度等内容。

4 结论

(1)多水源联合调度中，西安的地表水源主要包括黑河金盆水库、石砭峪水库与引乾济石工程、辋川李家河水库等。同时引汉济渭西安、渭南输水干线和黑河西安输水线路基本并行且高程基本接近，可以在合适的地段将两个线路直接连通完成输水线路之间的水力连接实现水源的备用。并且由于引汉济渭引调的汉江水和关中地区的地表水同步性较高，汉江枯水年份同样是关中地区的枯水年份，因此西安市枯水年份主要依靠开采地下水、加强再生水利用、实施节水措施等手段来补水。

(2)本次规划的西安受水点水厂为子午水厂，该水厂位于子午镇北2 km～3 km处的平原处，附近的子午峪、潭峪、皂峪、栗峪等几条河道初步具备布置调蓄工程的地形条件，并且高程方面满足引汉济渭输水可自流进入调蓄工程。

(3)建筑物的安全保障是引汉济渭输配水工程主要风险因子表，建议采用工程措施如关键节点工程和连通工程，以及非工程措施如对受水区的来水情况进行准确的预报，及时制定有效的调蓄计划，加强洪水前的工程检修等保证建筑物的安全。

［1］陕西省水利电力勘测设计研究院.陕西省引汉济渭工程可行性研究报告:受水区水资源配置［R］.西安:陕西省水利电力勘测设计研究院，2011.

［2］张永永，黄文政，黄 强，等.陕西省南水北调工程受水区水资源供水情势综合评价［J］.资源科学，2010，(8):1499-1504.

［3］张晓健.加强城市供水应急处理技术和应急系统建设的研究［J］.给水排水，2008，33(11):1-1.

［4］曹积宏.我国城市供水安全存在的问题及其应对措施［J］.中国新技术新产品，2010，(8):45-46.

［5］万 锋，张庆华.关于城市供水安全保障管理研究［J］.水利经济，2008，26(3):33-35.

［6］杨铭威，石亚东，盛 东，等.城市供水安全评价指标体系初探［J］.水利经济，2009，27(6):32-35.