（环境科学专业论文）上海市地下水资源应急利用方法研究.pdf

a b s t r a c t v a r i o u st y p e so fn a t u r a ld i s a s t e r sa n ds o c i a ls a b o t a g ea l w a y st h r e a tc i t y s w a t e r s u p p l ys e c u r i t y b a s e d o ns t u d yo fu s i n gg r o u n d w a t e rt oc o p ew i t ha b r u p tw a t e r 啪s e s i ns h a n g h a i ，t h er e s e a c ha t t e m p t e dt om i n i m i z et h ei m p a c to fw a t e rc r i s e so nt h e s o c i a ls t a b i l i t ya n dp e o p l e sd a i l yl i f e i nt h i st h e s i s ，t h ef e a s i b i l i t yo fg r o u n d w a t e r t o c o p ew i t ht h ee m e r g e n c y , t h en u m b e ra n dd i s t r i b u t i o no fw e l l s ，t h ew e l l sb u i l d i n g p r o g r a m ，t h ek e yt e c h n o l o g i e s o ft h eu s eo fg r o u n d w a t e ri ne m e r g e n c y a n d m a n a g e m e n tw e r es t u d i e d t h ec o n c l u s i o na r ea sf o l l o w s ： 1 t h et r e a t st od r i n k i n gw a t e ri ns h a n g h a ia lei nv a r i o u sf o r m s c o m p a r e dt o t h eu n e v e n l yd i s t r i b u t e da n dc o n t a m i n a t e d s u r f a c ew a t e r , t h eg r o u n d w a t e r1 n s h a n g h a ia r em o r es u i t a b l ef o ru s i n gi ne m e r g e n c y 2 。c o n s i d e r i n gt h es i z ef a c t o r , i n2 0 15 ，2 01e m e r g e n c yw e l l sa r ee x p e c t e di n s h a n g h a i t h en u m b e ra n dd i s t r i b u t i o no f w e l l sa r er e l a t e dt ot h el o c a lh y d r o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，t h ee x i s t i n g w a t e rs u p p l yn e t w o r k s ， s c h o o l s ，h o s p i t a l s ，a sw e l la st h eu r b a np l a n n i n ga n dm a n y o t h e rf a c t o r s 3 t h eb u i l do ft h ee m e r g e n c yw e l l sn e t w o r ki n c l u d e st h ea l t e r a t i o n o ft h e e x s i s t i n gw e l l sa n d t h ec o n s t r u c t i o no fn e ww e l l s 4 i ne m e r g e n c y , t h eg r o u n d w a t e rq u a l i t ym o n i t o r i n gt e c h n o l o g y , t h ew a t e r t r e a t n l e n tt e c h n o l o g ya n dw a t e rs u p p l ys y s t e ms h o u l db ef a s ta n d e f f i c i e n t 5 t h eg r o u n d w a t e rs y s t e mw i l lb ed e v i d e di n t o t h em i l i t a r y , t h eg o v e r n m e n l a n dt h ep r i v a t e t h r e ed i m e n s i o n ，s ot h a tt h es o c i a l a n de c o n o m i cb e n e f i t so ft h e g r o u n d w a t e rs y s t e mc a n b em a x i m i z e d k e yw o r d s ：a b r u p tw a t e rc r i s e s ，w a t e rs u p p l y i ne m e r g e n c y , g r o u n d w a t e rc o u t e r - e m e r g e n c ys y s t e m 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：诺伍 年月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年 月日年 月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名： 节仡 年月日 第1 章引言 1 1 研究背景 第1 章引言 1 1 1 城市突发性水危机的威胁 水是城市安全运行的重要保障和社会经济发展不可缺少的物质基础，城市 自来水系统是居民生活，工业及市政用水的来源和依托。城市自来水原水一般 取自地表水( 包括河流和湖泊) ，在某些地区也采用地下水和通过淡化处理过 的海水。通常情况下，原水将在自来水厂净化，加氯消毒等处理后，储存到贮 水箱或贮水池中，再通过自来水管网输送到千家万户。 水危机这一概念被联合国和其他世界性组织在全世界范围内广泛应用。它 主要表现为缺少淡水和水质污染。水危机按其概念范围可分为广义和狭义两种， 广义的水危机指的是自然、社会与经济等因素异常或突发事件发生对正常的水 供给造成的威胁或者损害，狭义的水危机是指由于供水的稳定性受到阻碍所引 发的水供需之间的尖锐矛盾。水危机按其形成原因可分为自然性危机和人为性 危机，自然性危机主要由自然因素引起，包括洪涝灾害、干旱、地震、台风、 咸潮等，人为性水危机主要由人的活动引发，如战争、恐怖袭击、社会暴动、 突发污染事故等等。水危机按其作用时间长短可分为持续性水危机和突发性水 危机。其中，突发性水危机作用时间虽然短，但瞬间破坏力大，相比持续性水 危机更加难以掌控和应对。 对于城市来说，突发性水危机发生的原因主要包括水源地的突发性污染， 自来水管网或能源系统的突然破坏。历史上各种突发性事件威胁城市用水安全 的例子不胜枚举，所带来的严重后果一直受到社会各界的广泛关注。1 9 8 6 年莱 茵河上游桑多兹化工厂仓库失火，1 0 多吨有毒化学物质流入莱茵河，影响流域 长达5 0 0 多公里，法国、德国等9 个国家的城市用水都受到不同程度的影响，不 得不开辟新的水源地应对危机。1 9 8 9 年洛马普瑞特地震后，旧金山市的供水供 电等城市生命线工程受到严重破坏，由于没有相应的备用措施，震后受灾区的 饮用水供给成了当时的一大难题。1 9 9 5 年日本阪神地震中，灾后市区内几乎全 范围停水停电，下水道功能丧失，部分地下水受到污染。但由于在日本的城市 7 第1 章引言 公园或老式民宅中大多保留有水井，地震发生后井水被用于救火和供应灾民饮 用，减少了很多不必要的伤亡。2 0 0 3 年1 2 月2 6 日发生的印度洋海啸造成了灾区 水井和城市水源的严重盐化，大海啸掀起的污浊浪潮使污水漫流，工业与生活 污染物被冲进附近的水源，造成了水源的严重污染，导致短期内许多水源地无 法被使用。2 0 0 5 年8 月2 9 日，美国新奥尔良市防波堤被飓风摧垮，城市淹没在2 - 3 m 的水深之中，饮用水源遭受严重破坏，使得运送饮用水成为灾后周围地区提供 救援的首要任务。 在我国，城市突发性水危机所引发的问题也不容忽视。2 0 0 3 年，杭州市受 到咸潮威胁，为了避免城市供水出现停水和咸水的问题，不得不临时从其它水 源取水来度过咸潮期。2 0 0 3 年9 月广东增城和清远两市水厂电站遭受雷击，造 成突然断电停水，手压井和送水车在市区近2 0 万人停水期间起到了重要的作用。 2 0 0 1 年沈阳“雾闪 使全市1 2 个变电所同时爆裂，导致2 0 多个水源地区因停 电而中断供水，无法得到正常供水的用户占全市总用户的三分之二左右，大部 分小区的加压泵站也因停电而停止工作，造成十分严重影响。2 0 0 3 年北京市政 府为了避免s a r s 疫情扩大，严密封锁部分作为饮用水源的水库，相继有8 0 座 大小水库进入隔离状态，北京市的部分地区自来水一度供应紧张。2 0 0 5 年松花 江流域遭受硝基苯重大水污染，使得哈尔滨市自来水厂不得不停止供水。全市 原有的9 1 8 口地下水井( 其中管网内3 8 6 口) 和紧急增加的6 5 口深井作为补充 水源，在应对这次水危机中起到关键作用。2 0 0 7 年5 月底，太湖蓝藻大规模暴 发，威胁无锡上百万人用水安全，出现靠水没有水吃的“太湖现象”。2 0 0 7 年 7 月，江苏省沭阳县地面水厂取水口遭受新沂河上游不明污染源污染，城区供水 系统被迫关闭，城区2 0 万人断水约4 0 小时。2 0 0 8 年5 月1 2 日爆发的汶川大地 震造成7 个省9 5 5 5 万人饮水困难。灾后，水利部通过抢修震损供水工程、投加 药剂消毒、交通运输工具送水以及安装小型井水设备等方式，临时解决了灾区 人民的基本饮水问题。2 0 0 9 年2 月2 0 日上午，安徽盐城的城两水厂、越河水厂 受到挥发酚类化合物污染，盐都区、亭湖区、新区、开发区等地区大范围断水， 居民生活、工业生产受到不同程度影响，至少有2 0 万居民的生活用水一度中断。 除此之外，近年来发生的还有南京及杭州因电力线路故障而导致大面积停水事 件，沱江水“3 0 2 水污染事件等突发事件等。综上所述，各类自然灾害、事故 灾难、公共卫生事件、社会安全隐患等因素时刻都在威胁着城市的供水安全， 一旦应对不当就会给城市居民的生活带来巨大影响。而且随着城市化进程的推 8 第1 章引言 进，城市供水所面临的各种传统和非传统、自然和社会的致灾因素也急剧增多， 灾害可能导致的损失和影响后果也越深重。 城市完备的市政设施、繁荣的市场、发达的经济在提高了人们的生活质量 的同时，人们也对城市供水安全提出更高的要求，对城市管理职能部门长久保 证城市安全供水的呼声也越强烈。政府迫切需要开展一系列切实可行且行之有 效的行动来提高自身应对供水危机的水平以顺应民众的需求，真正做到以人为 本。 1 1 2 城市突发性水危机的诱因 要应对城市突发性水危机最有效的办法是找到水危机的诱因并且防范于未 然。在美国德克萨斯州干旱备灾规划附件a ：饮用水应急预案【l 】中，突发性 水危机定义为：“已经发生，或在未来7 2 d , 时内即将发生的严重缺少饮用水的灾 难。突发性水危机的成因包括自然性灾害和社会性事故，其中自然性灾害包括 地质灾害( 如地震) 、地理因素( 如咸潮) 、气象变化( 如台风、暴雨、雷电) 等；社会性事故包括突发性的公共卫生事故( 如各种传染病和突发性水质污染 事故) 、蓄意破坏( 如战争和恐怖袭击) 、安全事故( 如化工厂爆炸、液氨泄露、 水厂生产运行出现事故、电力中断、管网爆漏) 等。美国r c a p ( r u r a lc o m m u n i t y a s s i s t a n c ep a r t n e r s h i p ) 制定的公共饮用水系统危机应急预案指南【2 】也将突发 性水危机的成因概括为自然和社会两类，其中自然灾害( n a t u r a ld i s a s t e r s ) 包括 地震( e a r t h q u a k e s ) 、飓风和龙卷风( h u r r i c a n e so rt o r n a d o s ) 、洪水( f l o o d s ) 、 疾风( h i g hw i n d s ) 、冰雹( i c es t o r m s ) 、干旱( d r o u g h t ) 和水生性疾病( w a t e r b o v l l e d i s e a s e s ) ；人为引起( h u m a n c a u s e de v e n t s ) 包括故意破坏( v a n d a l i s m ) 、恐怖 活动( t e r r o r i s m ) 、系统失误( s y s t e mn e g l e c t ) 、施工事故( c o n s t r u c t i o na c c i d e n t s ) 和化学品泄露( c h e m i c a ls p i l l s ) 。 美国罗得岛洲的水危机应急预案( 3 】并未刻意将水危机的诱因区分为自然或 人为，而是列举了五种最有可能的诱因，包括有毒有害物泄露( h a z a r d o u s m a t e r i a l sr e l e a s e s ) ，水质污染( c o n t a m i n a t i o n ) ，机械故障( m e c h a n i c a lf a i l u r e ) ， 电力故障( p o w e rf a i l u r e ) 和水量短缺( w a t e rs h o r t a g e s ) 。 美国俄克拉何马州和我国深圳市对水危机的诱因特别强调了人为有意图的 破坏这种可能，俄克拉何马州【4 】将引发危机的因素概括为：因自然原因造成供水 9 第1 章引青 中断( i n t e r r u p t i o n si nw a t e rs e r v i c ed u et on a t u r a ld i s a s t e r s ) ，危及到原水并进入到 供水系统的泄漏( s p i l l sw h i c ht h r e a t e nl a ww a t e rs o u r c e so ra c t u a l l yg e ti n t ot h e p u b l i cw a t e rs u p p l y ) ，因为化学物质或细菌引起的水生性疾病( w a t e r - b o r n e o u t b r e a k sd u et oc h e m i c a lo rb a c t e r i o l o g i c a lc a u s e s ) ，以及人为蓄意造成的以上各 种情况( i n t e n t i o n a la c t si n v o l v i n gs o m eo ra l lo ft h ep r e v i o u s l yl i s t e da r e a s ) 。我国 深圳市政府在相关报剖5 】中指出各种水源供水设施出现险情或遭到人为破坏，原 水或清水水体遭到污染以及水厂生产车间有毒生产物品泄露可能成为该市突发 性水危机的主要诱因。 1 1 3 城市突发性水危机的分级 美国国家环保局于2 0 0 3 年1 2 月发布了关于饮用水污染威胁和事故的应急反 应导则。该导则主要由供水计划导则、污染威胁管理导则、场地描述采样导则、 分析导则、公共健康应对导则和恢复和重建导则6 个相互关联的模块构成。其中， 模块2 “污染威胁管理导则”是整个导则的核心部分，其他模块通过对数据的收 集、分析和事故后的措施来对模块2 进行支持。在模块2 中，具体危机被分为可 能( p o s s i b l e ) 、可疑( c r e d i b l e ) 和确定( c o n f i m e d ) 三个可信度，各个相关部 门先针对水中污染物种类、浓度和持久性预测危机的潜在危害，再针对感染人 数、健康影响、公众反应进行危机后果分析，最后通过对危机可信度、污染事 故潜在危害、危机后果三项进行风险反应规划矩阵分析( r e s p o n s ep l a n n i n g m a t r i x ) 确定危机的等级【6 】。 在罗得岛洲的水危机应急预案中，根据引发类型每一种突发性水危机都根 据其影响程度的不同进行了分级，例如由有毒有害物泄露引发的突发性水危机 分为以下四个等级： ( 1 ) 有毒有害物质泄漏但对饮用水源无影响，且能在当地加以修复； ( 2 ) 有毒有害物质泄漏危及饮用水供给，因为发生地点发生在饮用水流 域或地下水开采区域； ( 3 ) 有毒有害物质泄漏影响到地表水或地下水供给， 地资源和环境管理部门来解决该问题； ( 4 ) 有毒有害物质泄漏影响到地表水或地下水供给， 力，因为泄漏程度具有危害公共健康的危险。 1 0 且需要全面动员当 且超出当地解决能 第1 章引言 2 0 0 5 年8 月，我国国务院颁布国家突发环境事件应急预案 7 1 ，按照事件 严重性和紧急程度将突发环境事件分为特别重大环境事件( i 级) 、重大环境事 件( i i 级) 、较大环境事件( i i i 级) 和一般环境事件( 1 v 级) 四级；按照突发事 件严重性、紧急程度和可能波及的范围，将突发环境事件的预警分为红色预警、 橙色预警、黄色预警和蓝色预警四级；按突发环境事件的可控性、严重程度和 影响范围，突发环境事件的应急响应分为特别重大( i 级响应) 、重大( i i 级响 应) 、较大( i i i 级响应) 、一般( 级响应) 四级，并规定：超出本级应急处置 能力时，应及时请求上一级应急救援指挥机构启动上一级应急预案，i 级应急 响应由环保总局和国务院有关部门组织实施。 2 0 0 7 年1 月上海市水务局公布上海市处置水务行业突发事件应急预案【8 】， 该预案参照建设部制定的城市供水系统重大事故应急预案，根据水务行业突 发事件的性质、可控性、危害程度和影响范围，将水务行业突发事件分为特别 重大、重大、较大和一般四级( 表1 1 ) ，同样采取红色、橙色、黄色和蓝色表示 不同预警级别，采用分级响应机制分别应对。发生特别重大、重大水务行业突 发事件，启动i 、i i 级响应，市政府视具体情况成立市应急处置指挥部，由市 应急处置指挥部组织、指挥、协调、调度本市应急力量和资源，统一实施应急 处置；各有关部门和单位及其应急力量及时赶到事发现场，按照各自职责分工， 密切配合，协同处置。根据上海市突发公共事件总体应急预案【9 】，一次死亡 3 人以上列为报告和应急处置的重大事项，对涉外、敏感、可能恶化的事件，应 加强情况报告并提高响应等级。 第1 章引言 表1 1 上海水务行业突发事件等级标准1 0 】 移 读 事故灾难类 等级 特大 造成5 万户以上居民供水连续停止4 8 小时以上；水务行业各单位因突发事件 ( 一级) 造成1 亿元以上。船舶过闸中危及3 0 人以上生命安全的水上突发事件。水务 行业各单位在建设、运营过程中造成3 0 人以上死亡( 含失踪) 的安全事故( 如重 ( 红色) 大水污染、液氯泄漏、建筑物倒塌等) 。 造成5 万户以上居民供水连续停止2 4 小时以上、4 8 小时以下，或3 万户以上5 万户以下居民供水连续停止4 8 小时以上；造成供水压降低到5 0 k p a 以下，且导 重大 致1 0 万户以上居民超过2 4 小时以上用水困难；水务行业各瞥位因突发事件造成 ( _ - - 级) 直接经济损失5 0 0 0 万元以上、l 亿元以下；水文监测、船舶过闸中危及l o 人以 上、3 0 人以下生命安全的水上突发事件；水务行业各单位在建设、运营过程中造 ( 橙色) 成1 0 人以上、3 0 人以下死亡( 含失踪) 的安全事故( 如重大水污染、液氯泄漏、 建筑物倒塌等) 。水闸事故造成四级以上重要航道发生断航或严重堵塞的；造 成城市1 0 0 万m 3 d 以上污水处理厂或污水输送干线持续停运4 8 小时以上。 造成3 万户以上、5 万户以下局面供水连续停止6 小时以上、2 4 小时以下，或1 万户以上3 万户以下居民供水连续停止2 4 小时以上；造成供水水压降低到5 0 k p a 以下，且导致1 万户以上、1 0 万户以下居民超过2 4 小时以上用水困难；造成5 0 0 户以上居民家中浸水的供水管线或排水管道损坏事故。水务行业各单位阑突发事 较大件造成直接经济损失1 0 0 万元以上、5 0 0 0 万元以下；水文监测或船舶过闸巾危及 ( 三级) 3 人以上、1 0 人以下生命安全的水上突发事件；水务行业各单位在建设、运营过 ( 黄色) 程中造成3 人以上、1 0 人以下死亡( 含失踪) 的安全事故( 重大水污染、液氯泄漏、 建筑物倒塌等) ；水闸事故造成四级以上重要航道发生较严重堵塞，5 - 6 级航道 断航或严重堵塞7 天以上；排水管道损坏、造成内环线以内主要道路停止通行4 8 小时以上；造成城市3 0 万n d d 以上污水处理厂或污水输送干线持续停运4 8 小 时以上 造成1 万户以上、3 万户以下居民供水连续停止6 小时以上、2 4 小时以下，或5 0 0 户以上1 万户以下居民供水连续停止2 4 小时以上、4 8 小时以下；造成供水压降 低到5 0 k p a 以下，且导致l 万户以下居民超过2 4 小时用水困难；造成5 0 0 户以 一般下居民家巾浸水的供水管线或排水管道损坏事故；水务行业各电位因突发事件造 ( 四级)成直接经济损失1 0 0 万元以下水文监测或j 舶过闸中危及3 人以下生命安全的水 ( 蓝色)上突发事件。水务行业各单位在建设、运营过程中造成3 人以下死亡( 含失踪) 的安全事故( 如重大水污染、液氯泄漏、建筑物倒塌等) ；水闸事故造成5 - 6 级 航道严重堵塞7 天以下；排水管道损坏，造成内环线以内道路停j 卜通行2 4 小时 以上、4 8 小时以下，或内环线以外主要道路停止通行4 8 小时以上。 1 2 第1 章引言 1 1 4 突发性水危机应急国内外研究概述 早在1 9 7 2 年，联合国第一次环境与发展大会预言：石油危机后的下一个危 机便是水危机。随着城市水安全问题的不断涌现，如何应对突发性水危机逐渐 成为全世界各大城市的议题。1 9 8 8 年，联合国环境规划署( u n e p ) 开始向世界 各国推行“a p e l l 计划，全名为“a w a r e n e s sa n dr e p a r e d n e s sf o re m e r g e n c ya t l o c a ll e v e l ”计划，即地区级紧急事故意识和准备计划，中文简称“阿佩尔 计 划，其目的在于加强对急性化学事故的防范，提高公众对突发性化学事故的认 识，做好以地区性为主的防灾救援工作，最大限度地减少事故危害。该计划对 化学品泄露引起的突发性水污染事故有一定的指导意义 1 l , 1 2 。世界各国分别响应 这一号召，制定本地区的“a p e l l 计划”。在2 0 0 5 年由“国际水文科学协会( i a h s ) ” 主持召开的第七届国际水文科学大会上，来自世界各国的专家就“大型城市可 持续水资源管理”这一专门议题展开了深入的讨论。现今，世界上许多国家都 将水安全问题列入国家安全战略并给予高度重视【l i1 4 。 在美国，联邦应急管理局( f e m a ) 是一个完整的面对所有危险紧急事件的 管理和预警系统，由f e m a 负责，建立起了一个无缝联结的、全面协调的、各相 关机构具体管理各自领域应急反应的政府应急管理体系，形成了从城镇一郡一 州一国家的强大的城市应急管理网。1 9 9 8 年，美国前总统克林顿签署了关于重 要基础设施保护的总统令，其中确定水及水工程是受国家保护的重要基础资源， 规定国家环保局和大城市水局联合会为水安全方面的领导机构，美国水工协会 为提供技术支持的部门。联邦政府和各级地方政府纷纷建立起突发性水危机管 理体系，各大城市积极开辟和建立应急水源系统。在水源监测方面，美国早在 1 9 6 6 年、1 9 6 8 年发射了环境调查卫星e s s a 一1 ，e s s a 8 和e s s a 一9 【l5 。此外，还采 用生物水质监测技术及时掌握饮用水源污染情况，并将其作为突发性水危机预 防体系的重要组成部分。目前，这类快速生物水质预报模块包括硅藻鉴定自动 化、鱼类呼吸信号早期警报装置、鱼类行为反应的计算机化等【l6 1 。这种水质生 物监测具有的快速动态反馈的特性，能够为应对和控制突发性危机起到了重要 作用。 在法律保障、情报系统、防范措施、互动关系、信息披露、教育培训等各 方面，日本政府的应急管理都走在世界前列【1 7 】，1 9 9 5 年1 月爆发的阪神大地震前 促使该国的应急管理逐步趋于系统化，形成了一套从中央到地方的防灾信息系 第1 章引言 统和危机管理体制，从而有效提高了全国的应急反应能力。在日本，设有“全 国应急管理中心 ，首相是应急管理的最高指挥官，并设有首相任命的内阁应急 管理总监。由内阁统一协调应急管理，可见日本对危机管理的重视。在水质监 测方面，自上世纪9 0 年代初起，日本对全国各水域几乎都设立了水质监测系统， 利用计算机来管理和分析水源地的水质数据【18 1 ，以从容应对各类突发水污染事 件。 欧洲各国针对城市突发环境事件制定了细致完备的防范措施。1 9 7 6 年召开 的莱茵河沿线各国环境部长级会议通过了控制化学品污染公约，明确要求各 成员国建立监测系统，制定监测计划，并要求其合作建立水质预警系统，以确 保沿线各国城市的供水水源安全【l9 1 。1 9 8 6 年的s a n d o z 公司特大水污染事故后， 沿莱茵河各国制订“莱茵河行动计划”，合作开发了水污染灾害预防与应急计算 机决策支持系统，预测事故发生后进入莱茵河的污染物浓度和到达的位置与时 间，以便及早启动预案，防止和减少污染造成的损失。多瑙河流域也建立了类 似的突发性污染事故应急管理系统，其功能包括监测、信息管理和突发事故应 急预警等。英国伦敦建立了由“紧急规划长官 负责的紧急规划机构，平时负 责地区危机预警、制定工作计划、举行应急训练，而突发事件发生时负责协调 各部门的工作，并负责向中央汇报、咨询或寻求支援【2 0 1 。 我国国家环保总局成立了突发性环境污染事故调查工作小组并于1 9 9 7 年启 动了“重大污染事故预警系统”项目，建立了集环境污染事故隐患的调查、评 价、预测、预防、应急处理方法的计算机软件系统 2 1 1 。但由于我国正进入城镇 化与城市发展的加速阶段，城市公共安全的管理能力建设明显跟不上城市发展 的速度，与世界发达国家相比差距很大【2 2 1 ，对城市突发性水危机的研究尚不深 入。 作为人口千万以上的特大城市，北京、上海两地开展了应急水源地的勘查 评价和应急预案编写工作【2 3 1 。2 0 0 3 年，中国地质调查局组织相关研究单位，通 过对京津冀地区5 0 多年积累的水文地质资料的综合分析，主要城市近年供水现 状的调查，应用了国土资源大调查取得的最新成果资料，编制了京津冀主要 城市地下水应急供水水源论证报告。北京市将在怀柔、平谷、房山、昌平和西 山地区建设5 处地下水应急水源地。截至2 0 0 9 年1 月，怀柔、平谷、房山张坊和 昌平4 处应急水源年供水能力达到3 7 亿立方米，有效缓解了城市水资源的供需矛 盾，增加了城市供水的安全性【2 4 1 。 1 4 第1 章引言 2 0 0 7 年1 月，由上海市环科院、同济大学、华东师大、上海大学等合作完成 的海市科委科技攻关项目“黄浦江突发性水污染事故预警预报与河网水环境决 策支持系统研究 2 5 1 通过专家组验收，该课题在充分调研国外水污染事故应急 处置方法的基础上，着重从城市供水应急管理的角度，提出和探讨了上海市黄 浦江上游水源地突发污染事件应急管理的建议。该项目建立的突发性水污染事 故模拟系已成功地应用于黄浦江化学品泄漏事故模拟，为事故应急处理提供了 较好的预测预报服务，建立的河网水环境决策支持系统在上海市“环境保护十 一五规划 、“苏州河综合整治二期工程效益评估 、“上海市水环境污染物总量 控制 等项目中得到应用。 此外，大连、杭州、无锡等城市 2 6 ，2 7 】也相继对应急供水技术和管理措施进行 了研究。 1 2 课题来源和研究意义 1 2 1 课题来源 论文课题来源于上海市水务局科研项目“上海城市地下水应急供应战略及 关键技术研究 。 1 2 2 研究意义 水是城市安全运行的重要保障和社会经济发展不可缺少的物质基础。水的 安全供给对于城市来说是重中之中，关系到城市的可持续发展、人民生活需要 和社会的安定。一旦出现水危机，将造成巨大的经济损失和不良的社会影响。 对城市突发性水危机应急技术和管理对策进行系统研究既是城市供水研究的重 要内容，又是我国城市管理工作的当务之急，更是城市可持续发展的战略议题。 1 5 第1 章引言 1 3 研究目的和研究内容 1 3 1 研究目的 本文希望通过对上海市地下水应急利用方法的研究，为上海市正确、有效 和快速地处理大面积、突发性停水事件，最大程度地减少大面积停水造成的影 响和损失，维护国家安全、社会稳定和人民生命财产安全提供理论依据和决策 支持，以提高上海市供水体系的安全水平和应对突发事件的综合能力。 1 3 2 研究内容 本文首先从上海市供水现状入手，寻找可能造成供水危机的隐患，然后从 战略的角度分析地下水作为应急水源的可行性，接着将可行性具体化，研究地 下水应急相关技术，最后上升到管理层面，提出地下水应急系统构建的管理保 障。在论文的写作上全文共分成五部分内容，分别为： ( 1 ) 上海市供水现状分析，内容包括上海地表水资源概况、饮用水水源地 和供水情况分析等。 ( 2 ) 上海市地下水应急可行性分析，主要内容包括上海地下水资源的储量、 质量分析。 ( 3 ) 上海市地下水应急井的分布与数量分析，主要内容包括应急地下水资 源需求量和应急井数量的预测，应急井合理布井要求，以及以杨浦区为案例， 具体分析其应急井选址方案。 ( 4 ) 地下水应急关键技术分析，主要内容包括应急井的改造和建设方案， 以及地下水水质快速检测技术、高效水处理技术以及快速分水供水技术等。 ( 5 ) 地下水应急供水系统管理体系的构建与相关问题探讨。 1 6 第2 章上海市水资源与供水情况分析 第2 章上海市水资源与供水情况分析 要防范和应对水危机，首先需要可能发生的原因以及可能造成的影响，从 而才能对症下药，提出相应的解决手段和措施。本章通过对上海市地表水水量 与行政区划、人口分布之间的关系，地表水水质，以及上海市供水现状进行分 析，从水水源自来水三个层次逐级拷问上海市现有取水水源和供水系 统抵御风险能力，阐述建立上海市应急水源系统的必要性。 2 1 上海市地表水资源 2 1 1 地表水资源总量及组成 上海地处长江入海口、太湖流域东缘，境内河道( 湖泊) 面积约5 0 0 多平方 公里，河面率为8 - - - 9 ；全市河道长度2 万余公里，河网密度平均每平方公里3 4 公里。境内主要河道有长江口、黄浦江及其支流苏州河( 吴淞江) 、菹藻浜、 川杨河、淀浦河、大治河、斜塘、圆泄泾和大泖港等。其中黄浦江干流全长8 0 余公里，河宽大部分在3 0 0 , - - - 7 0 0 米，其上游在松江区米市渡处承接太湖、阳澄 淀泖地区和杭嘉湖平原来水，贯穿上海至吴淞口汇入长江口；苏州河发源于太 湖瓜泾口，在市区外白渡桥附近汇入黄浦江，全长约1 2 5 公里，其中上海境内约 5 4 公里，为黄浦江主要支流。上海的湖泊集中在与江、浙交界的西部洼地，最 大的湖泊为淀山湖，面积6 0 余平方公里【2 8 1 。 上海地表水资源包括本地地表水资源( 即本市境内降水所产生的径流量) 和过境水资源。据1 9 5 6 - 2 0 0 7 年相关资料分析，上海地区常年平均降雨量 11 0 3 o m m ，在6 3 4 0 k m 2 陆域内，年平均产流2 5 0 7 亿m 3 a 。过境水主要包括长江过 境水量和上游太湖流域来水。据推算，长江徐六泾断面长江平均过境水量9 3 3 5 亿m 3 a ，常年流量达2 9 6 万m s 。其中，南支过境水量约8 9 6 1 6 f l m 3 ，占9 6 ；北 支过境水量约3 7 3 4 亿m 3 ，占4 。太湖流域年平均来水量约1 0 6 6 亿m 3 a 。其中， 吴淞江等河道上游江浙地区来水量约6 亿m 3 ，黄浦江上游江浙地区来水量约1 0 0 6 亿m 3 ( 不包括上游上海当地径流4 1 亿m 3 ) ：江苏地区来水占黄浦江上游来水量的 3 8 弱，浙江地区来水占黄浦江上游来水量的6 2 强【2 9 1 。2 0 0 0 年至2 0 0 7 年上海地 1 7 第2 章上海市水资源与供水情况分析 表水分布见表2 1 所示。总体而言，上海地表水资源总量丰沛，这是上海经济和 社会可持续发展的得天独厚的优势。 表2 1 上海地表水资源总最分布【3 啦3 7 】 单位：亿立方米 年份 水资源 2 0 0 02 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 32 0 0 42 0 0 5 2 0 0 62 0 0 7 境内降水产生的地表径流 3 0 7 44 2 2 84 6 0 71 5 1 22 4 9 82 5 7 12 8 3 22 7 9 6 长江干流过境水 9 3 3 5 *9 3 3 5 木9 3 3 5 木9 3 3 5 *9 3 3 5 *9 3 3 5 *7 5 1 87 7 3 4 上游人湖过境水 9 9 21 4 01 6 6 81 2 1 79 9 31 1 6 31 2 0 41 4 5 注：“长江干流过境水”数据为长江徐六泽水文站年来水量 “上游太湖米水”数据为年内通过黄浦江松浦大桥断面净泄水量 标有数据为2 0 0 6 年以前艮江口徐六泾水文站多年平均入海水量估算值 2 1 2 地表水资源时空分布及其与人口分布之间的关系 2 1 2 1 地表水资源时间分布 根据1 9 5 6 2 0 0 7 年本地地表径流量分析计算得到上海不同水平年径流量数据 ( 见表2 2 ) 。其结果表明：上海市多年平均地表径流量为2 5 0 7 亿立方米，其中 黄浦江水系约为2 1 亿立方米，江岛水系约为4 亿立方米。各年地表径流量有很大 差异，丰水年( p - - 2 5 ) 平均年径流量可达多年平均年径流量的数倍，而枯水年 ( p = 7 5 ) 和特枯年( p = 9 5 ) 的平均年径流量仅为多年平均水平的6 0 和3 0 左右【3 0 一3 8 1 。 表2 2 上海不同水平年径流量表一 单位：亿立方米 丰水年甲水年枯水年特枯年 多年平均 ( 2 0 )( 5 0 )( 7 5 )( 9 5 ) 全市 2 5 0 7 3 5 1 22 2 6 91 4 9 97 8 0 黄浦江水系 2 0 8 9 2 9 2 41 8 9 11 2 4 86 5 4 江岛水系 4 1 8 5 8 83 7 72 5 01 2 5 由于历年降水分配不同，相应径流量在年内各月的分配也有很大差异。如 图2 1 所示，一年中最大月径流量一般发生在6 月份，平均径流量4 8 4 亿立方米， 占年径流量的1 9 3 0 ，不同水平年6 月所占年量的比例约在1 7 0 9 , - - - - 3 0 4 1 ，丰 1 8 第2 章上海市水资源与供水情况分析 水年份所占比例大于枯水年份；最小值一般发生在1 2 月份，平均径流量0 4 4 亿立 方米，占年径流量的1 7 6 ，不同水平年1 2 月份所占年径流量的比例约在0 2 6 - - - - 6 2 1 之间。最大最小月径流量比值约为1 0 8 【3 0 - 4 0 。 1234567891 0l l1 2 月份 图2 1 上海市多年平均月径流量分布图 2 1 1 2 各行政区地表水资源分布情况及人均占有量 上海水系发达，全市河道数量众多，9 4 郊区( 县) 内，每个区( 县) 河道 数量均在1 0 0 0 条以上，河网密度大，一般在4 , - - - , 5 k m k m 2 左右；而中心城区中6 个 区河道数量较少，仅为1 0 条左右，骨干河道少，大多是在城郊结合部地区的断 头浜，河网密度在l k m k m 2 以下。中心城区中的黄埔区、卢湾区和静安区除周边 有黄浦江、苏州河、日晖港外，内陆区域均无其他河道。 全市水面积为4 0 5 5 4 k m 2 ，水面率8 4 0 ，青浦区水面积最多，水面率达到 2 1 6 ，全市2 1 个湖泊均分布在青浦区内。中心城区部分区水面率高的原因主要 是凭借了黄浦江、苏州河等大水体的优势，一般内部河道较少，静安、卢湾、 黄浦等区几乎无河道，故水面率很低。表2 3 显示了上海市水面积分布情况，图 2 2 为各区( 县) 水面率比较图。上海市人均占有水面积很小，仅约为0 2 9k m 2 万人，且由于人口密度和水面积均有差异，各区( 县) 的人均水面积也有显著 不同，结果如图2 3 所示。其中，青浦人均占有水面积最大，约为1 8 7k m 2 万人， 而人v i 密集高的中心城区人均占有水面积极小，仅约为0 0 2k m 2 万人。 1 9 6 5 4 3 2 1 o *椒悄迥v咖螬醛 第2 章上海市水资源与供水情况分析 表2 3 上海市各区县水面积率与人均水面积 区( 县) 面积常住人口河道总河网密度水面积水面率 人均水面 区( 县) 积( k m 2 ( k m 2 ) 1 2 8 1( 万人) 【2 8 j长( k m )( k m l 【m 2 )( k m 2 )( ) 万人) 黄浦区 1 25 21 30 0 3 卢湾区 82 60 40 0 2 静安区82 5o 10 0 0 徐汇区 5 59 77 1 21 33 46 20 0 4 长宁区 3 86 54 1 21 11 23 20 0 2 普陀区5 51 1 37 1 21 31 52 7 0 0 1 闸北区 2 97 42 3 3o 80 51 70 0 l 虹口区2 3 7 82 0 2o 90 73 0o 0 1 杨浦区6 11 1 83 1 10 546 60 0 3 市区 2 8 96 4 82 5 8 20 91 3 14 50 0 2 浦东新区5 2 3 3 0 52 2 7 6 44 45 3 51 0 20 1 8 闵行区 3 7 21 9 01 5 4 6 34 23 1 38 4o 1 6 嘉定区 4 5 91 0 01 8 7 0 54 12 8 26 1o 2 8 宝山区3 0 01 3 31 4 9 25 02 0 46 8 0 1 5 金山区5 8 66 72 6 1 0 34 53 8 86 60 5 8 松江区 6 0 59 91 9 3 9 43 24 0 16 6o 4 1 青浦区 6 7 67 82 1 2 7 83 11 4 5 72 1 6 1 8 7 南汇区 6 8 89 72 9 4 4 64 35 1 67 50 5 3 奉贤区6 8 77 51 6 4 92 44 0 3 5 90 5 4 崇明县 l1 8 56 62 8 2 7 92 46 6 55 61 0 1 全市 6 3 4 01 8 5 82 1 5 4 2 33 45 3 0 88 。40 2 9 第2 章上海_ 巾水资源与供水情况分析 罔22 上海市再m ( 县) 水面牢 圈23 上海市备区( 县) 人均占有水面秋 第2 章上海市水资源与供水情况分析 至2 0 0 7 年末，上海全市常住人口为1 8 5 8 万，随着人口的增长，加上外来定 居人口和流动人口的增加，现在上海的总人口数将远远超过这个数值。根据权 威部门预计，2 0 0 8 年底上海常住人口达到1 8 8 8 万人( 包括户籍人口和居住半年 以上的外来人口) ，考虑到还有约1 6 0 万的流动人口( 居住半年以下的外来人口) ， 人均水面