（环境科学专业论文）城市备用水源地选择与保护研究.pdf

=bestp l a n 三i su s e d j t osignifythesuitabilityo ft h es p a r ew a t e rsou猕lcca n d ：h 旦eg c i ， g c i，m e 醛， 王金风城市备用水源地选择与保护研究 目录 摘要i a b s t r a c t 】 i 第1 章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 国内外备用水源地选择与研究现状1 1 2 1 国外备用水源地选择1 1 2 2 国内备用水源地选择。2 1 3 本文研究意义5 1 4 本章小结6 第2 章研究内容、方法和技术路线7 2 1 研究内容7 2 2 研究方法7 2 2 1 备用水源地水量平衡分析方法7 2 2 2 重点控制污染物筛选方法8 2 2 3 环境风险因素分析方法。8 2 2 4 备用水源地适宜性等级评价方法8 2 3 技术路线8 第3 章备用水源地水量平衡分析1 0 3 1 备用水源地归类分析1 0 3 1 1 分类及定义1 0 3 1 2 备用水源地特征1 1 3 2 备用水源地水量平衡分析1 1 3 2 1 备用水源地水量需求分析1 1 3 2 2 水资源供需系统分析1 2 3 3 本章小结15 第4 章重点控制污染物1 6 4 1 污染物检索清单1 6 i i 扬州大学硕士学位论文 4 2 重点控制污染物筛选1 9 4 2 1 筛选原则1 9 4 2 2 筛选程序1 9 4 2 3 筛选过程1 9 4 3 重点控制污染物清单2 0 4 4 本章小结2 1 第5 章环境风险因素分析。2 2 5 1 风险识别2 2 5 2 风险概率2 3 5 3 综合分析2 5 5 4 本章小结2 6 第6 章备用水源地适宜性等级评价2 7 6 1 分级评价指标体系2 7 6 1 1 指标系统构建2 7 6 1 2 指标权重确定2 7 6 1 3 一致性检验2 9 6 2 适宜性等级划分3 0 6 3 综合分级评价3 0 6 4 本章小结31 第7 章实倒分析3 2 7 1 区域概况3 2 7 2 水资源概况3 2 7 2 1 河流水系3 2 7 2 2 现用水源地概况3 3 7 3 扬州市区备用水源地选择3 3 7 3 1 供需水系统分析3 3 7 3 2 水质分析3 4 7 3 3 环境风险分析3 7 7 3 4 适宜性等级评价3 8 王金风城市备用水源地选择与保护研究 i 7 4 备用水源地保护3 8 7 4 1 环境保护管理措施3 9 7 4 2 环境污染防治措施4 0 7 4 本章小结4 1 第8 章结论及展望4 2 8 1 主要结论4 2 8 2 创新点4 2 8 3 有待进一步研究的问题4 3 参考文献4 4 附图4 9 致 射5 1 攻读硕士学位期间参加课题研究情况5 2 王金凤城市备用水源地选择与保护研究 第1 章绪论 1 1 研究背景 从2 0 世纪下半叶开始，全球范围内的水资源短缺和水源水质恶化问题日益突出，提 供安全饮用水是世界正面临的四大水资源问题之一。随着工业化、城镇化进程的快速推进 和社会经济的高速发展，我国作为世界第一人口大国，水资源短缺与水环境污染等问题尤 为突出。表现为两个方面：一是城市人口不断增加，水资源需求量日益加大；二是水源地 开发利用程度不断加大，水体污染日益严重，饮用水水源地水质不断下降。据调查，我国 有1 3 以上的河流受到污染，9 0 以上的城市水域污染比较严重，将近5 0 的重点城镇出 现水资源短缺现象。目前，水质污染和水资源短缺已经成为我国社会经济发展的制约因素 之一。在我国构建和谐社会的发展进程中，城市饮用水水源地安全问题已经引起党和国家 领导人的高度重视。2 0 0 5 年，胡锦涛总书记在中央人口资源环境工作座谈会上强调：“要 把切实保护好饮用水源、让群众喝上放心水作为环境保护的首要任务”；温家宝总理在政 府工作报告中提出：“我们的奋斗目标是，让群众喝上干净的水、呼吸清新的空气，有更 好的工作和生活环境”【。 目前，我国城市饮用水水源地存在的主要问题有：( 1 ) 城市供水短缺加剧：随着城镇 化率及城镇居民用水量的不断提高，以及局部地区的连续干旱，城市供水短缺给城镇居民 生活造成了困难，也影响了城市的整体发展；( 2 ) 水污染严重：目前全国城市水域大部分 受到污染，有机污染凸现，水性疾病种类增多，发病率明显升高，严重威胁人民的生命健 康；( 3 ) 突发污染事故增多，应急能力低下，水源地监控体系不健全；( 4 ) 大量工业污染 或者潜在污染源对饮用水源地水资源安全保障构成了威胁【2 】。 因此，在城市现有饮用水水源地的基础之上，建设备用水源地，已经成为了当务之急。 近年来，国内各大中型城市都在抓紧寻找或者建设备用水源地【3 】。如何挖掘城市现有水资 源潜力，建设备用水源地，以保障城市饮用水安全，是城市稳定和发展面临的新课题1 4 j 。 1 2 国内外备用水源地选择与研究现状 1 2 1 国外备用水源地选择 目前，备用水源地已经成为了许多发达国家和地区供水保障和供水安全体系中的一个 重要组成部分岭j 。 2 0 世纪3 0 年代，美国、俄罗斯、荷兰等多个国家就开始了大规模的开采地下水作为 备用水源。美国加州沿海岸线一带的注水井，每年回灌处理后的几十亿方地下水，阻止了 2扬州大学硕士学位论文 海水的继续入侵。俄罗斯编制了地下水回灌系统设计及工程运行指南。荷兰阿姆斯特丹的 滨海砂丘人工补给设施，利用洪水季节淡化莱茵河水，注进天然入渗井和大井，年回灌量 达4 0 0 0 万立米。 2 0 世纪5 0 年代，美国为了解决滨海和干旱地区高峰用水季节的水供应问题，开始在 地下咸水层内进行贮存淡水的试验【6 j 。 1 9 7 2 年，日本在长崎县野母崎町桦岛建造了第一座有坝地下水库，9 0 0 0 立方米的库 容，以后又陆续建造了冲绳县宫古岛地下水库【6 】。1 9 9 5 年阪神大地震造成1 2 7 万户居民供 水中断，其中重灾区的市政供水直到3 个月后才恢复。此后，许多地方政府开始考虑应急 供水措施问题。神户市于1 9 9 6 年专门研发了水井登记系统，并对未封停的水井进行登记， 每口井都配有交通位置图，并定期进行水质监测 7 】o 美国新罕布什尔州环境服务部专门就地下水应急水源井的启动及相关程序作了规定， 伊利诺斯州迪凯特市政府于2 0 世纪9 0 年代末新建了1 座1 0 眼井规模的地下水应急备用 供水系统嗍。 2 0 世纪9 0 年代，为了规范和指导备用水源地选址和水源处理工作，英国拉夫堡大学 编制了专门备用水源地保护规范1 9 。 2 0 0 6 年，联合国教科文组织在伊朗首都德黑兰组织召开了关于水源地应急管理的国际 研讨会，重点对干旱和洪涝灾害情况下地下水应急水源地的调查、规划和应急管理方法进 行了研讨。 为了提高人们在突发性和极端性气候事件状态下的应急供水能力，“国际水文计划 第六阶段规划( 2 0 0 2 2 0 0 7 ) 课题中设立了“地下水应急管理”( g w e s ) 专题，开展了大 量研究【10 1 。 1 2 2 国内备用水源地选择 近年来，随着城市的迅速发展和饮用水水源地污染的日益加剧，为了保证城市居民饮 水的质和量，国内很多大中型城市都已经开始寻找或者建设备用水源地。现阶段，我国已 建成的典型备用水源地主要有：北京市怀柔区地下应急水源地( 2 0 0 4 年) 、哈尔滨市西眼 泉水库( 2 0 0 6 年) 、杭州市闲林水库( 2 0 0 7 年) 、泉州市桃源水库( 2 0 0 8 年) 、上海市青草 沙备用水源地( 2 0 1 0 年) 。 目前，我国学者对备用水源地的概念和选择作了大量研究。姚红等( 2 0 0 5 ) 从自然、 经济、社会、技术和生态环境五个方面分析了昆山从长江调水的可能性；阎官法等( 2 0 0 5 ) 从制定应急生活供水定额方面对应急供水进行了研究；刘细元等( 2 0 0 6 ) 根据一定的原则 王金风城市备用水源地选择与保护研究 选择赣江南支以北的扬子洲南新一带和昌南地区的广福向塘一带作为南昌市地下水应急 水源地：孙晓明等( 2 0 0 6 ) 在区域水资源供需分析的基础上，提出了建立环渤海地区主要 城市应急供水水源地的基本原则；陈海燕等( 2 0 0 8 ) 从政治、经济、居民生活等多个方面 对城市建立供水水源应急预案的必要性进行了研究；于凤存等( 2 0 0 8 ) 对备用水源地的选 择因素进行了分析研究：王郑等( 2 0 0 8 ) 从水量要求方面对南京市备用水源地选择和可行 性进行了研究；戴长雷等( 2 0 0 8 ) 对备用水源地的分类及选择因素进行了研究；孙颖等 ( 2 0 0 9 ) 对应急水源地的运行风险进行了研究；胡彦文( 2 0 1 0 ) 对应急供水组合模式进行 了研究；崔秋苹等( 2 0 1 0 ) 对应急水源地位置的确定条件进行了研究；孟利山等( 2 0 1 0 ) 提出了以城市之外的洼地区域建设地下水应急水源地的想法；张远东( 2 0 1 0 ) 对应急水源 地与常规地下水水源地的区别进行了研究；方星等( 2 0 1 0 ) 对应急水源地分分类进行了研 究；胡伟( 2 0 1 1 ) 对太湖备用水源地的选择进行了研究；钟名军等( 2 0 1 1 ) 对平原湖泊型 应急水源工程规模进行了论证；张月萍( 2 0 1 1 ) 对上海市的应急水源地建设规划进行了分 类研究：王凌芬等( 2 0 1 1 ) 对应急水源地的应急等级进行了研究；王文双等( 2 0 1 1 ) 对以 平原城市建设人工湖泊作为备用水源地可行性进行了研究。 其中对本文研究参考意义较大的如下： 段永侯等( 2 0 0 4 ) ，认为在连续干旱年份，为解决城镇生产及生活用水的燃眉之急， 建立一种非常规的并有一定开采周期的临时供水水源地，能够缓解一部分供水压力，提出 了应急水源地的定义，是指在连续干旱年份下，为解决城镇生产及生活用水的燃局之急， 而采取的一种非常规的、有一定开采周期的临时供水水源地【l 。 孙晓明等( 2 0 0 6 ) ，在区域水资源供需分析的基础上，提出了建立环渤海地区主要城 市应急供水水源地的基本原则：以区域地下水资源为背景，以水文地质、开采技术和工程 一经济条件为基础，比选水源地远景区。选择地下水储存量相对丰富、含水层调蓄能力较 强、在中长期水文周期或有外来水源时可得到一定补偿的地区作为拟选水源地规划区，并 根据水文地质和开采技术条件，将环渤海地区的应急水源地划分为山前冲洪积扇型、平原 古河道型、丘陵一河谷型、第四系深层承压水型、新近系承压水型和岩溶裂隙型等类型【l 2 。 于风存等( 2 0 0 8 ) ，认为南京市应急备用水源地的选择主要考虑三个方面：一是在水 源地调整的基础上，加强对关停水源地的保护、管理和维护，结合流域与区域水污染治理， 逐步恢复水源地的供水功能，利用原有的取水工程和供水管网，把关停水源地作为应急水 源地：二是加强湖泊、水库和水质较好水量丰沛河段的保护，在有条件的湖库建设取水工 程，铺设供水管网，作为应急水源地；三是在地下水水质较好水量较丰富的非超采区，在 4扬州大学硕士学位论文 加强地下水管理的基础上，把地下水作为局部地区的应急备用水源地，并考虑了特殊情况 下，采取跨流域、区域引水等措施进行区域外应急调水【l 3 1 。 张丰等( 2 0 0 8 ) ，提出了应急水源地选择的原则：( 1 ) 城市应急供水与持续供水相结 合，应急供水以挖掘持续供水的剩余潜力来实现，不对城市持续供水产生大的影响；( 2 ) 水源地位置应选择距离城市近、供水条件便利地区的水源地，同时考虑行政区划；( 3 ) 目 前仍具备开采潜力的城市供水水源地、城市周围或其附近地区尚未开发的富水地段均确定 为城市应急供水水源地；( 4 ) 城市周围或其附近地区开采条件较好，向城市供水相对便利 并具有一定开采潜力的工业供水水源地确定为城市应急供水水源地【l4 。 戴长雷等( 2 0 0 8 ) ，将城市应急水源地分为突发性应急供水水源地和后备水源地，并 分析了备用水源地选择因素，包括水量、供水水源水质、水源可汲取性、保障城市应急供 水的时间、地下水源地的安全性、水源地用水量需求、环境危害、应急供水经济成本、人 为干预程度、利益平衡等十个方面【l5 1 。 孙颖等( 2 0 0 9 ) ，认为应急水水源地的运行风险主要存在于两个方面：一个是对水源 地本身的影响，如果出水量降低，水质恶化，设施的效低下降和运行成本提高等；再一个 是对水源地周边环境的影响，如本地区的水资源开采条件、生态环境质量、资源变化等。 建立了应急水源地运行风险评价指标体系，采用层次分析决策法( 趾口) ，结合遥感图像解 译与实地调查、专家评估等方法，研究了不同指标的风险评价权重，确定评价等级，进行 了应急源地运行风险综合评价开发区划【1 6 】。 方星等( 2 0 1 0 ) ，将应急水源地按水资源类型分为地表水应急水源地和地下水应急水 源地，按应急状态分为突发性应急水源地和一般应急水源地，并阐述了突发型应急供水与 一般应急供水水源地的主要区别：一是开采强度不同，二是开采的周期不同，三是供水量 不同，四是开采的政策不同。认为应急供水水源地和一般应急( 后备) 水源地可以是不同 的水源地，也可以是同一个水源地，只是在人为的干预下，取水规模和取水方案不同，即 人为干预程度和方法不同【l7 1 。 胡彦文( 2 0 1 0 ) ，以泉州地区晋江市、石狮市和南安市的三个乡镇应急备用水源地建 设为例，根据应急供水和用水指标的不同，组合了六种应急供水模式，并进行了3 天、5 天、7 天和1 0 天的应急需水量分析【1 8 】。 表1 - 1 应急供水组合i 墙i 用水指标用水指标 模式模式 生活工业生活工业 组合一常规考虑支柱工业组合四特殊考虑支柱工业 王金凤城市备用水源地选择与保护研究 用水指标用水指标 模式模式 生活 工业 生活 工业 组合二常规 考虑重点工业 组合五 特殊考虑重点工业 组合三常规不考虑组合六特殊不考虑 崔秋苹等( 2 0 1 0 ) ，研究了应急水源地位置确定的条件：( 1 ) 目前各重要城市市区地 下水总体超采，再无扩大开采潜力，应急水源地选择在城市外围，避开市区地下水位降落 漏斗中心及地面沉降中心；( 2 ) 与现有集中地下水水源地处在不同的水文地质单元或同一 水文地质单元距离应大于l o k m 以上；( 3 ) 应急水源地位于浅层孔隙水的单位涌水量 2 0 m 3 h m ，深层孔隙水的单位涌水量 l o m 3 hm ，岩溶水单位涌水量 2 0 m 3 hm 的富水地段【1 9 1 。 张月萍( 2 0 1 1 ) ，根据应急供水的需求类型、地理位置、城市规划功能区，将上海市应 急水源地建设规划分为三大类；第一类是岛屿，规划重点是应急地下水供水水源地；第二 类是城市重点地区，规划重点是确定大( 中) 型应急地下水水源地，第三类是城市规划新城 区，规划重点是建立中小型应急供水水源地【2 0 】。 王凌芬等( 2 0 1 1 ) ，将水源地应急属性分为水资源属性、开发属性、环境效应属性和城 市规划属性，构建了应急水源地评价指标体系，建立二级模糊综合评判模型，用层次分析 法确定权重，确定了镇江市各规划应急水源地的应急等级【2 1 1 。 1 3 本文研究意义 由国内外备用水源地建设、保护及研究概况可知，备用水源地是近几年才备受关注的 概念，针对备用水源地的研究尚处于起步阶段，很多问题亟需进一步研究。 ( 1 ) 对于备用水源地的概念没有较准确的界定，很多学者将备用水源地和应急水源 地看作同一个概念。 ( 2 ) 目前很多城市制定了备用水源地建设方案，并开始着手规划建设备用水源地保 障工程，但没有公认的、成熟且行之有效的理论体系和技术依据。且大多数城市选择的备 用水源地为地下水水源或者水库，对地表水源的研究和选择较少。 ( 3 ) 现有的保护措施大多以立法和管理为基础进行，没有具体针对污染防治的工程 措施。且针对备用水源地的保护，没有与之对应的国家标准、地方标准和行业标准。 本文正是基于这样一个背景，针对经济发展较为迅速，且水资源相对丰富的南方城市， 选择城市地表水源为研究对象，分析备用水源地选址的影响因素，并运用数学模型进行技 术性论证，得到备用水源地选址的一般适用方法，并结合水源地污染防治原则制定了备用 水源地保护措施，为各大城市备用水源地的选择和保护，提供了一定的理论依据和技术支 撑。 6 扬州大学硕士学位论文 1 4 本章小结 本章首先介绍了现阶段我国城市饮用水水源地存在的问题，说明建设备用水源地已经 成为当务之急，然后综述了国内外备用水源地建设和保护发展现在，并着重总结了我国学 者对于备用水源地的研究进展，最后分析总结了现阶段研究存在的主要问题，说明本文的 研究意义。 王金风城市备用水源地选择与保护研究 第2 章研究内容、方法和技术路线 2 1 研究内容 以地表水为研究对象，针对经济发展较快和水资源相对较充裕的南方城市，从水量平 衡分析、重点控制污染物选择、环境风险三个方面分析备用水源地选址要求，并对不同选 址方案进行适宜性评价。 具体研究内容如下： ( 1 ) 备用水源地涵义分析：将备用水源地分为发展预留水源地和风险应急水源地， 分析两者在水量、水质、可取性、取水时间、安全性、人为干预条件和利益平衡七个方面 的异同，并分析了备用水源地在启动条件、水质、水量等方面的特征。 ( 2 ) 备用水源地选址因素分析：论证备用水源地选址对水量、重点控制污染物及环 境风险等方面的要求。分析了备用水源地分别作为发展预留水源地、风险应急水源地和 两者兼顾水源地时对水量的要求，并与城市供水系统相结合，根据水量供需量平衡关系得 到备用水源地水量大小要求。备用水源地水质影响因素包括污染源和污染物两个方面， 污染源因素的核心问题又归结为污染物问题，因此本文通过检索发达国家、重要国际组织 及中国的优先控制污染物名单及相关水质标准、污染物排放标准，淘汰现有禁用的污染物， 筛选得到备用水源地不同类别重点控制污染物名单。环境风险分为航道风险、沿岸企业 化学品事故风险和陆地交通运输事故风险：首先，采用事件树法分别构建三种风险的事件 树；其次，综合分析发生环境风险时，现用水源地与备用水源地环境风险发生概率与城市 供水保证率之间的平衡关系，以得到备用水源地选址时环境风险大小的要求。 ( 3 ) 备用水源地适宜性等级评价研究：通过筛选得到的可作为备用水源地的水域可 能有多处，需对该些水域进行适宜性等级评价。将适宜性等级分为三个等级：i 级、i i 级 和级，结合城市供水及管网规划、产业结构、水功能区划及现状使用功能等因素，建立 备用水源地适宜性等级评价指标体系，采用综合打分评价法确定各拟选备用水源地的适宜 性等级。优选顺序依次为i 级、i i 级、级。 ( 4 ) 以扬州市区为例，进行实例分析。 2 2 研究方法 本文总体上采用理论研究和模型推导相结合的方法对各研究内容进行研究。 2 2 1 备用水源地水量平衡分析方法 ( 1 ) 城市生活需水量采用人均用水定额法进行计算。考虑供水保证率问题，并根据 扬州大学硕士学位论文 城镇居民用水定额不同的特点，将生活需水分为城镇生活需水和农村生活需水，分别由相 应的人口数量、人均用水定额和供水保证率三者的乘积得到。城市生活需水量为城镇生活 需水与农村生活需水的加和。 ( 2 ) 城市工业需水量采用万元工业增加值新鲜用水量法进行计算。考虑通货膨胀对 经济的影响，采用通货膨胀率对工业增加值进行校正。城市工业需水量以新鲜用水量计算， 为通货膨胀率、万元工业增加值和万元工业增加值新鲜取水量的乘积。 2 2 2 重点控制污染物筛选方法 通过文献检索，筛选得到国内外有毒有害污染物清单及相关水质标准，筛选出与本文 研究目的一致的污染物检索清单，并删除各清单中不属于水体污染物质和现阶段已禁用的 污染物，得到备用水源地重点控制污染物名单。 2 2 3 环境风险因素分析方法 ( 1 ) 按照风险发生的原因将环境风险进行分类，并采用事件树法分别对其构造事件 树； ( 2 ) 采用概率论方法分析不同风险事故发生的概率，最终得到备用水源地选址概率 大小的计算模型。 2 2 4 备用水源地适宜性等级评价方法 ( 1 ) 采用p s r 模型建立备用水源地适宜性等级评价指标体系，得到由目标层、准则 层和指标层构成的层级结构指标体系； ( 2 ) 采用层次分析法( 趾口) ，通过两两比较的方式，确定一个指标相对于另外一个 指标的重要性，从而确定评价指标体系各指标权重； ( 3 ) 采用综合指数评价法确定备用水源地适宜性等级，将各指标权重与综合打分乘 积的加和，作为备用水源地分级评价综合指数g c i 。g c i 值越大，说明越适合作为备用水 源地。 2 3 技术路线 本文的技术路线如下： 王金凤城市备用水源地选择与保护研究 9 备用水源地归类分析 上 备用水源地拟选方案 i 水质因素 水量因素环境风险因素经济因素 l 上 备用水源地选址优化方案 姓业佰杯怀系 模糊综合评价 1r 确定备用水源地 1r 备用水源地保护措施 上 实例分析 图2 - 1 技术路线图 1 0扬州大学硕士学位论文 第3 章备用水源地水量平衡分析 3 1 备用水源地归类分析 备用水源地包括地下水源与地表水源两种类型，地下水源一般通过开采地下水取水， 地表水源地存在形式多样，又可以分为河流型和湖库型。在备用水源地选择时，首先考虑 自然河道取水的可能性，其次是湖泊、水库取水。 3 1 1 分类及定义 现阶段研究所指的备用水源地一般理解为应急水源地，或者统称为“应急备用水源 地。目前备用水源地采用的定义为“在连续干旱年份下，为解决城镇生产及生活用水的 燃局之急，而采取的一种非常规的、有一定开采周期的临时供水水源地”，具有“应急”、 “备用”、“水质要求高 三层含意。 本文认为两者为“属于 关系，即应急水源地仅为备用水源地的一个方面。根据江 苏省人民代表大会常务委员会关于加强饮用水源地保护的决定 2 2 1 要求：“有条件的地区 应当建设两个以上相对独立控制取水的饮用水源地，且可将水质良好、水量稳定的大中型 水库、重要河道、湖泊作为发展预留饮用水源地并加以保护 ，本文将备用水源地分为发 展预留水源地和风险应急水源地两种类型。 备用水源地一方面是指随着社会进步，城市不化进程不断加快，城市人口数量不断增 加，对水资源的需求量不断增加，现用水源地的供水量已不能满足人民日常生活供水要求， 为应对城市扩张带来的水资源需求问题时启用的发展预留水源地；另一方面是指随着城市 工业和农业的发展，工业废水排放量和农业点源、面源污染的增加，或者发生突发污染事 故时，城市现用水源地受到不同程度的污染和破坏，水质或者水量不能满足城市居民日常 生活的需要，在此情况下启用的风险应急水源地。 发展预留水源地是在社会经济发展导致现有供水量不足，同时现用水源地扩产受限需 要增加水源地时，或者污染物排放影响现用水源地的使用功能，需要另择水源时建立的水 源地，目的是为了增加城市供水水源地的多样性，以加强供水系统的稳定性和可靠性。风 险应急水源地主要是为城市在面临突发污染事故时能尽可能长时间向城市提供可用水量， 必须具备应急供水的能力。对于较大的城市，应急供水必须有相应的取水和输水等基础设 施保障，可以是现有的水源、水厂，也可以是专门另建的水源地。 王金凤城市备用水源地选择与保护研究 表3 - 1 发展预留水源地和风险应急水源地的异同 因素水量水质可取性时间安全性人为干预利益平衡 发展预 为城市供水 基本 根据需水量能满足城市 可正常运 采用集中供 遵循利益协 留水源提供适宜水合理确定取应急供水可水井网为城 地量 可行行商的原则 水强度持续时间市供水 风险应尽可能多、尽处理 短时间内尽能及时地并 较高安全集中供水井 以法律形式 急水源可能长时段后可 可能取出维尽可能长时 性，抗干网和分散井 应急供水地 持城市基本段的为城市位和实施条 地为城市供水行扰能力强网同时开启 需求的水量供水 件 3 1 2 备用水源地特征 ( 1 ) 启动条件：备用水源地仅在现有水资源不能满足日常用水需求或发生突发污染 事故时开启； ( 2 ) 备用水源地未启动时，以水源涵养为主，可作为其他用途使用； ( 3 ) 备用水源地水量来源要求尽量能够与现用水源地没有直接联系，以避免现用水 源地污染或者缺水的影响。 ( 4 ) 水质要求：对发展预留水源地，因暂时不会投入使用，水质要求较现用水源地 相对宽松，水源地周围允许存在小型或者排污量较小的工业企业，在确定发展预留水源地 启用时，周围存在的工业企业能够安全搬迁；对风险应急水源地，因突发污染事故的不确 定性和反应时间短的特性，要求在需要启动时，通过暂停企业排污等措施，水质能够迅速 满足使用要求。 3 2 备用水源地水量平衡分析 选取一定水域作为备用水源地是在城市现用水源地的基础上，挖掘城市水资源的剩余 潜力，新建或利用现有蓄水工程，建立备用水源地 2 3 1 。 根据一定的选择因素，进行备用水源地的选址工作，是建立备用水源地关键的第一步。 筛选因子的确定，一方面要满足城市饮用水备用水源地选址的要求，即根据确定的选择因 子，能够完成某城市备用水源地的选址；同时为避免遏制城市经济发展，筛选因素又不能 有太多的限制。无论何种类型的备用水源地，水域的可供水量作为核心选择因素，对备用 水源地的选择起到决定性的作用。 3 2 1 备用水源地水量需求分析 备用水源地水量需求主要取决于现用水源地供水规模和城市需水量。本文认为备用水 源地水量要求包括以下三个方面： 扬州大学硕士学位论文 一是备用水源地作为发展预留水源地时，因城市发展和人口扩张所增加的预留水量， 为目标年需水量与现用水源地供水量之差； 二是备用水源地作为风险应急水源地时的应急供水量，为发生突发污染事故时水源地 的水量； 三是备用水源地同时作为风险应急水源地和发展预留水源地时的水量，为应急供水量 与预留水量的范围值； 以现用水源地供水量为基础，结合城市目标年需水量，计算所需备用水源地水量，根 据计算所得到的备用水源地水量大小要求，筛选城市现有水资源中符合备用水源地选址水 量要求的水域，作为城市备用水源地选择的依据之一。 3 2 2 水资源供需系统分析 水资源供需系统分析的实质是判断城市供水与需水之间的关系并做出响应。供需平衡 时，则在当前基础上继续优化用水与供水；供需失衡时，则需要通过增加供给或者减少需 求以解决供需矛盾 2 4 1 。 ( 1 ) 需水系统分析 城市需水量与城市用水现状、经济发展水平、经济发展模式及发展规划等因素密切相 关。一般情况下，城市需水系统包括生活需水、工业需水、灌溉农业需水和生态需水口5 】 四个部分。根据备用水源地的特殊性，因生态需水和农业需水可以自普通河道、沟渠引水， 所以不考虑在备用水源地的供水量范围之内，且备用水源地水量优先满足城市居民日常饮 用水需求。 生活需水量 城市生活需水量的不断增加主要是由于用水人口的增加和人均用水量的提高。由于城 镇和农村生活水平和供水设施的差异，城镇生活用水与农村生活用水存在较大差异，在实 际统计过程中，必须加以区分。因此将城市生活需水分为城镇生活需水和农村生活需水两 个部分。 城镇生活需水包括居民日常生活用水、医疗卫生系统用水、文化娱乐活动用水、商业 用水等。随着城市化进程的加快，城市人口增加，人民生活水平不断提高，公共设施不断 增加，城镇生活需水压力越来越大；农村生活用水仅考虑日常生活用水。 q 生活= q 城镇+ q 农村= 练用+ 继疗+ 嫉乐+ q 商业+ q 农村 式中：q 生活一城市生活需水量，万吨年； 王金凤城市备用水源地选择与保护研究 q 城镇城镇生活需水量，万吨年； q 农村一农村生活需水量，吨年； 纵用一城镇居民日常生活用水，吨年； q 医疗一医疗卫生系统用水，吨年； 级乐一文化娱乐活动用水，吨年； q 商业一商业用水，吨年。 目前常用的城市生活需水量的预测方法主要有时间序列法、回归分析模型法、弹性系 数法、神经网络法、灰色模型理论法和用水定额法【2 6 】，本文采用改进用水定额法计算城市 生活用水量。 人均用水定额法较为直观、简便，是城市生活用水量预测较为常用的方法之一。 q 生活= 3 6 5 x n x q x l 0 3 式中：q 生活一规划年份生活需水量，吨； n 一规划范围内人口数量，人； q 一规划年份人均综合生活需水量，三人d 。 传统意义上的人均用水定额法仅考虑了城镇人口数量及人均用水定额，没有考虑到城 市供水保证率及城区、集镇和农村生活用水定额不同的问题。在此基础上，本文对现有的 计算模型进行了修正，将城市供水保证率加入到城市生活用水量预测模型中，并将城市人 口分为城镇和农村人i ：1 分别计算，以城市人口、人均用水定额及供水保证率三者的乘积计 算城市生活用水量。其中城镇人口，包括自然增长人口、外来人口和城市面积变化人e l - - 个方面的加和。因外来人口的随机性和不确定性，因此在现有统计数据的基础上，城镇人 口考虑1 0 人口流动所带来的人口数量变化。城市生活人均用水定额，根据各城市发展状 况，由各城市供水规划确定。根据城市给水工程规划规范( g b 5 0 2 8 2 9 8 ) ，城市给水水 源的枯水流量保证率应根据城市性质和规模确定，一般为9 0 9 7 。由此得到： q 叠活= ( 1 + 1 0 ) x0 3 6 5 x ，矗镇q 城m + 0 3 6 5 x r x 农村g 农村 式中：q 生活一城市生活需水量，t a ； n 一人口数量，人； q 一居民人均用水定额，升人日； 1 4 扬州大学硕士学位论文 广供水保证率，。 工业需水量 工业需水一般包括工、矿企业在生产过程中，用于制造、加工、冷却、净化、洗涤等 的用水，是指新鲜取水量，而不包括企业内部的重复利用水量。在国民经济各行业需水中， 不同行业用水标准不同，需水量存在较大差异。一个地区工业需水量的大小，不仅与工业 发展速度有关，还与工业产业结构、工业生产水平、节约用水程度、需水管理水平、供水 条件等有关【2 7 1 。 常用的工业需水量预测方法主要有万元工业增加值用水量定额法、单位产品需水量 法、弹性系数法和万元工业增加值新鲜用水量法【2 8 1 。本文采用万元工业增加值新鲜用水量 法计算工业需水量。 城市工业需水量与城市产业结构、工业结构、工业用水重复利用率和工业增加值等因 素相关，主要包括重复利用水量和新鲜耗水量两个部分。工业用水重复率是指工业用水 中重复利用的水量与总用水量的比值，当城市工业结构基本稳定时，万元工业增加值 取水量取决于工业用水重复利用率和工业增加值【2 9 1 。因此可以得到规划年万元工业增 加值取水量： 0 7 - 业= g i w o ( 1 - & ) ( 1 - r o ) 式中：q 工业城市工业需水量，讹； g 目标年万元工业增加值，亿元； 基准年万元工业增加值新鲜取水量，吨万元； 冠目标年工业用水重复利用率，。 根据我国国情，目前通货膨胀率居高不下，而现阶段常用的万元产值新鲜用水量法计 算工业需水量直接用工业增加值进行计算，使得计算结果偏高。本文考虑通货膨胀因素对 经济系数的影响，采用历年通货膨胀率平均值口对目标年万元工业增加值进行校正，最终 计算得到目标年工业需水量： 级业2 ( 1 + 口) 。屯g i w o ( 1 - & ) ( 1 - r o ) 式中各参数含义同上。 ( 2 ) 供水系统分析 城市供水系统主要包括本地水资源供水和外来水资源供水两部分。 王金风城市各用水源地选择与保护研究 本地水资源供水：包括地表水和地下水两部分，供水水量较稳定，主要受降雨因素影 响； 外来水资源供水：是指通过一定的工程措施从外地或者跨流域向本地输送水资源以满 足当地水量需求，成本相对较高。 3 3 本章小结 本章将备用水源地分为发展预留水源地和风险应急水源地，分别给出其定义，分析两 者在水量、水质、可取性、取水时间、安全性、人为干预条件和利益平衡七个方面的异同， 并分析备用水源地在启动条件、水质、水量等方面的特征，为备用水源地选址研究提供了 理论依据。 分析了备用水源地作为发展预留水源地、风险应急水源地和两者兼顾水源地时对于水 量的要求，通过城市需水量预测和供水系统平衡分析，从而得到备用水源地选址对于水量 的要求。 1 6扬州大学硕士学位论文 第4 章重点控制污染物 影响备用水源地的水质主要因素包括污染源及污染物两个方面。 其中污染源因素，又包括排污口位置和污染物排放量两个方面。对于常规监测的污染 因子( 如c o d 、氨氮等) ，可根据饮用水水源保护区划分技术规范( h j 厂r 3 3 8 2 0 0 7 ) 要 求，划定备用水源地水源保护区，一般在水源保护区内各项污染指标即可达到水质要求。 污染源因素的核心问题是污染物降解问题。 对于非常规监测的污染因子( 如持久性污染物、重金属等) ，因其独特的化学性质， 需制定重点控制污染物名单以便于实时监测。而目前污染物种类多样，如何从众多污染物 中选择出优先监控的污染物名单，显得尤为重要。 4 1 污染物检索清单 检索目标：包括污染物清单和相关水质标准。污染物包括国内外重点( 优先控制的环 境污染物) 清单、三致物质清单、有毒有害物质清单等；水质标准包括国内外饮用水水质 标准、水资源质量标准、供水水质标准等。 检索范围：各国( 主要是先进或发达国家，以美国和欧洲为主) 政府；涉及环境、安 全、化学化工、卫生与健康等相关方面的重要国际组织；专业研究者。以相关政府和国际 组织为主要检索范围，专业研究者为辅助检索范围。 检索途径：互联网及扬州大学图书馆。网络中文检索包括国内政府及相关部门网站、 中文库期刊数据库、中国硕博士论文数据、超星图书馆，外文检索包括相关国家的政府及 有关部门网站、重要国际组织网站、国际会议论文数据库、s c i 数据库及相关外文期刊网 站；图书馆检索包括中文与外文的实体书、期刊。 检索关键词设置：优先污染物、污染物+ 水、污染物+ 水源、优先污染物+ 水源、水+ 致 畸致癌；环境科学类( x ) 、化学化工类( t q ) 、食品卫生及环境毒理类( r ) 、水文水利 类( t v ) 。 检索结果如表4 1 所示： 暖 稍 趔 愈 靼 匣 留 器箍蔚剐 轺 刊划划c扭 箍 靼箍箍箍箍 。 u 基基 将圃 引爿爿匝 辕 喔 靼 糖 翱 划魁魁熏 垂 甥目 匝 始 圳壕斗 j d o 矗 芝 委 苗 号至 藩 如 删 gu 8 钗 董 塞耄 。芒 叫量 林 o - 磐 2 器 乏 矗 骣 墨 富星 餐 名 筮。暑 * o 萏茸 宣童 篁 导 n o 0 u 心l n oon o o岔o寸 幡 岔 ni n o _oi n 篷 岔n _ _ 岔o _ n oooo o a岔 oooo o岔 幡 nn q岔 nn nnn n一一 莲 o 口 i一 岔 n o n _ 岔 端 n寸 on口 o岔 卜 n 皂 jn 一 nl n - u u oo 姑 瓣婺搏 掣姑 蠖 婺 樊 点蔓 如 烈 累 婺姑 蜷蜷 婺 蜷蜷噻 蠖 蜷 延 _ 累 璀 蠖蜷 噻删 蜷 樊霉 删 删 苌 嗥 咖 喀 蜷* 掣 螺 噻 苌 凹 蠼 蜷 稞幞 裤 峰 叫 聪 * 蟋 * * 旺 赵 *长 *苌长 嵝 蛉 皿 鄹苌*苌熊 * 妥 樊 *苌 旺旺长 * 棰 妊 略 博 苌斌 旺 旺撩 蜷 旺旺 蛏旺 * 蚺 辍扑 酸 旺 毯 苌 哑 苌 蛏 ! g聪 旺求s * 旺 栏 o 翻匦 旺 烘蜒 刊圃斗 卜 p 圆 0 碎 排 简 滋 藩 鄱壁 斟哥龄 安 斟 岔 过r 潞 潞 灞蕊 慊耕冷黼 潦 岔 簖 禽藩简藩 藩 冷 菌 分糌 闻 糌济 海 皿陲 冷海糌海 海 滋藩鉴藩 藩 藩醪 埘 9 l ue 简榆 藩 旃 海 击 沸3 濠 敲安 姗 口 精 拯擒拯 拯 简 舔 螫 舔 击 慊 斟器冲 糌 拯 离 拯 榆鄱 麟 出 藩 怔 藩趔 拯 掎安耕 泠 慊妄 n - _ n 一 时n 一 n o口ooo心ooooo oo口o o口oo - 一 q- _o j - - l o 一 - 一- 一口- 一 上k 口 、j 。、j口 一 - - 一 b - - l z o o 堇堇；里呈 霄 ， o 暑 n o 莹量菩晏 o i | 舜 囫 笋嚣 b + 囫) i i i 醯 龇 鳇 口 ) | 囫 薹 鼐 安 圊 靴 团 灿 呤 嫩 龇 挚爿忤 - 1 3 - 藩c 工】 呤沸 嚣藤 n 薛藩 采采形 磁豇 勘勘薛 豇勘 磁 酵 勘 瞄 浆 岭o 。 、。 勘 牾 汁 圊 c 目 爿 挚 鸟 噼 亩 圊 游 炼 c 力 o 凿 田 渐 挚 采 碧 。 o 暮 乌 赫田 j 分 啦 营 苦 吲 泠 凑 潜c 血 壁 窟 翻 c 彗 蚋 其a 龄 苍 蜘 墨 圈 冀 潮 暑 冀 肄 王金凤城市备用水源地选择与保护研究 1 9 4 2 重点控制污染物筛选 4 2 1 筛选原则 对于水体重点控制污染物的选择，国内外均已建立了完善的筛选体系。综合国内外选 择方法及现阶段研究进展，本文认为备用水源地重点控制污染物的筛选原则包括以下几 占 j 、o 容易进入水体并造成水质污染的物质； 毒性效应( 包括慢性毒性、急性毒性、特殊毒性) 较大的化学物质； 在环境中降解缓慢，且在生物体内易积累的持久性化合物； 环境浓度高、环境事故频繁，容易造成严重环境污染的有毒化学品； 人群敏感( 感官、舆论等) 的污染物。 4 2 2 筛选程序 重点控制污染物清单筛选程序如下： 图4 - 1 备用水源地重点控制污染物筛选程序 4 2 3 筛选过程 各水质标准中，不属于化学污染物的物质包括微生物指标、感官性状指标、放射性指 标及溶解性总固体、总硬度、耗氧量、阴离子合成洗涤剂等部分一般化学指标。 中国限制或者禁止使用的污染物包括限制类和禁止类： 扬州大学硕士学位论文 限制类：多氯联苯、多溴联苯、三( 2 ，3 一二溴丙基) 磷酸酯、三氯丙啶基氧化磷、 丙烯腈、氯丹、杀虫脒、氯化苦、砷及其化合物、五氯酚、地乐酚 禁止类：青石棉、汞及其化合物、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、d d t 、六六六、七氯、 六氯苯、三环锡普特丹、1 ，2 一二溴乙烷、2 ，4 ，5 _ t 、二溴氯丙烷、内吸磷、氰化合 物、灭蚁灵、铅及其化合物、多氯三联苯、二氯乙烯、环氧乙烷、角闪石石棉 本文所进行的污染物筛选主要以人群健康为主要目的，因此将国内外相关水质标准作 为与本文研究目的一致的检索清单。删除不属于化学污染物和现阶段限制和禁止使用的污 染物，筛选得到备用水源地重点控制污染物估计2 2 5 种。 4 3 重点控制污染物清单 参照国内外优先控制污染物名单，筛选出出现频率较高的重点控制污染物清单，包括 金属与无机化合物、农药、卤代脂肪烃、醛类、单环芳香族化合物、苯酚、