（水利工程专业论文）西安市城市供水水源合理配置研究.pdf

中戈擒要 西安市城市供水水源合理配置研究 学科：承襄工程答辩嚣鬃：2 0 0 2 ；3 j 7 峥 馨搿酋j 毒 教授作者：髅骁遵 摘要 本论文从研究西安市城市供水的发展过襁入葶，蘸点分析了城市供水水水源和 城豢矮墩鬻求瑾长翡交织特点，畿藏蠢镞农羧撼糖当长戆辩麓肉跨表骥巍供穴予袋瓣 熬大变化鞠鞭安市资源性缺永瓣现实没有潋变的背景下，雌实现最大熙发地发挥城市 镁趣( 系统游终薅台瑾聚鬻城帮豢窳求嚣，援滋鹾蜜挫会经济熬持续、抉速、穗潦发震 静惑体强撂，研究了运翅多拳澈辩攀会理的供求阚趣。 努辑了瑟安謇骥东镶零瘩溅菰嚣、麓浓蘩燹讫癸熹塔爱各东平零鬈斌蘩+ 爨凑 了雾零瀑 德霞谲嚣嚣骧躺，建壹了嚣拳预测攫整冬德缘镶蘼模鍪，秘爹疆究了鞭蜜枣 城市供承承深台理配藿方寨和籀嶷瓣管理攘式。熬生簧磺究戏鬃下： ( 1 ) 城市供水水源的分析研辩。对地表水源包括茏调蓄工程的蛾( 弼) 水、有水 库控制的峪( 河) 水进行水文分析，确定地淡球的w 利用基；对傍河地下水源鞠城区 鑫餐势骈殍采缝下零源避雩亍势耩，确定蟋下浓静合理嚣袋爨；荠考虑瓣永麴潮，对城 市供求拳源练合保证躲力进行仝瓤谨镳。 ( 2 ) 惩承需求增长甏纯及 爨浏研究。i 蠹过辩嚣裳帮糖审供承弱掰史、魂软嬲寒来 袭鬃静分橱，研究城市鲻承需求增援交化静特点，势臻含城市熬享会缀济发震蕊划及 趋势，对寒来蒲隶翥求避行羰溅菇遴簿镄瓣平衡努耩赣究。 ( 3 )研窕确定城隶攥采柬深奁壤嚣霍方案被模罄。誊毙确定西安零多静承滚供承 调黼缀裂，虢裸证羲审垒潘、生产帮环缝蹲弼承瓣寝为终衷条箨建蛊套理瓣鬻摸裂。 程尽可能掌握各水源和城市需水变化规律的撼础上，以燕统工程的思想和系统分析方 法，研究解决西安市的供水问题。 ( 4 城枣供求承嚣管理模式研究。对凝淡城带供求浓滚管理方式囊存在秘麓进行 西安理工戈喾工程矮士学投论文 分析，威用现代管理思想为实现城市供水水源合理配鬣提供支持。 关键词：西安市，城市供水水源，需水预测，供霈平衡分析，优化瓢置模型 2 荚史摘藏 r e s e a r c ho nr e a s 。n 媪l ec o n f i g u r a t i o no fw a t e rs u p p l y s u b j e c t ： t u t o r ： s 靖憝eo fx l 勰e l 疆 w a t e rc o n s e r v a n c ye n g i n e e r i n g d a t e ：m a r 。2 0 0 2 吁乱才耐e s s 。r 觚h o r ：h o ux i a o f e n g a b s t r a c t o nt h ep r e m i s eo ft h es t u d ya b o u tt h ed e v e l o p i n go fx i a nc i t y sw a t e rs u p p l y a n dt h eg r e a tv a r i e t yi nw a t e rs u p p l ya n d t h es h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e ，a i m i n g f o rt h ef u r t h e s tb e n e f i tf r o mt h ec o n f i g u r a t i o no fw a t e rs u p p l ys o u r c eo fx i a r t c i t y a n d f a c i l i t a t i n g i t s d e v e l o p m e n t ，t h i sp a p e ra n a l y z e d t h e c h a r a c t e r i s t i c so fw a t e rs u p p l ys o u r c e sa n di t sc h a n g i n gq u a n t i t y ，t h er i s i n g d e m a n do fw a t e ri nc i t ya n dt h es i t u a t i o na b o u tw a t e rs u p p l ys o u r c e s t u d i e d t h ep r o b l e ma b o u tw a t e rs u p p l yv i aav a r i e t ys o u r c e s ，r a i s e dt h ep r i n c i p l e s o fo p t i m i z e dc o n f i g u r a t i o no fv a r i e t ys o u r c e s 。b u i i tt h em o d e lo fw a t e rd e m a n d f o r e c a s t i n ga n do p t i m i z e dc o n f i g u r a t i o n ，s t u d i e dt h ec o n f i g u r e dp l a na n di t s m a n a g i n gp a t t e r n f a i nr e s u lt sa r ea sf o l l o w s ( 1 ) t h ea n a l y s i sa b o u ty r a t e rs u p p l ys o u r c e t h i sp a p e ra n a l y z e dt h er i v e r w a t e rw i t h o u ta n dw i hc o n f i g u r a t i o ne n g i n e e r i n gt os u r et h er e l i a b l eq u a n t i t y o fs u r f a c ew a t e r ；a n a l y z e dt h eu n d e r g r o u n dw a t e rs o u r c en e a rr i v e ra n di nt h e u r b a nt os u r et h er e a s o n a b l eq u a n t i t yo fe x 静l o i t a t i o n ，c o n s i d e r e dt h er e c y c l e o fs e w a g e ，e v a l u a t e dt h ea b i l i t yt ot h ee n s u r ec i t yw a t e rs u p p l y t h ef o r e c a s t s t u d ya b o u tt h er i s i n gw a t e rd e m a n d t h o u g ht h es t u d ya b o u tt h eh i s t o r y ， c u r r e n ts i t u a t i o na n df u r t h e r ，c o m b i n e dw i t h t h ep l a na n dt r e n do fs o c i a l e c o n o m y ，s t u d i e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h er i s i n gd e m a n do fw a t e rs u p p l y 西安理工大学工程硕士学位论文 ( 2 )s t u d i e da n de n s u r e dt h ec o n f i g u r a t i o na n dp l a no fc i t yw a t e rs u p p l y f i r s t l y ，t h i sp a p e re n s u r e dt h ep r i n c i p l e so fs u p p l y i n gv i av a r i e t ys o u r c e s t oe n s u r et h ed e m a n d so fe i t y1 i f e ，i n d u s t r y ，a n de n v i r o n m e n t o nt h eb a s i s o fg r a s p i n gt h ed is c i p l i n a r i a n so fw a t e rs o u r c ea n dc i t yw a t e rd e m a n d ，s o l v e d t h ew a t e rs u p p l yo fx i a nci t y ( 3 ) t h es t u d ya b o u t t h ec i t yw a t e rs u p p l ym a n a g i n g t h i sp a p e ra n a l y z e d t h ec i t yw a t e rs u p p l ym a n a g i n gp a t t e r na n d t h ec u r r e n tp r o b l e m s ，s u p p o r t i n g w i t hm o d e r nm a n a g i n gt h e o r y k e yw o r d s ：x i a nc i t y ，c i t yw a t e rs u p p l ys o u r c e ，w a t e rd e m a n df o r e c a s t ，t h e a n a l y s iso nt h eb a a n c eo fs u p p l ya n dd e m a n d ，t h eo p t i m i z e dc o n f i g u r a t i o nm o d e l 第一章黥述 1 综述 选题背景 联合豳发表的一份报告中指出，2 0 世纪全世界总耗水量增加了6 倍， 造成许多豳家和地区水资源短缺，而且污染日益严重，水旱灾鬻愈演愈 爨，垂在黟蓑损害羞缝球生态系统熬擎蒋彝稳定，藏黪羞天类熬生存嚣 发展。 我国最水资源短缺的国家，虽然多年平均地袭水资源总量为2 7 1 1 5 亿蠢，晷t 毽癸第六毽，稳入均只有2 4 0 0 m 3 ，受世爨入穆援鸯量熬i 4 ，嚣 世界的1 0 9 位5 1 。同时，我国水资源时空分布很不均匀，集中了黛国水资 源总量8 1 的长江以南煅区，耕地仅占全国的3 5 9 ，工业和太中型城市 瞧相对较少，造成瘩变源短缺、术震繇 乏等翅题旋我国j 方越嚣更秀严 重。 城市作为地区政治、经济和文化中心，人口密集，工业聚祭，用水 量大，要求保证程瘦离。随着我国经济发展和城蠢纯进程豹加快，城市 缺承特剐怒托方城市缺承闻题已非常突出，缺东熬困正不断扩犬，缺承 程度日趋严霪”。水资源可持续利用是我国经济社会发展的战略问题， 解决好城市缺水问题是实现城市可持续发展的必然要求。 谣安楚墩赛历史文惩名城，是我毽重要戆王戴耪稀骄教育麓遣，是 西北地区最大的商贸中心，是西部地区重要的交_ j 鼹枢纽，在我阐实施西 部大开发战赂中处于举足轻重豹地位。题安市现代城市公共供水的历史 始于1 9 5 2 馨，盘 二秘静鞭鑫，器安枣疆枣供求事渡豹发展长麓滋嚣子社 会经济的缴腱，特别是党的十一届三中全会以后，西安市社会经济进入 了快速发展阶段，城市人口急剧增加，城市规模迅速扩大，需水量增长 缀捷，爱零麓峰揆拳珙鬟夔瘫1 9 8 2 霉遮鬟1 9 秀嚣，虱丸颦戎譬衰 达4 0 万一d ，造成一半以上的区域供永压力不足，特别是1 9 9 5 年受连 续三年干旱的影响，出现了西安市城市供水史上墩为严重的供水紧张状 提。全枣壤糍薮拳点2 7 令。甄承区域嚣积这3 4 k m 。这秘爨承靛况严重 西安理工大学工程硕士学位论文 制约了西安社会经济的发展，给人民生活造成许多困难。同时，由于城 市公共供水不足造成自备井取水大量增加，开采量曾高达2 8 万m 3 d ，造 成城市地下水位持续下降，加剧了地面沉降和地裂缝等环境地质灾害的 发展。西安市严重的缺水问题，引起了各方的关注，国家水利部原部长、 全国政协副主席钱正英同志在考察西安时指出：“西安已经发生水危机， 在全国缺水城市中西安的情况和性质是最严重的，要及早采取缓解水供 需矛盾和抢救西安的措施”“。 事实上，为了解决好城市供水问题，西安市1 9 8 6 年即开始建设黑河 引水工程，只是由于当时资金缺口很大，工程进展缓慢，期间采取的引 沿途径流的过渡措施的作用受降水径流变化直接影响，保证率低，无法 做到安全稳定供水。1 9 9 6 年，黑河引水一期工程完成，石头河水库开始 向西安供水，西安城市供水形势开始有了根本好转，持续多年的供水紧 张状况得到全面缓解。但是，令人意想不到的是，1 9 9 7 年8 、9 月间城市 供水曾再度紧张，更令人意想不到的是，当年9 月1 2 日的一场降雨结束 了西安城市供水紧张的历史，供需状况从此发生重大变化。伴随着城市 供水总量的稳中有降( 详见表卜1 ) ，西安城市供水史上前所未有地出现 了供大于求的局面。随着黑河引水工程的全部建成，城市供水能力将增 加5 0 万i l l3 d ，保证程度也将有较大提高，加之建设规模为1 0 万m3 d 的北石桥污水处理厂污水回用工程也已取得突破性进展，供大于求的局 面将继续维持。 但是，西安市是全国严重缺水城市之一，全市地表水资源总量2 1 7 8 亿m “”1 ，按2 0 0 0 年末全市人口计算，人均占有地表水资源量3 1 6 3 ，仅 相当于全省和全国人均占有量的1 3 和1 6 ，大大低于国际公认的维持一 个地区社会、经济、环境所需的人均5 0 0 1 0 0 0m 1 的临界值。那么，随 着西部大开发的实施，作为中国西部桥头堡的西安市，在黑河引水工程 全部建成后，城市供水能力能够满足需求的状况将持续多长时间? 如何 2 第一章综述 表i - i 城市供用水情况变化表 单位：万r f l 3 分类 自来水自备井用水人口 年纷 供水总量售水总量工业用水生活用水供水总量( 万人) 1 9 8 72 2 3 4 61 9 8 3 09 9 7 37 7 3 09 2 2 81 7 1 1 9 8 8 2 1 7 6 42 0 1 5 89 7 4 17 6 2 4 9 2 6 01 7 l 1 9 8 92 3 2 8 72 1 3 7 31 0 9 6 87 5 1 11 0 7 0 11 7 7 1 9 9 02 4 2 5 42 2 5 3 81 0 8 1 71 1 7 2 11 0 5 7 01 8 1 3 1 9 9 12 5 6 3 92 3 0 5 99 4 2 31 2 7 1 31 0 3 2 91 8 6 ，1 1 9 9 2 2 6 9 1 22 2 0 4 41 1 5 6 9 。9 8 9 4 1 0 5 7 i1 8 7 9 1 9 9 3 2 4 7 2 72 2 9 9 38 9 0 39 5 3 51 0 2 2 02 0 3 7 1 9 9 42 6 7 6 2 72 4 6 8 3 91 4 4 8 8 4 ”1 0 1 9 5 58 8 2 22 0 5 6 1 9 9 52 7 0 1 5 2 5 0 9 58 1 3 9 7 9 1 68 8 6 92 0 5 6 1 9 9 62 9 3 6 02 7 0 4 08 0 8 31 8 3 3 09 6 3 62 0 5 6 1 9 9 7 3 0 3 3 32 7 3 5 37 6 1 5 91 8 6 8 7 26 7 2 82 1 0 1 1 9 9 83 0 5 6 6 52 7 7 0 8 9 5 9 8 1 1 1 9 9 8 5 i5 8 4 02 1 3 1 9 9 92 9 6 4 02 5 8 8 95 2 8 01 9 3 4 14 5 0 82 3 6 3 2 0 0 02 8 6 9 1 2 5 4 i 4 4 8 8 61 9 3 9 64 0 1 62 2 7 7 “、”均含商业用水。分别修正为9 0 6 8 、8 7 3 2 。 ”数据含自各井用水人口2 0 万人 在保证城市用水安全可靠并逐步消除或减轻城市环境地质灾害的前提 下，充分发挥城市供水系统的作用，对现有城市供水水源进行科学合理 的配置，从社会、经济和环境等方面综合发挥水资源的效益? 便成为急 需研究的重大课题。这些正是本文选题的主要背景。 1 2 国内外研究的历史和现状 1 2 1 国内外研究概况 3 西安理工大学工程硕士学位论文 研究水资源的合理配置必须以满足国民经济各部门用水需求为目 标，结合地表地下水源的分布特点和它们之间的运动转化规律进行时空 上的优化选择和分配。在国外，2 0 世纪6 0 年代初期，地下水与地表水的 联合运用受到重视。1 9 5 3 年b a n k s 指出地下水与地表水联合运用会产生 经济效益o ；f e i n e r m a n 和y a r o n t ( 1 9 7 2 ) 提出了一个掺混不同程度含 盐量的各种灌溉水源联合运用的线形规划模型”“；y u 和h a i m e s ( 1 9 7 4 ) 运用火系统分解协调技术研究地表水和地下水的联合管理运行问题”“； w 订1 s ( 1 9 8 4 ) 应用线形规划方法求解了一个地表水库与四个地下水含水 单元构成的系统运行管理问题”“；n a t h a n t 和b r u a s ( 1 9 9 3 ) 在6 个区域、 2 个水库和一条河流组成的复杂水资源系统中，应用了系统动态的优化控 制模型“；经过近4 0 年的发展，已有许多学者将线形规划、动态规划、 随机优化和大系统理论等方法应用到地表水与地下水联合运用领域，并 且在农业灌溉、河流、含水层、人工回灌、水库调度等方面取得了进展。 在国内，水资源开发利用的基础研究和水资源优化配置的理论方法 研究也都取得了很多成果。国家在“六五”、“七五”、“八五”、“九五” 期间组织完成的水资源开发利用方面的科技攻关项目，己确定了水资源 量的评价方法，基本摸清了地下水的“四水”转化规律并相应提出了地 表、地下水联合优化调度的方法，特别是西北水资源攻关课题针对干旱 区生态环境极端脆弱的特点，在以往攻关成果的基础上，将水资源、经 济、生态三者联系起来统一研究，为西北地区2 l 世纪可持续发展战略的 制定提供了重要依据。此外，李佩成在1 9 6 3 年即提出“排灌结合，灌溉 与供水相结合的思想”“，并应用于陕西省泾惠渠等灌区的实践中，取 得了显著的效益，粟宗嵩、张蔚榛、薛松、方生、田园、陈宝明、黄宝 全等多位专家学者对农田灌溉领域的土壤盐渍化、作物需水和水源优化 调度等地表水和地下水利用问题都进行了卓有成效的研究”。李寿声教 授( 1 9 8 3 ) “6 1 分析了地表水和地下水联合管理的线形规划模型。唐得善 ( 1 9 9 2 ) “”以黄河中游某灌区为例，研究了水资源量在工业和农业之问 第一章综述 的分配问题：沈佩君( 1 9 9 1 ) 。7 1 等利用线形和非线形规划，袁宏源( 1 9 8 2 ) 、 翁文斌( 1 9 9 8 ) 1 等利用模拟技术，石玉波( 1 9 9 6 ) 等利用大系统优 化理论对地下水与地表水联合运用问题进行研究，同时，还有许多学者 将对策论、灰色理论、模糊理论和决策支持系统用于地下水与地表水联 合运用方面，取得了许多成果。 四十多年来系统分析理论在研究和解决地下水与地表水联合运用 问题方面发挥了很大作用。但是，没有一种优化方法能普遍适用于各种 地下水和地表水的联合运用问题，各种数学模型受到其使用范围和适用 条件的约束，许多模型优化出的最优解不能反映决策者的愿望，或者与 实际情况有偏差，可行性差，实用价值不大。所以，地下水与地表水联 合运用需要解决两个问题，一是所建立的数学模型必须能够切实准确的 反映研究的问题；二是建立的模型能够求解，而且计算结果必须科学合 理。 1 2 2 西安市城市供水问题研究概况 党和政府一直都很重视西安市城市供水事业的发展，在二十世纪八 十年代初期之前，城市供水水源始终以不断开发傍河地下水源为主要方 式满足用水需求的逐步增长，以不断增加城区的自备井开采地下水作为 重要补充。因此，早在西安市城市供需水缺口不断加大，曾经在全国表 现最为严重的城市供水紧张状况出现之前，地面沉降和地裂缝等环境地 质灾害的就开始不断发展和加剧。在这些背景下，西安城市供水方面的 研究很多，不少内容还列入国家科技攻关项目，取得了不少成果。 国家地矿部“七五”重点科技攻关项目“1 研究证实，西安地面沉降 具有独特的特点即主要是被先期限存在的地裂缝切割成的多个同走向的 条块岩石上形成的，并认为过量开采承压水和水位持续下降是地面沉降 形成和发展的主导因素。西安地裂缝属构造成因，但现今的强烈活动则 主要受差异性地面沉降的控制，完全可以通过合理开采承压水和科学管 理来控制地面沉降的发展，缓解地裂缝的强烈活动。“九五”期间，李佩 西安理工大学_ r - 程硕士学位论文 成教授和沈冰教授主持了西安市水资源系统优化调配研究课题的研 究，在此项研究中，冯国章教授( 1 9 9 9 ) 对西安市各地表水源水文分析 和水资源评价作了大量的基础性工作。黄强教授等对在建的“黑河引 水工程”分别考虑按各种供水情况，利用水库模拟高度对不同的供水方 案进行了计算分析；薛惠锋教授、贾嵘副教授( 1 9 9 8 ) 等研究了西安市 水资源的开源、节水、污水回用和地下水利用潜力与开发方案，水资源 合理利用对西安市经济可持续发展的影响等问题“：李云峰教授等教授 等还研究了保证调出水区经济可持续发展和保证生态环境安全的水源调 配问题。 张学真( 1 9 9 9 ) 在他的硕士论文中考虑引用峪( 河) 水，在保证原 受益区基本不受影响和控制合理地下水位的条件下，以供水总量与此同 时需水总量的差额最小为目标，通过城市供水系统总体反馈机制研究了 水资源的合理配置问题。“；惠泱河教授( 1 9 9 8 ) 、王晓峰副教授( 1 9 9 9 ) 。“等人对西安市水资源问题也进行了研究，并取得了积极成果。 上述学者们的工作为本文研究提供了基础和借鉴。但是，这些成果 所针对的问题和背景客观上已发生了很大变化，普遍存在对用水需求增 长的预测偏高，对城市供水现状预见性不够等问题，文献”“中测算的2 0 0 0 年中心市区需水量7 5 3 亿m 3 是实际用水量统计数据的2 6 倍。这些问题 需要在本课题中进行更为深入的研究。 1 3 主要研究内容、目标和意义 1 3 1 研究目标 由于城市在一个地区的特殊重要性，城市供水水源在水资源分配中 得到了优先安排和考虑，这就是西安城市供水状况发生重大变化的重要 背景。但是，城市毕竟只是一个地区的组成部分，不可能孤立的存在。 因此，本文主要研究目标是在过去已有研究成果基础上，通过对城市供 水水源和城市用水需求增长的分析研究，将不同水源联合运用于城市供 水并保证城市生活、生产和环境等用水需求的同时，最大限度地发挥城 第一章综述 市供水系统水源能力为整个西安社会经济的持续、快速、健康发展服务， 研究确定城市供水水源合理配置方案和相应的管理模式。 1 3 2 主要研究内容 本文将结合西安市的自然地理环境、城市的性质、城市的总体规划 和城市的社会经济发展规划及趋势主要研究以下内容： 1 城市供水水源的分析研究。对地表水源包括无调蓄工程的峪( 河) 水、有水库控制的峪( 河) 水进行水文分析，了解其水量变化特点，确 定地表水的可利用量；对傍河地下水源和城区自备井所开采地下水源进 行分析，确定地下水的合理开采量；并对污水回用作必要考虑，对城市 供水水源综合保证能力进行全面评估。 2 用水需求增长变化及预测研究。通过对西安市城市供水的历史、 现状和未来发展的分析，研究城市用水需求增长变化的特点，并结合城 市的社会经济发展规划及趋势，对未来用水需求进行预测并进行供需平 衡分析研究。 3 研究确定城市供水水源合理配置方案和模型。首先确定西安市 多种水源供水调配原则，以保证城市生活、生产和环境等用水需求为约 束条件建立合理配置模型。在尽可能掌握各水源和城市需水变化规律的 基础上，以系统工程的思想和系统分析方法，研究解决西安市的供水问 题。 4 城市供水水源管理模式研究。对现状城市供水水源管理方式及 存在问题进行分析，应用现代管理思想为实现城市供水水源合理配置提 供支持。 1 3 3 研究成果及作用 本文经过具体分析各种水源的供水特征和城市用水变化特点，立足 于城水供水供需状况发生重大变化的现实，进行了不同水平年的需水量 预测。结合供需平衡分析对城市供水水源的关键问题进行了讨论，对合 理配置模型进行了分析，提出了城市供水水源合理配置的管理模式。 西安理工大学工程硕士学位论文 本课题通过研究城市供水状况发生重大变化的历史背景和过程，提 出了供求状况发生变化后的多种水源联合向城市供水的水源合理配置问 题，其目的不仅在于为推进西安供水管理的现代化和可持续供水献计献 策，更在于为综合发挥城市供水系统的功能进行水资源的合理配置提供 方向。论文的研究成果可能对其它类似城市的供水问题和水资源合理配 置问题有参考作用。 1 4 技术路线 论文采用了理论结合实际，科学为理论发展服务的技术路线。首先 在调查西安市的自然地理、社会经济和供水情况的基础上，评价分析可 用于城市供水的各水源的资源量。在研究过程中，将工业用水、农业用 水、生活用水和市政环境用水的总和以需水量表示，对城市的需水状况 进行评价，预测不同时期的需水量，进行水资源供需平衡分析。 按照供需分析的结果，在城市供水水源满足城市用水需求的条件 下，应用系统工程的思想进行分析研究，对不同的水源供需情况进行分 析，建立西安市城市供水水源合理配置的数学模型，并根据模型的特点， 研究进行城市供水水源合理配置的管理模式，保证在满足城市用水需求 并有利于城市环境地质条件改善的前提下，充分发挥城市供水系统的作 用。 第二章西安市城市供水发展状况及有关问题 2 西安市城市供水发展状况及有关问题 2 1 西安市自然地理环境 西安市城市公共供水( 自来水) 范围以中心市区( 以下称市区) 为 主集中于城郊6 区，供水区域面积1 6 2k i n ，包括新城、碑林、莲湖三区 全部( 9 6k m 2 ) 和雁塔、未央、灞桥三区的部分地区。但是，除各单位自 行建设的自各井以外，城市集中供水水源包括地表水源和地下水源均在 主要供水区域较远的距离之外，有些甚至突破了西安市行政区划范围。 因此，后面的内容在必要时将有所侧重。 2 1 1 地理概况 西安市位于我国西北地区东部八百里秦川的腹地，渭河两岸，是陕 西省的省会、西北地区最大的现代化工业城市、举世闻名的历史文化名 城和旅游热点城市之一。全市辖莲湖、新城、碑林、雁塔、灞桥、未央、 闫良、l 晒潼八区及周至、户县、长安、蓝田、高陵五县，总面积10 1 0 8k m 2 ( 1 9 9 3 年土地详查数据) “。城郊6 区位于北纬3 0 61 0 3 4 6 4 7 、 东经1 0 8 。4 77 1 0 9 。1 6 ，南与长安、蓝田相接于少陵塬、白鹿塬、 横岭塬；北以渭河与咸阳、高陵隔河相望；东与临潼区毗临；西界长安、 咸阳，面积8 3 3k m 2 。 2 1 2 地形地貌 西安市城市供水水源及供水区域均分布在渭河以南。西安市渭河南 地势南高北低，地貌可分为三大单元：南部为秦岭、骊山、高中低山地， 中部为蓝田、临潼、灞桥交界的黄土丘陵，北部为渭河冲积平原。地形 界线清晰鲜明，从南向北依次排列高中低山地、丘陵沟壑、山前洪积扇、 黄土台塬、渭河阶地和冲积平原。秦岭中高山地平均海拔在2 0 0 0 米以上， 最高峰太白山主峰海拔高程3 7 6 7 米，是我国南北方重要分界线。 目前西安市城市供水的傍河地下水源和分散开采的自备水源井均 在河流阶地上，南边的黄土台塬既不是城市集中供水区，也不是地下水 开采的有利部位，因此以下对流水地貌区即河漫滩与河流的三级阶地再 西安理工大学工程硕士学位论文 作以简要说明。 ( 1 ) 河漫滩，渭河河漫滩在区内西起沣东，东到灞河入渭处，呈 北东向延伸，宽度较大，其物质组成主要为亚粘土层和砂卵石层。灞河 和沣河河漫滩呈南北向延伸，交于渭河漫滩，均表现为东岸较宽，西岸 较窄，其中灞河漫滩东岸宽约l k m ，沣河漫滩宽度较灞河漫滩小，宽度不 足1 k m 。 ( 2 ) 一级阶地，渭河一级阶地在区内西起沣河，东到灞河，北部 以北营一草滩镇与渭河河漫滩分开。西端与沣河右岸一级阶地相接，宽 度较大，向东过皂河后宽度变小，皂河以东一般宽度在4 - 7 k m 。整体也呈 北东向延伸。其物质组成为亚粘土层和河流砂卵石层。 ( 3 ) 二级阶地，分布于皂河以东的大部分地区，皂河以西也有小 片分布，在东部直到灞河宽度较大，可达l o k m 。在三桥镇一谭家村一线 与一级阶地分界，地貌分界明显。其前缘高出一级阶地8 - 1 0 m 。其物质组 成为亚粘土层与砂卵石层，后期被马兰黄土覆盖。 ( 4 ) 三级阶地，区内有三块零星分布于城北及城南的雁塔区，现 地形标高在4 l o 一4 3 0 m 。被离石黄土与马兰黄土覆盖。 2 1 3 地质及水文地质概况 西安市在大地构造单元上属于渭河地堑中的西安凹陷。自从新生代 以来，区内堆积了巨厚的不同成因的新生界地层，另外也发育了一系列 断层，有些断层现在仍在活动。 西安市区出露的地层均为第四系地层。地层按其成因类型可分为冲 积、冲湖积和风积等成因类型。地下水开发利用除第四系冲积层之外， 还包括用于开发地下热水的第三系地层。城市供水的水源地或其它单位 的自备水源井目前开采深度均在3 0 0 m 以内，在此深度内渭河河谷区地层 的分布全为第四系地层。 全新统冲积层( a l q 。) 是西安市集中供水水源地的主要含水地层， 西安市区全新统地层除薄层的黄土层外，均为冲积成因，主要分布在沣 l o 第二章西安市城市供水发展状况及有关问题 河、渭河、灞河、河两岸。 ( 1 ) 全新统上部冲积层( a l q , 2 ) 主要分布在各河流两岸的漫滩， 为一套亚砂土、中粗砂及砂砾卵石，并含有漂砾及粘土球，厚度在1 0 1 5 m 。 ( 2 ) 全新统下部冲积层( a l q 1 ) 近似呈东西条带状分布于各河流 的一阶地区，即西安市城北沣西、三桥镇、杨善寨一线以北的大部分地 方。另外在城区西部鱼化寨、北山门口、斗门镇也有大面积分布。为一 套棕黄、黄褐、黄白色亚粘土、亚砂土、粉细砂，中、粗砂含砾卵石层。 其粒度在水平方向上分布规律为：靠近河流粒度较粗，远离河流则较细， 在灞河两岸表现为河流东粒度较粗，而西岸则较细的特点，厚度达5 0 m 。 2 1 4 河流水系 西安市城郊六区属黄河流域渭河水系。渭河是最大的过境河流，源 于甘肃乌鼠山，向东流经西安的北界，在潼关汇入黄河，区内河长2 6 k i n 。 据咸阳水文站资料，渭河多年平均径流量为4 6 9 1 0 8 m 3 。 灞河是渭河的一级支流，源于蓝田县的灞源镇，地蓝田县城附近接 纳辋川河后流向西北，在兴东村一带汇入渭河，河长1 0 4 k m ，流域面积 2 5 8k m 2 ( 包括汇入的产河部分) 。据马渡王水文站资料，灞河多年平均径 流量5 0 5 1 0 。3 。 产河是灞河的一级支流，源于蓝田县境内的秦岭山区，由南向北偏 西流经4 7 k m 后，在上桥子口汇入灞河，河长6 4 6 k m 。城郊六区内河长近 1 8 k m ，流域面积7 6 0k 2 。 皂河源于长安，全长3 3 5 k m ，大部分河段在城郊六区内，流域面积 3 1 5k i n 。由于污染等原因，现在皂河实际已成为一条捧污河沟。 沣河源于长安县南侧的秦岭山区，流向由南向北，河长7 8 k m ，流域 面积1 3 8 6k m 2 。沣河全程在长安及威阳境内，未进入城郊六区，但其周 围分布有西安市的傍河水源地，且距西安市未央区的西部边界较近，约 3 k m 。 上述五条河流均有西安市城市供水的傍河水源地分布。 西安理工大学工程硕士学住论文 2 1 5 气候概况 西安市地处内陆，属于暖温带大陆性季风气候。特点为四季分明， 夏冬较长，春秋较短；夏冬温差大，冬季寒冷干燥，春秋气温波动大。 根据西安市北郊的肖家村气象站资料，市区多年平均气温1 3 4 。c ，一月 最低，为一0 6 7 ，七月最高，为2 6 8 ，极端最高气温4 5 2 1 2 。 西安市多年平均降水量为7 4 3 7 m m ，降水趋势由北部向南部山区递 增。市区多年平均降水量5 6 9 m m ( 1 9 5 6 1 9 9 5 ) ，但降水无论年际或是年内 都分布不均，变化较大。市区多年最大年降水量9 0 3 2 m m ( 1 9 8 3 年) ，最 小年降水量仅3 1 2 2 m m ( 1 9 9 5 年) ，且多出现连续3 4 年干旱少雨的情况。 近十多年来，降水量明显减少，在8 6 9 5 年的l o 年问，年均降水量已降 到5 1 9 m m 。如果再延续到1 9 9 7 年“，则持续干旱少雨的时间长达四年之 久。年内降水也很不均，多集中在7 1 0 月，这期间的降水量占到全年的 6 0 以上。而l 、2 及1 2 月连续三个月的降水量仅占全年的3 7 ，这种年 内与年际的分布不均，对农业生产和城市供水带来很大影响。 西安地区多年平均蒸发量较大，接近于区内降水量的3 倍。据西安 市肖家村气象站及灞河水源地的资料，1 9 8 6 1 9 9 5 年多年平均蒸发量 1 5 2 8 8 m m 。以七月份蒸发量最大，超过2 5 0 m m ，元月最小，不足4 0 m m ， 春秋各月近似对称。 2 2 西安市社会经济概况 西安是中国历史上周秦汉唐等十三个王朝的都城，在长达1 2 2 0 年间， 一直是全国政治、经济、和文化中心。汉唐鼎盛时期，长安不仅是国内 最繁华的都市和世界上最大的城市，而且是通往西域和欧洲“丝绸之路” 的起点，是中外经济、文化交流的中心。唐以后，随着黄河上游的断航 和政治中心的东移，西安失去了国都的地位，但在经济、文化等方面仍 然占据重要位置，也一直是控制西北西南的军事重镇。 解放后，西安曾作为中共中央西北局和西北行政委员会的所在地， 是中央人民政府的直辖市，1 9 5 4 年改为省辖市，是陕西省省会。“一五” 2 第二章西安市城市供水发展状况及有关问题 计划时期，西安被列为全国第一批重点建设的城市之一，短短几年，形 成了东郊的纺织城、军工区，西郊的电工城和南郊的科教文化区。1 9 5 8 年以后，工业建设从精密机械和纺织向综合性工业发展，高校、科研机 构建设较快，人口迅速增长。党的十一届三中全会以来，西安改革开放 取得了重大进展，社会经济持续快速发展。随着电子工业园区、高新技 术开发区、经济开发区和风景旅游区的建设，城市规模进一步扩大，经 济布局发生了较大变化，经济总量快速增长。 “九五”期间，西安城市建设步伐继续加快，开发区建设突飞猛进， 黑河引水工程、二环路工程、城运村等一批城市基础设旌建设重点项目 相继发挥效益，城市功能日臻完善。同时，以增长强劲的高新技术产业 和旅游业为带动，经济结构发生重大变化，经济增长方式发生重大转变， 国内生产总值年平均递增1 3 4 ，高于全国平均水平。西安作为西北地区 最大的科技、商贸、金融中心和国际开放口岸，作为陕西省省会和陇海 兰新地带最大的中心城市，作为联结我国东西部地区的纽带，其在我国 实旌西部大开发战略中的重要地位和作用将进一步得到体现。 据文献“3 1 提供的资料，2 0 0 0 年底，西安市总人口6 8 8 叭万人，其中 非农业人口2 8 5 7 9 万人；城郊六区总人口3 0 2 3 3 万人，其中非农业人 口2 6 7 2 2 万人。全市人口密度6 8 1 人k 寸，城郊六区人口密度3 6 2 8 人 k m 2 ( 见表2 1 ) 。 表2 - 1 西安市城郊六区面积及人口分布状况表 西安理工大学工程硕士学位论文 2 0 0 0 年，国内生产总值达到6 8 9 亿元，三次产业的比重为6 7 ：4 7 9 ： 4 5 4 ，人均国内生产总值突破1 0 0 0 0 元，实现了比1 9 8 0 年翻三番的目标。 2 0 0 0 年，社会商品零售总额3 2 8 5 亿元，是“八五”末的1 8 倍，年平 均增长1 2 8 。“九五”期间，全市固定资产投资累计完成8 1 6 8 亿元， 是“八五”投资总量的2 4 倍。 2 3 西安市城市供水发展建设概况 西安市自来水工程始建于1 9 3 6 年，后因战乱时建时停，一直没有 达到通水要求。解放后，于1 9 5 1 年8 月重新开始建设，1 9 5 2 年1 0 月1 日即正式通水，开始了西安市现代城市供水的历史。西安市城市供水初 期( 1 9 5 2 1 9 5 3 年) 主要是供应城市生活用水，供水范围基本在四个城 关以内，需水量较小，没有出现用水短缺问题。 “一五”计划开始后，西安市成为重点建设城市，急需解决大量的 工业用水。1 9 5 4 1 9 5 9 年是西安城市供水建设一期工程阶段，相继建成 三个集中供水水源地即灞河水源地、产河水源地和皂河水源地，水源能 力增加到1 8 4 万m 3 d ，保证了东西郊工业区的施工和生活用水，用水人 口达到9 1 5 万人，城市供水初具规模。 经过“一五”时期的建设，西安市市区扩大，人口增多，新建工业 先后投产，用水需求急剧增加。1 9 5 9 - - 1 9 7 2 年，建设了二期工程，新建 了沣河水源地，扩建了灞河水源地，新增水源能力1 5 万m 3 d 。在开发地 下水的同时，1 9 7 1 年开始取产河地表水6 万j i l 3 d 用于城市供水。 1 9 7 3 1 9 7 9 年和1 9 8 3 - - 1 9 8 9 年，西安市又先后建设了三期和四期 城市供水工程，新建了北郊渭河水源地和沣河入渭处的西北郊水源地， 扩建了灞河和沣皂河水源地，供水能力达到6 7 万m 3 d ，形成了以地下水 源为主的比较完整的城市供水体系。另外，黑河引水工程1 9 9 0 年引入石 砭峪水库水源向城市供水8 万m 3 d ，随后又将田峪、沣峪、黑河等峪( 河) 的径流引入，但供水量很不稳定。同时，由于西安社会经济的快速发展， 需水量持续剧增，新增水源始终不能不能满足日益增大的用水量需求， 1 4 第二章西安市城市供水发展状况及有关问题 几乎年年供水紧张，特别是1 9 9 5 年夏季，由于干旱造成地表水源基本停 止向城市供水，城市供水异常紧张，出现了西安市城市供水史上最为严 重的供水紧张状况，全市出现断水点2 7 个，断水区域面积达3 4 k m z ，t 业用水受到压缩和限制，多所高校因水荒而提前放假，数十万居民饱受 缺水之苦。 1 9 9 6 年石头河水库向西安供水的渠道正式建成通水，黑河引水工程 形成了6 0 万m 3 d 的供水能力，更为重要的是地表水源具备了一定的期给 水工程和黑河引水工程的建设，已由以地下水源为主转变为以地表水源 为主的城市供水系统。2 0 0 0 年，全市有地表、地下水源地1 2 处，水厂6 座，自来水供水能力为1 1 6 9 万m 3 d ，管网长度1 2 4 6 公里，供水区域面 积1 4 5 k m ，用水人口2 2 7 7 万，市区人口用水普及率达9 8 0 7 。2 0 0 0 年 自来水供水量2 8 7 亿m 3 ，其中地下水0 9 2 亿m 3 ，地表水1 9 5 亿m 3 ，地 表水占全部供水量的6 8 。 表2 2 西安市城市供水工程建设及供水状况表”6 西安理工大学工程硕士学位论文 2 4 自备井的发展变化及其带来的环境地质问题 2 4 1 自备井的发展变化概况 西安市城市自备井( 本文仅研究开采承压水的自备井) 建国前已有， 但数量不多，仅1 9 眼。解放后，西安发展很快，5 0 年代政府曾号召打自 各井，1 9 5 9 年自备井数量即达到了1 1 5 眼。西安市二期给水建设工程期 间( 1 9 5 9 1 9 7 2 年) ，正值“三年自然灾害”和“文革”时期，资金不足， 工期过长，所增供水能力不能满足用水增长的要求，造成城区自备井水 源井发展较快，自各井数量1 9 6 6 年达到1 5 8 眼，1 9 7 3 年达到3 5 3 眼，自 备井开采已逐步成为承压水的主要排泄方式，并开始进入过量开采阶段， 破坏了地下水的采补平衡，造成承压水位持续下降，给西安市的城市环 境地质带来隐患。此后，自备井数量仍不断增加，1 9 9 0 年收费井数达到 5 5 0 眼，日开采量2 9 万m d ，环境地质问题不断加剧。从西安市城市供 第二章西安市城市供水发展状况及有关问题 水的发展建设过程容易看出，主要是城市供水事业的发展长期滞后于社 会经济的发展，造成了城郊六区内自备井的不断增加，自备井作为城市 供水的重要补充，也曾经为缓解城市供水紧张发挥了重要作用。随着城 市供水形势的根本好转，西安市近年来已逐步关闭自备井近3 0 0 眼，日 采水量降低到8 万i l l 3 ，地下水位持续下降的问题得到控制，城区和近郊 区7 0 的地区地下承压水位有所回升，对地面沉降和地裂缝的发展起到了 明显的缓解作用。 2 4 2 承压水位下降漏斗的形成与发展 西安市城郊六区是自备井开采地下水的集中地区，也是地下水位下 降幅度最大的地区，由于自备井的水源主要来自承压含水层，长期过量 开采不但造成承压水头逐年下降，而且已导致出现了大面积的承压水位 落漏斗。1 9 7 3 年西安市区承压水位降落漏斗开始出现0 1 ，以承压水位 标高3 4 0 米等水位线为界，1 9 7 5 年以前水位标高均大于3 4 0 米，而3 5 0 米这条等水位线所围面积仅9 8k m ：，为东北一西南向的一个狭长地带， 到1 9 7 9 年已扩展为5 6 4 k m 2 ，在这一大的区域水位降落漏斗内，又形成 了三个小漏斗，称胡家庙漏斗、西工大漏斗和小寨漏斗。仅胡家庙漏斗 和西工大漏斗中心水位标高小于3 4 0 米，所围面积也只有5