南水北调北京段输水安全对策研究及应用

靖立玲

（北京市南水北调调水运行管理中心，100038，北京）

南水北调中线工程计划于2014年汛后全线通水，江水进京前，北京平均每年存在4.3亿m3的生活供水硬缺口，是水资源短缺的最困难时期。2008—2010年已两次通过南水北调中线京石段工程由河北省王快、岗南、黄壁庄、安格庄等水库向北京应急调水。截至目前，累计从河北调水8亿余m3，京石段应急供水量已占到城区自来水供应总量的65%，极大地缓解了北京水资源短缺的压力，南水北调已成为首都新的战略水源。

南水北调来水主要作为北京的生活饮用水水源，及时监测并保证进入北京的水体质量符合饮用水水源的要求，保证进入自来水厂的水体质量在可控制可处理的范围内，是我国相关规范的要求，也是关乎民生、社会稳定和国际影响的大事。

本文在分析南水北调中线输水工程特点、水质影响因素的基础上，提出相应的输水水质安全对策，并通过对2008—2010年两次应急调水期间水质的分析，考察输水安全体系的实施效果。

一、输水工程概况

南水北调中线干线工程，南起湖北丹江口水库，跨长江、淮河、黄河、海河四大流域，至北京团城湖，全长1276.4 km。京石段应急供水工程起点是河北省石家庄市的古运河暗渠进口，终点是北京团城湖，全长约307.5km。北京段起点位于北京市南部与河北省相接的北拒马河中支南岸，终点为北京市团城湖，全长80.3 km。

北京段工程主要包括以下建筑物：北拒马河暗渠（长约1.7km）、惠南庄泵站、PCCP加压管道 （长约57.1 km）、大宁调压池、永定河倒虹吸 （长约2.6 km）、卢沟桥暗涵（长约 5.2 km）、西四环暗涵（长约12.7 km）和团城湖明渠（长约0.8 km）。

为保障在南水北调中线全线贯通前的北京市用水问题，国家提前启动了南水北调中线工程京石段应急供水工程，由河北省王快、岗南和黄壁庄等水库向北京应急调水。应急供水期间主要考虑为第三水厂、田村水厂、城子水厂及北京最大的水厂第九水厂等供水。京石段应急供水线路见图1。

二、水质影响因素分析

南水北调中线工程北京段，输水干渠除团城湖明渠外均为封闭式。其水质污染事故风险点主要来自京外输水明渠及水源水库。参考国内外已发生的突发水污染事故，根据南水北调工程输水特点，输水过程中可能遭受到的突发性水污染主要有以下几方面：

①油类、化学物品、生物毒品泄漏。运输上述物质的车辆因交通事故引起车辆翻倒进入渠道中引发。

②流入明渠的污染物。渠道两侧土壤环境中未利用的化肥、垃圾、养殖业污物等物质流入明渠引发水体污染。

③恶意破坏、恐怖袭击。一些对社会不满分子、生活绝望者、恐怖组织，制造爆炸、损坏、投毒等活动。

由于水质不合格或水体受污染的成因比较复杂，尽管可以通过加强管理、派人巡视等措施减少水体受污染的概率，但不能从根本上杜绝突发水体污染事件。受污染的水一旦进入输水管道，清除难度很大，还会造成大量的水体浪费；一旦进入自来水厂甚至引发大面积停水的危险，严重影响社会稳定。

三、输水水质安全对策措施

1.构筑三道防线

图1 南水北调中线京石段应急供水示意图

南水北调中线工程，在进入北京之前均采用明渠输水，进京后绝大部分为暗涵、暗埋管道，且直接与水厂相接。针对这一特点，提出构筑保障北京供水安全的“三道防线”，分别在入京、入市区、入水厂处设置关卡，应对突发性水污染事故。

（1）第一道防线

北京段渠首在北拒马河暗渠进口前设置了退水闸，该退水闸位于桩号BT0-090 m处渠道右岸，为双向挡水，可以防止北拒马河洪水倒灌。退水渠道总长约2.6 km，退水出闸门后退入北拒马河中支河道。当水质监测出现汞、砷、铅、镉等重金属物质，氰化物、苯酚类有机有毒物质，放射性物质，生物及微生物超标，或发生突发性严重灾害、危害水体的恐怖事件，以及发现地方性病原体或病毒污染时，关闭总干渠北拒马河暗渠进口节制闸，开启退水闸，处理污染水体并将来水排入拒马河内，避免有害水进京。

（2）第二道防线

在大宁调压池，当水质监测出现氨氮、硫酸盐、硝酸盐、氯化物等无机盐类物质，指标超过地表水环境质量标准Ⅲ类，或者上游出现突发性污染时，关闭永定河倒虹吸进口闸，开启永定河倒虹吸退水闸，将来水排入滞洪水库或永定河，避免劣质水进入市区。

（3）第三道防线

在各自来水厂入口处，当水质监测出现水质指标不符合Ⅲ～Ⅳ类的要求，且自来水厂水处理工艺无法消除超标污染物质时，关闭各自来水厂取水口，开启新开渠分水口、永引渠分水口，将南水北调来水排向有接纳能力的河道，避免造成新的污染区。

在以上事故处理完毕后，对污染渠道和建筑物进行清洗和消毒，经检测合格后恢复正常供水。

2.建立突发性水污染事故应急处理系统

对于突发性水污染事件关键在于防范和处理两个方面。最重要的是建立有效的应急处理机制，包括：突发性水污染事件应急预案的制定、应急等级、应急组织机构、应急水质监测及现场紧急处理等。

（1）制定应急预案

应急预案是针对突发性水污染事件的现场处理而制定的一项应急反应计划。制定应急预案的关键在于正确评估危险源风险和当地应急能力，同时还要协调现有的应急方案，如《北京市突发公共事件总体应急预案》《北京市城市水源系统水污染突发事件应急预案》等。

（2）应急等级

按照突发水污染事故的严重性和紧急程度，对水污染事故进行分类和分级，分为特别重大水污染事故（Ⅰ级，红色预警）、重大水污染事故（Ⅱ级，橙色预警）、较大水污染事故（Ⅲ级，黄色预警）和一般水污染事故（Ⅳ级，蓝色预警）四级。根据事态的发展情况和采取措施的效果，预警颜色可以升级、降级或解除。

（3）应急组织机构

为使应急救援工作有序、快速而有效地开展，必须有强有力的组织机构，能够协调各方面的工作。

突发性水污染事故的应急指挥机构职责如下：

①应急指挥部：负责针对事故危害程度发布预警等级，制定应急方案并领导和组织实施，协调各机构的运作。

②应急指挥办公室：为水污染事故的现场调查、取证，提出启动应急预案的建议；根据指挥部命令，负责实施并监督、检查、协调各项应急工作；负责指挥部的信息、联络日常工作。

③应急工作组：负责进行现场调查取证、事故原因分析；提出事故处置建议措施，并开展现场处置工作；提供应急人员、物资和各项技术支持，保证应急工作的顺利开展。

（4）开展应急监测

实施应急监测是做好突发性水污染事故处理的前提和关键。采用快捷、有效的应急监测布控技术，迅速、准确地查明污染的来源、种类、程度、范围，为控制污染蔓延、采取应急处理措施提供正确的信息。应急水质监测流程见图2。

（5）应急处理

根据应急水质监测分析结果，确定应急处理方法。利用渠道的各节制闸、退水闸、滞洪水库及河道等工程设施，改变原来的水流方向和流场，将受污染的水挡在“三道防线”之外。再根据污染物的化学性质，在污染区域抛洒化学药剂，减轻和净化污染水域。

3.建立水质监测系统

水质监测系统是构筑北京安全供水“三道防线”的基础。

（1）监测方式特点

采用自动监测站、移动监测车和实验室监测相结合的方式。水质移动监测系统以车载、便携式水质检测仪器为分析手段，可有效解决偏远地区水质监测的困难，在突发性水污染事件中还可发挥其机动、灵活、及时的优点。

（2）监测站点布设

针对北京段封闭管涵输水的特点，结合三道防线的设置，建立4个水质监测站：七里庄前哨站（位于河北）、惠南庄站、大宁站、团城湖站。

①在总干渠冀京交界上溯约35 km处的七里庄倒虹吸处设水质监测站，作为北京市对南水北调来水水质监测预警的前哨站。

②在惠南庄泵站设置水质监测站，作为北京市入境站。

③在总干渠至团城湖和南干渠的分水口——大宁调压池设置水质监测站，作为渠道输水水质变化控制站。

④在总干渠终点团城湖设置水质监测站，作为入水厂前控制站。

（3）监测项目及频次

南水北调水质监测项目主要根据 《地表水环境质量标准GB 3838—2002》及对生活污染、生物污染、有机污染、运输及工矿企业产生的重金属污染和石油类污染的突发事件设定的，监测项目及频次见表1。

四、输水水质安全体系实施应用效果

南水北调中线京石段应急供水以来，通过水质监测系统及时掌握进京水质的变化，为调度决策提供了数据信息支撑及依据。水质安全“三道防线”的构筑为合理利用水资源，确保进入自来水厂水体质量在可处理范围内，及时解决水质突发事故提供了保障。

1.水源切换时水质安全体系功效

京石段两次应急调水初期，水头到达第一道防线——北拒马河暗渠退水闸进行弃水，待浊度降到30 NTU以下停止弃水，准许来水进入中线干渠。2008年9月，京石段首次应急调水，共弃水 180 万 m3；2010 年 5 月，京石段二次应急调水，共弃水150万m3。2011年2月，调水水源切换，安格庄水库水先经易水河，后入五一干渠，到达安格庄应急连接段工程处，来水浊度降到20 NTU以下，氨氮降到0.5 mg/L以下，停止弃水，共弃水42万m3。

2.输水过程中水质关键性指标的变化

2008—2010年京石段两次应急调水期间，河北前哨站 （七里庄站）、京冀交界处水质监测站（惠南庄站）、大宁站及团城湖站四站点水质指标均符合 《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002） 中的Ⅱ类标准（总氮、总磷不参加评价），符合进京水质要求。

3.科学监测，合理调度，解决“水黄”问题

2008—2009年输水期间，由于水源切换引起北京市部分地区用户出水发生“水黄”现象。问题出现后，相关部门及时启动水质应急预案，组织专业人员对水质进行检测、研究分析。

通过对水源切换前后原水水质分析发现，水源切换后水源化学组分发生了很大的改变，特别是硫酸盐浓度大幅度增加，打破了供水管网中管道内的管垢与原有水质之间的平衡，高浓度硫酸盐使管垢铁锈发生溶解，造成管垢过量释放，导致有的用户家中出现了自来水发黄、发浑的现象。

2010年京石段第二次应急调水，鉴于黄壁庄水库硫酸盐含量偏高的问题，通过岗南、黄壁庄两库联合调度降低岗黄两库外调水的硫酸盐指标。首先从岗南放水至黄壁庄水库，然后由黄壁庄水库放水至石津干渠，石津干渠经连接段工程输水至南水北调中线总干渠。

2010年度输水期间，通过联合调度控制来水电导率，硫酸盐含量维持在较低水平，七里庄、惠南庄、大宁及团城湖四站点电导率在 400～550 μs/cm之间，硫酸盐含量70～120 mg/L之间，避免了再次出现北京输水管网因“水土不服”而导致的水黄现象。

五、结 论

南水北调工程京外均是明渠，输水过程中存在遭受突发性污染的可能，如果水质受到污染，直接影响北京的社会、经济安全。因此，开展南水北调北京段输水安全对策研究非常必要，并经实施应用，效果显著。

表1 监测参数及频次统计表

①针对南水北调京石段输水工程特点，分析影响水质的因素，研究提出建立水质安全防护的 “三道防线”：北京市入境站——北拒马河渠首，入市区控制站——永定河倒虹吸，入水厂前的控制站——各分水口。

②提出建立突发性水污染事故预警应急系统，从而在发生突发性水污染事故时能以最快的速度发挥最大的效能，及时、有效地开展应急救援工作，尽快控制事态发展。建立水质监测系统，实时掌握北京段输水水质状况。

③应急调水初期开展应急监测，实时掌握水质的变化，弃掉不达标来水，保证进京水质安全的同时，最大程度节约了水资源。

④京石段工程两次应急调水期间，输水水质随源水不同而水质不同，均满足进京要求。

⑤水源切换后由于原水化学组分差别较大，导致用户出水发黄发浑问题，二次应急调水时通过科学调度解决了该问题，但仍建议相关部门在城市供水系统水源切换前，开展风险分析与对策研究。

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