北京自来水的九十年

毕延龄

　　【摘要】 本文详细回顾了北京市自来水事业创业90年的历史，记述了北京市自来水从无到有、由小到大、从落后到现代化的进程。从北京市自来水事业的发展，映射出我院四十五年来给水专业的主要业绩。
　　【关健词】 北京 自来水 历史 回顾 发展

　　北京的自然、地理条件均很优越，自公元907年辽国建都以来，历经辽、金、元、明、清各朝，至今已有1093年之久。北京背靠燕山山脉，前有渤海海湾，地形开阔，土地肥沃，气候良好，交通方便，水利资源丰富。位于永定河与潮白河两大水系之间，市区北有南北沙河汇流而成的温榆河，中有长河、通惠河水系，南有莲花河、凉水河水系，地表水水源丰富，水质良好。地下水也很丰富，到处打井都有水。因此，为人类聚居、长期建都创造了优越的基础条件。
　　解放前，永定河经常泛滥，对人民的生命财产造成极其严重的损失。国民党时期，在永定河水流出山峡、坡度变缓、河面变宽的地段，为保证北京的安全，曾在河的南堤设有爆破段。在洪水期装好炸药，必要时将南堤炸开，将洪水泻到小清河，流向河北省，以保证北京的安全。据说，此河过去叫无定河，乾隆年间为减少洪水的威胁，皇帝将无定河的名称改为永定河，以期得到永远安定。结果仍未实现。到全国解放后，在国内第一个修建的大型水库，就是官厅水库（22亿立米）。随后又在官厅上游，修建了一些中小型水库。所以自解放以来至今，永定河从未发生过一次泛滥。
　　北京的东北面是由潮河、白河汇合而成的潮白河。历史上也多次发生洪水泛滥，沿河农民均有十年河东十年河西之说。自1958年水利化运动期间修建了密云水库以来，40多年一直也未出现过洪水，而是把洪水积蓄起来，作为北京城市工农业用水的主要水源。
　　市内的几条小河在1900年以前，由于没有现代化的工业，城市人口也少，河水基本没有受到污染。在市区下游通惠河的出口二闸地段（现高碑店一带），闸前的水清澈见底。据说在闸旁夏季设有凉棚，每到夏季市内游人常到此游玩，在凉棚内饮茶纳凉。当时游客用制钱（铜钱）投入闸前水中，闸旁的童子立即跳入水中取出领赏，以此作乐。说明当时通惠河的河水不象现在，而是清澈见底。
　　在地下水方面，市区正处在永定河冲积扇的中部，全部市区均有丰富良好的地下水。在西部为潜水，埋藏深度很浅，在丰水期甚至溢出地面，如西南部的万泉寺、西北部的万泉庄，万泉河由此而命名。由于水量丰沛在西北部开发了大量稻田，使海淀区西部六郎庄、北坞、苏州街一带形成江南景象。西南郊则开发了大面积的菜田。在市中心区，潜水埋深只不过2～3米，到东部逐渐形成承压水。深层地下水由于水源标高较高，而形成西北郊清河一带的自流井，和东直门外一带的满井和自流井。市区的潜水水质，受长期人类活动的影响，生活污水渗入地下，从而使表层地下水受到污染，水质变硬，水中硫酸盐、氯化物、钙盐、镁盐均在提高，总含盐量上升，形成平时所谓的苦水，而不适于饮用。深层的地下水仍保持良好的状态，成为平时所谓的甜水，即矿化度较低的水。原来北京宫廷用的是玉泉山的泉水，水质良好，被命名为天下第一泉，每日用水车拉到宫内供皇帝使用。老百姓则以甜水井（深井）的水作为饮用水，以浅水井的水即苦水作为洗涤用水。市区内有许多大、小、深、浅不同的井，为市民提供不同水质的甜水或苦水。在水井处大多建成高台，以防地面雨水和污水流入井内使井水受到污染。在井上根据取水多少和水位深浅不同，采用不同方式取水，有的用桔槔，有的用扁担木桶，有的用井绳水桶，大量的是用辘轳取水。大多户市民是用扁担水桶自井台挑水回家，倒在水缸中使用。在富有的人家和没有劳动力的人家，则由送水的水夫用两侧装有100升左右木桶的独轮车推水到用户，再将两个大木桶底下的木塞拔开，向小木桶内放水，再用扁担挑到用户倒人水缸，这种供水方式一直延续到北京解放。
　　在清朝末年戊戌维新后，开明的民族资本家提出、经满清政府批准，在民办官助的条件下，向国外招商建立了北京最早的自来水公司，叫作京师自来水公司，于1910年开始供水。最初只向宫廷和王公贵族、使馆、洋行、政府机关、行政要员住宅和富有人家供水，后来逐步扩大到市区百姓，取代水井，改用自来水。
　　当时自来水的水源，是在东直门外东北方向约15公里处孙河镇的温榆河上取水，温榆河的水源是由北京西郊山前的泉水，与沿河的地下水溢出而形成的南沙河和北沙河，在沙河镇东汇合而形成的。温榆河流经孙河镇，在孙河桥下游的河滩地建有取水泵房和锅炉房，内装2台蒸汽活塞水泵，将河水抽升到孙河镇东侧的净水厂。在水厂中，经过自然沉淀和慢滤池过滤处理后流进清水池，再经装有两台蒸汽活塞泵的第二泵站，将处理过的水通过2条DN400钢管送到东直门水厂（即现水源一厂）。
　　孙河水厂的水进入东直门水厂的来水亭，在来水亭的水池中加漂粉，进行消毒后流入清水池、配水井。在水厂中设有锅炉房和汽机房。在机房装有2台300HP的双活塞往复式活塞泵。汽机转速较慢，中间有一大型铸铁飞轮，在飞轮两侧各由曲轴驱动一往复式双活塞水泵，每个活塞两侧均设有进出水阀，阀门上有空气室以减少水锤压力。泵出水后又经一气罐，缓冲活塞的冲击压力，再通过一丁字管与一钢制水塔相联，然后送人市区管网。水塔高约54米，容积约750立米。全部均为钢结构，并镶有钢制龙形饰物，风铃等，甚为壮观。全部供水设备能力约为每日25000立米。
　　到1930年左右，由于净水能力不足，在孙河水厂增加混凝沉淀池及快滤池。随后进口美国W＆T加氯机，改用液氯代替漂粉进行清毒。再后又改用电机离心水泵代换蒸汽往复泵。自通县城南电车公司发电厂架设35KV输电线路40公里，经东直门到孙河。购买了德国AEG电机和KSB水泵，由孙河向东直门输水。在东直门电机房购买美国西屋公司的电机水泵，代替原有的汽机向市内供水。
到1937年日军侵华占领北京，自来水公司被日军接管。日本军管后，首先对北京进行水文地质勘察，开始在孙河向东直门水厂输水管道西南段，沿管道凿井。使用木制井架电机驱动的冲击式凿井机，用泥浆护壁，冲击式钻头凿井，活塞洗井。在东直门水厂的修铸厂内研制成铸铁井管，作到DN350，井深100多米。开始井中水位较高，能自流甚至喷到地面上1米多，初期沿输水管凿井13口。在NO.5和N0.8号井处设集水井，各井用自身压力自流到集水井，再经泵提升压人孙河至东直门水厂的输水管道，送到东直门水厂。在使用一阶段以后，由于开采量加大，地下水水位下降，自流水量减小。又将自流集中抽水方式，改为在各井建地下式井室，将卧式离心电泵装于地下，以适应地下水位下降的要求。后又在东直门水厂厂内凿井5口用卧式泵抽水，最后在厂北凿井4口，吸取厂东井的教训，改用日本制造的立轴深井泵抽水，以适应地下水位下降的需要。在此同时，为解决管网中局部压力不足，在市区管网中的宣武门、水月庵、刑部街、甘石桥、禄米仓、马匹厂等6处各凿补压井1口。自井中抽出水后直接压人管网，以补足局部管网压力不足。当时全部水源井共有28口。由于井水水源能力增长，温榆河径流减少，以及北京郊区八路军游击队活动加强，日本人不得不放弃孙河水厂水源，改用地下水代替河水水源。随后又在安定门外建设安定门水厂。沿黄寺路凿井9口，在中轴线附近建设水厂。全部采取战备型式，泵站、变电站、水源井等均为半地下式外加土围墙。一直到1945年日本战败投降，也未能建成投产。此阶段供水对象仍只限于机关单位和少数住宅，普及率较低。虽然当时北京为100多万人口的大城市，但供水量仅为每日3万多立米。
　　1945年日本投降，国民党政府接收，成立了北平市自来水公司管理处。后又于1947年改为民营，直到1949年解放。这4年间基本维持原状，在水源方面仅作了安定门水厂供水的准备工作，一直未能供水。在管网方面仅用自孙河拆回的DN400 输水钢管，修了一条自安定门到骡马市的配水干管。配水量增加到每日4.4万立米。同时招收了一些技术人员，后来成为公司的技术骨干。
　　1949年春北京解放，由于地下党组织工人护厂，在解放过程中公司未受到任何损失。人民政府接管了北平自来水公司以后，消除了国民党在公司中的残余势力，成立了军管的北京市自来水公司，当时有职工400余人。由于战争的影响，城市居民减少，市场未能全部恢复，日供水量由每日3.8万立米降为每日3万立米。当时东直门水厂水源地由于地下水开采量减少，地下水水位由原已降到地下6～7米的深处迅速回升了3～4米，于是封闭了10口井（原有厂内5口、厂东13口、厂北4口、市内6口补压井，共28口井）。同时改变服务方向，向广大劳动人民供水，大力提高供水普及率。在大街小巷设立公用水站，很快使广大劳动人民均能喝上清洁卫生的自来水。虽然供水设施标准较低，但能在短时间内将供水普及率提高到城区91.54％，郊区67.17％，取得领导和群众的满意。
随着3年经济恢复和北京又定为首都，城市政治、经济、文化均得到迅速的发展，用水量也随着工农业发展和人口增加而又突破解放前的每日4万立米。到1955年每日供水量全市为19.87万立米（市区18.93立米）。于是又把封闭的井打开，把未完工的安定门水厂补充完善开始供水。后又接收了西郊新市区的自来水，长辛店的自来水，和通县的自来水。在人代会的提案推动下，建设了门头沟矿区的城子水厂和梁桥、鳄鱼沟水源，以及南口水厂，进一步扩大供水范围。
　　在第一个五年计划时期内，由苏联专家协助制定了五年经济发展计划和首都城市发展规划，开始了有计划按比例大规模经济建设和城市建设。首先使安定门水厂供水，继之扩建东直门水厂和安定门水厂。东直门水厂由22口井扩大到25口井，安定门水厂由9口井扩大到20口井。随后根据当时水源均在东、北方向和管网较长，开始在对置位置城市西南方寻觅新水源。发现市西南郊莲花池、马连道一带地下水丰富、水位较高，当即以探采结合的方式，在湾子处凿井4口，并以补压井方式供水。通过4口井的施工和使用，说明该处地下水资源确实丰富，水质良好，适合建造水厂。于是继续扩大开采，凿井12口，建立解放后全国第一座自行设计自行施工、全部使用国产设备的大型地下水水厂，命名为水源四厂。共有水源井12口（当时西郊的3口补压井叫三厂），供水能力为每日10万立米。该厂开始使用了水源井遥控技术，解决了水源井分散、数量多、用人过多的缺点。在配水泵站中开始使用液压闸阀，解决了开停水泵时的繁重体力劳动。为了满足用水量不断发展的需要，第四水厂投产后，又在市区西偏北扳井村一带打试验性生产井。结果单井出水量比四厂还大，达到每小时600立米以上。于是继续设计一大型水厂定名为水源三厂，设计能力为每日16.4万立米，共有水源井12口，在1958年建成投产。该厂当时使用了DN600的管井，是国内最大的管井，每井安装当时国内最大的16JD型深井泵，单台出水每小时600立米。配水泵站在国内首先建设成与泵房隔开的控制室，全面直接控制水源井和配水泵，改变了长期在泵站内值班噪声的干扰。后来对第三水厂又进行凿井扩建，扩建后水源井增加到52口，能力扩大到每日50万立米。在此时期于管网中安装了国内最大的DN1200铸铁管的阜四干线和南城干线，在管道接口方面学习苏联先进经验，使用了石棉水泥油麻接口和石棉水泥胶圈接口，代替了昂贵的青铅油麻接口，节约了大量资金，简化了操作，并提高了管道接口柔性。在此阶段把一些水厂中原有的、自安装以来从未得到过应有检修的设备和管道进行了全面彻底地检修，并建立了按计划定期检修的制度。在运行上建立了三班倒班的经济安全运行制度、各种设备的操作规程、安全规程、生产管理和奖励制度以及以公司为中心的全面经济运行的合理调度制度，保证了首都用水的不断增长的需要和安全、高质量、经济运行，保证了首都政治经济文化的高速发展。当时的工程建设最初是以自营为主，冬季进行设计和冬训，夏季进行施工。开办培训班和接受市内自行培养的中专生，组成自己的技术队伍，通过几年工程实践的锻炼，培养了一批工人干部、技术干部和技术工人，再加上当时切实地实行新民主主义按劳分配政策，调动了一切可以调动的积极因素，使工程达到了多快好省的要求。这阶段的供水工作，已由普及而转向提高，开始把设在街道上的公用水站逐渐转入户内，以免除了用户每日辛勤挑水的繁重体力劳动，使用水量由每人一天几升提高到二、三十升。另一方面在新建的住宅楼中，均设有完整给排水设施，一但从平房内搬进新建的楼房，用水标准立即提高到每日百升左右，卫生条件取得明显改善。市区用水量由解放初期的每日3万立米增长到1955年每日6万立米左右。
　　自1955年开始，为了进行大规模经济建设，首先成立专业队伍把基本建设与生产管理分开，把市政各单位的设计人员集中成立市政设计院，把市政各单位的施工人员集中到市政工程局，成立了几个专业市政公司。从自来水公司中调出了大量技术人员和技术工人。
　　自1956年公私合营、整风反右、农村合作化以后，1958年成立了人民公社，紧接着大跃进，大炼钢铁，大刮共产风，在工农业建设上盲目地追求高指标，破坏了有计划按比例的建设方针。由于市政设施不能直接增长产值而得不到应有的重视，形成比例失调，连年出现供水不足，只得以少量投资作些应急措施，结果是越应越急。在此时期市区的永定河冲积扇的地下水，由于大量开采，开采总量已超过年6亿立米的补给量，而形成地下水位连年下降、水质连年恶化、地面不断下沉的严重现象，但又不得不继续扩大开采。这些年的工程，如在管网中分散打补压井直接供水的百井工程，在地下水贫乏的东北部粉细砂地区打井的第五水厂工程和在水质恶化的污灌区打井的第七水厂工程，效果均不理想。为了解决东部工业区用水建设简易的第六水厂，由于建设标准过低，出水水质低劣，不能满足用户的要求，不得不在1963年和1998年两次改建，反倒造成浪费。
　　到70年代初调整时期，用水量有所降低。为了从根本上解决市区用水，水源选择开始跳出永定河冲积扇的圈子，进入潮白河冲积扇的密、怀、顺地段。此时该地段（该地段为密云水库水的灌溉区）只有少量农灌井开采，基本处于原始状态，水量丰富，水质良好，但距市区较远，要建设长达40多公里的大口径输水管道才能供水。由于该地区渗透系数特别大，单井出水能力可以到每时2000立米以上。但由于受凿井能力和国产深井泵能力所限，最大只能凿到DN800的管井，最大国产深井泵只能到每时900立米。于是因地制宜地设计了以两口管井为一组的组井，有效地减少了水源井的用地和输水管道的长度。每组井出水量为每时1800立米，共37口井，有效能力为每日42.9万立米。输水管为DN2000长40公里，在输水管的最低点，孙河镇附近设加压泵站再提升到三环东北角的配水厂，以减少管道工作压力，节省钢材。当时，钢材水泥和资金均极度紧张，此工程自1974年开工直到1982年才竣工供水。在输水管道的管材上，由于材料供应极度困难，采用了钢管预应力管、离心钢筋砼管、拉模现浇钢筋砼管等多种管材，艰苦奋斗了8年才投产供水。由于潮白河水硬度较永定河为低，因此第八水厂的水质在北京各水厂中最为良好。投产后又经挖潜改造能力达到每日50万立米，是国内规模最大水质最好的地下水水厂。
　　第八水厂投产以后北京市供水能力增加较大，供水情况明显好转，但由于过去欠账过多，到九十年代又出现供水不足，而且市区地下水连年超采，情况进一步严重。密、怀、顺地区地下水经第八水厂开采后已近于平衡，吸取市区的教训也不宜再扩大开采。因此新的水源只有面向地表水。北京地表水水源主要是官厅、密云两大水库，其中官厅水库已受到较严重的污染，再加以上游修建较多的中小型水库的截流和库区多年的淤积，年供水量也在逐年减少。只有密云水库有43亿库容，上游基本没有工业，水源基本未受到污染，水质保持在一二类之间，适合作为生活用水水源。但密云水库距市区远达80公里，虽有京密引水河道引水到颐和园、八一湖进入市区，但沿河仍有一定污染，且冬季输水困难。另外北京一直使用地下水，对地表水的建设和管理缺乏经验，再加上建设长距离输水大规模地表水厂，投资大、工期长，远水难解近渴。于是市政府决定，由房山石化经西郊田村山的供水系统代输原水每日17万立米，在石化田村水厂东侧新建田村山水厂，能力为每日17万立米，以期达到早期投产和练兵的目的。但由于此水源系统在冬季只能用官厅水库的水源，且冬季流量较小、稀释能力差、水质污染更为严重，因此不得不采用臭氧和活性炭的深度处理。为解决此问题，申请国家拔给200万美元外汇，于1983年组团到日本考察、采购臭氧设备，购得5kg／h03发生设备5台套，在田村山水厂安装了4台套（第5台后来安装在此水系的长辛店水厂），进行深度处理。1985年6月田村山水厂投产，为国内第一座大型深度处理的水厂，也是第一座使用大型进口设备的水厂。
　　自1985年田村水山厂投产后即开始筹建第九水厂，经国家批准以密云水库为水源，自怀柔水库取水，在清河以南花虎沟建净配水厂。总体规模为每日100万立米，一期建设每日50万立米。此时期已开始改革开放，因此特批准了总投资5％的外汇进口国外技术先进的关键设备，以提高国内水厂的技术水平，共用外汇额度724.57万美元。第九水厂于1986年开工1988年7月1日通水，解决了当时供水紧张情况。在第九水厂建设过程中为保证生命线工程的安全，对一期的单条DN2200、43公里输水管道采用了钢制管道，在国内首先大规模使用了水泥砂浆衬里，取得良好的结果。在取水配水泵站中首先采用了1500KW和2500KW变频调速电机驱动水泵，取得了节约电力、供水压力平稳、调度方便的成果。在配水泵的出口使用了高质量的转芯阀，起到了水锤防护功能。加药采用计量泵，加氯使用了自控的真空加氯机，均取得良好的效果。全部水厂工艺过程采用了仪表自动监控，提高了工作质量和供水可靠性。虽然只用总投资5％的外汇，就使得九厂一期达到80年代世界先进水平。在水的净化技术上使用了先进、成熟的机械搅拌加速澄清池和大型虹吸滤池以及活性炭滤池，保证了出厂水达到无色、无臭、浊度基本在0.2NTU左右的优良水质，得到国内外的好评。
　　九十年代即开始着手九厂二期工程，该工程使用了日元协理基金贷款。为了供水安全改为自密云水库的潮河部分取水，以保证在白河大坝处不能出水的情况下还能取水，同时也可免受密怀段明渠和怀柔水库的污染和事故的影响。采用岩塞爆破的方法直接伸入库中取水。密云怀柔间的输水管道采用了日本久保田公司生产的、世界最大口径的DN2600、K型接口的球墨铸管。这种铁管不只强度高，且能适应形变，防腐性能高，再加上有水泥砂浆衬里，寿命可在百年以上。接口为压塞橡胶圈能适应变形的K型接口，施工时可以单口试水压，运行效果良好。净水厂在一期的基础上改用竖流式波纹板反应池、侧向流波形斜板沉淀池和无烟煤均质滤层气水反冲洗滤池及活性炭吸附工艺，于1995年投产。此期工程由于使用了国外贷款，所以工程中使用了大量进口球墨铸铁管，全部设备基本进口，而且还在国内首先建成了大型给水污泥处理设施。投产后出水水质良好，满足了九十年代用水量继续增长的需要。
　　在九厂二期投产后即筹备十厂的建设，当时为了用地上和管理上的方便，改变了在东郊建设十厂的规划，而在九厂的东侧继续扩建，成为九厂三期。规模仍为每日50万立米，此项工程仍为日元贷款，工艺也基本与二期相同。于1999年7月投产取得与二期同样的良好结果。
　　在九厂一至三期建设的同时，也在配合城市管网的建设，逐渐建成了以三环路为基础的DN2000～DN1600的环形干管，形成了以西北为主的多水源供水的大型管网。由于自然条件的形成，在东南方面缺少水源，于是1997～1998年在环网的东南角分钟寺附近建设了一座日供水能力为8万立米的补压泵站，挖掘管网夜间输水的潜力，夜间将水送到补压泵站的清水池中储存，以供次日高峰用水时向管网内补水增压，调节管网末端的供水不足。
　　在管网建设的同时在管网中布置了30个压力控制点，设立了远传测压站，随时将管网压力传送到公司中控室，以便据此进行多水源的全面经济调度，以达到压力均匀，节约用电的目的和在事故时能作出合理的应急处理。
　　到目前为止北京市自来水公司已供水九十周年。市区共有7座地下水水厂，3座地表水水厂，1座工业用水水厂，1座补压厂，若干口补压井，全部生活供水能力为每日310万立米，工业供水能力每日17万立米。
　　在全部供水能力每日327万立米中，除去1955年我院建院前的每日19.87立米（约占全部供水能力的7％）供水能力外，其余占全部供水能力93％的自来水厂和输配水干管工程均为我院所设计，是我院建院45年以来给水专业为首都建设所完成的主要业绩。