商南縣應(yīng)急水源配置方案探析

王啟明,周瑞喜

(1.商南縣水利工作站，陜西 商洛 726300；2.商南縣水務(wù)局，陜西 商洛 726300)

商南縣應(yīng)急水源配置方案探析

王啟明1,周瑞喜2

(1.商南縣水利工作站，陜西 商洛 726300；2.商南縣水務(wù)局，陜西 商洛 726300)

商南縣位于鄂豫陜?nèi)“丝h交匯處，旱災(zāi)頻繁，試馬鎮(zhèn)、捉馬溝村、城關(guān)鎮(zhèn)西片群眾飲水無保障。文章通過分析試馬三鎮(zhèn)供水現(xiàn)狀以及存在問題，對(duì)當(dāng)?shù)赜盟枨筮M(jìn)行了預(yù)測，并從地下、地表兩個(gè)方面對(duì)應(yīng)急水源進(jìn)行了探討，提出從試馬水庫、捉馬溝水庫聯(lián)合配置提水輸送的方式進(jìn)行抗旱應(yīng)急，并對(duì)聯(lián)合供水方式、線路、管材、水泵、管徑等進(jìn)行了探討，以確保應(yīng)急水源配置工程更加科學(xué)高效。

商南；應(yīng)急水源；抗旱；供水；配置；方案

1 概 況

商南縣位于鄂豫陜?nèi)“丝h交匯處，基本狀況是“八山一水一分田”[1]。商南縣試馬鎮(zhèn)、捉馬溝村、城關(guān)鎮(zhèn)西片共有4.837萬人，屬半干旱溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季旱澇相間，秋季溫涼濕潤，冬季寒冷干燥。試馬鎮(zhèn)、捉馬溝村居民用水為試馬水庫、捉馬溝水庫自流以及周邊小溝小溪地表水或者村民打井自給，城關(guān)鎮(zhèn)西片用水水源為縣河水庫。遇到旱季，當(dāng)?shù)毓┧畤?yán)重不足，縣河水庫供水只能滿足縣河沿途及縣城東片應(yīng)急用水，居住點(diǎn)高的城關(guān)鎮(zhèn)西片居民無水可用。從1950—2013年，當(dāng)?shù)毓舶l(fā)生不同頻率干旱64次，尤以春夏旱最多。

2 供水存在問題

2.1 干旱用水缺口較大

至規(guī)劃水平年(2025年)，試馬鎮(zhèn)、捉馬溝村、城關(guān)鎮(zhèn)西片常住人口將達(dá)到4.837萬人，居民最高日綜合生活用水量將達(dá)到5454.82 m3/d。城鎮(zhèn)的發(fā)展、用水量的增加，使得當(dāng)?shù)赜盟抗┬杳苋找嫱怀觯F(xiàn)有的供水量在有旱情的情況下很難滿足供水需要。

2.2 區(qū)內(nèi)水資源開發(fā)利用低

水庫的合理調(diào)蓄利用率低，沒有充分發(fā)揮水庫最大的興利庫容。試馬水庫、捉馬溝水庫除滿足水庫下游居民用水外還有168.5萬m3，水資源沒有充分利用，水庫功能沒有充分發(fā)揮，尤其是特大干旱期，一方無水可用，靠天吃飯，一方供水有余，水資源嚴(yán)重不均衡。

2.3 抗旱能力不足

由于管理松懈，全縣抗旱工程受損率高達(dá)40%。加之預(yù)警設(shè)施不完善，干旱預(yù)警水平低，導(dǎo)致干旱不能及時(shí)預(yù)警，應(yīng)急抗旱響應(yīng)滯后，不能及時(shí)調(diào)度最大的水庫調(diào)蓄作用，使得旱期受損嚴(yán)重。

3 需水量預(yù)測及水源地選擇

3.1 需水量預(yù)測

2013年，試馬3鎮(zhèn)總計(jì)人口45 295人，按照人口自然增長率0.6%，預(yù)測到2025年人口為48 375人。根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》及《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》，參照《陜西省行業(yè)用水定額》，綜合分析預(yù)測項(xiàng)目區(qū)人口最高日綜合生活設(shè)計(jì)水平年用水定額試馬鎮(zhèn)和捉馬溝村為60 L/d，城關(guān)鎮(zhèn)西片區(qū)為80 L/d；抗旱應(yīng)急期試馬鎮(zhèn)、捉馬溝村、城關(guān)鎮(zhèn)西片為40 L/d。根據(jù)調(diào)查用水村副業(yè)企業(yè)主要有養(yǎng)雞場、養(yǎng)羊場、餐飲服務(wù)企業(yè)等，共計(jì)43家。工業(yè)用水定額參考能源出版社《水質(zhì)技術(shù)工作手冊》、城鄉(xiāng)建設(shè)環(huán)境保護(hù)部主編的《工業(yè)用水定額》及《陜西省行業(yè)用水定額》等綜合確定，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析預(yù)測：平均用水定額為25 m3/d。鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水取值10%。一般按居民生活用水量、公建用水量、集體或?qū)I(yè)戶飼養(yǎng)畜禽用水量之和的10%～25%計(jì)列。本次設(shè)計(jì)取值10%。設(shè)計(jì)水平年需水量預(yù)測成果見表1，抗旱應(yīng)急期需水量預(yù)測成果見表2。

表1 設(shè)計(jì)水平年需水量預(yù)測成果表

表2 抗旱應(yīng)急期需水量預(yù)測成果表

最高日平均時(shí)供水量：設(shè)計(jì)水平年

(1)

式(1)中：Qd為設(shè)計(jì)水平年合計(jì)水量，5454.82 m3/d；kh為時(shí)變化系數(shù)，取1.5；T為一天供水時(shí)間，24×3600 s。經(jīng)計(jì)算，最高日平均時(shí)供水量Qcp為0.095 m3/s。

同理，利用公式(1)計(jì)算抗旱應(yīng)急期最高日平均時(shí)供水量Qcp為0.061 m3/s，則最高日最高時(shí)供水量：設(shè)計(jì)水平年

(2)

式(2)中：Qcp為設(shè)計(jì)水平年最高日平均時(shí)供水量，為0.095m3/s;kh為日供水量變化系數(shù)，取1.6。

經(jīng)計(jì)算，Qmax為0.152m3/s。同理，利用公式(2)，計(jì)算出抗旱應(yīng)急期，Qmax為0.098m3/s。

依據(jù)以上需水量預(yù)測到2025設(shè)計(jì)水平年，人口達(dá)到48 375人，最高日需水量為5454.82m3/d；抗旱應(yīng)急期最高日需水量為3523.85m3/d。

3.2 水源地選擇

根據(jù)商南縣地形、地貌、地質(zhì)條件等特點(diǎn)，區(qū)內(nèi)地下水由于徑流排泄條件較好，水循環(huán)交替作用積極，水化學(xué)的形式主要為溶濾作用，境內(nèi)地下水的pH值為7.9～8.0，屬于中性-微堿性水，水質(zhì)為重碳酸鈣型水及重碳酸鈣+鎂型水。工程地區(qū)地下水水位埋深50～180m，深層地下水開采費(fèi)用大、耗時(shí)耗力，應(yīng)優(yōu)先考慮地表水。

供水區(qū)周邊最近的可利用的地表水源點(diǎn)有試馬水庫、捉馬溝水庫。試馬水庫位于丹江二級(jí)支流試馬河中下游，以灌溉為主，兼有供水，向下游居民生活和工業(yè)供水等綜合利用功能，其中控制灌溉面積200hm2[2]，通過輸水洞線東干渠為下游群眾提供生活、工業(yè)用水，年供水量90萬m3，供水人口1.1萬人。水庫原設(shè)計(jì)總庫容264萬m3，有效庫容170萬m3。捉馬溝水庫位于捉馬溝流域中上游[3]，以灌溉為主，兼有供水，向下游居民生活和工業(yè)供水等綜合利用功能，其中控制灌溉面積100hm2，通過干渠為下游群眾提供生活、工業(yè)用水，年供水量60萬m3，共計(jì)0.35萬人。水庫設(shè)計(jì)總庫容41.9萬m3，有效庫容17.7萬m3。經(jīng)對(duì)試馬水庫、捉馬溝水庫的水質(zhì)、水壓、供水進(jìn)行實(shí)際考察，取水方案綜合分析得出：試馬水庫、捉馬溝水庫有效庫容滿足95%供水保證率應(yīng)急用水要求，并有剩余，可作為長期穩(wěn)定的水源地，而且距項(xiàng)目區(qū)近，選擇試馬水庫、捉馬溝水庫作為本次應(yīng)急水源是最佳方案。

4 供水方案

4.1 供水任務(wù)及標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合商南縣實(shí)際，本著突出重點(diǎn)，統(tǒng)籌兼顧，因地制宜，量力而行的實(shí)施方案原則，綜合確定兩座水庫聯(lián)合供水規(guī)模5454.82m3/d，干旱期應(yīng)急期供水3523.85m3/d，以解決試馬鎮(zhèn)、捉馬溝村、城關(guān)鎮(zhèn)西片4.8375萬人口應(yīng)急供水。該水源連通工程從商南縣西邊最近的試馬水庫、捉馬溝水庫提水，經(jīng)11.92km的輸水管道沿312國道提水到五里牌村高位蓄水池，以解決三鎮(zhèn)供水需求。

4.2 工程布置

試馬水庫泵站位置定于試馬水庫大壩左岸壩前路邊壩腳處，建36m2抽水站房一座，安裝抽水設(shè)備，輸水管線沿試馬溝左岸耕地至溝口312國道G1+752m處，穿過橋洞，后沿312國道南邊過試馬鎮(zhèn)、安家溝梁、安家溝、龍背溝、邵家溝至觀音堂G5+274m處穿過312國道涵洞沿312國道北邊經(jīng)井路溝、捉馬溝、楊樹嶺、蒲溝于張家村G10+285m處穿過312國道橋下沿國道南邊經(jīng)郭家村、石窯溝至五里牌村高位水池，管線總長11.92km。捉馬溝水庫抽水站建在右岸溢洪道前臺(tái)地上，輸水管道沿溢洪道右岸墻頂至上壩路，沿上壩路右側(cè)至溝口G1+380m312國道處，管線長1380m，修建閘閥井，與試馬水庫—高位水池管線連接，向五里牌高位水池供水。供水流程見圖1。

圖1 供水流程

4.3 管材選擇

常見的輸水管材有鋼管、球墨鑄鐵管、PVC-U管、PE管等。鋼管耐壓高，但費(fèi)用最高，需要作內(nèi)外防腐處理；球墨鑄鐵管具有耐久性強(qiáng)、承擔(dān)壓力高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)有鋼管易腐蝕的缺點(diǎn)，造價(jià)較高；PVC-U管具有較好的抗拉、抗壓強(qiáng)度，但其柔性不如其他塑料管，耐腐蝕性優(yōu)良，價(jià)格在各類塑料管中最便宜，但低溫下較脆，粘接、承插膠圈連接、法蘭螺紋連接。由于本次供水彎道較多，從而產(chǎn)生的管件、止水等較多，安裝困難，且管道漏損量大；PE管具有內(nèi)壁光滑、耐腐蝕、重量輕、運(yùn)輸安裝方便、維護(hù)維修簡單、施工方便、工程綜合造價(jià)低、輸水性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)綜合分析比較，結(jié)合本次設(shè)計(jì)輸水管線地形條件、管道壓力及管基礎(chǔ)地質(zhì)情況，本次設(shè)計(jì)輸配水管推薦采用PE聚乙烯管。

4.4 水泵選擇

分別在試馬水庫和捉馬溝水庫修建提水泵站，泵站位置分別定于試馬水庫大壩左壩肩處和捉馬溝水庫大壩上游右岸溢洪道附近岸坡處。新建兩座抽水站，面積57 m2，其中試馬水庫泵站21 m2，捉馬溝水庫泵站36 m2，向水廠內(nèi)抽送原水的取水泵站。

泵站設(shè)計(jì)流量應(yīng)為最高日工作時(shí)用水量：

(3)

式(3)中：Q為泵站設(shè)計(jì)流量，m3/h；W為最高日用水量，m3；T為日工作時(shí)間，h,根據(jù)凈水構(gòu)筑物(或凈水器)的設(shè)計(jì)凈水時(shí)間、清水池的設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)能力、高位水(或水塔)的設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)能力確定。

因?yàn)樵囻R、捉馬溝兩座水庫設(shè)計(jì)聯(lián)合供水規(guī)模5454.82 m3/d，按照平均分配的方式，則試馬水庫五里牌蓄水池設(shè)計(jì)流量等于捉馬溝水庫五里牌高位水池設(shè)計(jì)流量，經(jīng)計(jì)算，提水泵站設(shè)計(jì)流量為227 m3/h?？紤]到水庫淤積、水泵的損失和其他不穩(wěn)定因素，可選擇斜臥式潛水軸流泵和FUU型潛水泵做方案比較。

方案一：斜臥式潛水軸流泵進(jìn)水池由斜坡護(hù)岸式，即進(jìn)水池底板采用較小厚度的混凝土，后墻、側(cè)墻均為1∶2斜坡護(hù)坡。后墻混凝土斜坡護(hù)巖兼作機(jī)泵基礎(chǔ)，上面固定軌道和出水管道，泵體可沿軌道上下移動(dòng)，機(jī)泵出水口與出水管道采用自動(dòng)耦合接口連接，進(jìn)水底板下第三層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層利用漿砌石加固，在已澆注好的管道支座上準(zhǔn)確調(diào)整管道位置，確保安裝角度和安裝高程的準(zhǔn)確性，然后固定好管道。

方案二：FUU型潛水泵方案。把潛水泵和浮桶結(jié)合，使水泵漂浮在水面上抽水，解決了水庫有淤泥、泥沙等時(shí)安裝、運(yùn)行不方便的問題。單級(jí)揚(yáng)程高，可降低整個(gè)機(jī)組的高度，增加運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。安裝時(shí)只需要將浮船式水泵接好軟管或者鋼管，接好潛水電纜后，吊到水中就可以，這樣水泵就可以漂浮在水面上抽水。

綜合上述分析比較，F(xiàn)UU型潛水泵土建投資較小，運(yùn)行可靠性低，后期維護(hù)難度大；斜臥式潛水軸流泵土建投資大，運(yùn)行可靠性較高，斜臥式潛水軸流泵解決了水庫有淤泥、泥沙等運(yùn)行難問題，后期管理、維護(hù)簡單。因此，本次試馬溝水庫和捉馬溝水庫取水方案選用斜臥式潛水軸流泵。

試馬溝水庫泵站設(shè)計(jì)取水管進(jìn)口高程為516.90 m,輸水管出口高程為533.00 m，高差h=16.1 m，考慮水頭損失為51 m。因此，試馬溝水庫選取斜臥式潛水軸流泵型號(hào)為LL1230-80-90，泵站揚(yáng)程為80 m。泵站提升高度大于高差，滿足供水需求。

捉馬溝水庫泵站設(shè)計(jì)取水管進(jìn)口高程為560.12 m,輸水管出口高程為533.00 m，高差h=27.12 m，捉馬溝需從庫區(qū)提水至泵站573.00 m，高差為12.88 m，捉馬溝壩頂至出水口高差為40 m，考慮水頭損失21.84 m，因此實(shí)際高差h=18.16 m，捉馬溝水庫選取斜臥式潛水軸流泵型號(hào)為LL1260-22-30，泵站揚(yáng)程為22 m，泵站提水升至573.00 m即可滿足供水需求。

4.5 管徑選擇

該供水工程日最大供水規(guī)模為5454.82 m3/d。試馬水庫水源設(shè)計(jì)取水管進(jìn)口高程為516.90 m，輸水管出口高程為533.00 m，高差h=16.1 m；捉馬溝水庫水源設(shè)計(jì)取水管進(jìn)口高程為560.12 m，輸水管出口高程為533.00 m，高差h=27.12 m，根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》，可先按經(jīng)濟(jì)流速通過計(jì)算確定管徑并進(jìn)行管道水力計(jì)算。本工程管線山區(qū)翻山、過溝次數(shù)多，為減少管道淤積，經(jīng)濟(jì)流速選1.4 m/s。

方案一：計(jì)算管徑，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

(4)

式(4)中:流量Q為0.152 m3/s,流速V為1.4 m/s,則D1為372 mm。

考慮到其他可能發(fā)生情況，設(shè)計(jì)采用標(biāo)稱管徑Φ400 mmPE管(1.6 MPa)。

比較方案二：按照《商南縣縣城總體規(guī)劃》，隨著“東擴(kuò)南移西延北改”建設(shè)方略的實(shí)施，商南縣供水嚴(yán)重不足，商南縣規(guī)劃修建清油河水庫取水，為了不重復(fù)建設(shè)，充分利用已成試馬水庫—高位水池管道，建議管道采用規(guī)劃管徑DN630的PE管。

經(jīng)計(jì)算，備用水源至水廠原水輸水管計(jì)算成果見表3。

表3 備用水源至水廠原水輸水管計(jì)算成果表

4.6 輸水管線工程

供水管線沿線最大凍土層深度約32 cm，為確保管道運(yùn)行安全，考慮沿線機(jī)耕路及村莊較多，管頂覆土厚度確定耕地為0.8 m，非耕地路邊為0.7 m，公路和機(jī)耕路為0.9 m。在管線的隆起點(diǎn)或平直段長度大約0.5 km時(shí)設(shè)置排氣閥，在管線的低凹處或直線長度大于1.5 km時(shí)設(shè)置泄水閥；在管線直線長度大于5 km時(shí)設(shè)置檢修閥；縱斷面與建筑物銜接段管道比降不大于1∶2.5；縱向穿越的小溝道段埋深適當(dāng)加大，以滿足沖刷要求；與其他如通信光纜、管線等線路建筑物交叉時(shí)，滿足相應(yīng)行業(yè)凈距要求。

在供水管道基礎(chǔ)處理中，在管道下面鋪設(shè)20 cm細(xì)土或細(xì)砂作為墊層，管道兩側(cè)采用中砂或細(xì)土回填至管頂；管頂以上50 cm采用原土或砂礫石人工夯實(shí)回填，壓實(shí)度不小于0.90，上部亦采用原土機(jī)械壓實(shí)回填至原地面，按路面要求壓實(shí)，管溝兩側(cè)臨時(shí)開挖坡比為1∶0.75，巖基采用管溝臨時(shí)開挖坡比1∶0.3。

5 結(jié) 論

近年來，商南縣旱災(zāi)頻發(fā)，試馬鎮(zhèn)等3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)用水越來越緊張。通過利用試馬水庫、捉馬水庫聯(lián)合配置調(diào)水的方式，供水5454.82 m3/d，可作為試馬鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)西片供水水源的補(bǔ)充，不僅可以極大地緩解試馬鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)的供水壓力，保證試馬水庫和捉馬溝水庫下游河道的生態(tài)蓄水，對(duì)合理開發(fā)利用水資源、防止環(huán)境惡化起到了一定的作用，還可以有效地促進(jìn)商南縣國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

[1] 魏傳晉.商南縣林業(yè)發(fā)展方向與思路[J].陜西林業(yè)科技,2011(3):88-89.

[2] 葉有烽.試馬水庫除險(xiǎn)加固建設(shè)及效益分析 [J].地下水，2014(6):191-192.

[3] 王棟，郝露宇.捉馬溝水庫側(cè)槽溢洪道水面線計(jì)算[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014(36):401-402.

王啟明(1976-)，男，工程師，主要從事水利工程勘測、設(shè)計(jì)和施工管理。

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