和順縣抗旱應(yīng)急工程布控方案探析

劉宏偉

（和順縣水利局，山西 和順 032700）

1 概況

和順縣位于山西省東部，東依太行山，與河北省交界，全縣東西長(zhǎng)約75 km，南北寬約30 km，平均海拔高程1 300 m，國(guó)土面積為2 250 km2，是晉中市面積最大的縣。全縣轄10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，294個(gè)行政村，全縣總?cè)丝?4.38萬(wàn)人，縣境內(nèi)黃河流域面積460 km2，流域內(nèi)人口0.59萬(wàn)人，海河流域面積1 790 km2，流域內(nèi)人口13.79萬(wàn)。地貌總體為中低山地貌，素稱“七山二水一分田”，地形中高周低，呈西南—東北走向。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，是全省高寒山區(qū)之一，屬半濕潤(rùn)地區(qū)，多年平均氣溫為6.2℃，多年平均降水量506 mm，多年平均蒸發(fā)量1 616 mm（20 cm蒸發(fā)皿）。

和順縣河流水系可概括為2大流域（黃河流域和海河流域）、3大水系（汾河水系、子牙河水系和南運(yùn)河水系）、4大主流（清漳東源、清漳西源、松溪河、木瓜河）及13條支流。

和順縣地處太行山大背斜西翼，沁水凹陷區(qū)東緣，地層自南東向西北由老而新呈單斜狀排列，主要構(gòu)造線平行于太行山背斜軸。根據(jù)縣境含水巖組的分布，以及各類控水構(gòu)造的特點(diǎn)，全縣地下水可分為孔隙水分布區(qū)、層間砂巖裂隙水區(qū)、層間灰?guī)r裂隙巖溶水區(qū)、石灰?guī)r裂隙巖溶水區(qū)、石英砂巖裂隙水區(qū)、裂隙巖溶水區(qū)6個(gè)不同的水文地質(zhì)單元，水質(zhì)大部為碳酸鈣鎂型。

2 工程布控

2.1 工程存在的短板

從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，對(duì)資源的過(guò)度索取，加上降水的逐年減少，和順縣面臨著日益嚴(yán)重的水生態(tài)文明挑戰(zhàn)，水面率銳減，四大主流失去近30%的末稍水，山間斷頭河大幅度增加，主要表現(xiàn)為：旱井、旱窖無(wú)水可蓄；小泉、小水干枯，不少水利工程水量銳減，導(dǎo)致人畜飲水工程及灌溉工程水源保證率下降。

由于工程建設(shè)期投資少、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、材料緊缺、運(yùn)行管理落后等原因，出現(xiàn)了工程老化失修，管材或管件腐化，管壁破裂，蓄水設(shè)施滲漏等問(wèn)題，再者沒(méi)有大型控制性水利工程，特別是飲水工程單村供水工程涉及到227個(gè)行政村，7.1萬(wàn)人，沒(méi)有形成覆蓋全縣的大水網(wǎng)，各自為戰(zhàn)、分散管理，影響工程穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行。

由于生產(chǎn)、生活和企業(yè)廢水的不合理排放，以及水源地保護(hù)機(jī)制的落后，淺層地下水受到沉積、下滲污水影響，局部地區(qū)水質(zhì)硬度和硫酸鹽超標(biāo)，微生物指標(biāo)總大腸桿菌群和菌落總數(shù)超標(biāo)，達(dá)到飲水工程總數(shù)的30%，水質(zhì)的蛻變制約著水利工程的良性運(yùn)行。

公路、鐵路等大型工程建設(shè)以及煤礦開(kāi)采，破壞了隔水層，疏干了部分地表水，改變了地表水和地下水的徑流、補(bǔ)給與排泄條件，導(dǎo)致河川徑流減少、水位下降或干枯，原水源工程破壞，出現(xiàn)新的飲用水問(wèn)題。

2.2 合理布控

2.2.1 布控思路

以降低洪、澇、旱等自然災(zāi)害帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，提高農(nóng)村土地和水資源利用率，平衡生態(tài)用水、生活用水、農(nóng)業(yè)用水三者之間的關(guān)系為目的，結(jié)合和順縣的行政區(qū)劃、村莊分布，以地形、地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)為標(biāo)識(shí)，以地表河流、地下儲(chǔ)水為主線，以控制性建筑物為載體，利用應(yīng)急水源工程建設(shè)，分區(qū)布控整個(gè)和順?biāo)Y源，構(gòu)建完美的引、蓄、控水利體系。

堅(jiān)持全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展理念，實(shí)現(xiàn)從分散治理到系統(tǒng)治理的轉(zhuǎn)變，通過(guò)抗旱應(yīng)急工程建設(shè)脫開(kāi)區(qū)域、季節(jié)、時(shí)空局限，變各自為戰(zhàn)為協(xié)同作戰(zhàn)。通過(guò)抗旱應(yīng)急工程建設(shè)，構(gòu)建覆蓋全縣河流水系、水利基礎(chǔ)設(shè)施體系、管理運(yùn)行體系的云平臺(tái)。通過(guò)抗旱應(yīng)急工程建設(shè)，把水環(huán)境意識(shí)融合在新農(nóng)村建設(shè)中。

著力解決水利發(fā)展中存在的不平衡不充分問(wèn)題，真正實(shí)現(xiàn)多源互補(bǔ)，保障應(yīng)急，豐枯調(diào)劑，節(jié)水環(huán)保，努力為人民創(chuàng)造更干凈、更可靠水生態(tài)環(huán)境。

2.2.2 水源布控

結(jié)合以上布局理念，經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析和順縣域的河流水系、地質(zhì)水文等特點(diǎn)，對(duì)抗旱應(yīng)急工程進(jìn)行分區(qū)布置，對(duì)抗旱應(yīng)急用水對(duì)象進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，全縣共分為4個(gè)抗旱工程應(yīng)急區(qū)，7個(gè)供水單元。

西部山區(qū)，地表水資源豐富，徑流充沛，流域內(nèi)森林覆蓋率高，水源工程以開(kāi)發(fā)利用淺層地表水，進(jìn)行“活水周流”建設(shè)為抓手，以提高用水保障為核心，改變生產(chǎn)、生活條件和生態(tài)環(huán)境為目的，結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉、人畜飲水，進(jìn)行河、擋、排、引、提、蓄、控統(tǒng)籌規(guī)劃，共由3個(gè)單元組成，即馬坊鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急工程、橫嶺鎮(zhèn)抗旱應(yīng)急工程和陽(yáng)光占鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急工程。

中北部丘陵區(qū)，所屬義興鎮(zhèn)、牛川鄉(xiāng)，由于長(zhǎng)時(shí)間煤炭開(kāi)采，致使地下水資源滲漏嚴(yán)重，地表水水質(zhì)較差，且水量不足，利用現(xiàn)有戀思水庫(kù)作為水源，以調(diào)為主，新建高位蓄水池，以長(zhǎng)藤結(jié)瓜式通過(guò)管道延伸輸水到受益村。

中南部丘陵區(qū)，所屬喂馬鄉(xiāng)，東部露天煤礦開(kāi)采破壞嚴(yán)重，西部?jī)x嶺河段常年有地表徑流，流域內(nèi)為砂頁(yè)巖森林山地，水源工程以截、蓄為主，通過(guò)建高噴防滲墻抬高地下水位，經(jīng)過(guò)入滲處理，滿足抗旱應(yīng)急要求。

東部山區(qū)，森林覆蓋率較好，常年有泉水出漏，并且轄區(qū)內(nèi)有控制性水利工程，特別是水源工程經(jīng)過(guò)更新改造完全可滿足需求，管網(wǎng)可進(jìn)行維修改造和延伸，由2個(gè)單元組成，即松煙鎮(zhèn)抗旱應(yīng)急工程、平松鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急工程。

2.2.3 建筑設(shè)施布控

在確定水源工程建設(shè)方案后，確定設(shè)計(jì)流量、經(jīng)濟(jì)管徑、裝機(jī)容量等。

加壓泵站的選址以充分利用水源水頭壓力，降低供水揚(yáng)程為出發(fā)點(diǎn)，合理確定泵站廠房和管理用房的規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)，使建筑物的設(shè)計(jì)和施工均能達(dá)到國(guó)家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。高位水池的選址重點(diǎn)考慮供水對(duì)象，以滿足其水頭要求為目的。

輸水管道采用全封閉管道，以減少輸水過(guò)程中的水量損失，降低多余的輸水損失帶來(lái)的能耗，輸水管線盡量考慮地形地貌條件，減少線路中的水平或豎向轉(zhuǎn)彎，采取平滑曲線以降低管道局部損失；管材的選擇以滿足工程使用壽命、安全運(yùn)行為前提，盡可能選擇管壁糙率小、水流條件好的管材，以減少管道沿程水頭損失。

設(shè)備的選型采用同類產(chǎn)品中較為成熟和先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，選用運(yùn)行效率高節(jié)能效果好的產(chǎn)品，保證在各個(gè)工況下的正常運(yùn)行；要分析其運(yùn)行管理模式，充分利用設(shè)備的調(diào)節(jié)能力，合理確定水泵機(jī)組的開(kāi)機(jī)數(shù)量和時(shí)間，確保機(jī)組高效運(yùn)行，盡可能減少能量消耗，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行調(diào)度方案，確定每個(gè)單元抗旱應(yīng)急的供給能力。

3 工程建設(shè)方案

3.1 西部山區(qū)

3.1.1 馬坊鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急工程

工程位于黃河流域，其主流木瓜河屬汾河水系，主要支流有里斯河、西馬泉河和樹(shù)石河。綜合該區(qū)地形、地質(zhì)、水資源以及工程特點(diǎn)，方案對(duì)比后，確定在馬坊村西500 m西馬泉河下游興建抗旱應(yīng)急水源。該處地勢(shì)西南高、東北低，為中低山區(qū)，河流流向?yàn)椤癝”型，調(diào)蓄段流向S60°—70°E。工程所在位置的控制流域面積192 km2，河道長(zhǎng)20.64 km，流域比降9.13‰，流域地貌為石山區(qū)、土石山區(qū)、河谷階地區(qū)三種類型。該處年徑流均值776.05萬(wàn)m3，地表年徑流均值722.71萬(wàn)m3，基流均值53.34萬(wàn)m3，保證率97%年徑流量50.18萬(wàn)m3，30年一遇洪峰流量362.4 m3/s，10年一遇洪峰流量179.9 m3/s。本區(qū)接受大氣降水補(bǔ)給，地下水類型為碎屑巖類基巖裂隙水和松散巖類空隙水，富水性好，地下水埋藏淺，兩岸地下水補(bǔ)給河水，為補(bǔ)給型河谷。

工程主要由水源工程、輸水工程、調(diào)蓄工程組成。方案確定在水源處建箱式截滲墻，在截滲墻前設(shè)100m3水池，輸水管置于水池內(nèi)，采用DE 160的PE管引水至樁號(hào)0+377處；并在該處設(shè)分水口，保障6 hm2基本口糧田的灌溉要求，管線長(zhǎng)377 m。樁號(hào)0+377至泵站集水池采用DE 160的PE管輸水，管線長(zhǎng)1 542 m，泵站、集水池建于樁號(hào)1+919處，泵站、集水池至高位500 m3水池（新建）采用DE 75的PE管，管線長(zhǎng)81 m；500 m3水池與飲用水干管銜接，采用DE 75的PE管，管長(zhǎng)500 m。設(shè)計(jì)流量6.87 m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程52.34 m，裝機(jī)1臺(tái)，容量3 kW，并架設(shè)30 kVA專用變臺(tái)。該工程特別是干旱時(shí)期保證馬坊鄉(xiāng)0.16萬(wàn)人、6 hm2基本農(nóng)田的用水需求。

3.1.2 橫嶺鎮(zhèn)抗旱應(yīng)急工程

橫嶺鎮(zhèn)位于和順縣清漳河西源上游，屬海河流域南運(yùn)河水系，主要支流有橫嶺河、龍旺河、沙峪河和枯河。橫嶺鎮(zhèn)抗旱應(yīng)急工程，水源位于橫嶺村西北1 100 m的清漳河西源支流橫嶺河上，該處水源上游流域面積10.8 km2，河道長(zhǎng)2.87 km，流域比降20.88‰，年徑流均值74.54萬(wàn)m3，地表年徑流均值61.58萬(wàn)m3，基流均值12.96萬(wàn)m3，保證率97%年徑流量10.14萬(wàn)m3，30年一遇洪峰流量127.4 m3/s，10年一遇洪峰流量87.2 m3/s。

該處為中低山區(qū)，調(diào)蓄水段流向S40°—50°E，水源處建滾水壩，滾水壩為折線形，高5 m，基礎(chǔ)深3.5 m，壩長(zhǎng)62 m，滾水壩前設(shè)無(wú)沙混凝土濾水管，周圍填級(jí)配較好的混合料，輸水管置于無(wú)沙混凝土濾水管內(nèi)，采用DE 90的PE管，管長(zhǎng)875 m引水至泵站集水池，在樁號(hào)0+875處建提水泵站，裝機(jī)1臺(tái)，容量3 kW，設(shè)計(jì)流量9.21 m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程31.33 m，采用DE 90的PE管，管長(zhǎng)171 m，抽水到500 m3水池，新水池并網(wǎng)采用DE 90的PE管，管長(zhǎng)500 m，DE 110的PE管，管長(zhǎng)500 m。該工程特別是干旱時(shí)期保證橫嶺鎮(zhèn)0.2萬(wàn)人的基本用水需求。3.1.3 陽(yáng)光占鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急工程

陽(yáng)光占鄉(xiāng)位于和順縣清漳河西源下游，屬海河流域南運(yùn)河水系。陽(yáng)光占抗旱應(yīng)急水源工程位于陽(yáng)光占村西500 m的清漳河西源主流上，水源上游流域面積309 km2，河道長(zhǎng)37.64 km，流域比降8‰，內(nèi)有石山區(qū)、黃土丘陵區(qū)、沙頁(yè)巖土石山區(qū)以及河谷臺(tái)地。該處年徑流均值2 032.02萬(wàn)m3，地表年徑流均值1 627.22萬(wàn)m3，基流均值404.8萬(wàn)m3，保證率97%年徑流量376.33萬(wàn)m3，30年一遇洪峰流量568.5 m3/s，10年一遇洪峰流量286 m3/s。

工程方案在水源地段左岸建圓形透河大口井，大口井為無(wú)壓非完全井，直徑4 m，井深8 m，水源旁建提水泵站，泵站至陽(yáng)光占村現(xiàn)有水池采用DE 110的PE管，管長(zhǎng)431m，裝機(jī)1臺(tái)，容量3 kW，設(shè)計(jì)流量9.13 m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程39.16 m；泵站至500 m3（新建）水池采用DE 90的PE管，管長(zhǎng)206 m，裝機(jī)1臺(tái)，容量2.2 kW，設(shè)計(jì)流量5.87 m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程25.76 m，新水池并網(wǎng)采用DE 90的PE管，管長(zhǎng)463 m。該工程特別是干旱時(shí)期保證陽(yáng)光占鄉(xiāng)0.25萬(wàn)人的基本用水需求。

3.2 中北部丘陵區(qū)

義興鎮(zhèn)牛川鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急工程，該區(qū)地處太行山中南段的西部，地勢(shì)西北高、東南低，屬構(gòu)造剝蝕中山地貌，有清漳河及其支流東源和西源。該應(yīng)急工程以清漳東源主流張翼河上游的戀思水庫(kù)為水源，通過(guò)管網(wǎng)延伸覆蓋義興鎮(zhèn)、牛川鄉(xiāng)，工程設(shè)計(jì)為利用戀思水庫(kù)的供水水頭，延伸DN 300球墨鑄鐵管4.52 km到加壓泵站，加壓泵站設(shè)在義興鎮(zhèn)劉家窯附近，泵站設(shè)計(jì)流量80 m3/h，揚(yáng)程105.6 m，鋪設(shè)DN 200鋼管0.9 km，輸水到3 000 m3高位水池（新建），裝機(jī)2×22 kW，抗旱期間提水量15.4萬(wàn)m3；從3 000 m3水池鋪設(shè)DN 315的PE管4.7 km，途徑各個(gè)受益村，利用重力流方式輸水到牛川鄉(xiāng)供水站，并新建1 000 m3蓄水池，在牛川供水站設(shè)加壓泵站，設(shè)計(jì)流量24.5 m3/h，揚(yáng)程67 m，鋪設(shè)DN 160的PE管8.7 km，輸水到牛川村高位池。本工程特別是干旱時(shí)期保證義興鎮(zhèn)2.60萬(wàn)人，牛川鄉(xiāng)1.45萬(wàn)人基本用水需求。

3.3 中南部丘陵區(qū)

喂馬鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急工程，位于喂馬鄉(xiāng)大佛頭村東南550m的清漳西源支流儀嶺河上，控制流域面積37.9km2，河道長(zhǎng)7.72 km，流域比降38.5‰。流域呈東北高、西南低，兩岸臺(tái)地，上部為黃土丘陵，下部煤炭資源儲(chǔ)藏豐富，保證率97%年徑流量111.4萬(wàn)m3，30年一遇洪峰流量157.3 m3/s，10年一遇洪峰流量85.9 m3/s。工程設(shè)計(jì)為水源工程處對(duì)河床段（樁號(hào)0+000-0+192）進(jìn)行高噴灌漿處理，底部深入基巖1 m，高噴防滲墻頂部公路西側(cè)設(shè)寬20 m，長(zhǎng)3 m的人字閘，高噴防滲墻頂部公路東建土質(zhì)堤壩，頂寬3 m，上游12 m處建漿砌石截水廊道，廊道末端建集水井，內(nèi)徑3 m，深9 m，通過(guò)泵站加壓到高位水池，泵站設(shè)計(jì)流量83.84 m3/h，揚(yáng)程54 m，裝機(jī)1臺(tái)，容量25 kW，鋪設(shè)DN 150球墨鑄鐵管3.5 km。本工程特別是干旱時(shí)期保證喂馬鄉(xiāng)1.88萬(wàn)人基本用水需求。

3.4 東部山區(qū)

平松鄉(xiāng)抗旱應(yīng)急工程，位于清漳東源的三級(jí)支流瓦房河上，工程所在位置控制流域面積72.6 km2，河道長(zhǎng)16 km，流域比降17.41‰，產(chǎn)流地為灰?guī)r土石山區(qū)，匯流地類為灌叢山地，保證率97%年徑流量102萬(wàn)m3，30年一遇洪峰流量249.9 m3/s，10年一遇洪峰流量128.7 m3/s。方案以瓦房供水站萬(wàn)方蓄水池（防滲維修）為水源地，經(jīng)過(guò)泵站加壓，提水到楊坡垴，建100 m3水池，利用重力水自壓與原飲水管道并網(wǎng)，鋪設(shè)DN 100鋼管4.2 km，設(shè)計(jì)流量9.91 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程178.87 m，裝機(jī)1臺(tái)，容量13 kW，本工程特別是干旱時(shí)期保證平松鄉(xiāng)0.27萬(wàn)人的基本用水需求。

松煙鎮(zhèn)抗旱應(yīng)急工程，位于清漳東源支流松煙河海眼寺，工程所在位置控制流域面積175 km2，河道長(zhǎng)5.47 km，流域比降6.7‰，保證率97%年徑流量10.14萬(wàn)m3。本設(shè)計(jì)在原海眼寺灌溉工程基礎(chǔ)上進(jìn)行維修與更新，海眼寺灌溉工程始建于1992年，由樞紐工程和管線工程組成，根據(jù)現(xiàn)有工程存在的問(wèn)題，本次方案清除沖沙閘啟閉機(jī)剝蝕的混凝土，并重新澆筑，清除滾水壩表面剝蝕層，并重新澆筑表面混凝土，對(duì)閘門、啟閉機(jī)設(shè)施進(jìn)行更換，對(duì)輸水管道進(jìn)行更換，更換長(zhǎng)度2.5 km。本工程特別是干旱時(shí)期保證松煙鎮(zhèn)1.5萬(wàn)人的基本用水需求，并為106.67 hm2基本口糧田提供灌溉用水應(yīng)急保障。

4 結(jié)語(yǔ)

抗旱應(yīng)急工程以控制性水利工程為骨架，靈活工程建設(shè)模式，真正以實(shí)地勘察、科學(xué)論證、因地制宜為優(yōu)化建設(shè)方案的前提，把舊工程改造、管網(wǎng)延伸、地表水開(kāi)發(fā)、環(huán)保與節(jié)能進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了抗旱應(yīng)急工程與原有水利工程的有效牽手，健全了和順縣水網(wǎng)總體布局，形成了抗旱水脈支撐體，為水利設(shè)施建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。