三原縣城用水需求預(yù)測(cè)及水源方案探析

劉素梅

（陜西省三原縣水利工作隊(duì)，陜西 三原 713800）

三原縣位于關(guān)中盆地中部、渭河以北，咸陽(yáng)市東北部，總面積576.9 km2。清河自西向東穿城而過(guò)，城區(qū)總面積14 km2，人口13萬(wàn)人。三原縣屬暖溫帶大陸性氣候區(qū)，春暖干燥少雨，夏熱陣雨伏旱，秋涼氣爽多陰雨，冬寒少雨少雪，多年平均降水量536.6 mm。三原縣地表水資源相對(duì)貧乏，境內(nèi)主要河流有清峪河、濁峪河、趙氏河。由于各河上均有水庫(kù)，所以河道流量很小，且部分河段污染嚴(yán)重。全縣地下水資源量約為1億m3，可開(kāi)采量為0.7億m3，目前已開(kāi)采量0.45億m3。隨著三原縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，縣城供水矛盾重重，需對(duì)縣城未來(lái)用水需求和解決用水方案進(jìn)行探析。

1 供水現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1． 1 供水現(xiàn)狀

目前三原縣城供水由馮村水庫(kù)引水，經(jīng)馮村水廠凈化處理后，由一條7.2 km的輸水管道，將水輸送到魯橋調(diào)蓄調(diào)壓池，自流輸送到城區(qū)配水管網(wǎng)，全城區(qū)共鋪設(shè)配水管網(wǎng)71 km，自來(lái)水供水普及率73%。20017年縣城人口13萬(wàn)人，其中自來(lái)水供水人口為8萬(wàn)人，人均綜合用水78.75L/人·d，工業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值用水15 m3/萬(wàn)元。自備井及自來(lái)水公司合計(jì)日供水3.13萬(wàn)m3/日，年供水量937萬(wàn)m3，其中工業(yè)用水657萬(wàn)m3，生活及其它用水280 萬(wàn) m3。

目前三原縣城區(qū)供水主要由縣自來(lái)水公司和自備井兩大供水系統(tǒng)組成。城區(qū)生活用水主要由自來(lái)水公司供給，供水水源為馮村水庫(kù)及周邊地下水。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，縣城共有自備深井44眼，自備淺井55眼，日供水量約1.93萬(wàn)m3，年供水量約為693萬(wàn)m3。

1.2 供水存在問(wèn)題

（1）管道老化嚴(yán)重。三原縣城配水管網(wǎng)多建于20世紀(jì)60～70年代，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，老化失修嚴(yán)重，而且漏失率達(dá)到35%～40%。

（2）管網(wǎng)配套不合理。縣城東環(huán)路、王蒼巷、池陽(yáng)中段、宴友思大街中段等配水管老化失修且“瓶頸現(xiàn)象”嚴(yán)重，設(shè)計(jì)管徑φ400 mm～φ200 mm，但現(xiàn)狀管徑僅為200 mm～300 mm，造成水頭損失嚴(yán)重，局部供水區(qū)已降低到6 m～8 m。管網(wǎng)末端長(zhǎng)期供不上水，居民怨聲載道。

（3）供水嚴(yán)重不足。按照三原縣發(fā)展規(guī)劃，2025年縣城人口將達(dá)到23萬(wàn)人，工業(yè)產(chǎn)值達(dá)到100億元，屆時(shí)縣城城區(qū)居民生活及工業(yè)用水將達(dá)到8.3萬(wàn)m3/d，縣城用水缺口較大。

2 水源分析

2.1 地表水

馮村水庫(kù)位于清峪河中下游，1971年建成蓄水，多年平均徑流量1764萬(wàn)m3，水庫(kù)總庫(kù)容1890萬(wàn)m3。其中興利庫(kù)容1125萬(wàn)m3，經(jīng)多年運(yùn)行，現(xiàn)存興利庫(kù)容600萬(wàn)m3。2001年開(kāi)始承擔(dān)三原縣城供水任務(wù)。根據(jù)馮村水庫(kù)1971年～2008年38年的入庫(kù)水量資料，通過(guò)頻率分析，求得多年平均入庫(kù)水量為1703萬(wàn)m3，其中95%、75%、50%年入庫(kù)水量分別為831萬(wàn)m3、1173 萬(wàn) m3、1557 萬(wàn) m3。

西郊水庫(kù)位于三原縣城以西約2 km的清河干流上，是一座中型水庫(kù)，多年平均徑流量736萬(wàn)m3。該水庫(kù)主要調(diào)蓄涇惠渠非灌溉季節(jié)水，總庫(kù)容3405.5萬(wàn)m3，其中有效庫(kù)容1984.1萬(wàn)m3，滯洪庫(kù)容1394萬(wàn)m3，年調(diào)節(jié)水量3050萬(wàn)m3。由于涇河水已受工業(yè)污染，同時(shí)區(qū)間徑流冶峪河已受淳化縣工業(yè)及生活污染，清峪河已受宏遠(yuǎn)鍛鑄工業(yè)公司工業(yè)污染，庫(kù)水污染嚴(yán)重，不宜做為生活飲用水源。

2.2 地下水

根據(jù)勘探資料，在300 m深度內(nèi)含水層劃分為三個(gè)含水巖組。第一含水巖組：由100 m深度內(nèi)含水層，構(gòu)成屬?zèng)堋逵映恋砦铮坏诙畮r組：埋藏在100 m～200 m深度內(nèi)，屬?zèng)芎映恋砦铮坏谌畮r組：在200 m～300 m深度內(nèi)，屬渭河沉淀物?？h城城區(qū)地下水源目前有44眼深井，55眼淺井，日出水量約1.93萬(wàn)m3，基本上屬第Ⅰ、Ⅱ含水層，水味微咸。

馮村地下水源工程區(qū)第四系地層厚度300 m～600 m，潛水埋深10 m～20 m，單井出水量30 t/h～50 t/h，砂巖裂隙水、灰?guī)r水埋深300 m～800 m，單井出水量80 t/h～100 t/h，潛水及承壓水水質(zhì)良好。

3 供水方案分析

3.1 需水量預(yù)測(cè)

根據(jù)《三原縣城水中長(zhǎng)期規(guī)劃》、《三原縣城市總體規(guī)劃修編綱要》，本工程選用的現(xiàn)狀基準(zhǔn)年為2017年，設(shè)計(jì)水平年2025年。預(yù)測(cè)2025年縣城面積將近達(dá)到26.49 km2（其中工業(yè)園面積6 km2），縣城人口增至23萬(wàn)人，工業(yè)總產(chǎn)值為100億元，工業(yè)增加值達(dá)到70億元。

根據(jù)陜西省節(jié)約用水辦公室2004年印發(fā)的《陜西省行業(yè)用水定額》（試行），并參考《室內(nèi)給水設(shè)計(jì)規(guī)范》，經(jīng)分析，本次確定的縣城居民生活用水定額為95 L/人·d。結(jié)合《陜西省水資源開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃》、《陜西省行業(yè)用水定額》及三原縣食品工業(yè)園區(qū)發(fā)展思路（以食品和機(jī)械加工為主），確定工業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值用水量為14.3 m3/萬(wàn)元，公共建筑設(shè)施用水量為居民生活用水量的25%。未預(yù)見(jiàn)水量和管網(wǎng)漏失水量按最高日需水量的15%～25%計(jì)算。三原縣是一個(gè)十分缺水的縣城，本著節(jié)約的原則，本工程確定的其他用水量為最高日居民生活用水量、工業(yè)用水量、公共建筑用水量之和的20%計(jì)算。

根據(jù)以上定額標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出2025年三原縣城采用集中供水的居民生活用水量21850 m3/d，工業(yè)需水量達(dá)到47667 m3/d，公共建筑用水量為5463 m3/d。其他用水總量14996 m3，則縣城總需水89976 m3/d。其中自來(lái)水公司集中供水戶(hù)需水量35921 m3/d，本次設(shè)計(jì)采用36000 m3/d。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，縣城供水時(shí)變化系數(shù)K時(shí)＝1.5，全年日用水變化系數(shù)K日＝1.5，則全城最高日最高時(shí)用水1438.4 L/s,自來(lái)水公司供水戶(hù)最高日最高時(shí)用水625 L/s。

3.2 改擴(kuò)建工程新增供水能力和供水量的確定

由以上分析可知，從節(jié)約用水的原則出發(fā)，無(wú)論是城市居民用水還是工業(yè)企業(yè)用水，即使最大限度的考慮采用地表水，至設(shè)計(jì)水平年2025年，縣城最高日需水量約8.9萬(wàn)m3/d；現(xiàn)狀年2017年，縣城日供水能力3.13萬(wàn)m3/d（其中1.2萬(wàn)m3/d為馮村水廠供水，1.93萬(wàn)m3/d為城區(qū)地下水供水）；對(duì)于所缺水量擬通過(guò)自來(lái)水公司集中供水解決2.4萬(wàn)m3/d，其余部分通過(guò)建設(shè)自備井及區(qū)外調(diào)水解決。

考慮到本工程主要為縣城居民生活用水供水，根據(jù)已建成的馮村水庫(kù)供水工程和現(xiàn)有的供水水源可供水量以及食品工業(yè)園、重化工業(yè)園近期急需水量，工業(yè)用水量本次只考慮清河食品工業(yè)園18億元工業(yè)產(chǎn)值用水量208.8萬(wàn)m3/年，最高日用水量8580 m3/d；全城居民生活最高日用水量17100 m3/d，公共建筑最高日用水量4275 m3/d，其他最高日用水量5991 m3/d，總用水量為35946 m3/d，本次設(shè)計(jì)采用36000 m3/d。本改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)總供水能力確定為3.6萬(wàn)m3/d，比原供水工程的供水能力1.2萬(wàn)m3/d新增供水能力2.4萬(wàn)m3/d。

3.3 供水水源選擇

本次供水水源選擇優(yōu)先選擇地表水，其次考慮地下水。

3.3.1 馮村水庫(kù)

馮村水庫(kù)原設(shè)計(jì)功能以灌溉為主、兼有供水、防洪，灌溉面積為9.23萬(wàn)畝農(nóng)田?，F(xiàn)在馮村水庫(kù)的運(yùn)行功能已發(fā)生改變，以供水為主，兼有防洪，沒(méi)有灌溉。通過(guò)實(shí)地查勘和調(diào)查，對(duì)馮村水庫(kù)進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算。在干旱年、特大干旱年首先滿(mǎn)足生活，其次考慮其它用水。城鎮(zhèn)供水保證率為95%。根據(jù)水庫(kù)現(xiàn)狀規(guī)模，確定水庫(kù)的調(diào)節(jié)方式為多年調(diào)節(jié)，水庫(kù)采用早蓄方案，根據(jù)水量平衡原理，采用時(shí)歷列表法進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算。調(diào)節(jié)采用長(zhǎng)系列操作，計(jì)算時(shí)段為月。起調(diào)時(shí)間從1971年1月開(kāi)始，至2008年12月結(jié)束。

根據(jù)三原縣規(guī)劃水平年2025年需水量預(yù)測(cè)成果可知，縣城總需水為8.9萬(wàn)m3/d，其中自來(lái)水公司集中供水戶(hù)需水量35946 m3/d，本次設(shè)計(jì)采用36000 m3/d。各月分配情況見(jiàn)表1。

表1 三原縣城市供水水各月分配情況 單位：萬(wàn)m3

馮村水庫(kù)1971年～2008年入庫(kù)實(shí)測(cè)水量，已扣除水庫(kù)蒸發(fā)和滲漏損失量。經(jīng)馮村水庫(kù)多年逐月試算，調(diào)節(jié)過(guò)程見(jiàn)圖1。由調(diào)節(jié)過(guò)程可知，在38年系列中，破壞年數(shù)為12年（即該年中有至少有1個(gè)月庫(kù)容達(dá)到死庫(kù)容），破壞月為104個(gè)月，則年保證率為68%，月保證率為77%。缺水年月集中在1996年5月～2003年8月。由此可見(jiàn)，單由地表水源馮村水庫(kù)供水，不能解決三原縣設(shè)計(jì)水平年設(shè)計(jì)需水要求。

圖1 方案一馮村水庫(kù)多年逐月調(diào)節(jié)過(guò)程

3.3.2 馮村地下水

目前自來(lái)水公司在馮村鑿機(jī)井1眼，租用農(nóng)村機(jī)井2眼，日出水量0.72萬(wàn)m3，該水源井原為解決特干旱年份縣城供水而修建的。經(jīng)上述分析和實(shí)地勘察調(diào)查，本著先近后遠(yuǎn)、先易后難的原則，本次設(shè)計(jì)擬采用馮村水庫(kù)和周邊地下水，做為本次改擴(kuò)建的水源工程。設(shè)計(jì)水平年需水量預(yù)測(cè)分析計(jì)算可知，預(yù)測(cè)2025年供水區(qū)需水量總量為3.78萬(wàn)m3/d（最高日供水量3.6萬(wàn)m3/d加水廠自用水量，采用供水量的5%），年用水量919.8萬(wàn)m3。

根據(jù)以上分析，本次采用馮村水庫(kù)和現(xiàn)有備用水源井給縣城供水?，F(xiàn)提出兩種不同供水方案：①馮村水庫(kù)和大口井一眼；②馮村水庫(kù)、大口井一眼及兩眼農(nóng)用井。兩種不同供水方案各月供水分配情況見(jiàn)表2。

表2 三原縣不同方案城市供水水各月分配情況 單位：萬(wàn)m3

根據(jù)兩種不同方案各月供水情況，經(jīng)馮村水庫(kù)多年調(diào)節(jié)計(jì)算，現(xiàn)分析如下：

方案一：經(jīng)馮村水庫(kù)多年逐月試算，調(diào)節(jié)過(guò)程見(jiàn)圖2。由方案二調(diào)節(jié)過(guò)程可知，在38年系列中，破壞年數(shù)僅為1年（即該年中有至少有1個(gè)月庫(kù)容達(dá)到死庫(kù)容），破壞月為6個(gè)月，則年保證率為97%，月保證率為98%。缺水年月集中在2001年7月～12月。

圖2 方案二馮村水庫(kù)多年逐月調(diào)節(jié)過(guò)程

方案二：經(jīng)馮村水庫(kù)多年逐月試算，調(diào)節(jié)過(guò)程見(jiàn)圖3。由方案二調(diào)節(jié)過(guò)程可知，該方案下38年長(zhǎng)系列中沒(méi)有出現(xiàn)破壞年月。

圖3 方案二馮村水庫(kù)多年逐月調(diào)節(jié)過(guò)程

綜上所述，方案一出現(xiàn)了不同程度的破壞年月，從三原縣城市供水偏安全角度考慮，加之，近年來(lái)我國(guó)極端天氣頻繁出現(xiàn)，本次推薦方案二為供水方案。即馮村水庫(kù)年供水量為657萬(wàn)m3/年，現(xiàn)有地下水源井年供水量262.8萬(wàn)m3/年，其余地下水源井仍做為備用水源，不需開(kāi)采新的水源。

4 結(jié)語(yǔ)

三原縣城兩個(gè)受水區(qū)目前供水能力已嚴(yán)重不能滿(mǎn)足工業(yè)、居民用水需要。為了解決供需水之間的矛盾，改善城鎮(zhèn)居民的生活用水條件，通過(guò)對(duì)三原縣城用水量的需求預(yù)測(cè)，供需平衡及水源分析，經(jīng)多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，提出水源利用馮村水庫(kù)及周邊地下水進(jìn)行供水，項(xiàng)目年新增供水總量919.8萬(wàn)m3，為馮村水庫(kù)及周邊地下水水源供水。