銅川市黃堡鎮(zhèn)集中供水工程設(shè)計(jì)

韓國燕

（銅川市耀州區(qū)水務(wù)局，陜西 銅川 727100）

1 問題的提出

黃堡鎮(zhèn)位于陜西省銅川市區(qū)境南部，面積84.5 km2，常駐人口2.3413 萬人，漆水河、咸銅鐵路和西銅高速等穿境而過，黃堡鎮(zhèn)下轄李家溝、孟家塬、杜家塬、王家塬等15 個(gè)村委會(huì)和新市街、三道橋等4 個(gè)居委會(huì)。目前，銅川市黃堡鎮(zhèn)現(xiàn)有供水管道多為上世紀(jì)七十年代鋪設(shè)，管道老化、腐蝕、漏水現(xiàn)象十分嚴(yán)重，為解決黃堡鎮(zhèn)居民生活飲水問題，安村供水工程于2005 年修建深井一眼，且受資金局限，供水工程僅修建了管理房和深井，并未完善管道，隨著黃堡鎮(zhèn)城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的加快和居住人口的增加，單井出水量已經(jīng)無法滿足居民生活用水所需，必須盡快新建集中供水工程，加強(qiáng)水資源統(tǒng)一集約化管理，徹底解決黃堡鎮(zhèn)供水問題。

2 集中供水工程設(shè)計(jì)

2.1 水源的選擇

水源選擇是集中供水工程措施確定的前提，工程建設(shè)方案也會(huì)因水源類型的不同而不同。根據(jù)地形地貌，黃堡鎮(zhèn)包括三大區(qū)域：一是渭河沖積、洪積平原區(qū)，面積為304.5 km2，海拔1256 m～1578 m，年降水量450 mm～550 mm，是由渭河及其支流龍王溝河所形成的河谷區(qū)，渭河支流漆水河河谷區(qū)地表水資源豐富，與黃堡鎮(zhèn)直線距離0.74 km，可以作為黃堡鎮(zhèn)集中供水的主要水源考慮。孟家塬到梁家塬一級(jí)階地地下水水質(zhì)較好，簡單處理便能達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)，所以渭河沖積、洪積平原地區(qū)漆水河和地下水均可以作為主要水源；二是與關(guān)中北部土石山區(qū)相鄰的黃土臺(tái)塬區(qū)，面積為998.3 km2，海拔1545 m～2155 m，年降水量400 mm～470 mm，區(qū)域內(nèi)溝壑發(fā)育、干旱少雨、植被稀少、水資源較為短缺，由于區(qū)內(nèi)降水稀少，水資源十分匱乏，沒有達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)的水源可供使用，所以只能通過機(jī)泵方案從渭河沖積、洪積平原地區(qū)提水；三是中部川道地區(qū)，面積為645.5 km2，區(qū)內(nèi)地表水和泉水資源豐富，但該區(qū)域地表水濁度、微生物指標(biāo)及藻類指標(biāo)超標(biāo)。但泉水水質(zhì)良好，可以簡單處理后作為飲用水水源，而且泉水均能達(dá)到重力流供水要求，可以考慮選擇水量適中的泉水向單個(gè)或幾個(gè)村供水，但難以滿足全區(qū)供水所需，故應(yīng)從渭河支流漆水河引水作為主要水源。海拔2400 m～3200 m，降水豐富，主要為三條峪河、乍峪河過境產(chǎn)流區(qū)。由于不同區(qū)域水資源供給差異懸殊，所以不同區(qū)域內(nèi)集中供水水源選擇也應(yīng)具體分析，擇優(yōu)確定[1]。

2.1.1 方案一：以渭河支流漆水河為主要水源

渭河支流漆水河位于陜西省中西北部，源于麟游縣廟灣，后經(jīng)麟游、永壽、乾縣、扶風(fēng)等縣，在武功縣境內(nèi)白石灘與渭河交匯，漆水河全長148.7 km，比降均值3.98‰，流域面積39.17 km2，水資源總量可達(dá)1701 萬m3，多年平均流量0.39 m3/s，漆水河是黃堡鎮(zhèn)附近唯一的流域，水量豐富，且河谷區(qū)與黃堡鎮(zhèn)直線距離0.74 km。漆水河上游群峰疊嶂，植被茂盛，年降雨量最高可達(dá)845 mm。水質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果表明，漆水河流域水資源除細(xì)菌指標(biāo)超標(biāo)外，其余指標(biāo)均在《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)所規(guī)定范圍內(nèi)[2]，經(jīng)水質(zhì)處理后，能完全達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)，故應(yīng)作為黃堡鎮(zhèn)集中供水水源地之首選。

黃堡鎮(zhèn)常駐人口2.3413 萬人，居民最高日用水定額按55 L/(人·d)核算，人口增長率設(shè)定為1.2%，供水工程設(shè)計(jì)使用年限20 a，則居民生活用水量W1=60×2.3413×（1+0.012）20=1783 m3/d；公共工程用水按生活用水的10%核算，則W2=1783×10%=178.3 m3/d。供水管道漏失量及其他未預(yù)見水量所需按照10%核算[3]，則黃堡鎮(zhèn)日需水總量為（1783+178.3）×（1+10%）=2157.43 m3/d。

根據(jù)漆水河流域安頭水文站20 a 平均最小流量為統(tǒng)計(jì)樣本及《渭南地區(qū)暨銅川市實(shí)用水文手冊(cè)》的規(guī)定，通過皮爾遜三型曲線繪制不同保證率下最小平均流量關(guān)系圖，見圖1。橫坐標(biāo)90 所對(duì)應(yīng)頻率- 流量曲線上的流量就是P=90%保證率下漆水河流域最小平均流量。

圖1 漆水河流域頻率- 流量曲線

由圖1 可以看出，漆水河流域安頭水文站保證率P=20%的平均流量為1.58 m3/s，P=50%保證率下平均流量1.37 m3/s，P=75%保證率下平均流量1.11 m3/s，P=95%保證率下平均流量0.943 m3/s，比現(xiàn)有供水工程水量充裕，完全能滿足黃堡鎮(zhèn)當(dāng)前常住居民生活用水、公共工程用水等水量需求。

2.1.2 方案二：以地下水為主要水源。

由《銅川市?？悼h水資源調(diào)查及規(guī)劃報(bào)告》可知，黃堡鎮(zhèn)地下水資源呈如下分布：孟家塬到梁家塬一級(jí)階地是富含承壓水，平均水位埋深31.5 m，最大埋深34.5 m，含水層厚度平均35.7 m。供水位置高，存在一定的開采難度，對(duì)于集中供水模式而言，無疑增大了工程布置難度和利用成本，所以就目前的技術(shù)水平和資金規(guī)模而言，難以作為黃堡鎮(zhèn)集中供水水源。

2.2 取水頭部及構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

根據(jù)漆水河擬建供水工程處地形地質(zhì)條件，供水工程取水頭部設(shè)在漆水河河谷區(qū)1013 m 高程處，并選用滲渠引水，經(jīng)由提水管道先將河水引入855 m 高程處進(jìn)水廠房吸水井，再由吸水井實(shí)現(xiàn)供水，見圖2。在滲水管內(nèi)安裝市政工程所用鑄鐵雨水篦子，以提高孔眼率，增加孔眼滲水面積，降低造價(jià)。滲水渠設(shè)計(jì)長度7.8 m，取水口位置設(shè)計(jì)河面寬8.4 m，與河水垂直布設(shè)的集水渠設(shè)計(jì)尺寸長×寬×深為8.0 m×0.60 m×0.60 m，在集水渠上加設(shè)鑄鐵雨水篦子，再在雨水篦子上鋪設(shè)一層孔徑0.8 m×0.8 m 篩網(wǎng)。為保證供水效率，還應(yīng)對(duì)滲水渠上游50 m 以內(nèi)河道進(jìn)行整治，確保河道順直，水流與滲水渠全面接觸，堤堰設(shè)置在滲水渠下游2 m 處，發(fā)揮抬高水位，保證引水量的作用。

圖2 取水頭部構(gòu)筑物設(shè)計(jì)簡圖

2.3 輸水管道設(shè)計(jì)

2.3.1 管道設(shè)計(jì)

根據(jù)《集中式供水工程設(shè)計(jì)基本要求》，本次集中供水工程提水泵站內(nèi)采用4″鋼管，提水泵站以外提水管道河口片采用Φ225 mmPE 管，河口片至高位水池段主管道采用長度385 m的Φ250PE 管以及長度1 km 的Φ150PE 管，所有管線均焊接連接，埋設(shè)于地下1.5 m 深。從銅川市黃堡鎮(zhèn)集中供水工程現(xiàn)有供水條件來看，全部供水管道從漆水河河谷區(qū)開始向受水區(qū)供水，并經(jīng)二級(jí)加壓后到達(dá)黃堡鎮(zhèn)新市街高位蓄水池，經(jīng)重力式自流流至黃堡水廠，全部供水管道不設(shè)分支管道，不考慮流量支出。管道水力計(jì)算通過以下公式：

式中：d 為輸水管道內(nèi)徑，mm；qv為體積流量，m3/s；v 為介質(zhì)流速，m/s，管道內(nèi)介質(zhì)主要為氧氣時(shí)，管道內(nèi)壓力等級(jí)≤0.1 MPa，介質(zhì)流速v≤20 m/s；壓力等級(jí)∈(0.1 MPa,1.6 MPa]，介質(zhì)流速v≤10 m/s；壓力等級(jí)∈(1.6 MPa,3.0 MPa]，介質(zhì)流速 v≤7 m/s；壓力等級(jí)＞10 MPa，介質(zhì)流速v≤4 m/s。

已知管徑和流速的基礎(chǔ)上，用下式計(jì)算管道內(nèi)輸水流量：

式中：A 為供水管道過流斷面面積，m2；ρ 為管道內(nèi)介質(zhì)密度，g/m3，本工程取 ρ=1.429 g/m3。

管段沿程損失按下式計(jì)算：

式中：l 為管道長度，m；d 為管道內(nèi)徑，mm；λ 為沿程阻力損失系數(shù)，本工程取 λ=0.020；γ 為介質(zhì)重度，N/m3，取 γ=0.012 N/m3；g 為重力加速度，m/s2。

計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 管道系統(tǒng)水力設(shè)計(jì)計(jì)算成果

2.3.2 水泵選型

根據(jù)以上對(duì)供水工程管道水力計(jì)算結(jié)果的分析，銅川市黃堡鎮(zhèn)集中供水工程選用山西天海泵業(yè)公司所生產(chǎn)的400SS8O型水泵2 臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，單機(jī)額定流量0.295 m3/s，額定揚(yáng)程150 m，額定功率30 kW，泵站總流量可達(dá)0.590 m3/s。

根據(jù)黃堡鎮(zhèn)集中供水工程設(shè)計(jì)要求，蓄水池構(gòu)筑物調(diào)節(jié)有效庫容應(yīng)按日供水量最大值的30%～40%設(shè)計(jì)，則河口低壓片區(qū)蓄水池有效庫容300 m3，其他區(qū)域蓄水池有效庫容100 m3～200 m3。在蓄水池出入口均設(shè)置閥門并布置對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)控制閘閥，在取水井內(nèi)布置與引水管管徑匹配的閘閥。

3 結(jié)論

在銅川市黃堡鎮(zhèn)農(nóng)村集中供水工程設(shè)計(jì)中，水源地的合理選擇是工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)所在，黃堡鎮(zhèn)之所以一直以來都未修建農(nóng)村供引水工程，主要原因就在于區(qū)域內(nèi)水源缺乏，現(xiàn)有的供水工程僅為安村2005 年所修建深井一眼，很難滿足當(dāng)前黃堡鎮(zhèn)居民基本的生產(chǎn)生活用水所需。為此本文重點(diǎn)進(jìn)行了水源方案的選擇與論證，最終選定從渭河支流漆水河供水。漆水河是黃堡鎮(zhèn)區(qū)域范圍內(nèi)唯一的地表水源，其與黃堡鎮(zhèn)直線距離0.74 km，與地下水相比，開發(fā)成本低，水量充足穩(wěn)定。黃堡鎮(zhèn)農(nóng)村集中供水工程實(shí)際運(yùn)行效果良好，該取水方案可以作為類似農(nóng)村供水工程水源選擇的參考。