商南縣五里鋪集中供水方案分析

陳澤鋒

（陜西省商南縣十里坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)站，陜西 商南 726306）

0 引言

商南縣城關(guān)鎮(zhèn)轄15個(gè)行政村6661戶(hù)23161人，是商南縣的繁華地帶。城關(guān)鎮(zhèn)五里鋪村共有22個(gè)村民小組2780人，是商南縣經(jīng)濟(jì)相對(duì)較好的地區(qū)。項(xiàng)目區(qū)地處北亞熱帶與暖溫帶過(guò)渡地帶，多年平均降雨量803 mm。降水年內(nèi)分配差異很大，夏秋多雨，冬春少雨。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)群眾飲水主要是自行搭伙自建飲水工程或飲用附近溝溪水，水質(zhì)及水量無(wú)保障。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水的供需矛盾日益突出，為了解決當(dāng)?shù)厝罕婏嬎щy，需重新尋找水源，并對(duì)供水方案進(jìn)行分析。

1 項(xiàng)目區(qū)供水現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題

1.1 供水現(xiàn)狀

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)群眾飲水主要以居住區(qū)附近的溝溪水為主，或直接取用，或打井提水，每逢降雨溪水渾濁，每遇干旱溪水?dāng)嗔?，水質(zhì)、水量、人畜飲水安全衛(wèi)生均沒(méi)有保障。經(jīng)實(shí)地調(diào)查，根據(jù)地形，居民分布及用水現(xiàn)狀，共涉及項(xiàng)目區(qū)五里鋪村總?cè)丝?780人。

1.2 存在主要問(wèn)題

近年來(lái)，隨著投資者對(duì)該處礦山的開(kāi)采，河水已被污染，水質(zhì)不符合飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；部分居民自建的飲水工程供水水量及保證率不足，其生活、生產(chǎn)用水主要依靠人力肩挑背馱，耗時(shí)費(fèi)力。不安全飲水成為制約當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娊】?，社?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，生產(chǎn)力發(fā)展的主要因素，解決該地群眾飲水是一件迫在眉捷的大事。

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)除了較大河溝被污染外，一般小河溝地表水及淺層地下水未受污染，水質(zhì)良好，基本符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

2 需水量預(yù)測(cè)

2.1 設(shè)計(jì)范圍、供水對(duì)象及設(shè)計(jì)水平年

本工程供水范圍為城關(guān)鎮(zhèn)五里鋪村，根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL 310-2004）中相關(guān)規(guī)定，工程設(shè)計(jì)年限確定為10年。2016年為工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年，2026年為設(shè)計(jì)水平年，工程水源保證率為95%。根據(jù)商南縣發(fā)展規(guī)劃及工程實(shí)際，人口自然增長(zhǎng)率為4‰，工程計(jì)劃工期為半年。

2.2 需水量預(yù)測(cè)

（1）飲用水預(yù)測(cè)

通過(guò)近幾年的建設(shè)發(fā)展，五里鋪村農(nóng)村經(jīng)濟(jì)活躍，村里基礎(chǔ)設(shè)施得到了全面發(fā)展，村民人居環(huán)境全面改善，群眾均有洗滌池和部分衛(wèi)生設(shè)施。根據(jù)商南縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)總體規(guī)劃，依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL 310-2004）中的規(guī)定，城關(guān)鎮(zhèn)屬三區(qū)，結(jié)合當(dāng)?shù)厝罕妼?shí)際用水情況，按水龍頭入戶(hù)、有洗滌池、其他衛(wèi)生設(shè)施較少，最高日居民生活用水定額為50 L/（人·d）～70 L/（人·d）。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況，最高日居民生活用水定額取70 L/（人·d）。經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)水平年用水人口為2798人，生活用水量W1=195.86 t/d。

（2）村鎮(zhèn)企業(yè)和專(zhuān)業(yè)戶(hù)飼養(yǎng)畜禽用水量W2

本工程主要以解決人畜飲用水安全為主，根據(jù)《陜西省村鎮(zhèn)供水工程初步設(shè)計(jì)要點(diǎn)》，不考慮用水量較大的村鎮(zhèn)企業(yè)或飼養(yǎng)業(yè)的用水量。工程范圍內(nèi)沒(méi)有大規(guī)模的企業(yè)和養(yǎng)殖專(zhuān)業(yè)戶(hù)，因此這部分用水量不計(jì)。

（3）公共建筑用水量W3

五里鋪村雖有小學(xué)1所，村委員1個(gè)，但學(xué)校及村部人員都是附近居民，故本工程不考慮公共建筑用水量。

（4）管網(wǎng)漏失水量和不可預(yù)見(jiàn)水量W4

按上述用水量之和的20%考慮，W4為39.17 t/d。工程最高日用水量：W日=W1+W2+W3+W4=235.03 t/d。

（5）農(nóng)村用水變化系數(shù)及供水時(shí)間

根據(jù)《陜西省村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)要點(diǎn)》的有關(guān)規(guī)定，時(shí)變化系數(shù)kh取值，見(jiàn)表1農(nóng)村用水變化系數(shù)。

表1 農(nóng)村用水變化系數(shù)

根據(jù)表1，結(jié)合本工程實(shí)際最高日用水量W日=235.03 t/d，變化系數(shù)kh采用2.5。

根據(jù)《陜西省村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)要點(diǎn)》，日變化系數(shù)kd可在1.3～1.6范圍內(nèi)取值，本工程采用全日制供水，每日供水時(shí)間為24 h，建議采用kd=1.5。

2.3 供水規(guī)模的確定

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)居民用水實(shí)際情況，該工程供水規(guī)模（即水廠最高日供水能力）按最高日用水量計(jì)算。根據(jù)《陜西省村鎮(zhèn)供水工程初步設(shè)計(jì)要點(diǎn)》中規(guī)定的取整原則，確定該工程的供水規(guī)模為235 m3/d。

3 水源選擇

3.1 區(qū)域水資源概況

項(xiàng)目區(qū)居民依五里鋪河和“312”國(guó)道而居。馬槽溝是項(xiàng)目區(qū)的主河流之一，該河為縣河的的二級(jí)支流。馬槽溝流域面積7.5 km2，主河道5.6 km，河道比降10%?？菟髁浚≒=60%）為18.84 L/s。

3.2 供水方案比較

水源選擇按照水源水量充沛可靠，取水保證率不低于95%。水質(zhì)應(yīng)符合《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）的要求，并便于保護(hù)，經(jīng)濟(jì)科學(xué)合理的原則，現(xiàn)提出兩個(gè)水源方案供選擇：

方案一：利用馬槽溝水源。河道徑流水量水質(zhì)好，取水較容易，自流供水，運(yùn)行成本低。且上游居民少，無(wú)工礦業(yè)開(kāi)采排污等問(wèn)題，水質(zhì)符合《飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范》（GB 5749-2006），采用工程措施和凈化消毒措施后可向供水區(qū)供水。雖輸水管線(xiàn)長(zhǎng)，一次性投資大，但工程建成后便于運(yùn)行管理，運(yùn)行費(fèi)用低。

方案二：利用五里鋪河為水源。五里鋪村居民基本上居住在五里鋪河兩岸，村界內(nèi)河流已被居民污染，且所處位置相對(duì)居民區(qū)地形較差，引水比較困難，供水范圍較小，本工程供水規(guī)模小，該方案不經(jīng)濟(jì)。

綜上所述，方案二引水困難、受益人口減少、工程投資大等不利因素。因此，推薦選用方案一。

3.3 水源分析

馬槽溝發(fā)源于馬槽溝溝腦。本工程截滲壩擬建在溝道4.4 km處，以上控制流域面積約5.2 km2，位于項(xiàng)目區(qū)上游，有自流供水的條件。截滲壩上游植被較好，人口稀少，水質(zhì)較好，水量充沛。

3.3.1 水量

按在村鎮(zhèn)上游取水，避免河道徑流受污染的原則，以及滿(mǎn)足供水水壓要求，確定取水點(diǎn)在五里鋪村上游2.7 km處，設(shè)計(jì)流域面積重心處的多年平均年徑流深R=275 mm。

馬槽溝河為無(wú)實(shí)測(cè)資料地區(qū)，來(lái)水量參照《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》計(jì)算確定。根據(jù)年徑流變差系數(shù)等值線(xiàn)圖，采用比例分配法求得CV=0.6，并采用CS和CV為2的倍比，查皮氏Ⅲ型曲線(xiàn)得kP（95%）=0.26，設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算結(jié)果為37.18萬(wàn)m3，年平均流量0.0118 m3/s。

3.3.2 日均保證流量

按《水文手冊(cè)》提供的經(jīng)驗(yàn)公式，采用日平均流量和流域面積相關(guān)法經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)公式為:

式中：Qp為某保證率的日平均流量，m3/s；F為流域面積；kp、n為參指數(shù)。

據(jù)《水文手冊(cè)》查得 P=95%時(shí)，Kp=0.00029，n=1.115，將流域面積，參指數(shù)代入公式計(jì)算，P=95%時(shí)的日平均流量，計(jì)算為：Q（P=95%）=0.00029×5.21.115=0.00182 m3/s。

2016年3月，商南縣水務(wù)局組織人員對(duì)取水點(diǎn)經(jīng)過(guò)定時(shí)段測(cè)量，出水量為1.79 L/s，由于當(dāng)時(shí)值當(dāng)?shù)卮汉导竟?jié)，經(jīng)調(diào)查當(dāng)?shù)鼐用瘢_認(rèn)取水點(diǎn)處特別干旱季節(jié)的常流量基本不小于當(dāng)日實(shí)測(cè)流量，據(jù)此認(rèn)為實(shí)測(cè)流量的保證率可達(dá)到95%以上。

3.4 水質(zhì)分析

為保證水源供水質(zhì)量，對(duì)取水水源點(diǎn)水質(zhì)進(jìn)行了取樣化驗(yàn)。經(jīng)陜西省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心商洛分中心對(duì)擬采用的水源化驗(yàn)得出結(jié)論為：各個(gè)項(xiàng)目參數(shù)均達(dá)到生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)常規(guī)凈化后達(dá)到國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）的要求，可作為生活飲用水水源。

3.5 水源論證及水源的確定

根據(jù)水文計(jì)算成果，取水點(diǎn)以上流域保證率為95%時(shí)的年平均流量為0.00182 m3/s。經(jīng)需水計(jì)算，最大需水量為148.62 m3/d，相應(yīng)的需水流量為0.00172 m3/s?？菟昕菟路莸膩?lái)水量均大于最大需水流量，由此可見(jiàn)，取水點(diǎn)來(lái)水完全能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)年限內(nèi)的供水需求，即水源在水量上完全有保證；水質(zhì)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單凈化處理后滿(mǎn)足用水要求；采用工程措施自流引水方式取水，方便快捷，且便于管理。

4 截滲壩防洪能力及安全性分析

4.1 防洪能力確定

為了引水方便，需在河道建設(shè)截滲壩工程，截滲壩布置于基巖裸露、滲透性小、巖性風(fēng)化較小的基巖上，工程等級(jí)為Ⅳ等工程，主要構(gòu)筑物級(jí)別為4級(jí)，按照《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-2014）及《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）的規(guī)定，工程主要建筑物按10年一遇洪水設(shè)計(jì)，30年一遇洪水校核。

由于上游河道調(diào)蓄能力較小，影響洪水的主要因素為坡面匯流，屬暴雨型洪水，產(chǎn)流方式屬蓄滿(mǎn)產(chǎn)流類(lèi)型，一般一次暴雨形成一個(gè)洪峰，洪水過(guò)程陡漲陡落；在多雨季節(jié)可形成連續(xù)洪峰，單峰多為2 d～3 d，復(fù)峰多為3 d～5 d。壩址以上主河道平均比降為12‰。壩址以上流域面積5.2 km2。下面分別采用《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》中的匯水面積相關(guān)法、綜合參數(shù)法兩種經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)截滲壩進(jìn)行洪水分析計(jì)算，參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果分別見(jiàn)表2、表3。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，合理確定，采用匯水面積相關(guān)法結(jié)果，見(jiàn)表4。

表2 匯水面積相關(guān)法不同頻率洪水分析表

表3 綜合參數(shù)法洪水分析表

表4 截滲壩洪水計(jì)算結(jié)果表

4.2 截滲壩設(shè)計(jì)

根據(jù)水源地的地形條件，規(guī)劃在馬槽溝口上游2.7 km處修一截滲壩，壩體采用M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，迎水面0.1厚C15砼并用M10砂漿抹面，WES剖面，壩長(zhǎng)18 m，壩高2.5 m，壩前粘土夯實(shí)10 m，護(hù)坦長(zhǎng)3.0 m，厚0.5 m，壩基礎(chǔ)應(yīng)深入基巖0.3 m。取水管布置于右壩段，取水管口做成倒形喇叭口蓮蓬頭。取水管為DN75鋼管，長(zhǎng)6 m，配套φ75控水閘閥1個(gè)。

由于該工程小，低壩，只作穩(wěn)定分析計(jì)算。砌體容重γ=23 kN/m3，摩擦系數(shù) f=0.55，砂石容重 γ=13 kN/m3、n=1.0、φ=12，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：設(shè)計(jì) K c≥1.05，校核：K c≥1.0。

作用力計(jì)算及穩(wěn)定分析取單位壩長(zhǎng)1 m作為計(jì)算長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算：設(shè)計(jì)K c=f·∑w/∑P=1.21＞1.05，校核K c=f·∑w/∑P=1.10＞1.0。

通過(guò)抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算，此斷面滿(mǎn)足穩(wěn)定計(jì)算。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)分析論證，五里鋪村供水工程以馬槽溝地表水為水源，來(lái)水量充足滿(mǎn)足用水要求。工程供水系統(tǒng)供水方案為：水源（截滲壩）—輸水管道—入戶(hù)。該方案具有水源可靠、水質(zhì)優(yōu)良，運(yùn)行節(jié)能、管理方便，能充分利用現(xiàn)有給水設(shè)施的優(yōu)點(diǎn)，供水方案經(jīng)濟(jì)可行。