新疆瑪納斯河流域供水區(qū)年需水量預測與供水方案

李 巖

（新疆瑪納斯河流域管理局水利管理中心，新疆 石河子 832000）

1 新疆瑪納斯河流域供水區(qū)概況

新疆瑪納斯河流域位于天山北坡經(jīng)濟帶，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，水資源需求不斷增加，供需矛盾日益突出，嚴重地制約了石河子市的快速發(fā)展；流域內(nèi)瑪納斯縣八個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的大部分居民飲用水水質(zhì)存在安全隱患，水源得不到保障，無法滿足居民的基本生活用水需求；瑪納斯灌區(qū)的春旱和“卡脖子旱”嚴重制約著灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。

供水區(qū)位于瑪納斯河流域低山丘陵區(qū)，在瑪河兩岸采用管井開采地下水方案，開采工程水源，年總供水量0.74 億m3，供石河子市和瑪納斯縣工業(yè)生產(chǎn)及人民生活使用，同時緩解瑪納斯河流域灌區(qū)干旱。供水區(qū)的修建不僅可改善供水不足的現(xiàn)狀[1-4]，同時也是石河子市和瑪納斯縣經(jīng)濟健康增長的有效途徑[5-7]。

2 年需水量預測

2.1 石河子市設(shè)計水平年需水量預測

（1）綜合生活凈需水量Wp按以下公式計算：

式中：wi——綜合生活用水量定額，L/（P·d）；

Pi——居住區(qū)的人口數(shù)量，萬人。

石河子市2010 年居民生活用水定額為130 L/（P·d），根據(jù)本市的實際情況，確定水平年綜合生活用水定額按照現(xiàn)狀居民生活用水定額的1.6 倍選取，2015 年為208 L/（P·d）。2015 年綜合生活年凈需水量為2 731.67 萬m3。

（2）工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)凈需水量Wω

工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用水通過工業(yè)增加值需水量來反映，2011 年到2015 年石河子市工業(yè)增加值年增長率按11%考慮，2015 年工業(yè)增加值為34.76 億元，由于生產(chǎn)工藝的改進，萬元工業(yè)增加值需水量將低于現(xiàn)狀年，因此取萬元工業(yè)增加值需水量為120 m3/萬元。2015 年石河子市工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)年凈需水量為4 171.08 萬m3。

（3）牲畜凈需水量WX

根據(jù)畜牧業(yè)生產(chǎn)情況調(diào)查，石河子市市區(qū)現(xiàn)狀年（2010 年）牲畜年存欄頭數(shù)19.76 萬頭，根據(jù)《牧區(qū)草地灌溉與排水技術(shù)規(guī)范》（SL 334-2005）標準畜系數(shù)進行折算，2010 年牲畜年存欄標準畜為44.25 萬頭。規(guī)劃水平年（2011—2015 年）牲畜年增長率按42‰考慮，計算得2015 年標準畜為54.37 萬頭。圈養(yǎng)時，飼養(yǎng)牲畜的日用水定額為5～10 L/頭，本工程取10 L/頭·d。2015 年牲畜年凈需水量為198.45 萬m3。

（4）綠地凈需水量WL

2010 年，石河子市建成區(qū)綠化面積973 hm2，2011—2015 年綠化面積年增長率按照2%考慮，到2015 年綠化面積為1 074.40 hm2。參照《關(guān)于印發(fā)新疆工業(yè)和生活用水定額的通知》園林綠化用水指標，2015 年綠化用水定額為60 000 m3/hm2。

通過計算得到，2015 年城市綠化年需水量為644.64 萬m3。

（5）未預見水量及管網(wǎng)漏損失量總和Wu

城市供水管網(wǎng)的漏損及未預見水量按照總需水量的15%計算：

計算得，2015 年未預見水量及管網(wǎng)漏損失量總和為1 161.88 萬m3。

（6）供水區(qū)域總需水量

通過計算得，2015 年石河子管網(wǎng)的總需水量為8 907.71 萬m3。

2.2 瑪納斯縣灌區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)設(shè)計水平年需水量預測

2.2.1 生活需水量計算

用水人口。根據(jù)瑪納斯縣農(nóng)村飲用水安全工程現(xiàn)狀調(diào)查表，項目區(qū)現(xiàn)狀年農(nóng)村總?cè)丝跒?.52 萬人，根據(jù)2004～2010 年的數(shù)據(jù)分析，確定設(shè)計水平年農(nóng)村總?cè)丝谀暝鲩L率按照12‰考慮，到2015 年總?cè)丝跒?.92 萬人。

生活用水指標確定。根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》，居民生活用水定額按下述方式考慮：集中供水點取水，或水龍頭入戶且無洗滌池和其他衛(wèi)生設(shè)施，取30～40 L/P·d；水龍頭入戶，有洗滌池，其他衛(wèi)生設(shè)施較少，取40～60 L/P·d；全日供水，戶內(nèi)有洗滌池和部分其它衛(wèi)生設(shè)施，取60～80 L/P·d；全日供水，室內(nèi)有給水、排水設(shè)施且衛(wèi)生設(shè)施齊全，取80～110 L/P·d。

根據(jù)瑪納斯縣的實際情況，本工程2015 年生活用水定額取55 L/P·d。

生活需水量計算：

式中：W1為年生活需水量，m3；P 為設(shè)計年限末用水人口數(shù)，人；q1為日生活用水定額，L/P·d。

經(jīng)計算，2015 年生活需水量為138.99 萬m3。

2.2.2 牲畜需水量計算

用水牲畜數(shù)確定。根據(jù)瑪納斯縣農(nóng)村飲水安全工程現(xiàn)狀調(diào)查表，供水區(qū)農(nóng)村現(xiàn)狀年（2010 年）標準畜為26.80 萬頭，設(shè)計水平年牲畜增長率按40‰考慮，2015年牲畜為32.61 萬標準畜（頭、只）。

牲畜用水指標。根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，圈養(yǎng)時，飼養(yǎng)牲畜的日用水指標為q2=5～10 L/頭·d，本工程取q2=10 L/頭·d。

牲畜需水量計算：

式中：W2為年牲畜需水量，m3；X 為設(shè)計年限末用水牲畜數(shù)，人；q2為日牲畜用水定額，L/頭·d。

經(jīng)計算，2015 年牲畜需水量為119.01 萬m3。

2.2.3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)需水量

根據(jù)《新疆農(nóng)村人畜飲水工程初步設(shè)計編制綱要》，農(nóng)村人畜飲水工程以人畜用水為主，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)需水量不得超過工程年需水量的10%，本工程設(shè)計水平年取10%。計算公式如下：

經(jīng)計算，2015 年鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)需水量為25.80 萬m3。

2.2.4 公共建筑需水量

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL310-2004），公共建筑需水量可按居民生活需水量的5%～25%估算，其中村莊為5%～10%，集鎮(zhèn)為10%～15%，建制鎮(zhèn)為10%～25%；無學校的村莊不計此項。設(shè)計水平年本工程取10%。

公共建筑需水量按下式計算：

式中：W4為公共建筑年需水量，m3。

經(jīng)計算，2015 年公共建筑需水量為13.90 萬m3。

2.2.5 管網(wǎng)漏損和未預見水量

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL310-2004），管網(wǎng)漏損和未預見水量，宜按生活、牲畜、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、公共建筑需水量之和的10%～25%取值，村莊取低值、規(guī)模較大的鎮(zhèn)區(qū)取較高值，設(shè)計水平年本工程取為15%。按下式計算：

式中：W5為管網(wǎng)漏損和未預見水量（m3/a）。

經(jīng)計算，2015 年管網(wǎng)漏損和未預見水量為44.66萬m3/a。

2.2.6 供水區(qū)域總需水量W

經(jīng)計算，2015 年供水區(qū)域總需水量為342.36 萬m3，由于現(xiàn)狀瑪納斯河流域瑪納斯縣灌區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)已建農(nóng)村供水工程規(guī)模均較小，均無消毒設(shè)施，供水水質(zhì)不符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）標準，因此2015 年瑪納斯縣灌區(qū)供水全部由本工程承擔，2015年供水工程向瑪納斯縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)設(shè)計供水量為400 萬m3。

2.3 瑪納斯縣瑪河工業(yè)園區(qū)需水量預測

瑪河工業(yè)園位于瑪納斯縣城以西2.5 km 處，瑪納斯河東岸，規(guī)劃建設(shè)面積16.13 km2。根據(jù)《瑪納斯縣瑪河工業(yè)園區(qū)總體規(guī)劃（2015—2030）》，瑪河工業(yè)園近期（2015 年）總需水量為2 920 萬m3，由地下水、瑪納斯河和塔西河地表水共同滿足。依據(jù)瑪納斯縣水利局提供的《關(guān)于瑪納斯河谷水源地給瑪納斯縣供水水量使用用途的函》，瑪河工業(yè)園需要水源地供給的凈需水量為1 300 萬m3，考慮到5%的輸水損失，2015 年瑪河工業(yè)園需水源地供給的水量為1 368.42 萬m3，本水源地工程設(shè)計供水量為1 400 萬m3。

3 供水方案

3.1 總需水量與總供水量

3.1.1 總需水量

水源工程的供水區(qū)域的總需水量考慮了石河子市、瑪納斯縣八鄉(xiāng)鎮(zhèn)、瑪納斯縣瑪河工業(yè)園的需水量。通過各供水區(qū)年需水量預測，供水區(qū)域總需水量為7 237.34 萬m3，2015 年各供水區(qū)域的需水量見表1。

表1 2015 年供水區(qū)域的需水量及供水量

3.1.2 總供水量

石河子市現(xiàn)狀城市用水主要是地下水。城市供水系統(tǒng)為石河子自來水公司第一水廠，供水能力為10.8 萬m3/d，年供水量為3 942 萬m3，占石河子市總供水量的58.33%，其余依賴各單位自備水源井供水。

2015 年考慮瑪納斯河河谷水源地供水工程供水量5 600 萬m3。石河子市城市可供水量為8 981.15 萬m3，滿足2015 年石河子市需水總量要求。瑪納斯河河谷水源地供水工程以“合理規(guī)模，投資最小”為原則，供水過程按“基荷”供水，“峰荷”仍由石河子市水廠供水。根據(jù)石河子市現(xiàn)狀供水能力，設(shè)計水平年2015 年石河子市水廠供水能力完全可滿足石河子市“峰荷”供水要求。

3.2 供水方案選取

由《新疆瑪納斯河流域規(guī)劃總報告》成果可知，在瑪納斯縣—沙灣縣—石河子市一線以南的低山丘陵地帶，分布著一座巨大的地下水庫，流經(jīng)洼地的塔西河、瑪納斯河、寧家河、金溝河四河河水大量滲漏，并儲存在卵礫石層的空隙中。地下水庫靜儲量為352 億m3，可動用靜儲量為35.2 億m3。

根據(jù)瑪納斯河河谷水源地地下水水均衡計算及水資源現(xiàn)狀評價可知，河谷水源地地下水補給量為1.371 8 億m3，為地下水豐富區(qū)。因此，瑪河上游河谷具備建設(shè)調(diào)節(jié)型地下水水源的條件，使地下水資源得到合理的調(diào)配使用。水源地作為工業(yè)、生活用水水源地采用管井開采地下水。

結(jié)合工程現(xiàn)場實際情況，以及泉水溢出區(qū)地下水埋深、富水性、含水層厚度、地下水水質(zhì)、開采經(jīng)濟條件等，建議水源地開采用以下兩種方案：方案一為純管井開采地下水，方案二為滲管與管井混合開采地下水、地下潛流水。推薦水源地取水工程采用方案一進行取水。水源地布井區(qū)地下水可開采量1.239 4 億m3，肯斯瓦特水庫建成后布井區(qū)地下水可開采量約為1.037 0 億m3，全年均可取水。水源工程采用管井開采地下水，輸水工程采用管道輸水，在輸水管道上為石河子市、瑪納斯河流域瑪納斯縣灌區(qū)八鄉(xiāng)鎮(zhèn)、瑪納斯縣瑪河工業(yè)園預留取水口。

3.3 工程規(guī)模和主要參數(shù)

該工程為供水工程，根據(jù)石河子市、瑪納斯縣八鄉(xiāng)鎮(zhèn)和瑪納斯縣瑪河工業(yè)園的需水量預測結(jié)果，按照瑪納斯河流域規(guī)劃總報告和瑪河水量的承載能力，結(jié)合所定水源地河段的水文地質(zhì)條件，確定其工程規(guī)模如下：

工程設(shè)計供水保證率為95%。2015 年水源地工程取水量為7 400 萬m3，根據(jù)2015 年水源工程的月供水過程確定了供水最大月的平均日供水為23.22 萬m3。根據(jù)《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB50282—98），中等城市給水工程日變化系數(shù)可采用1.3～1.5；根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》的要求，日變化系數(shù)可在1.3～1.6 范圍內(nèi)取值。綜合考慮工程的供水規(guī)模、用水量組成、供水區(qū)域的生活水平和氣候條件，本工程規(guī)模日變化系數(shù)取1.45。

經(jīng)計算，本工程2015 年最高日供水量為33.67 萬m3，最高日供水流量3.90 m3/s，工程設(shè)計供水流量4.00 m3/s。

4 結(jié)語

瑪納斯河流域是新疆水資源開發(fā)利用程度較高的流域，也是新疆重要的糧棉基地和經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的重點向中西部轉(zhuǎn)移，瑪納斯河流域作為新疆天山北坡經(jīng)濟開發(fā)建設(shè)的中心區(qū)域，具有重要的經(jīng)濟地位和作用。本文通過對新疆瑪納斯河流域供水區(qū)需水量進行合理預測，提出了科學的供水方案和主要設(shè)計參數(shù)，該供水工程的建設(shè)將滿足石河子市、瑪納斯縣的生產(chǎn)生活用水需求，供水區(qū)不僅改善石河子市和瑪納斯縣缺水現(xiàn)狀，也將對石河子市和瑪納斯縣的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益產(chǎn)生積極顯著的影響。