威縣農(nóng)村水源置換工程管道設(shè)計(jì)研究

李步文

(威縣水務(wù)局，河北 威縣 054700)

1 引言

水資源是制約經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要資源，隨著社會(huì)發(fā)展，城鎮(zhèn)用水量將逐漸增大，對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源需求帶來嚴(yán)重影響[1-4]。針對(duì)這種情況，采用工程措施加以改善是十分必要的[5-8]。威縣位于河北省東南部，為地下水高氟區(qū)，地下水超采嚴(yán)重，長期使用地下水作為供水水源，使得當(dāng)?shù)氐叵滤恢鹉晗陆担⒃斐闪怂|(zhì)惡化和地面沉降等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

2 水資源供需平衡分析

2.1 需水分析

2.1.1 現(xiàn)狀需水分析

(1)城鎮(zhèn)需水分析

城鎮(zhèn)現(xiàn)狀需水量包括城鎮(zhèn)生活需水、工業(yè)需水、城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境需水等。根據(jù)現(xiàn)狀年的用水統(tǒng)計(jì)情況，威縣南水北調(diào)供水范圍內(nèi)城區(qū)年實(shí)際用水總量為470萬m3，其中城鎮(zhèn)生活用水297萬m3，工業(yè)用水173萬m3。

(2)農(nóng)村用水需求

根據(jù)現(xiàn)有資料，以基準(zhǔn)年人口指標(biāo)為依據(jù)，對(duì)集中供水站控制范圍內(nèi)的農(nóng)村居民生活、公共建筑用水、管網(wǎng)及滲漏損失等以供水站為基本單元進(jìn)行水資源供需分析計(jì)算。

由表1可知，威縣現(xiàn)狀水平年最高日需水量為3.56萬m3，日變化系數(shù)取1.5，則威縣農(nóng)村需水量為865.34萬m3。

表1 現(xiàn)狀水平年農(nóng)村供水需水量計(jì)算成果表

2.1.2 規(guī)劃年(2030年)需水分析

(1)城鎮(zhèn)生活用水

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)預(yù)測(cè)以2017年為基準(zhǔn)，結(jié)合威縣總體規(guī)劃及國民經(jīng)濟(jì)年鑒中人口自然增長率預(yù)測(cè)2030年指標(biāo)?，F(xiàn)狀年威縣南水北調(diào)供水范圍內(nèi)城鎮(zhèn)人口為17.02萬人。結(jié)合近年來人口發(fā)展的實(shí)際增長情況，預(yù)測(cè)2030年威縣城鎮(zhèn)人口綜合增長率為7‰，則2030年威縣南水北調(diào)供水范圍內(nèi)城鎮(zhèn)人口為17.44萬人。根據(jù)河北省用水定額(DB13/T1161-2016)結(jié)合項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀用水水平確定，2030水平年威縣城鎮(zhèn)大生活用水定額為110 L/(人·d)(其中包含公共事業(yè)用水)，則威縣城區(qū)2030城鎮(zhèn)居民大生活需水量為379.11萬m3。

(2)工業(yè)用水

2017年威縣全縣工業(yè)增加值完成12.37億元，預(yù)測(cè)2030年工業(yè)增加值增長率為7%，則2030年威縣項(xiàng)目區(qū)工業(yè)增加值為29.81億元。工業(yè)用水預(yù)測(cè)公式如下：

W工業(yè)i=C工業(yè)i×G工業(yè)i×10-4

式中：W工業(yè)i為i水平年工業(yè)需水量，萬m3；C工業(yè)i為i水平年工業(yè)增加值，萬元；G工業(yè)i為i水平年工業(yè)萬元增加值用水量，m3/萬元。

計(jì)算得到2030水平年威縣工業(yè)用水量為298.1萬m3。

(3)生態(tài)用水

城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境需水量主要包括改善城市地面水環(huán)境和綠地用水兩部分。本次按2004年《河北省水資源評(píng)價(jià)》中推薦的人均20 m3/a計(jì)算，則威縣2030年城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境需水量為96.35萬m3，考慮由中水供給。

(4)農(nóng)村生活用水

由上述分析可知，規(guī)劃水平年的人口與現(xiàn)狀年人口一致，故規(guī)劃水平年農(nóng)村需水量與現(xiàn)狀水平年一致，規(guī)劃水平年2030年，全縣農(nóng)村需水量為865.34萬m3，本期(2020年度)項(xiàng)目區(qū)農(nóng)村需水量為266.32萬m3。

2.2 可供水分析

威縣南水北調(diào)分配水量供水范圍內(nèi)的可供水量主要包括當(dāng)?shù)氐叵滤晒┧?、地表水以及南水北調(diào)分配水量。根據(jù)《威縣水資源評(píng)價(jià)》，威縣縣城多年平均水資源總量為527.2萬m3。根據(jù)《河北省南水北調(diào)工程規(guī)劃》，南水北調(diào)分配威縣引江水量829萬m3/a。綜上所述，現(xiàn)狀威縣可供水量為1356.2萬m3。

2.3 水資源供需分析

2.3.1 現(xiàn)狀年供需分析

威縣城區(qū)引江水可供水量為829.0萬m3。根據(jù)2017年的用水統(tǒng)計(jì)情況，威縣南水北調(diào)供水范圍內(nèi)縣城區(qū)年實(shí)際用水總量為470萬m3。則現(xiàn)狀年引江水剩余量為359萬m3。在充分利用引江水指標(biāo)的前提下，確定農(nóng)村生活用水地下水/地表水配置比例，混合后氟含量控制在允許最大氟含量1.0 mg/L以下，確保飲水安全。在現(xiàn)有引江水量的條件下，為解決全縣范圍內(nèi)高氟問題，將2015年抗旱應(yīng)急項(xiàng)目、2017年、2019年水源置換項(xiàng)目的引江水量進(jìn)行重新調(diào)整。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)狀條件下，威縣農(nóng)村生活用水量為45 L/(人·d)，各供水站地表水與地下水用水按一定比例混合使用可滿足含氟量小于1.0 mg/L的要求?，F(xiàn)狀水平年條件下，2015年抗旱應(yīng)急項(xiàng)目、2017年農(nóng)村水源置換項(xiàng)目、2019年農(nóng)村水源置換項(xiàng)目和本期(2020年水源置換)項(xiàng)目需水量共計(jì)778.81萬m3。其中需地下水量423.79萬m3，需地表水(引江水)量355.02萬m3，小于現(xiàn)狀年引江水剩余量359萬m3?，F(xiàn)狀條件下，水量滿足要求。現(xiàn)狀條件下，本項(xiàng)目年需水量285.70萬m3，其中，地表水136.48萬m3，地下水年需水量149.22萬m3

2.3.2 規(guī)劃年水資源分析

威縣城區(qū)引江水可供水量為829.0萬m3。規(guī)劃2030年威縣工業(yè)需水298.1萬m3，城鎮(zhèn)生活用水379.11萬m3，則余水量為151.80萬m3，規(guī)劃2030水平年置換水項(xiàng)目總需水量為865.34萬m3，需水量大于余水量，缺水713.55萬m3。規(guī)劃水平年，水量不足。需政府協(xié)調(diào)解決引江水指標(biāo)，以滿足全縣農(nóng)村生活用水及縣城生產(chǎn)生活用水需求。威縣地表水廠現(xiàn)狀供水能力為3萬m3/d，現(xiàn)狀供水能力不能滿足規(guī)劃要求，需擴(kuò)建水廠規(guī)模。待地表水廠擴(kuò)建后，達(dá)到規(guī)劃供水能力，南水北調(diào)水量充足時(shí)，進(jìn)行全部置換。

3 管線設(shè)計(jì)研究

3.1 輸水管線布置

本工程輸水管道建設(shè)，分為南線和北線，輸水線路總長67.454 km。南線1起點(diǎn)為2019年置換水張王目分水口，終點(diǎn)為白果樹供水站；南線2起點(diǎn)為威縣第什營鎮(zhèn)抗旱應(yīng)急水源工程主管道樁號(hào)10+200，終點(diǎn)為西河洼供水站；南線3起點(diǎn)為威縣第什營鎮(zhèn)抗旱應(yīng)急水源工程主管道樁號(hào)13+300，終點(diǎn)為司家莊供水站。

北線路1起點(diǎn)為地表水廠——南候伶仕供水站引水管線點(diǎn)20位置處，終點(diǎn)為安上供水站；北線路2起點(diǎn)為地表水廠——南候伶仕供水站引水管線點(diǎn)31位置處，終點(diǎn)為侯貫供水站；北線路3起點(diǎn)為地表水廠——董呂莊供水站引水管線GD45處位置，終點(diǎn)為宋村供水站；北線路4起點(diǎn)為魚堤供水站分水口點(diǎn)15位置，終點(diǎn)為張營供水站；北線路5起點(diǎn)為地表水廠——董呂莊供水站引水管線GD39處位置，終點(diǎn)為古城供水站，沿線涉及安仁供水站、后蘇莊供水站、七級(jí)供水站和河岔股供水站。

3.2 管道設(shè)計(jì)

3.2.1 管材選擇及埋深

經(jīng)綜合分析比較，針對(duì)本工程輸水管線為非常重要的永久性工程，在保證供水安全性，方便輸水管線的施工以及管材價(jià)格的基礎(chǔ)上，考慮2017年、2019年威縣已實(shí)施的工程經(jīng)驗(yàn)，且本工程為威縣置換水的末端工程，最大管徑為400 mm，綜合考慮確定選用PE管作為本工程輸水管材。因本工程管線布置線路較長，考慮到水錘影響較大，故一般穿越管段管材壓力等級(jí)定為1.0 MPa。威縣當(dāng)?shù)氐膬鐾翆由疃葹?.45 m，管頂應(yīng)埋設(shè)于凍土線以下15 cm，穿越道路、農(nóng)田或沿道路鋪設(shè)時(shí)管頂覆土不應(yīng)小于1.0 m，綜合考慮本次設(shè)計(jì)管頂埋深為1.2 m～1.5 m。

3.2.2 管道施工

管道主要采用明挖施工。根據(jù)工程實(shí)際情況，一般地段按梯形槽開挖，不設(shè)支撐；如遇地下水嚴(yán)重，有流砂的飽和土層管段或距建筑物等地物溝槽開挖段采用支撐，支撐形式以連續(xù)水平支撐和豎撐為主，可采用鋼板樁支撐。施工斷面見圖3。

圖3 施工斷面圖

管道采用填弧法施工，管道直徑大于等于400 mm時(shí)，弧中心支撐角采用120°，管道120°范圍內(nèi)掖角鋪設(shè)砂壤土，壓實(shí)度為92%，小于400 mm時(shí)不做處理。溝槽采用原土回填，管底以上兩側(cè)填土分層回填，管道兩側(cè)及管道以上距管頂50 cm高度內(nèi)土層壓實(shí)度為92%；管道上部距管頂50 cm高度內(nèi)土層壓實(shí)度為85%±2%；距管頂高度50 cm以上、表層耕作土以下土層壓實(shí)度大于90%，取90%，開挖斷面頂部30 cm范圍內(nèi)回填表層耕作土不作碾壓，當(dāng)管道穿越道路段及城區(qū)段溝槽回填土壓實(shí)度為92%。見圖4。

圖4 溝槽回填示意圖

4 結(jié)論

威縣用水主要來自地下水，隨著地下水的大量開采，造成了嚴(yán)重的環(huán)境、水文、地質(zhì)問題，根據(jù)水資源供需平衡分析，現(xiàn)狀年水資源供給可滿足用水需求，隨著社會(huì)發(fā)展規(guī)劃年用水短缺問題較為顯著。為了解決用水需求，建設(shè)南、北兩個(gè)輸水管線，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)采用PE管材使用明挖法施工，保證施工質(zhì)量。