商洛富水鎮(zhèn)供水工程水源選擇及合理性分析

楊元波

(陜西瀚泰水利水電勘測設(shè)計有限公司，陜西 西安 710000)

快速發(fā)展的城鎮(zhèn)規(guī)模對富水鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提出了新的要求，特別是供水問題，商洛富水鎮(zhèn)現(xiàn)狀供水工程主要為一些分散的小供水點，供水系統(tǒng)無凈化消毒處理設(shè)施，加之各水源點分片供水的制約，一到枯水季節(jié)集鎮(zhèn)經(jīng)常鬧水荒，嚴(yán)重影響了鎮(zhèn)區(qū)居民的正常工作和生活，也有損于集鎮(zhèn)形象，同時也嚴(yán)重制約了富水鎮(zhèn)經(jīng)濟的快速發(fā)展。解決富水鎮(zhèn)集鎮(zhèn)居民及工業(yè)園區(qū)日常生產(chǎn)用水問題，提高區(qū)域供水保障及飲水安全極為必要。

1 供水工程概況

富水鎮(zhèn)供水工程供水對象主要為富水鎮(zhèn)附近行政村的居民、富水鎮(zhèn)公共建筑以及工業(yè)園區(qū)?，F(xiàn)狀供水人口3 773人。到設(shè)計水平年2030年，供水范圍內(nèi)總?cè)藬?shù)將達到4 506人。通過對人數(shù)、相關(guān)計算參數(shù)確定后，分析計算得知，該工程最高日需水量為802.1 m3/d。考慮到鎮(zhèn)區(qū)的長遠發(fā)展，取整后確定該工程的供水規(guī)模為：960 m3/d。

2 水源論證及合理性分析

該工程可就近利用的水源有地下水和地表水，由于地下水為基巖裂隙水，出水量小、且特別分散，開采利用成本大且不能滿足該項目區(qū)對水量的需求，因此在地表水水源充足的情況下不考慮利用地下水。工程區(qū)內(nèi)地表水資源主要來源于黑漆河。黑漆河多年平均年徑流量0.222 9×108m3，是富水鎮(zhèn)境內(nèi)最大一條河流。

2.1 地表水概況

黑漆河主河道在商南縣境內(nèi)的河道長度32 km，總流域面積100.6 km2，河道平均比降16.1‰，多年平均年徑流量0.222 9×108m3，是富水鎮(zhèn)境內(nèi)最大一條河流。工程擬建壩址位于黑漆河上游松樹溝，控制流域面積8.35 km2，河長4.12 km，平均比降90.07‰。

2.2 水文基本資料

黑漆河流域內(nèi)未設(shè)水文站，屬無實測水文資料地區(qū)，工程采用無資料地區(qū)水文計算方法，即主要采用《商洛地區(qū)實用水文手冊》提供的經(jīng)驗公式及相關(guān)圖表進行計算。

距離黑漆河最近的水文站為武關(guān)河的武關(guān)水文站，因武關(guān)河與黑漆河均發(fā)源于蟒嶺南麓，兩流域氣象水文條件相近，下墊面基本一致，可作為本工程水文計算的參證站。該站控制流域面積724 km2，站址位于丹鳳縣武關(guān)鎮(zhèn)，于1959年建站，有1959-2014年56 a水文觀測資料。觀測項目有水位、流量、泥沙、降水等。

2.3 氣象

工程區(qū)屬亞熱帶氣候，氣候溫和，四季分明，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。年平均氣溫14.1℃，極端最高氣溫40.5℃，極端最低氣溫-12.1℃。四季分明，雨量充沛，多年平均降雨量803.2 mm，據(jù)商南縣氣象站實測最大降雨量1 307.8 mm(1983年)，最小降雨量546.3 mm(1978年)，最大為最小的2.33倍。降水年內(nèi)分配差異很大，4-10月為汛期，降雨主要集中在7、8、9、10四個月，約占全年50%以上，并常有災(zāi)害性暴雨發(fā)生。夏秋多雨，冬春干冷少雨。平均風(fēng)速1.7 m/s，多年平均最大風(fēng)速16 m/s。

2.4 徑流分析

工程區(qū)壩址控制流域內(nèi)無水文測站，本次擬采用徑流深計算法、水文比擬法兩種方法進行計算，對計算成果比較分析后選用。

2.4.1 徑流深計算法

根據(jù)《商洛地區(qū)實用水文手冊》中多年平均徑流深等值線圖和CV等值線圖，查得黑漆河松樹溝壩址處流域重心多年平均徑流深為275 mm。

經(jīng)計算，黑漆河松樹溝壩址處多年平均年徑流量分別為229.63萬 m3，變差系數(shù)Cv=0.60，取Cs=2Cv；采用皮爾遜Ⅲ型頻率分布曲線，求得不同頻率的設(shè)計年徑流量。

表1 工程取水處不同頻率年徑流量計算表

2.4.2 水文比擬法

黑漆河松樹溝工程水文比擬以武關(guān)水文站為參證站，據(jù)武關(guān)水文站1959-2014年55年資料統(tǒng)計，武關(guān)水文站多年平均徑流量1.67億 m3。枯水季11月-翌年3月徑流占20.7%，3-10月徑流占79.3%。武關(guān)水文站不同頻率年徑流計算結(jié)果見表2，頻率曲線見圖1。

表2 武關(guān)水文站不同頻率年徑流量成果表 億m3

根據(jù)武關(guān)水文站的徑流計算成果，采用水文比擬法推算黑漆河壩址處徑流。

Wp壩= Wp參×f/F

式中：Wp壩、Wp參分別為工程取水處和參證站頻率為P的年徑流量，萬m3；f、F分別為工程取水處與參證站的流域面積。

經(jīng)計算，黑漆河壩址處多年平均徑流量為192.60萬 m3，徑流計算成果見表3。

表3 工程壩址處不同頻率年徑流量成果表 萬m3

2.5 成果的選用及合理性分析

將上述水文比擬法及徑流深等值線圖查算法計算的壩址處各頻率年徑流量成果對比分析，徑流深等值線圖查算法是依據(jù)《商洛市水文實用手冊》上的等值線圖推算，基本能夠反映徑流變化規(guī)律。水文比擬法是采用武關(guān)水文站為參證站，資料系列長，資料系列的代表性較好，故本次選用水文比擬法計算的徑流結(jié)果。

2.6 徑流年內(nèi)分配

根據(jù)《商洛地區(qū)實用水文手冊》，當(dāng)所求斷面為地下水補給很少的小河或枯季斷流的小河，可采用本流域附近流域內(nèi)的雨量站并且符合某一設(shè)計頻率的降水典型年的年降水月分配比例，作為設(shè)計流域的同頻率的年徑流月分配比例。

本次徑流分配工程區(qū)采用富水關(guān)的年徑流量年內(nèi)分配求得各保證率黑漆河設(shè)計年徑流量月分配見表4。

表4 黑漆河設(shè)計徑流量月分配表 104m3

(1)采用《商洛地區(qū)實用水文手冊》中提供的經(jīng)驗公式法計算保證日均流量

公式：

QP=KP·Fn

式中：QP為某保證率的日平均流量(m3/s)；F為流域面積(km2)；KP、n 為地區(qū)經(jīng)驗參、指數(shù)。根據(jù)《手冊》查取相應(yīng)參、指數(shù)，將工程位置處控制流域面積代入公式，計算所得結(jié)果見表5。由表5可知，黑漆河95%保證率日均流量為：0.003 1 m3/s(0.003 1 m3/s×3 600×24=267.84 m3/d)。

表5 設(shè)計保證日均流量

(2)根據(jù)參證站設(shè)計徑流量月分配表推求工程區(qū)設(shè)計日均流量

本次徑流分配黑漆河采用附近流域武關(guān)雨量站的降水量年內(nèi)分配。由年徑流計算的表4黑漆河設(shè)計徑流量月分配表可知，95%保證率下，12月份為最枯期，根據(jù)武關(guān)站12月份徑流成果計算日均徑流量(540 000 m3/31=17 419 m3/d)，采用水文比擬法推算工程處徑流，經(jīng)計算，工程處日均徑流流量為200.90 m3/d。

(3)根據(jù)引水樞紐處設(shè)計徑流量月分配表推求設(shè)計日均流量

由年徑流計算的表4黑漆河設(shè)計徑流量月分配表可知，95%保證率下，12月份為最枯期(徑流量4 600 m3)，最枯期12月份日均流量為148 m3/d(4 200 m3/31=135 m3/d )。

三種方法經(jīng)比較，公式法流域面積僅適用用300 km2以上，后兩種方法計算結(jié)果經(jīng)比較，根據(jù)引水樞紐處設(shè)計徑流量月分配表計算設(shè)計日均流量計算成果較小，考慮偏安全因素，取小值，即采用根據(jù)引水樞紐處設(shè)計徑流量月分配表計算設(shè)計日均流量計算成果。即計算的日均流量為：135 m3/d。

表6 武關(guān)河設(shè)計徑流量月分配表 104m3

4 水源的確定

分析比選后，確定該工程主要供水水源為富水鎮(zhèn)集鎮(zhèn)上游側(cè)的松樹溝取水點(地表徑流水源)，應(yīng)急備用水源為王家莊村東側(cè)的大口井(地下水源)，水量較充足，水質(zhì)符合《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

該項目單純考慮居民生活用水的情況下，2030年設(shè)計供水規(guī)模為442.1 m3/d(加上水廠自用水后為464.2 m3/d)，根據(jù)徑流分析，松樹溝全年平均徑流量為1 875 m3/d，除12月徑流量135 m3/d和1月徑流量226 m3/d不滿足需水量要求外，其他月份均滿足需水量要求。

該項目同時考慮居民生活用水和工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)生活用水的情況下，2030年設(shè)計供水規(guī)模為802.1 m3/d(加上水廠自用水后為842.2 m3/d)，根據(jù)徑流分析，松樹溝全年平均徑流量為1 875 m3/d，除11月徑流量627 m3/d、12月徑流量135 m3/d和1月徑流量226 m3/d不滿足需水量要求外，其他月份均滿足需水量要求。

另外，本次在王家莊村東側(cè)擬新建大口井1眼，參考項目區(qū)附近已成井經(jīng)驗，出水量選用240 m3/d(出水量20 m3/h，按24 h不間斷供水)。

考慮到枯水期11月-次年1月供水量不能同時滿足居民生活用水和工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)生活用水需水量要求，建議在枯水期優(yōu)先保證居民生活用水。

以上數(shù)據(jù)表明，兩取水水源的流量之和除11月～次年1月不滿足需水量外，其余月份均大于本工程取水量，取水保證率可得到滿足。綜合上述分析結(jié)果，新建松樹溝地表水源為本工程的主要水源，王家莊大口井為該工程的應(yīng)急備用水源。

5 水源水質(zhì)

黑漆河松樹溝水源上游溝道內(nèi)基本無居民入住、植被覆蓋率高，壩址以上流域內(nèi)無工業(yè)企業(yè)及人為污染的影響。根據(jù)水樣化驗結(jié)果表明，水源水質(zhì)符合《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ3020)的要求。該水源檢驗指標(biāo)均達到合格標(biāo)準(zhǔn)。

6 取水方案

該工程主要取水水源為松樹溝水源。通過調(diào)查，此水源上游溝道內(nèi)基本無居民入住、植被覆蓋率高，水質(zhì)好。另外，溝道水流主要為溝道上游泉水及基巖裂隙水補給，水量穩(wěn)定。經(jīng)濟技術(shù)分析及地質(zhì)調(diào)查，本次松樹溝水源攔水壩處河谷基巖外露，地質(zhì)、地形條件優(yōu)越且高程滿足重力輸水至水廠要求。本次取水工程為新建漿砌石溢流壩一座，工程主要由鋼筋砼進水管、壩前滲渠、壩內(nèi)鋼管及溢流壩組成。應(yīng)急備用水源：通過王家莊村東側(cè)的新建大口井取水，然后利用井用潛水泵加壓抽水至新建100 m3高位水池蓄水，最后通過配水管網(wǎng)重力供水至用戶。

6.1 溢流壩布置

本次修建溢流壩盡量把河道的行洪影響降到最低，所以溢流壩均按最大溢流壩段設(shè)計，溢流壩段長12 m，堰高2.5 m。溢流堰最末端設(shè)反弧段與原地面平順銜接，壩腳拋塊石回填防沖。為穩(wěn)定過溢流壩水流，壩體兩側(cè)與岸坡基巖相連段采用C20鋼筋砼擋墻連接，擋墻頂高程為校核洪水位加上0.2 m超高，基礎(chǔ)坐落于弱風(fēng)化基巖上，底部為0.1 m厚C15素混凝土墊層。

6.2 大口井

本次擬在王家莊村新建大口井1眼，根據(jù)地質(zhì)實際勘察和水文地質(zhì)資料，水資源豐富、水質(zhì)符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)的要求。

大口井井壁采用砌石結(jié)構(gòu)，成圓筒形。本次大口井井徑D=3.0 m，井深h=10 m。根據(jù)項目區(qū)已成井資料，動水位5 m，水泵安裝深度為8 m。主要利用河床表層砂礫石層集水，大口井出水量40 m3/h左右，施工采用沉井法施工，透水井壁為無砂鋼筋砼，井壁厚度40 cm。為防止污物、泥沙進入井內(nèi)，大口井頂設(shè)計井臺，井臺上部為預(yù)制鋼筋井蓋，井蓋厚10 cm ，井蓋直徑為358 cm，在井蓋、井臺上預(yù)埋φ16鋼筋作為鎖鼻，鎖上井蓋。大口井濾料級配需根據(jù)水文地質(zhì)勘察結(jié)果確定。

7 結(jié)語

根據(jù)流域內(nèi)相關(guān)參證站及《商洛市水文手冊》所提供的參數(shù)及經(jīng)驗公式，并采用徑流深計算法和水文比擬法對黑漆河的徑流量進行計算分析，再根據(jù)經(jīng)驗公式法、參證站設(shè)計徑流量月分配表、引水樞紐處設(shè)計徑流量月分配表推求出日均流量，根據(jù)分析計算結(jié)果，考慮到黑漆河松樹溝水源在偏枯月份水源供水量不足，建議將王家莊大口井作為應(yīng)急水源。兩處水源水質(zhì)、水量均滿足該工程需水量要求，故本次水源選擇合理。該工程的建設(shè)，積極推動了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，提高了人民群眾的生活水平，實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置和可持續(xù)利用。