佳縣通鎮(zhèn)農(nóng)村飲水工程分析

張 偉，張飛飛，封 春

(1.佳縣水利工作服務中心，陜西 佳縣 719299；2.佳縣水土保持工作中心，陜西 佳縣 719299)

佳縣通鎮(zhèn)農(nóng)村供水工程水質(zhì)水量無保證，群眾飲水矛盾突出。為解決當?shù)厝罕婏嬎щy，需對水源選取和供水方案進行探討。

1 概況

通鎮(zhèn)位于佳縣城北20 km處，全鎮(zhèn)轄31個行政村1個社區(qū)，總面積178 km2，人口25203人，鎮(zhèn)區(qū)常住人口近1.5萬人。屬暖溫帶大陸性半干旱季風氣候。冬季漫長寒冷，夏季短促溫差較大。多年年平均降水量386 mm～404 mm，氣候較干旱。降水年際變化率大，相對變化率達80%，年內(nèi)分配不均，多年平均降水量只能滿足農(nóng)作物需水量的1/2，素有“十年九旱”之稱。

2 飲水現(xiàn)狀、存在問題及建設必要性

2.1 供水現(xiàn)狀及存在的問題

此次工程涉及范圍為通鎮(zhèn)后家灣村、閆家洼村、進柏溝村、馬興莊、白城、白家溝村、高家楞村、通鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)、居委等自然村約20000人。各村地處陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，山大溝深，巖石縱橫，立地條件差，水源較缺，群眾飲水困難。加之管網(wǎng)失修，水質(zhì)堿化嚴重，供水保證率低，水質(zhì)無法保證，嚴重影響當?shù)厝罕娚硇慕】?。特別是通鎮(zhèn)佳蘆河以西部分自來水工程，由于年久失修，管道經(jīng)常性漏水，對河西80戶居民的住房安全造成了嚴重安全隱患，對生活飲水也造成了一定困擾，村民強烈要求解決飲水問題，消除安全隱患。

2.2 工程建設必要性

根據(jù)《佳縣城市總體發(fā)展概念規(guī)劃(2008～2020)》，改善基礎(chǔ)設施建設中，城鄉(xiāng)城供水設施建設是當務之急。新建飲水工程將徹底解決通鎮(zhèn)用水緊張問題、周邊7個自然村村民吃水難、飲水不安全問題，對提高居民用水保證率、居民用水安全性、保障居民身心健康是十分必要的，所以本次工程建設是全面建設小康社會，確保項目村群眾飲水安全的需要，是促進區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要，是提高居民生活用水安全性，提高村民生活水平的需要，是維護居民生活安定、團結(jié)的需要。

3 需水量預測

3.1 需水參數(shù)選定

通鎮(zhèn)飲水工程設計年限10年，設計水平年2029年，人口自然增長率為6‰。工程區(qū)位于陜北地區(qū)，設計為全日制供水，考慮到項目區(qū)近年來經(jīng)濟發(fā)展迅速和農(nóng)村群眾生活水平的提高，按照《村鎮(zhèn)供水工程設計規(guī)范》確定的最高日居民生活用水定額，確定項目區(qū)人均日用水定額為60 L/(人·d)，散養(yǎng)的家畜用水定額羊10 L/(只·d)，牛60 L/(頭·d)，豬40 L/(只·d)。學校最高日用水量以10%計入。工業(yè)白家溝磚廠日用水量以50 m3計算。根據(jù)規(guī)范，管網(wǎng)漏失水量和未預見用水量應按上述用水量的10%～25%計算，本次設計擬按前3項用水量之和的15%計列。項目由于允許短時間間斷供水，消防用水可以暫時關(guān)停其它用戶，故不考慮消防用水；本次只配套消毒凈化設施，所以不用考慮水廠自用水量。用水時間為24 h全日制供水。

本工程主要為項目各村群眾生活用水，工程規(guī)模較小，用水時間較集中，主要在早、中、晚各2 h的時段內(nèi)，所以時變化系數(shù)較大，根據(jù)規(guī)范，各村時變化系數(shù)取Kh=3.0，鎮(zhèn)區(qū)取2.2。日變化系數(shù)Kd選定1.5。

3.2 供水規(guī)模的確定

本次工程涉及范圍通鎮(zhèn)20000人的用水問題。人口自然增長率按6‰計，則至2029年項目區(qū)人口為21233人。居民生活用水量Q1=21233×60/1000=1274 m3/d；公共建筑用水量Q2=1274×10%=127.4 m/d；工業(yè)用水量用水量Q3=25×2=50 m3/d；管網(wǎng)漏失損失及未預見水量Q4=(Q1+Q2+Q3)×15%=217.4 m3/d。

供水規(guī)模(即最高日供水量)為居民生活用水量、公共建筑用水量、管網(wǎng)漏失水量及其它未預見用水量之和。Q=Q1+Q2+Q3+Q4=1669 m3/d，日變化系數(shù)取1.5，年供水總量40.6萬m3。

4 供水方案分析

4.1 區(qū)域水資源分析

佳縣水資源總量為10856萬m3/a。項目區(qū)地處陜北山區(qū)，地表水水源主要為黃河水及黃河支流佳蘆河。本次工程取水量較小，按照長遠方案和投資經(jīng)濟，首選地表水。區(qū)內(nèi)有黃河一級支流佳蘆河。佳蘆河沿程流域面積大于100 km2的主要支流有方塌溝和五女川。支流五女河，源于佳縣方塌鎮(zhèn)廟梁村，經(jīng)興隆寺、朱官寨、通鎮(zhèn)3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，全長41.9 km，于佳蘆鎮(zhèn)崔家河底村北0.5 km處入佳蘆河。常年平均流量0.83 m3/s，是佳蘆河的最大支流。上游河道平坦、寬敞，河床有老黃土和三趾馬黃土地層出現(xiàn)，自杏樹塌以下，出現(xiàn)裸露巖層，平常流量小，雨澇水大，天旱干涸，呈季節(jié)性河流。中游河道平坦、川塌地成片，是該流域肥沃之地。下游河道彎曲，比降增大，川塌地分布零星。

4.2 水源選擇

水源選擇應遵循水質(zhì)良好、便于衛(wèi)生防護、水量充沛、符合當?shù)厮Y源統(tǒng)一規(guī)劃管理要求。有多個水源可供選擇時，應對其水質(zhì)、水量、工程投資、運行成本、施工和管理條件、衛(wèi)生防護條件等進行綜合比較，擇優(yōu)確定。對擬選水源應進行水資源勘察，重點進行水質(zhì)和干旱年枯水期可供水量分析，結(jié)合相應的供水方案作出評價。根據(jù)項目區(qū)水源情況，現(xiàn)對五女河地表水和當?shù)氐叵滤窟M行分析。

4.2.1 五女河水源處徑流計算

本次引水低壩處徑流采用徑流深等值線法和水文比擬法計算。

(1)徑流深等值線圖法

多年平均徑流量根據(jù)《榆林市實用水文手冊》采用徑流深等值線圖法計算項目區(qū)對應的多年平均徑流量。

W=0.1·Y·F

式中：W為多年平均徑流量，萬m3；Y為多年平均徑流深80 mm；F為流域面積208 km2。

經(jīng)計算，可得壩址處多年平均徑流量為1664萬m3。

采用《榆林市實用水文手冊》中的徑流深等值線圖法進行計算不同頻率設計年徑流量，由年徑流深變差系數(shù)Cv等值線圖，變差系數(shù)Cs=2.5Cv。

不同頻率設計年徑流量計算公式如下：

WP=1000YP·F

式中：WP為設計年平均徑流量，萬m3；YP為某頻率設計年徑流深，mm；F為流域面積，km2。

YP=Y·KP

式中：Y為多年平均年徑流深，mm；KP為某頻率模比系數(shù)。

查《榆林市實用水文手冊》可得年徑流變差系數(shù)Cv=0.35，不同頻率模比系數(shù)KP及不同頻率下的年徑流計算結(jié)果見表1。

表1 不同頻率設計年徑流量

(2)水文比擬法

根據(jù)申家灣站1957年～2004年48年徑流資料，以數(shù)字期望公式計算經(jīng)驗頻率，按矩法計算統(tǒng)計參數(shù)，采用P-Ⅲ型曲線線型，調(diào)整統(tǒng)計參數(shù)，目估適線，不同頻率年徑流量計算結(jié)果見表2。引水低壩處設計年徑流按面積比擬法并考慮降雨修正進行計算，計算結(jié)果見表2。典型年徑流月分配見表3。

表2 不同頻率年徑流量計算結(jié)果表 單位：萬m3

表3 典型年徑流月分配表 單位：萬m3

根據(jù)申家灣水文站1960年、1962年、1963年、1965年、1978年、1985年等年觀測資料，監(jiān)測日最小流量折算至本次新建壩址處，流量均可以滿足本次工程用水需求。

(3)徑流成果選用

以上兩種方法計算成果有一定差別，考慮到徑流等值線法是根據(jù)1981年以前的資料分析繪制的，資料系列較短，而水文比擬法是采用申家灣站長系列資料計算，具有代表性，同時考慮到工程保證率，故采用水文比擬法計算成果，即引水低壩處多年平均徑流量為1332萬m3，95%頻率下年來水量為497萬m3。本次設計年需水量為40.6萬m3，占來水量的9.2%，來水量滿足用水需求。

4.2.2 地下水源分析

工程區(qū)地下水按含水層性質(zhì)及埋藏條件可分為孔隙、裂隙潛水和基巖承壓水兩大類，而基巖一般為潛水的相對隔水層，松散覆蓋層孔隙潛水主要接受大氣降水補給，多以泉的形式向附近的河流排泄。由于巖層儲水條件差，區(qū)內(nèi)降雨量較小，其它地區(qū)地下水較為貧乏。對工程有影響的主要為黃河、佳蘆河河流附近的孔隙潛水，而基巖裂隙水和承壓水對工程基本無影響。

4.2.3 水源的確定

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本次水源采用在五女河新建一座低壩取水樞紐，經(jīng)過河底砂層過濾后通過集水廊道引水至新建大口井，用潛水泵將水提升到高位蓄水池，經(jīng)過消毒處理后通過配水管網(wǎng)供給用戶，局地設加壓泵房或管道泵加壓，部分低洼區(qū)域用戶通過減壓池減壓后再供給用戶。本次供水工程的最高日用水量1669 m3/d，年供水總量40.6萬m3。通過新建蓄水池進行調(diào)蓄以滿足項目區(qū)居民日常生活用水。

4.3 滲渠及集水廊道

鋪設于河床之下的集水廊道主要收集滲渠汲取的潛流水，滲渠斷面凈尺寸為50 cm×70 cm(高×寬)，底板、渠身及蓋板均采用15 cm厚C20鋼筋砼。單個滲渠開孔蓋板設計尺寸為1.2 m×1.0 m×0.15 m(長×寬×厚度)，蓋板開條形孔，孔眼尺寸為70 cm×2 cm(長×寬)，縱向孔眼凈距為5 cm，蓋板兩端距孔眼凈距為10 cm。經(jīng)計算，設計滲渠流量為0.15 m3/s，設計滲渠長度為130 m，垂直于河道布置4條滲渠，每條滲渠長度為32.5，各滲渠間距為20 m，各條滲渠通過聯(lián)通通道進行連接，水流統(tǒng)一收集至大口井內(nèi)。

為防止洪水沖刷對滲渠的破壞，本次滲渠置于沖刷深度以下，根據(jù)計算河道沖刷深度為0.8 m～1.4 m，設計取1.5 m(即滲渠埋置深度為河床以下1.5 m)。集水廊道斷面尺寸為0.8 m×1.2 m(寬×高)。為利于集水廊道積水順利進入集水井，集水廊道沿輸水方向設縱坡3%。集水廊道臨近輸水管道側(cè)各設矩形集水井1座，井尺寸為1.5 m×1.0 m×2.5 m(長×寬×高)，檢修孔尺寸為70 cm×70 cm。集水井采用20 cm厚C20鋼筋砼砌筑，井底設1.0 m×1.0 m×0.8m(長×寬×深)沉沙池。

根據(jù)工程布置，新建大口井1眼，井徑3.5 m，深30 m，井下平行于河道設置100 m長井下滲渠1道，滲渠寬1.6 m，高1.8 m，滲渠壁設置進水孔，進水孔外側(cè)設反濾包，大口井含水層井壁設進水孔滲水，進水孔設置反濾料，取水樞紐集水廊道的水通過DN315PE100級1.6 MPa管道輸送至大口井內(nèi)，通過大口井內(nèi)的潛水泵揚至500 m3高位水池。

5 結(jié)語

水源選取和水質(zhì)保障是黃土高原區(qū)農(nóng)村飲水工程的難點，通過分析探討，提出低壩攔水通過河底砂層過濾、集水廊道引至大口井的供水方案，融合了新疆坎兒井的建設思想，對于黃土高原區(qū)農(nóng)村飲水工程來說有一定的創(chuàng)新和進步意義，值得借鑒參考。