遼西山地丘陵區(qū)小型集中供水工程設計研究

劉立杰

(綏中縣水利事務服務中心，遼寧 葫蘆島 125200)

0 引言

農(nóng)村飲水安全是廣大群眾迫切需要解決的最關(guān)心的問題之一，事關(guān)民生福祉和“兩不愁三保障”重要目標的實現(xiàn)，全社會廣泛關(guān)注且黨和政府高度重視。然而山區(qū)村民居住分散，工程建設難度大、投資高，實際運行管護存在諸多難題。為保障農(nóng)村飲水安全水平的進一步提升，2016年國家部委要求各地圍繞打贏脫貧攻堅戰(zhàn)的部署和全面建成小康社會的要求，綜合采取聯(lián)網(wǎng)、升級、改造等手段切實提高集中供水保證率、供水率和水質(zhì)達標率。國內(nèi)諸多工程技術(shù)人員和學者，緊緊圍繞供水工程建管運行做了大量研究，這為農(nóng)村飲水安全工作的順利推進提供了技術(shù)支持[1-3]。目前，為保障農(nóng)村飲水安全有壓重力流輸水技術(shù)逐漸成為山區(qū)集中供水的主要方式，但是海拔高差較大地區(qū)長距離集中供水工程的維護難度大，加之供水管網(wǎng)復雜、維護技術(shù)力量薄弱，難以充分發(fā)揮中小規(guī)模集中供水工程效益[4]。

遼西山地丘陵區(qū)干濕季節(jié)分明、地貌形態(tài)復雜，農(nóng)村飲水安全問題主要體現(xiàn)在旱季飲水困難、無法保障水源，山區(qū)已建工程損壞較多且運行維護能力差，尤其是海拔高差較大地區(qū)的供水管網(wǎng)維護難度大。近年來，為進一步推進農(nóng)村飲水安全保障工作各地區(qū)開展農(nóng)村飲水安全鞏固提升改造，確保順利完成飲水安全脫貧攻堅任務。本文結(jié)合遼西山地丘陵區(qū)綏中縣農(nóng)村飲水安全現(xiàn)狀，并針對高差較大地區(qū)和山區(qū)旱季缺水地區(qū)提出集中供水工程設計方案，旨在為提質(zhì)改造山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程提供一定技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

綏中縣地處遼寧西部，地形特征表現(xiàn)為明顯的階梯形狀，東南低、西北高，依次為沿海平原、中低山、丘陵，按其成因可以劃分成沖積與海積平原地貌、構(gòu)造侵蝕中低山地貌、剝蝕堆積丘陵地貌三種類型。綏中縣屬北溫帶季風型大陸性氣候，冬季氣溫低、降水量少，夏季氣溫高，降雨量多，多年平均氣象特征值如表1。

表1 氣象特征值成果表

境內(nèi)河流較多，在流域劃分上為遼河流域，遼東灣西部沿渤海諸河水系，主要河流有六股河、王寶河、黑水河、貓眼河、狗河、石河、九江河、金絲河、長灘河、黃家河、西沙河、二臺子河等。套流域四級區(qū)水資源評價成果，全縣水資源總量67 314萬 m3，其中地表水和地下水為60 275萬 m3、17 944萬 m3，人均占有量1 057 m3，畝均水資源量548 m3。

水資源具有明顯的干濕季分配特征，汛期(6-10月)占年均水資源的70%以上，枯季占15%左右，枯季水量少且用水比較集中，加之受季節(jié)性干旱的影響極易造成水量減少、水源干涸等情況。地勢高差變化較大，山區(qū)水利工程蓄水條件差、供水能力和供水保證率低，山區(qū)居民取用水難度大。全縣轄13個鎮(zhèn)、11個鄉(xiāng)，280個村，2 612個村民組，2018年國家建檔立卡貧困人口641人，已經(jīng)通過工程措施解決飲水貧困問題，按戶銷號已完畢。2019年，通過自查確定國家建檔立卡飲水貧困人口305人，已申請省級專項資金解決。

2 農(nóng)村供水工程存在的問題

據(jù)調(diào)查，綏中縣農(nóng)村飲水安全工程主要有水窖、水井、集中蓄水池和自來水廠等，總體分為分散式和集中式供水模式。其中，零散居住的村民、農(nóng)村集中居住區(qū)、集鎮(zhèn)所在地主要以挑水或水井及水窖、集中蓄水池供水、自來水廠供水等方式解決飲水問題。近年來，飲水安全工程建設為綏中縣農(nóng)村飲水安全提供了可靠保障，但仍然存在運行維護薄弱、工程建設難度大、水源缺乏等問題，特別是山區(qū)農(nóng)村飲水安全面臨著已建工程運行維護難度大、旱季水源短缺的突出問題。

2.1 供水工程點多面廣

綏中縣現(xiàn)有24個鄉(xiāng)鎮(zhèn)2 612個村民小組，受山地丘陵區(qū)復雜的地形條件限制，居民居住比較分散。借鑒綏中縣飲水工程統(tǒng)計資料，單個農(nóng)村供水工程的受益居民只有40 ～4 500人，而集中居住的村小組達到20 ～ 8 000戶。因此，為解決農(nóng)村飲水問題必須建設大量的供水工程，但解決的水量不大且投資較高。

2.2 運行維護難度大

由于地勢較高、地形復雜，山地丘陵區(qū)形成的幾十上百人小村莊普遍缺少飲用水源。目前，通過管道將幾公里以外的山中大竹林水引至高位水池蓄積，再由重力自流供水管網(wǎng)供居民飲用的飲水方案比較常見。然而，由于村民居住分散、有保障水源少且水源距離遠，所以供水工程建設難度大，加之供水落差大、管道距離長，經(jīng)長期使用很易出現(xiàn)損壞，供水管網(wǎng)維護難度大。

2.3 供水保障程度不高

大多數(shù)山地丘陵區(qū)的村民都居住于山腰或者山腳，由于民族習性只有少部分村民居住于山頂，這些村民一般利用雨水、山中大竹林水等解決飲水問題。受地形條件影響，山區(qū)河流蓄水條件差，源短水少，加之水資源時空分布不均旱季幾乎沒有降水。因此，這些地區(qū)旱季嚴重缺水，水源水量少，要解決用水問題需到較遠的水庫或河流拉水。

3 山地丘陵區(qū)供水系統(tǒng)設計

為了有效解決綏中縣已建工程易損壞和旱季水源短缺的問題，切實保障山地丘陵區(qū)村民飲水安全，本文結(jié)合綏中縣水利綜合規(guī)劃資料提出“分級供水”和“混合供水”設計模式。

3.1 分級供水模式設計

山地丘陵區(qū)村民居住分散，從山頂?shù)缴侥_垂直高差達到50 m甚至百米以上范圍內(nèi)都有居住，海拔高差懸殊。目前，集中供水模式主要是利用重力直流供水管網(wǎng)和山頂修建的蓄水池向居民供水[5]。這種供水系統(tǒng)管道落差高、距離長，管道內(nèi)壓力波動劇烈且水力條件復雜，受水錘、負壓和水壓作用顯著。受瞬間水錘沖擊管網(wǎng)下部水壓增大極易發(fā)生爆管，同時管道相對高點破壞性極大，負壓頻繁，維護難度較大；管網(wǎng)中上部水量少、水壓小易影響村民用水，經(jīng)常發(fā)生無水情況，用水保證度總體偏低。

因此，可以利用空氣閥、緩閉蝶閥、減壓恒壓閥等管網(wǎng)防護設施設計山區(qū)供水系統(tǒng)，以此降低水錘和負壓作用。然而，小規(guī)模供水設施運行維護能力弱、資金投入少，加之居民有長期不關(guān)閘的用水習慣使得空氣很容易進入管網(wǎng)，所以破壞力較大極易造成管網(wǎng)損壞。結(jié)合實地調(diào)查資料，已建工程管網(wǎng)普遍存在水量不足時放水排空時間長、水龍頭水閥長期打開、上部無水和管道破裂無維修等問題，開閘用水時有的管道存在抖動和吸氣等情況[6]。

針對海拔高差較大地區(qū)供水系統(tǒng)水錘壓力、供水壓差引起的水量分配不均以及水管破壞等問題，設計分級供水模式。采取分片供水、分段修建蓄水池的方式，對高差較大地區(qū)實施分級供水，以2級或3級分級供水作為大供水池集中供水方式，結(jié)合居民實際居住分布情況每隔20～30 m合理布設二級水池分散供水，從而保證居民用水和供水管網(wǎng)安全，為實現(xiàn)居民均衡用水管理人員每天要至少巡查一次，供水系統(tǒng)如圖1。

圖1 分級供水模式流程圖

整個系統(tǒng)蓄水容積比原獨立水池更大或保持不變，較原水池而言設計分級供水總水池可減小，設計二級水池容積為20 m3，結(jié)合供水戶實際情況定量管理水量。分級供水模式能夠確保用水戶合理用水，有效解決水壓爆管和較高位置用水戶無水可用的問題；此外，個別管網(wǎng)損壞時不會影響系統(tǒng)內(nèi)其它用水戶用水，有效降低系統(tǒng)供水水源的浪費。

3.2 混合供水模式設計

綏中縣屬北溫帶季風型大陸性氣候，干濕季分明，1-5月水資源短缺，降水量稀少。通過對農(nóng)村飲水情況的實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，引用山中大竹林水是解決水源短缺地區(qū)飲水問題的主要方式。然而，因山中大竹林水的水源規(guī)模小，一個水源點很難滿足實際用水需求，即使增加水源工程遇到較大干旱或旱季時也難以滿足村民用水要求。針對干濕季分明的遼西山地丘陵區(qū)旱季缺水問題，設計提出“水窖蓄水+集中供水”的混合供水模式。

旱季遼西山地丘陵區(qū)小村落的水源水量少，另尋水源將帶來投資成本高、施工難度大等問題。因此，可以將汛期多余水量利用混合供水的模式分散存儲于水池或水窖內(nèi)，從而提高旱季缺水情況下的供水保證度。汛期利用山中大竹林水集中供水，同時保證水池或水窖蓄滿多余的山中大竹林水，旱季山中大竹林水枯竭或減少，利用水池或水窖水以滿足用水需求，如圖2。

圖2 混合供水模式流程圖

經(jīng)蓄積沉淀后的山中大竹林水變得清澈，存儲在水窖中不易污染且不用實施專門的消毒凈化，除大腸桿菌易超標外其它指標均達到飲用水水質(zhì)標準，可以作為飲用水。相對于直接蓄積水窖周邊地表水或采用房頂收集雨水的情況，水質(zhì)更好、水量更充沛且保障度更高[7]。

4 結(jié)語

(1)農(nóng)村飲水安全工程的建設實施明顯改善了區(qū)域供用水條件，但山地丘陵區(qū)飲水工程依然存在運行維護力量薄弱、工程規(guī)模小等問題。設計符合山地丘陵地形特點和水源條件的簡易供水設施，有利于農(nóng)村供水工程長久高效運行，切實保障村民用水安全。本文結(jié)合綏中縣已建供水工程和飲水安全調(diào)查情況，針對高差較大地區(qū)旱季水源水量缺乏、運維管護難度大等問題提出“分級供水”和“混合供水”模式。

(2)當前及今后一定時期內(nèi)水行政主管部門和各級政府仍要以保障農(nóng)村飲水安全作為工作重點，在做好飲水安全工程的基礎上持續(xù)加大物理和人力投入，逐步完善工程長效管護制度；遵循“適當補助、有償使用”的原則合理計算供水水價，加強水資源管理，綜合應用管理和經(jīng)濟手段讓廣大受益群眾節(jié)約用水，真正受益。