論農(nóng)村人飲水源工程建設(shè)淺表地埋式集水池

吳澤臣

（貴州省錦屏縣敦寨鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心,貴州 錦屏 556700）

0 引言

錦屏縣位于貴州省黔東南州東部,轄7 鎮(zhèn)8 鄉(xiāng)和1 個(gè)省級(jí)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),全縣有115 個(gè)行政村（社區(qū)）,2022 年末戶籍人口239563 人。近年來全縣進(jìn)行水務(wù)一體化改革,加大城鎮(zhèn)供水工程的建設(shè)力度。當(dāng)前全縣15 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)都建設(shè)有規(guī)?；?、覆蓋周邊農(nóng)村集中供水的現(xiàn)代化水廠,全縣大部份村寨都實(shí)現(xiàn)了集中式供水。但截止2022 年仍有部分偏遠(yuǎn)村寨無法實(shí)施規(guī)?；泄┧?對(duì)這些居住分散偏遠(yuǎn)的村寨,只能采用單個(gè)小型人飲工程的方式來實(shí)現(xiàn)保障供水。受地理?xiàng)l件限制,這些村寨都存在人高水低,取水困難的情況,如按常規(guī)采取提水供水的方式,勢(shì)必會(huì)加大后期供水成本,而這些偏遠(yuǎn)的村寨往往經(jīng)濟(jì)又相對(duì)落后。本文以錦屏縣敦寨鎮(zhèn)東部山區(qū)的云亮村為例,探討建設(shè)淺表地埋式集水池在農(nóng)村人飲水源工程中的應(yīng)用。

1 云亮村概況

云亮村是錦屏縣敦寨鎮(zhèn)東部山區(qū)的一個(gè)偏遠(yuǎn)村寨,距鎮(zhèn)政府所在地24 km。該村地處黔湘兩省山區(qū)邊界位置,地勢(shì)較高,全村有3 個(gè)村民小組,132 戶,536 人,全村總面積10037 畝,其中耕地343 畝,林地8039 畝,是一個(gè)較典型的地少山多,經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后小村。受地理?xiàng)l件限制云亮村不能聯(lián)接上敦寨規(guī)?；畯S供水,負(fù)責(zé)該村供水保障的還是原先建設(shè)的單獨(dú)村寨人飲工程。

2 水源勘察情況

云亮村人飲工程是在2015 年設(shè)計(jì)和建設(shè)完成的,筆者當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)該工程設(shè)計(jì)和施工技術(shù)指導(dǎo)工作。云亮村民主要居住在云亮兩邊山坡上,斜坡下沿貴州通湖南鄉(xiāng)村路邊也有少部份村民居住。水源勘察發(fā)現(xiàn),從湖南靖州縣平茶鎮(zhèn)塘寶村大塘沖發(fā)源的云亮溪呈東西向往敦寨境內(nèi)流淌,溪流經(jīng)過云亮寨腳,上游溪谷也十分平緩,不能從云亮溪上游采取重力式引水到云亮山坡上房屋供水,除此周邊山上沒有再找到有流水的沖谷溪流。因此當(dāng)時(shí)尋找合適水源的勘察工作一時(shí)陷入困境,如果從云亮溪提水供水,又會(huì)給這個(gè)經(jīng)濟(jì)落后的村寨增加額外的供水負(fù)擔(dān)。后來經(jīng)過詢問村民,在距省界450 m,叫做濫沖的地方找到一處待定水源。進(jìn)一步了解濫沖是一處季節(jié)性溪流山谷,村民介紹一年中半年有地表水,半年無水。實(shí)地觀察,濫沖溪谷有幾個(gè)山?jīng)_匯集,集水條件好,溪谷兩邊山勢(shì)開闊高聳,有形成地形雨的自然條件,周圍森林茂盛,截留降雨蘊(yùn)含水源的條件很好。

當(dāng)時(shí)勘察時(shí)間為2015 年3 月下旬,是農(nóng)歷二月初的時(shí)間,這時(shí)雨季還沒有到來,雖然在主山?jīng)_沒有看到溪流有地表水,但發(fā)現(xiàn)在沖谷中部往下開始變得平緩的地方有喜水植物生長(zhǎng),溪床地面開始變得濕潤(rùn),越往下越濕潤(rùn)。這種情況說明溪床下有淺表潛水溢出,但不知潛水量是否足夠,決定進(jìn)行必要的論證,如果可以就在溪床里面建設(shè)一個(gè)地埋集水池,通過收集水量來給云亮村供水。

3 需水量計(jì)算

3.1 供水人口計(jì)算

2015 年云亮村有132 戶,534 人,統(tǒng)計(jì)大牲畜46 頭。設(shè)計(jì)用水村民人數(shù)公式計(jì)算：

式中：P0為供水范圍內(nèi)的現(xiàn)狀常住人口數(shù),534 人；P1為設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口的機(jī)械增長(zhǎng)總?cè)藬?shù),根據(jù)云亮村情況,本工程取值為0；γ為設(shè)計(jì)年限內(nèi)人口的自然增長(zhǎng)率,按敦寨鎮(zhèn)人口統(tǒng)計(jì)值12‰；n 為云亮村人飲工程設(shè)計(jì)供水年限15 年。

3.2 居民生活用水量 W1 計(jì)算

式中：P 為設(shè)計(jì)用水居民人數(shù),639 人；q 為最高日居民生活用水定額,貴州省屬四類用水地區(qū),按水龍頭入戶,全天用水的基本需求,取值計(jì)為80 L/（人·d）。

3.3 飼養(yǎng)畜禽用水量W2 計(jì)算

式中：46為現(xiàn)有存欄牛頭；2%為設(shè)計(jì)年限內(nèi)牲畜自然增長(zhǎng)率；15 為工程設(shè)計(jì)年限,年；50 為大牲畜用水定額,L/（頭·d）。

3.4 管網(wǎng)漏水與其它未預(yù)見用水量W3

根據(jù)工程規(guī)范管網(wǎng)漏失水量和未可預(yù)見水量計(jì)數(shù),本工程按以上用水量10%取值,則 ：

3.5 消防用水量W4 及其它用水量取值

按照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016）和《農(nóng)村防火規(guī)范》（GB 50039）的有關(guān)規(guī)定確定。一次性滅火最小用水量為36 m3/h,因上述用水量已高于消防需水量,另外云亮村還可以從寨腳溪流中獲得穩(wěn)定的消防水源,故本工程消防用水量取值W4=0 m3。

由于云亮村是偏遠(yuǎn)村寨,村內(nèi)沒有學(xué)校,企業(yè)等,因此根據(jù)實(shí)際情況工程公共用水量、企業(yè)用水量、澆灑道路綠地用水量全部取值為0 m3。

3.6 合計(jì)供水量W

4 水源至高位蓄水池輸水管水頭損失

擬建云亮村寨后高位蓄水池高程821 m,高位蓄水池到濫沖溪谷中段距離為1270 m。擬定輸水管為Φ50 PE 管材,試算輸水管水頭損失如下：

式中：i 為單位管長(zhǎng)水頭損失,m/m；hy為沿程水頭損失,m；L 為管道長(zhǎng)度,1270 m；Q 為管段需水流量,0.00068 m3/s；d為Φ50 PE 管內(nèi)徑,0.0426 m；C 為海曾威廉系數(shù),本工程PE管取值140。

經(jīng)計(jì)算hy=3.56,則：高位蓄水池高程+輸水管水頭損失=821+3.56=824.56 m。

用RTK 儀器現(xiàn)場(chǎng)定位,濫沖824.56 m 往上至865 m 高程均為溪谷中間濕潤(rùn)較平緩段,綜合考慮輸水管水頭和水源集雨面積因素,暫定在843 m 高程位置修建地埋集水池,此處輸水管自由水頭16 m,能夠滿足輸水要求。

5 水源論證

5.1 坡面年集雨規(guī)模計(jì)算

根據(jù)實(shí)地踏勘確定修建地埋集水池地址后,仔細(xì)比對(duì)萬分之一地形圖,用方格法標(biāo)定出濫沖水源地埋集水池以上集雨面積為99420 m2。

參照坡面集雨面積公式F=1000 WK1/P￠驗(yàn)算[1]：

式中：F 為集流面水平投影面積99420 m2；W 為集雨規(guī)模,m3/a；K1為自然坡面利用系數(shù),本工程取值1.5；Q 為管段流量0.00068 m3/s；P 為保證率為90%的年降雨量、根據(jù)相距云亮村20 km 遠(yuǎn),黎平縣中黃雨量站記錄從1980 年～2014 年歷年降雨量頻率分析計(jì)算的數(shù)據(jù),1053 mm；￠為集流面年積流效益,本工程取值35。

經(jīng)計(jì)算,W=2442749 m3/a

根據(jù)計(jì)算自然坡面集雨規(guī)模為2442749 m3/a,是本工程需供水規(guī)模21505.8 m3/年數(shù)值的113.5 倍,這么大的倍數(shù)差距,即在去除陸地蒸發(fā)量及其他各種水量損失后,理論上依然能夠滿足供水規(guī)模的要求。

5.2 濫沖水源地森林涵養(yǎng)水源論述

濫沖水源區(qū)域森林全覆蓋,其中杉木林占70%,自然混合林占30%,森林具有天然涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)的功能。其茂密的林冠層、林下灌木、草本植物層,地面松軟的枯枝落葉層及地下發(fā)達(dá)的植物根系和松軟的土壤等都具有很好的持水性和滲透性[2],這種特性在下雨時(shí)能截留、吸收、貯存降水,無雨時(shí)間又能緩緩釋出水量補(bǔ)給徑流。因此濫沖水源區(qū)域的森林可以顯著改善坡面的集雨條件。

5.3 濫沖溪谷含水層論述

擬定水源為溪谷中下段坡度變緩位置,觀察兩邊山勢(shì)圍繞高聳,各支集水匯流,可能汛期大部泥土被水流帶走,砂石自重較大沉積下來,經(jīng)過常年累月的積累,溪床應(yīng)被大量砂石覆蓋?，F(xiàn)場(chǎng)用鋤頭挖開表層觀察,只見溪床里面濕漉漉的,主要物料就是砂礫石夾雜泥土,其中砂礫石占大部,證實(shí)設(shè)想是對(duì)的,溪床里面這種物料具有容水性、持水性、給水性、透水性好的特點(diǎn),是優(yōu)良的含水層帶,這種含水層能夠很大程度地?fù)碛械叵聺撍⑶夷軌驖B透。

綜上,擬定的濫沖水源點(diǎn)具有良好的條件,可以用來建設(shè)地埋集水池給云亮村供水。

6 地埋式集水池建設(shè)

6.1 地下截留墻（壩）布置

濫沖水源位置溪谷呈近似U 型,首先開挖溪床至堅(jiān)硬巖石地面,建一道頂長(zhǎng)4.0 m,底長(zhǎng)2.95 m,高1.42 m 的截水墻,該截水墻按攔水壩結(jié)構(gòu)建設(shè),壩體兩端延伸到山邊堅(jiān)硬巖體。截水墻和集水池是一體建設(shè),在溪谷底部基巖上澆筑同一塊砼C20 基礎(chǔ),基礎(chǔ)上、下兩端設(shè)置防滑齒槽[3]。截水墻上寬0.4 m,下寬0.8 m,壩體為M7.5 漿砌石結(jié)構(gòu),迎水面設(shè)置一道厚0.15 m 的C20 防滲墻用于地下攔截水量,截水墻高出集水池頂部0.3 m 以加大向集水池的滲透率。

6.2 地埋集水池布置

地埋集水池內(nèi)空長(zhǎng)、寬、高均為1 m,容積1 m3,邊墻厚0.25 m,頂部鋼筋混凝土蓋板厚0.12 m,全部采用砼C20 澆筑。集水池分別在底、中、上部引出檢修放空、正常供水、溢流3 根管道,邊墻上設(shè)置￠10 過水吼,集水池外周干砌石墻用來反濾和穩(wěn)定填充濾料,過濾物料為冼凈無泥的粗細(xì)混合礫石料,粒徑在10 mm～35 mm 之間,其四周豎面鋪筑面積為3.5 m2。

按濾池公式計(jì)算：

式中：Q 為供水量,Q=W=58.92 m3/d；u 為本工程為平流濾水,取值1 m/h。

計(jì)算可知集水池豎面鋪筑面積3.5 m2大于設(shè)計(jì)需要過濾面積2.455 m2,地埋集水池四周鋪筑濾料滿足要求,集水池剖面見圖1。

圖1 集水池剖面圖

6.3 地埋集水池運(yùn)行

云亮村人飲工程從2015 年底建成投入使用至今已有8 年時(shí)間,期間有管水員負(fù)責(zé)日常管理,從水源至高位蓄水池輸水管出水一直清澈,工程建成以來水量保持正常,一年四季均能滿足村寨人飲供水?，F(xiàn)在濫沖水源地埋集水池地面水草復(fù)生,早已和自然環(huán)境合為一體,不經(jīng)人介紹,從地面看根本不知道地下埋著一處水利設(shè)施。證明云亮村水源工程當(dāng)時(shí)采用地埋集水池收集水量,實(shí)現(xiàn)重力式輸水的工程方案是可行的。

7 結(jié)語

在邊遠(yuǎn)山區(qū),經(jīng)濟(jì)落后的村寨,單個(gè)農(nóng)村人飲工程建設(shè)優(yōu)先采用重力式供水是最簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的工程方案。通過例證表明,在中國(guó)南方山區(qū)屬多雨或濕潤(rùn)氣候區(qū),年降雨量大于1000 mm 以上,有足夠的集雨面積,區(qū)域森林植被茂盛,有合適的地形地貌條件,在一年中有間歇地表徑流的溪谷是可以建設(shè)地埋式集水池的。這種地埋集水池的工程措施不僅可以解決農(nóng)村人飲水源供水的問題,也可以解決其他民生項(xiàng)目的用水需求。