陕北黄土高原丘陵沟壑区小城镇供水方式初探

2014-10-25王培森杨苗苗常章峰吴海燕马建学

陕西水利 2014年4期

王培森杨苗苗常章峰吴海燕马建学

（1.宜川县水务局陕西宜川 716200；2.宜川县劳动监察大队陕西宜川 716200）

陕北黄土高原丘陵沟壑区位于我国西北内陆，区域内梁峁起伏、沟壑纵横、地形破碎、植被稀疏、生态环境极其脆弱，社会经济发展相对落后。该地区降水和径流分配不均，地表水和地下水资源紧缺，河流含沙量高，并且由于煤、油、气资源的大量开采，主要河道存在不同程度污染，缺乏修建骨干水源工程的必要条件。随着陕北地区小城镇建设步伐的加快，盲目开发水资源的问题日益突出，有限的水资源得不到高效合理利用，导致水资源供需矛盾更加突出、生态环境持续恶化，严重制约着该地区经济社会的持续发展和人民生活水平的稳步提高。

陕北黄土高原丘陵沟壑区长期受水流、重力、风力侵蚀，加之不同构造带的抬升，侵蚀作用不断加强，河流规模越来越大，支流越来越多，形成了今日黄土高原纵横交错的沟谷和河流。黄土高原梁峁中的沟谷区，由于其特殊的地貌及水文地质条件，各主支沟形成一个庞大复杂的地下水网络，沟通各支流和地下含水层，最终地下水从含水层中源源不断排泄到各沟谷区，使之成为相对的富水地带。各沟谷区流域面积都不大，区域内人烟稀少，水质良好，成为陕北黄土高原丘陵沟壑区建设供水工程的重要水源地。本文以云岩镇集中供水工程为例，对水源选择、建设方案进行了研究，以期对类似区域的供水工程起到借鉴作用。

1 项目区基本情况

云岩镇位于陕西省宜川县北部云岩河中游，地处陕北黄土高原丘陵沟壑区南部，距县城约40km，是宜川县北部的边贸重镇，素有宜川“北大门”之称，2009年被省政府列为全省107个重点建设的小集镇之一。

2013年以前，云岩镇区尚未形成统一的供水系统，镇区供水只能采取简易的分区分片供水。云岩河以北的镇区主要靠2眼泉水供水，云岩河以南镇区主要从就近小支沟简易引水供水。供水工程布局分散，设施简陋，规模偏小，无水净化处理设施，供水水量、水质均难以保证，严重制约了镇区群众生活水平的提高和当地社会经济的发展。2013年，云岩镇集中供水工程被列为全县40个重点项目之一，当年4月份开始建设实施，11月全面建成。经过几个月的试运行，各工程设施运行状况良好，供水水质达到饮用水标准，水量完全能满足镇区用水需求，可实现24小时不间断供水，镇区居民用上了安全、洁净的自来水。

2 工程规模

2.1 供水范围及对象

供水范围为宜川县云岩镇区，供水对象为云岩镇区居民、公共建筑和第三产业，供水保证率为95%，水质要求符合国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）。现状水平年2010年供水人口为4430人，到设计水平年2020年，供水范围内总人数将达到8000人，供水范围内所有人口均为受益人口。

2.2 需水量预测

2.2.1设计标准

根据云岩镇区居民多年用水情况预测设计水平年需水量。居民最高日生活用水定额取60L/人·d，工程设计年限按10年考虑，用水量时变化系数取Kh＝2.3，供水日变化系数采用Kd＝1.3，净水厂水处理每天按24小时运行设计。

2.2.2 计算原则

（1）公共建筑用水量，按当地情况，取生活用水量20%；

（3）消防用水允许短时间间断给水，不计列；

（3）浇洒道路和绿地用水可由云岩河抽取，不计列；

表1 云岩镇区设计水平年需水量预测表

表2 供水系统设计流量表

（4）第三产业用水量，取生活用水量10%；

（5）未预见水量及管网漏水量，按最高日用水量10%合并计列。

2.2.3 需水量预测

需水量预测遵循供水规模与当地社会经济发展相适应，推行科学用水、节约用水，以水资源的可持续利用促进城区经济社会的可持续发展为目标，需水量预测如表1。

3 水源选择

云岩镇区属于陕北黄土高原半干旱水文地质区，区域内地下水的补给、径流和排泄主要受气候、地形、含水层组类型及地质构造等因素的制约。按含水层岩性分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水两种类型。

第四系孔隙潜水主要分布于河谷区和黄土梁峁区，主要含水层为冲洪积的砂砾（卵）石层、中细砂层及风积黄土，一般以第三系红粘土和三迭系泥岩为隔水底板。河谷区属弱富水，黄土梁峁区属极弱富水，地下水受大气降水补给，向河谷排泄和垂直补给基岩裂隙水。

基岩裂隙水：含水层主要为中生界强～弱风化砂岩夹泥岩，弱风化泥岩裂隙不发育，成为相对隔水层，因而基岩裂隙水往往具有成层分布的特点，其富水性受岩面构造及补给条件控制，因此差异很大。基岩裂隙水补给：一是孔隙潜水垂直补给，二是大气降水，以下降泉的形式向河谷排泄。

按照供水范围及新建水厂位置，就近选择水量够用、水质较优，且能够满足重力供水的水源地，有堡定沟和关道沟，均为云岩河支流。根据堡定沟、关道沟的实地调查，该流域有地下水补给，枯季也不断流，主要补给来源是地下水，径流量相对稳定。

根据实测2010年10月至2012年3月关道沟和堡定沟流量资料确定，两沟最小日平均径流量之和为0.01118m3/s，最小日径流量为965.9m3/d。该项目2020年设计供水规模为770m3/d（加上水厂自用水后为832m3/d），引水流量为0.0096m3/d（加上水厂自用水）。两处水源地来水量满足云岩镇770m3/d的供水任务（加上水厂自用水后为832m3/d）。

以上数据表明，两取水水源的流量均大于本工程取水量，取水保证率可得到满足，因此确定堡定沟、关道沟地表水源为云岩镇供水工程的推荐水源。

4 工程总体布置

根据《村镇供水工程技术规范》（SL310-2004），本工程属于Ⅳ型村镇供水工程。供水方案采用高位水池供水方案。即从堡定沟、关道沟两沟道水源取水，由输水管道重力输送至建在镇区东侧山坡坡脚平地处的净水厂进行集中净化处理，再通过提水泵站提水至山坡高处的高位水池，然后通过配水管网重力输水至镇区各个供水点，最终达到供水入户。

采用高位水池供水方案有如下优点：①水厂建在镇区东侧山坡坡脚处平地上，此处地势较平坦，施工简单方便，宜于水厂内各构筑物布置；②从镇区近期及远期供水规模来看，供水量变化大，高位水池能更好的适应此种变化，且高位水池具有调节蓄水功能，提水泵站无需24小时工作，后期运行成本较低。该方案也是云岩镇集中供水工程的最优方案。

5 工程设计

5.1 供水系统设计流量

本工程设计向用户全天24小时供水。供水系统各部分设计流量及其计算依据如表2所示。

5.2 取水工程设计

本供水工程首部取水枢纽分别位于关道沟和堡定沟，关道沟坝址位于关道沟口上游1.7km处，堡定沟坝址位于堡定沟口上游0.8km处，均采用浆砌石重力式溢流坝，不设调节库容。水工建筑物防洪标准按20年一遇洪水设计、50年一遇洪水校核。工程主要由浆砌石重力溢流坝、坝前渗渠及坝内引水钢管组成。坝体采用M7.5浆砌块石砌筑，上游设30cm厚防渗砼面板，坝面采用WES实用堰面曲线，溢流坝表面采用50cm厚C20砼护面，面板设温度筋。

5.3 输水管道设计

为了保证供水安全、可靠，考虑到本工程地形复杂、供水距离长等因素，经综合经济技术比较，本工程选用PE管作为输水管材。

根据流量压力计算结果，堡定沟、关道沟输水管线满足重力供水要求，高位水池输水管线高差太大，需要设置减压装置（减压阀型号Y42X型）。根据节点压力计算，各管段管材选用如下：①堡定沟坝址至净水厂，选用dn=125mmPE管，设计管压为0.6MPa；②关道沟至净水厂，选用dn=125mmPE管，设计管压为0.6MPa；③净水厂至高位水池，选用dn=125mm钢管，设计管压为1.25MPa。

5.4 净水厂内加压泵站和提水泵站

净水厂净水构筑物为一体化净水器，根据一体化净水器水头要求，加压泵站设计总扬程10m，水泵单机流量40m3/h。

净水厂内设置1座提水泵站，负责将清水池水抽至高位水池。根据高位水池高程要求，加压泵站设计总扬程70m。

5.5 净水厂设计

净水厂厂址选在云岩镇镇区东侧山坡坡脚平地处，水处理规模为960m3/d。水处理工艺为：沟道原水→输水压力管道→蓄水池→加压泵→一体化净水机→清水池→提水泵站→高位水池→配水管网。

净水厂主要构筑物包括：500m3蓄水池一座，净化车间一座，内设一体化净水器CXQ-Ⅰ-40型（40m3/h）一座，150m3清水池一座。主要建筑物包括净化车间、宿办房及提水泵站，总占地面积4.09亩。

5.6 配水管道、管网及入户工程

配水管网采用树枝状布置，管线沿乡间或村间的道旁埋设，埋深在地面以下1.2m。在管道凸起点设自动进（排）气阀。在主管与支管的节点处设置阀门井，以便在支管检修时不影响主管供水，使主管能分段检修，分段运行。水管入户采用dn=25mmPE管，在每户院内水管上装设闸阀、水表，以便计量和管理。闸阀和水表设置在阀门井内。