商南县应急水源配置方案探析

王启明,周瑞喜

(1.商南县水利工作站，陕西 商洛 726300；2.商南县水务局，陕西 商洛 726300)

商南县应急水源配置方案探析

王启明1,周瑞喜2

(1.商南县水利工作站，陕西 商洛 726300；2.商南县水务局，陕西 商洛 726300)

商南县位于鄂豫陕三省八县交汇处，旱灾频繁，试马镇、捉马沟村、城关镇西片群众饮水无保障。文章通过分析试马三镇供水现状以及存在问题，对当地用水需求进行了预测，并从地下、地表两个方面对应急水源进行了探讨，提出从试马水库、捉马沟水库联合配置提水输送的方式进行抗旱应急，并对联合供水方式、线路、管材、水泵、管径等进行了探讨，以确保应急水源配置工程更加科学高效。

商南；应急水源；抗旱；供水；配置；方案

1 概 况

商南县位于鄂豫陕三省八县交汇处，基本状况是“八山一水一分田”[1]。商南县试马镇、捉马沟村、城关镇西片共有4.837万人，属半干旱温带大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季旱涝相间，秋季温凉湿润，冬季寒冷干燥。试马镇、捉马沟村居民用水为试马水库、捉马沟水库自流以及周边小沟小溪地表水或者村民打井自给，城关镇西片用水水源为县河水库。遇到旱季，当地供水严重不足，县河水库供水只能满足县河沿途及县城东片应急用水，居住点高的城关镇西片居民无水可用。从1950—2013年，当地共发生不同频率干旱64次，尤以春夏旱最多。

2 供水存在问题

2.1 干旱用水缺口较大

至规划水平年(2025年)，试马镇、捉马沟村、城关镇西片常住人口将达到4.837万人，居民最高日综合生活用水量将达到5454.82 m3/d。城镇的发展、用水量的增加，使得当地用水量供需矛盾日益突出，现有的供水量在有旱情的情况下很难满足供水需要。

2.2 区内水资源开发利用低

水库的合理调蓄利用率低，没有充分发挥水库最大的兴利库容。试马水库、捉马沟水库除满足水库下游居民用水外还有168.5万m3，水资源没有充分利用，水库功能没有充分发挥，尤其是特大干旱期，一方无水可用，靠天吃饭，一方供水有余，水资源严重不均衡。

2.3 抗旱能力不足

由于管理松懈，全县抗旱工程受损率高达40%。加之预警设施不完善，干旱预警水平低，导致干旱不能及时预警，应急抗旱响应滞后，不能及时调度最大的水库调蓄作用，使得旱期受损严重。

3 需水量预测及水源地选择

3.1 需水量预测

2013年，试马3镇总计人口45 295人，按照人口自然增长率0.6%，预测到2025年人口为48 375人。根据《室外给水设计规范》及《村镇供水工程技术规范》，参照《陕西省行业用水定额》，综合分析预测项目区人口最高日综合生活设计水平年用水定额试马镇和捉马沟村为60 L/d，城关镇西片区为80 L/d；抗旱应急期试马镇、捉马沟村、城关镇西片为40 L/d。根据调查用水村副业企业主要有养鸡场、养羊场、餐饮服务企业等，共计43家。工业用水定额参考能源出版社《水质技术工作手册》、城乡建设环境保护部主编的《工业用水定额》及《陕西省行业用水定额》等综合确定，经统计分析预测：平均用水定额为25 m3/d。乡镇供水取值10%。一般按居民生活用水量、公建用水量、集体或专业户饲养畜禽用水量之和的10%～25%计列。本次设计取值10%。设计水平年需水量预测成果见表1，抗旱应急期需水量预测成果见表2。

表1 设计水平年需水量预测成果表

表2 抗旱应急期需水量预测成果表

最高日平均时供水量：设计水平年

(1)

式(1)中：Qd为设计水平年合计水量，5454.82 m3/d；kh为时变化系数，取1.5；T为一天供水时间，24×3600 s。经计算，最高日平均时供水量Qcp为0.095 m3/s。

同理，利用公式(1)计算抗旱应急期最高日平均时供水量Qcp为0.061 m3/s，则最高日最高时供水量：设计水平年

(2)

式(2)中：Qcp为设计水平年最高日平均时供水量，为0.095m3/s;kh为日供水量变化系数，取1.6。

经计算，Qmax为0.152m3/s。同理，利用公式(2)，计算出抗旱应急期，Qmax为0.098m3/s。

依据以上需水量预测到2025设计水平年，人口达到48 375人，最高日需水量为5454.82m3/d；抗旱应急期最高日需水量为3523.85m3/d。

3.2 水源地选择

根据商南县地形、地貌、地质条件等特点，区内地下水由于径流排泄条件较好，水循环交替作用积极，水化学的形式主要为溶滤作用，境内地下水的pH值为7.9～8.0，属于中性-微碱性水，水质为重碳酸钙型水及重碳酸钙+镁型水。工程地区地下水水位埋深50～180m，深层地下水开采费用大、耗时耗力，应优先考虑地表水。

供水区周边最近的可利用的地表水源点有试马水库、捉马沟水库。试马水库位于丹江二级支流试马河中下游，以灌溉为主，兼有供水，向下游居民生活和工业供水等综合利用功能，其中控制灌溉面积200hm2[2]，通过输水洞线东干渠为下游群众提供生活、工业用水，年供水量90万m3，供水人口1.1万人。水库原设计总库容264万m3，有效库容170万m3。捉马沟水库位于捉马沟流域中上游[3]，以灌溉为主，兼有供水，向下游居民生活和工业供水等综合利用功能，其中控制灌溉面积100hm2，通过干渠为下游群众提供生活、工业用水，年供水量60万m3，共计0.35万人。水库设计总库容41.9万m3，有效库容17.7万m3。经对试马水库、捉马沟水库的水质、水压、供水进行实际考察，取水方案综合分析得出：试马水库、捉马沟水库有效库容满足95%供水保证率应急用水要求，并有剩余，可作为长期稳定的水源地，而且距项目区近，选择试马水库、捉马沟水库作为本次应急水源是最佳方案。

4 供水方案

4.1 供水任务及标准

结合商南县实际，本着突出重点，统筹兼顾，因地制宜，量力而行的实施方案原则，综合确定两座水库联合供水规模5454.82m3/d，干旱期应急期供水3523.85m3/d，以解决试马镇、捉马沟村、城关镇西片4.8375万人口应急供水。该水源连通工程从商南县西边最近的试马水库、捉马沟水库提水，经11.92km的输水管道沿312国道提水到五里牌村高位蓄水池，以解决三镇供水需求。

4.2 工程布置

试马水库泵站位置定于试马水库大坝左岸坝前路边坝脚处，建36m2抽水站房一座，安装抽水设备，输水管线沿试马沟左岸耕地至沟口312国道G1+752m处，穿过桥洞，后沿312国道南边过试马镇、安家沟梁、安家沟、龙背沟、邵家沟至观音堂G5+274m处穿过312国道涵洞沿312国道北边经井路沟、捉马沟、杨树岭、蒲沟于张家村G10+285m处穿过312国道桥下沿国道南边经郭家村、石窑沟至五里牌村高位水池，管线总长11.92km。捉马沟水库抽水站建在右岸溢洪道前台地上，输水管道沿溢洪道右岸墙顶至上坝路，沿上坝路右侧至沟口G1+380m312国道处，管线长1380m，修建闸阀井，与试马水库—高位水池管线连接，向五里牌高位水池供水。供水流程见图1。

图1 供水流程

4.3 管材选择

常见的输水管材有钢管、球墨铸铁管、PVC-U管、PE管等。钢管耐压高，但费用最高，需要作内外防腐处理；球墨铸铁管具有耐久性强、承担压力高等优点，同时有钢管易腐蚀的缺点，造价较高；PVC-U管具有较好的抗拉、抗压强度，但其柔性不如其他塑料管，耐腐蚀性优良，价格在各类塑料管中最便宜，但低温下较脆，粘接、承插胶圈连接、法兰螺纹连接。由于本次供水弯道较多，从而产生的管件、止水等较多，安装困难，且管道漏损量大；PE管具有内壁光滑、耐腐蚀、重量轻、运输安装方便、维护维修简单、施工方便、工程综合造价低、输水性能优越等优点。经综合分析比较，结合本次设计输水管线地形条件、管道压力及管基础地质情况，本次设计输配水管推荐采用PE聚乙烯管。

4.4 水泵选择

分别在试马水库和捉马沟水库修建提水泵站，泵站位置分别定于试马水库大坝左坝肩处和捉马沟水库大坝上游右岸溢洪道附近岸坡处。新建两座抽水站，面积57 m2，其中试马水库泵站21 m2，捉马沟水库泵站36 m2，向水厂内抽送原水的取水泵站。

泵站设计流量应为最高日工作时用水量：

(3)

式(3)中：Q为泵站设计流量，m3/h；W为最高日用水量，m3；T为日工作时间，h,根据净水构筑物(或净水器)的设计净水时间、清水池的设计调节能力、高位水(或水塔)的设计调节能力确定。

因为试马、捉马沟两座水库设计联合供水规模5454.82 m3/d，按照平均分配的方式，则试马水库五里牌蓄水池设计流量等于捉马沟水库五里牌高位水池设计流量，经计算，提水泵站设计流量为227 m3/h。考虑到水库淤积、水泵的损失和其他不稳定因素，可选择斜卧式潜水轴流泵和FUU型潜水泵做方案比较。

方案一：斜卧式潜水轴流泵进水池由斜坡护岸式，即进水池底板采用较小厚度的混凝土，后墙、侧墙均为1∶2斜坡护坡。后墙混凝土斜坡护岩兼作机泵基础，上面固定轨道和出水管道，泵体可沿轨道上下移动，机泵出水口与出水管道采用自动耦合接口连接，进水底板下第三层淤泥质粉质黏土层利用浆砌石加固，在已浇注好的管道支座上准确调整管道位置，确保安装角度和安装高程的准确性，然后固定好管道。

方案二：FUU型潜水泵方案。把潜水泵和浮桶结合，使水泵漂浮在水面上抽水，解决了水库有淤泥、泥沙等时安装、运行不方便的问题。单级扬程高，可降低整个机组的高度，增加运转的稳定性。安装时只需要将浮船式水泵接好软管或者钢管，接好潜水电缆后，吊到水中就可以，这样水泵就可以漂浮在水面上抽水。

综合上述分析比较，FUU型潜水泵土建投资较小，运行可靠性低，后期维护难度大；斜卧式潜水轴流泵土建投资大，运行可靠性较高，斜卧式潜水轴流泵解决了水库有淤泥、泥沙等运行难问题，后期管理、维护简单。因此，本次试马沟水库和捉马沟水库取水方案选用斜卧式潜水轴流泵。

试马沟水库泵站设计取水管进口高程为516.90 m,输水管出口高程为533.00 m，高差h=16.1 m，考虑水头损失为51 m。因此，试马沟水库选取斜卧式潜水轴流泵型号为LL1230-80-90，泵站扬程为80 m。泵站提升高度大于高差，满足供水需求。

捉马沟水库泵站设计取水管进口高程为560.12 m,输水管出口高程为533.00 m，高差h=27.12 m，捉马沟需从库区提水至泵站573.00 m，高差为12.88 m，捉马沟坝顶至出水口高差为40 m，考虑水头损失21.84 m，因此实际高差h=18.16 m，捉马沟水库选取斜卧式潜水轴流泵型号为LL1260-22-30，泵站扬程为22 m，泵站提水升至573.00 m即可满足供水需求。

4.5 管径选择

该供水工程日最大供水规模为5454.82 m3/d。试马水库水源设计取水管进口高程为516.90 m，输水管出口高程为533.00 m，高差h=16.1 m；捉马沟水库水源设计取水管进口高程为560.12 m，输水管出口高程为533.00 m，高差h=27.12 m，根据《村镇供水工程技术规范》，可先按经济流速通过计算确定管径并进行管道水力计算。本工程管线山区翻山、过沟次数多，为减少管道淤积，经济流速选1.4 m/s。

方案一：计算管径，根据经验公式计算：

(4)

式(4)中:流量Q为0.152 m3/s,流速V为1.4 m/s,则D1为372 mm。

考虑到其他可能发生情况，设计采用标称管径Φ400 mmPE管(1.6 MPa)。

比较方案二：按照《商南县县城总体规划》，随着“东扩南移西延北改”建设方略的实施，商南县供水严重不足，商南县规划修建清油河水库取水，为了不重复建设，充分利用已成试马水库—高位水池管道，建议管道采用规划管径DN630的PE管。

经计算，备用水源至水厂原水输水管计算成果见表3。

表3 备用水源至水厂原水输水管计算成果表

4.6 输水管线工程

供水管线沿线最大冻土层深度约32 cm，为确保管道运行安全，考虑沿线机耕路及村庄较多，管顶覆土厚度确定耕地为0.8 m，非耕地路边为0.7 m，公路和机耕路为0.9 m。在管线的隆起点或平直段长度大约0.5 km时设置排气阀，在管线的低凹处或直线长度大于1.5 km时设置泄水阀；在管线直线长度大于5 km时设置检修阀；纵断面与建筑物衔接段管道比降不大于1∶2.5；纵向穿越的小沟道段埋深适当加大，以满足冲刷要求；与其他如通信光缆、管线等线路建筑物交叉时，满足相应行业净距要求。

在供水管道基础处理中，在管道下面铺设20 cm细土或细砂作为垫层，管道两侧采用中砂或细土回填至管顶；管顶以上50 cm采用原土或砂砾石人工夯实回填，压实度不小于0.90，上部亦采用原土机械压实回填至原地面，按路面要求压实，管沟两侧临时开挖坡比为1∶0.75，岩基采用管沟临时开挖坡比1∶0.3。

5 结 论

近年来，商南县旱灾频发，试马镇等3个乡镇用水越来越紧张。通过利用试马水库、捉马水库联合配置调水的方式，供水5454.82 m3/d，可作为试马镇、城关镇西片供水水源的补充，不仅可以极大地缓解试马镇、城关镇的供水压力，保证试马水库和捉马沟水库下游河道的生态蓄水，对合理开发利用水资源、防止环境恶化起到了一定的作用，还可以有效地促进商南县国民经济的发展。

[1] 魏传晋.商南县林业发展方向与思路[J].陕西林业科技,2011(3):88-89.

[2] 叶有烽.试马水库除险加固建设及效益分析 [J].地下水，2014(6):191-192.

[3] 王栋，郝露宇.捉马沟水库侧槽溢洪道水面线计算[J].建筑工程技术与设计，2014(36):401-402.

王启明(1976-)，男，工程师，主要从事水利工程勘测、设计和施工管理。

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