农村饮水安全工程水源方案比选

刘宏伟

（和顺县水利局 山西和顺 032700）

1 基本情况

和顺县地处山西省境东陲，太行山中段，全县东西长约75 km，南北宽约30 km，总面积约2 180 km2，全县辖10个乡镇，294个行政村，82个自然村，农业总人口11.34万人。农村饮水工程是和顺县的主要水利实施，水源工程配套不合理、维修管理滞后、超期服役、功能衰竭等是农村饮水安全工程存在的主要问题。2018年年初对农村饮水现状进行了调查，共筛选出饮水安全问题村85个，涉及2.9万人，其中39个村饮用水量不达标，占饮水不安全人数的49.6%，长期饮用水短缺，给群众生产、生活带来极大的不便，由此可见水源工程建设是解决和顺县农村饮水安全巩固提升的重要内容。

2 水源工程出现问题的主要原因

2.1 工程建设标准低

农村饮水安全经过了不同的实施阶段，饮水解困至饮水安全期间，工程建设按照人头计算投资补助，工程建设投资不均衡。和顺县地处山区，受益村人口少而且居住分散，工程建设难度大，受人头计算投资补助的限制，工程不能按照所需建设，当时片面追求自来水普及率，水源工程投资压缩较严重，致使水源工程布控不合理，先天性存在缺陷，群众饮水反困现象日益严重，影响饮水工程稳定持续发展。

2.2 自然及社会因素影响

和顺县属于太行山区，地形千沟百壑，水源近一半为小泉小水，受自然、地理、降水等影响，季节性缺水严重。部分水源深井年久失修导致出沙率大幅度提升，影响水源正常出水量。随着新农村建设步伐的推进，群众生产、生活用水量逐年增加，许多水源工程出水量难以满足日益增长的社会需求，供、需失衡，出现新的饮水不安全问题。

2.3 人为活动及工程建设的影响

河道采沙、矿产采挖以及高速公路、铁路隧道建设破坏了隔水层，疏干了浅层地表水或洞层以上地表水，改变了地表水和地下水的径流、补给与排泄条件，导致河川径流减少、地下水位下降，使原水源工程出水不足，水生态系统遭到破坏。

2.4 水环境污染

人类生产、生活废水以及企业废水不合理排放，部分河川径流和浅层地下水受到污染，污水入渗补给饮用水水源，特别是靠近生活区和养殖区的水源，微生物指标总大肠杆菌群和菌落总数严重超标，群众长期饮用不达标水，容易引发多种疾病，致使工程不能良性运行。

3 水源工程的主要建设方案及发展成果

3.1 水源工程的主要建设方案

和顺县地域辽阔，人口少而居住分散，受地理条件、水资源状况、农村经济、群众认识、管理水平等因素的影响，水源工程建设方案确定比较复杂。根据和顺县的实际，主要采取的水源工程建设方案有：自然泉水水源、河道型地表水水源、渗透型地表水水源、辐射井水源、深井水源。

3.2 水源工程方案的布置原则

水源工程的建设方案影响到饮水工程的水质、水量、建设规模、运行管理等，我们在选择水源工程建设方案时，遵循自然规律和生态法则，统筹水资源的开发、利用、节约和保护，充分考虑地形、地质、地上水、地下水等因素，依托绿色治水理念，把资源水利、生态水利、环境水利作为和顺县水源工程方案的布置原则，取得了很好的效果。

3.3 工程实施提升后，水源工程的发展成果

实践证明，和顺县所采用的五种供水水源方案，各有利弊，需综合分析，科学选择。通过实施农村饮水安全巩固提升，各种水源方案的发展成果是：在联村集中供水工程中，泉水水源2处，涉及15个村、3 591口人，占联村集中供水总人口10.68%；拦截型地表水水源2处，涉及23个村、13 888口人，占联村集中供水总人口41.3%；渗透型地表水水源2处，涉及20个村、7 645口人，占联村集中供水总人口22.73%；深井水源3处，涉及16个村、8 505口人，占联村集中供水总人口25.29%。在单村集中供水工程中，泉水水源61处，14 481口人，占单村集中供水总人口19.8%；拦截型地表水水源6处，410口人，占单村集中供水总人口0.56%；渗透型地表水水源42处，24 980口人，占单村集中供水总人口34.17%；深井水源52处，29558口人，占单村集中供水总人口40.43%；辐射井水源13处，3 687口人，占单村集中供水工程总人口5.04%。各种供水水源方案在和顺县农村饮水安全工程建设中站位把控精准，优越性得到了充分发挥，社会反映良好。

4 各水源方案评价

4.1 自然泉水水源

1）建设形式

利用村庄附近自然出漏的山泉水，进行小范围的开挖，开挖以不破坏泉水的自然出流为前提，开挖深度一般较浅，并砌筑集水前池，集水前池多采用浆砌石或混凝土结构，容积依泉水出水量而定，集水前池对泉水进行汇聚，可弥补泉水出水量的不足，同时提升自流引水时水头压力或者为提水泵站储蓄充足的可利用水量。

2）适用范围及主要优点

由于典型的太行山地质构造，受储水层含水量的限制，和顺县境内泉水出漏量较小，联村集中供水工程不易采用泉水作为供水水源，而单村供水水源采用较多。主要优点：（1）当地的水资源达到充分利用，有效控制了地下水的开采量，使所属区域的地下水得到充分涵养。（2）山泉水水质优良是很好的饮用水水源。（3）水源建设形式简单，投资费用较小，多数山泉水所处地形较高属于高地泉，水借重力流向高位水塔，后期运行费用低。

3）主要缺点

该水源方案存在的主要缺点是：（1）受地形、地质、降雨、气候等因素的影响，部分山泉水随季节变化明显，开发利用时必须进行设计保证率条件下的供、需水平衡计算，科学确定可开采量，保证工程的持续利用。（2）山泉水多出漏于具有良好隔水性的山涧，铺设输水管线石方开挖量大，且管线较长。（3）由于水量有限，不利于乡村企业、家庭作坊、田园经济的发展。

4 拦截型地表水水源

1）建设形式

利用自然河道，通过工程措施筑坝，有效拦截地面径流形成蓄水区，坝体形式主要有土坝、砌石坝、混凝土坝、橡胶坝等。

2）适用范围及主要优点

拦截型地表水水源工程适用于河道内有稳定的地面径流，且具有筑坝拦水的优越地质条件的区域，以河道防洪安全、供水安全、生态安全为重点，是挡、排、引、蓄、控功能齐全的水利工程体现。主要优点：（1）充分开发利用了地表水资源，特别适宜发展集中供水工程，对村庄集中，人口密度较大的区域，能规模解决饮用水水源问题。（2）供水保证率高，相关资料显示，此供水水源供水保证率可以达到95%以上，可与工、农业用水相结合，保证人畜饮用水外的剩余部分可供工业、农业用水，对支持当地的经济发展意义重大。（3）河道内河水流速快，水体交换频次高，是活水周流思想的重要体现，对该区的人文景观建设、优美生态建设起到积极的推动作用。

3）主要缺点

该水源方案存在的主要缺点是：（1）工程建设费用高，地质要求严，施工难度大，施工涉及面广，遇到的实际问题多，如占地补偿、移民等，不利于工程建设顺利开展。（2）发展规模集中供水，部分村所需管线较长，后期管理、维护难度大，存在二、三级高扬程提水的问题，加大了工程投资，运行成本相对较高，受益户水价难以接受，水费征收困难。（3）天然地表水水质较差，特别是雨季洪水会导致水浑，需安装水质净化设备，增加工程建设费用在所难免。（4）水源地保护范围广、难度大，规划时必须以小流域片区为中心，把水源工程建设和水土流失防治有机结合，权衡开发与保护、治理与利用，确保工程持续健康发展。

4.3 渗透型地表水水源

1）建设形式

渗透型地表水水源有两种形式，一是河道涵箱式，就是利用天然河道筑低坝，抬高水位，坝上游建集水涵箱，涵箱多以干砌石或孔网结构混凝土为主，周围设置滤料，反滤层厚度一般小于1 m，由2～20 mm颗粒组成合理级配；二是岸边大口井，就是在河岸边建渗水大口井，大口井多以干砌石为主，直径一般小于3 m，井深一般小于12 m，井深5 m以下壁厚0.5 m，井深5 m以上壁厚0.3 m，周围可填筑滤料，取水采用自流式进水管，经岸上加压泵站或直接由潜水泵加压，送往净水厂或高位水池。

2）适用范围及主要优点

渗透型地表水水源适用于地表水充足，地下水埋藏较浅，含水层较薄，且透水性较强的区域，适用于任何砂、卵、砾石层，渗透系数最好在20 m/d，岸边大口井适宜含水层厚度在5～20 m的区域。主要优点：①合理开采了地表水资源，对深层地下水进行涵养。②工程建设比较简单，补给水源充足，剩余水量可以辅助发展农业灌溉、家庭小作坊、田园经济等。③将地表水转化为地下水，天然河床的沙砾石层起到了过滤作用，达到初步净化效果。

3）主要缺点

该水源方案存在的主要缺点是：（1）必须和河道治理、水生态修复、水源地保护同步进行，规划时论证区域水生态系统平衡和可持续性十分必要，保护水环境、控制水面率是工程长久运行的关键。（2）受降雨影响明显，必须与河道行洪设计紧密结合，确保雨季度汛安全。（3）日常维护困难，特别是涵箱式水源，年久失修后，随着河道淤积会逐渐被填埋，进水量可随之减少，影响工程长久运行。

4.4 辐射井水源

1）建设形式

辐射井是集取垂直渗透水的取水工程，通常由一口直径较大的竖井和自竖井内任一高度沿水平方向向含水层打进具有一定长度的数根水平辐射管组成，竖井是辐射井的取水点，深度与水平辐射管的设计高程相关，辐射管的长度和仰角和所取含水层的位置有关，控制工程建设费、保证取水量是前提。

2）适用范围和主要优点

和顺县的辐射水源井主要是远离河流集取地下水型，以小泉小水为水源的农村饮水安全工程，可通过实施水平辐射把漏失的泉水和未开发的散泉集中起来，增水效果十分明显，比如横岭镇的龙旺村、阳照村等，尤其适宜厚度较薄的含水层以及不易用渗渠开采的厚度薄、埋深大的含水层。主要优点：（1）山区辐射井水源工程多为引水工程，管理方便，运行成本较低。（2）集水范围大，含水层厚时可多层设置集水孔，此水水质优良且水量稳定，受季节影响较小。

3）主要缺点

该水源方案存在的主要缺点是：（1）结构复杂，目前尚没有与之相对应的取水机理研究成果，没有成熟的取水模型，对影响辐射井的取水量影响因素不清，致使辐射井的勘察、设计、施工缺乏科学理论依据，导致达不到预期的取水效果。（2）取山泉水时，含水层的水量评估、论证困难，勘察难度高，必须进行多方讨论，否则水量难以保证。（3）水平钻进要求工艺水平高，施工难度大，且耗费时长。

4.5 深井水源

1）建设形式

在划定的地下水资源开发区，科学勘察，合理布置井位，采用先进的机械设备和现代化的工艺凿至含水层，用井管保护井壁，以获取深层地下水来满足饮水需求。

2）适用范围及主要优点

以深井作为饮用水水源适用于地表水枯竭（如松烟镇、青城镇等）、地表水污染严重且地下水相对富有的区域，能用于各种岩性、埋深、含水层厚度和多层次含水层，按揭露含水层的类型分为潜水井和承压井，按揭露含水层的程度分为完整井和非完整井，是地下水取水构筑物应用中最为广泛的一种。主要优点：（1）可依当地水资源状况就近选择打井位置，管道铺设相对较短。（2）深井一般为单村供水工程，施工过程中占地、用水、用电及其它事宜容易协调解决。（3）易于管理，水质优良，便于村集体对工程租赁、承包、拍卖等，也便于开展水源地保护工作。

3）主要缺点

该水源方案存在的主要缺点是：（1）过度开采地下水，可破坏水系统的平衡，加重对已经形成的地下水开采漏斗区的影响。（2）地下水动态监测与计量工作滞后，地下水水位监测和开采量监控系统建设没有开展，评估监管服务平台尚未建立，不能精细分析地下水取水量、水位、水质的动态关系，不能预测分析其变化趋势，地下水的开发、利用、管理、保护仍然存在制约因素。（3）深井钻进要求工艺水平高，施工难度大，必须精准掌控风化带、破碎带的位置，严格按地层岩性和水文地质条件施工，滤水管、滤网目数、井壁滤料分型级配等都会影响到深井的出水量和长久运行。（4）深井投资费用高，使用存在潜在危险，一旦水源水量或者水质出现问题，导致整个工程无法运行，再打井又需要较大投资，群众饮水就会再一次陷入困境。

5 结论

农村饮水安全巩固提升建设是脱贫攻坚的中心工作，水源工程建设方案的选择和利用是农村饮水安全巩固提升建设的保证，优良的水源工程是农村饮水安全工程健康运行的基础。适宜的水源工程一定要建立在实地勘测、充分论证、因地制宜的基础上，要遵守自然规律和生态法则，以努力向水安全、水环境、水资源等多目标并重迈进，构建本底优良的水源工程为目的。通过对和顺县所采用水源工程建设方案优缺点的分析，旨在灵活水源建设形式，补齐水量短板，形成各自的水脉，确实发挥水源工程的支撑和根基作用。