佳县乌镇供水工程黄河取水可行性分析

贺晓玲

（佳县水利水电工程队，陕西 榆林 719200）

1 概况

佳县位于陕西省东北部黄河中游西岸，乌镇距佳县15 km，人口3.1万人。项目区属于属大陆性干旱半干旱气候。冬长夏短，四季分明，雨量不足，气候干燥，日照时间长，光热资源丰富。年均降水380 mm，平均气温10℃，无霜期159天。主要自然灾害有旱涝、低温、霜冻、雷击等。乌镇人口众多，居住相对集中，人畜饮水主要靠从沟底所建泵站从沟道中取渗水，抽至高位水池，利用管网送入村民家中。经多年运行，原泵站及低位水池损毁，使得当地群众吃水困难。现有的人饮工程已不能满足现在社会、经济的发展需求，特别是水质和水量标准低下，已成为制约当地人民群众提高生活水平和质量的瓶颈因素。根据乌镇水源情况，规划在黄河取水，以切实解决当地群众饮水问题。

2 需水预测及水源确定

项目设计基准年为2017年，设计水平年为2027年，设计供水规模为10 m3/d，供水工程设计年限为10年，规划供水人口为整个乌镇以及牲畜用水。现对未来乌镇发展用水需求进行预测分析。

2.1 需水量预测

根据中华人民共和国水利行业标准《村镇供水工程技术规范》（SL687-2014），最高日居民生活用水定额为40～60（L/人·d），最高日居民生活用水定额为 50（L/人·d），人口的自然增长率按6‰计。根据“陕西省村镇供水工程初步设计要点”，联村集中供水，有学校的村庄可按居民生活用水量的5%～10%计列。项目区没有公共建筑物，无需考虑公共建筑用水量。根据规范要求:“消防用水量应按照《建筑设计防火规范》（GBJ16）和《村镇建筑设计防火规范》GBJ23的有关规定确定。允许短时间中断供水的村镇，当上述用水量之和高于消防用水量时，确定供水规模时可不单列消防用水量”。因此，不单列消防用水量。

根据前述规范，管网漏失水量和未预见水量之和，宜按上述用水量之和的10%～25%取值。项目区管网漏失水量和未预见水量之和=上述用水量之和×15%=0.95 m3/d。各供水对象均采用全日供水，每日供水时间为24小时。根据以上计算，供水规模W＜200 m3/d。根据规范，全日供水时变化系数Kh=2.5～3.0，取Kh=2.5。日变化系数可在1.3～1.6范围内取值，取值为1.5。工程供水规模为最高日供水能力，应为居民生活用水量、公共建筑用水量、村镇企业和专业户饲养畜禽用水量、消防用水量、管网漏失水量和未预见用水量之和。经计算，居民生活用水量5.20 m3/d，畜禽饲养用水量1.16 m3d，管网漏失和未预见水量0.95 m3/d，人均综合用水量96.12 L/人·d，变化系数为2.5。则最高日最高时需水量为0.76 m3/h，年需水量118.4×104m3。

2.2 水源选择

项目区没有可饮用地表水资源，地下水水质及水量也不能满足居民饮用，故需从新确定水源。从长远解决村子饮用水情况，计划取用黄河水进行饮用。水源位于黄河中游上段，上游有府谷水文站，下游有吴堡水文站。黄河中游地区除河曲、保德、府谷附近河谷较宽之外，其余绝大部分河段河宽仅200 m～400 m。黄河右岸一部分支流上游为盖沙区，左岸一部分为石质山区，其余大部分属于黄土丘陵及黄土丘陵沟壑区。黄河中游地区61%面积为黄土高原，沟壑纵横，支流众多，河道比降陡，植被较差，土质疏松，水土流失极为严重，大量泥沙进入黄河，使黄河成为世界上含沙量最多的河流，年输沙模数一般在 10000 t/km2～20000 t/km2。

通过水质化验和附近已成水源资料，黄河干流大部分河段天水水质良好，pH值一般在7.5～8.2之间，呈弱碱性，佳县段黄河属于Ⅱ类水体。流域内河川径流的矿化度、总硬度分布由东南向西北呈递增趋势，大部分地区为矿化度300～500 mg/L、总硬度3～6 mg当量/L的适度水。通过简单的饮用处理，各项指标可满足《生活饮用水卫生标准》，所以确定用黄河水作为乌镇饮用水源。为了确保科学引水，需对黄河取水口的径流量进行分析。

3 取水河段可取水量

黄河径流受大气环流和季风的影响，导致年际变化较大且年内分配不均。根据黄河吴堡站资料统计，最大年径流量发生在1967年为505亿m3，最小年径流量发生在1997年为111亿m3，7月～10月径流量分别占年径流量的59.6%，11月～6月径流量占全年的40.4%。黄河中游区域部分支流的7月～10月径流量占全年的80%～90%，每年的3月～6月径流量所占比重很小，有些支流基本处于断流状态。

3.1 设计依据站年径流分析

以吴堡站与府谷站作为取水口断面的设计依据站。

（1）吴堡站年径流分析

根据吴堡站1954～2012年共59年的年径流系列资料，绘制年径流量差积曲线图进行代表性分析，见图1。从图中可以看出，吴堡站的差积曲线变化呈现出单一馒头式的过程，这说明吴堡站的年径流的丰、平、枯段交替出现，且年际丰枯变化持续时间较长，变幅较大，因此具有较好的代表性。

图1 吴堡站年径流量差积曲线

根据吴堡站1954～2012年共59年的年径流资料进行频率分析计算。用皮尔逊Ⅲ型曲线进行适线，然后通过目估适线法进行调整，按连续系列矩法估计统计参数。求出吴堡站多年平均径流量为234.76亿m3，变差系数Cv=0.39，偏态系数Cs=3Cv。

（2）府谷站年径流频率分析

根据府谷站1954～2012年年径流量系列，绘制年径流量差积曲线，见图2。从图中可以看出，府谷站的差积曲线表现出单峰式的过程，说明洪峰流量系列年际变化持续时间较长，变幅较大，丰、平、枯系列交替出现，表明了府谷站年径流量系列具有较好的代表性。

图2 府谷站年径流量差积曲线

根据府谷站1954～2012年的实测年径流量系列，对府谷站进行频率计算。用皮尔逊Ⅲ型曲线进行适线，然后通过目估适线法进行调整，统计参数按连续系列矩法估计，求出府谷站平均径流量为218.32亿m3，变差系数Cv=0.38，偏态系数Cs=3Cv。

3.2 取水口断面的年径流量

取水口断面不同来水年份的年径流量可根据吴堡站与府谷站的面积插值法，和吴堡站的单站面积比拟法两种方法计算，结果见表1。从表中可以看出，两种方法的计算结果相近，但根据吴堡站单站面积比拟法计算的结果略微偏大，本次从对工程不利的角度出发，选择吴堡站与府谷站的面积插值法的计算结果作为取水口断面的年径流量。即P=50%、P=75%和P=95%条件下，取水口年径流量分别为208亿m3、161亿m3和116亿m3，则河段年均可引水量为161.66亿m3

表1 取水口断面设计年径流量成果表 单位：亿m3

3.3 年径流的月分配

选取1970年、1992年和2001年作为50%、75%、95%设计代表年的典型年，由年内各月的径流量数据按面积插值法求得50%、75%、95%设计年的年径流年内月分配过程，计算结果见表2。

表2 黄河万镇取水口年径流量月分配过程 单位：亿m3

3.4 枯水期径流水位分析

以吴堡站为设计依据站，采用年最小枯水流量选样，根据吴堡站1976年～2012年枯水流量系列进行频率分析，将数据系列按由小到大排序后，采用皮尔逊Ⅲ型曲线适线，均值、变差系数Cv用矩法估计进行初估，参数Cs=3Cv；用目估适线法调整确定。最终确定吴堡站枯水流量均值73.32 m3/s，Cv=0.45。取水口断面的设计枯水流量按照吴堡站面积比拟法确定，面积指数取2/3，计算结果见表3。

表3 设计枯水流量计算结果 单位：m3/s

根据吴堡站实测大断面，绘制水位流量关系曲线，根据不同设计频率下的洪水和枯水流量求出相应的水位，按比降内插计算得到取水口断面的相应设计洪水位。计算结果：校核洪水频率P=0.5%和设计洪水频率P=5%条件下，相应水位分别为736.81 m和734.72 m；枯水保证率取P=5%，枯水位为723.63 m；取水口断面最小生态流量为80 m3/s，相应水位为723.91 m。

综合以上分析可知，乌镇供水工程黄河取水口断面生态基流为80 m3/s，年均可引水量为161.66亿 m3，大于年需水量118.4×104m3，从水量上来说工程引水量是有保证的。

4 取水口引水沙限分析

乌镇黄河取水口断面位于府谷水文站与吴堡水文站之间，取水口上游14 km处为含沙量极大的窟野河，取水口至府谷区间面积为19613 km2，至吴堡站区间面积为9862 km2，若取水口断面含沙量采用插值法计算，结果可能偏小。因此从工程安全角度出发，本次取水口断面含沙量直接采用吴堡站含沙量。从取水口断面1974～2012年各年实测含沙量数据分析得出，取水口断面多年平均含沙量11.46 kg/m3，年最大含沙量631 kg/m3，发生在1976年，历年年最小含沙量0.044 kg/m3，发生在2012年。绘制年平均、年最大、年最小含沙量随年份变化图，可以发现，取水口断面历年平均、最大、最小含沙量系列均随年份增加呈现减小的趋势，其中年最大含沙量系列减小幅度最快，年平均含沙量系列减小幅度次之，年最小含沙量系列减小幅度最慢。根据沉沙池和水泵要求，拟定黄河取水口断面引水沙限为30 kg。

5 结语

佳县水资源短缺，乌镇群众吃水困难，无保障。立足当前考虑长远，规划从黄河佳县段取水解决乌镇用水问题。以上游府谷水文站、下游吴堡水文站监测资料为依据，通过对水量、水质和引水沙限的分析探讨，提出乌镇供水工程黄河取水口断面生态基流为80 m3/s，当引水沙限为30 kg/m3时，取水口河段的来水量小于80 m3/s不进行引水。年均可引水量为161.66亿m3，大于年需水量118.4×104m3，在佳县黄河段进行取水解决乌镇供水问题方案完全可行，这将为解决乌镇3万多群众的用水问题提供了科学依据。