商南县五里铺集中供水方案分析

2019-10-25陈泽锋

陕西水利 2019年9期

陈泽锋

（陕西省商南县十里坪镇农业综合服务站，陕西商南 726306）

0 引言

商南县城关镇辖15个行政村6661户23161人，是商南县的繁华地带。城关镇五里铺村共有22个村民小组2780人，是商南县经济相对较好的地区。项目区地处北亚热带与暖温带过渡地带，多年平均降雨量803 mm。降水年内分配差异很大，夏秋多雨，冬春少雨。项目区内群众饮水主要是自行搭伙自建饮水工程或饮用附近沟溪水，水质及水量无保障。随着经济的发展，水的供需矛盾日益突出，为了解决当地群众饮水困难，需重新寻找水源，并对供水方案进行分析。

1 项目区供水现状及存在的主要问题

1.1 供水现状

项目区内群众饮水主要以居住区附近的沟溪水为主，或直接取用，或打井提水，每逢降雨溪水浑浊，每遇干旱溪水断流，水质、水量、人畜饮水安全卫生均没有保障。经实地调查，根据地形，居民分布及用水现状，共涉及项目区五里铺村总人口2780人。

1.2 存在主要问题

近年来，随着投资者对该处矿山的开采，河水已被污染，水质不符合饮用水卫生标准；部分居民自建的饮水工程供水水量及保证率不足，其生活、生产用水主要依靠人力肩挑背驮，耗时费力。不安全饮水成为制约当地人民群众健康，社会经济发展，生产力发展的主要因素，解决该地群众饮水是一件迫在眉捷的大事。

项目区内除了较大河沟被污染外，一般小河沟地表水及浅层地下水未受污染，水质良好，基本符合生活饮用水标准。

2 需水量预测

2.1 设计范围、供水对象及设计水平年

本工程供水范围为城关镇五里铺村，根据《村镇供水工程技术规范》（SL 310-2004）中相关规定，工程设计年限确定为10年。2016年为工程设计基准年，2026年为设计水平年，工程水源保证率为95%。根据商南县发展规划及工程实际，人口自然增长率为4‰，工程计划工期为半年。

2.2 需水量预测

（1）饮用水预测

通过近几年的建设发展，五里铺村农村经济活跃，村里基础设施得到了全面发展，村民人居环境全面改善，群众均有洗涤池和部分卫生设施。根据商南县国民经济总体规划，依据《村镇供水工程技术规范》（SL 310-2004）中的规定，城关镇属三区，结合当地群众实际用水情况，按水龙头入户、有洗涤池、其他卫生设施较少，最高日居民生活用水定额为50 L/（人·d）～70 L/（人·d）。结合项目区实际情况，最高日居民生活用水定额取70 L/（人·d）。经计算，设计水平年用水人口为2798人，生活用水量W1=195.86 t/d。

（2）村镇企业和专业户饲养畜禽用水量W2

本工程主要以解决人畜饮用水安全为主，根据《陕西省村镇供水工程初步设计要点》，不考虑用水量较大的村镇企业或饲养业的用水量。工程范围内没有大规模的企业和养殖专业户，因此这部分用水量不计。

（3）公共建筑用水量W3

五里铺村虽有小学1所，村委员1个，但学校及村部人员都是附近居民，故本工程不考虑公共建筑用水量。

（4）管网漏失水量和不可预见水量W4

按上述用水量之和的20%考虑，W4为39.17 t/d。工程最高日用水量：W日=W1+W2+W3+W4=235.03 t/d。

（5）农村用水变化系数及供水时间

根据《陕西省村镇供水工程技术要点》的有关规定，时变化系数kh取值，见表1农村用水变化系数。

表1 农村用水变化系数

根据表1，结合本工程实际最高日用水量W日=235.03 t/d，变化系数kh采用2.5。

根据《陕西省村镇供水工程技术要点》，日变化系数kd可在1.3～1.6范围内取值，本工程采用全日制供水，每日供水时间为24 h，建议采用kd=1.5。

2.3 供水规模的确定

根据项目区居民用水实际情况，该工程供水规模（即水厂最高日供水能力）按最高日用水量计算。根据《陕西省村镇供水工程初步设计要点》中规定的取整原则，确定该工程的供水规模为235 m3/d。

3 水源选择

3.1 区域水资源概况

项目区居民依五里铺河和“312”国道而居。马槽沟是项目区的主河流之一，该河为县河的的二级支流。马槽沟流域面积7.5 km2，主河道5.6 km，河道比降10%。枯水流量（P=60%）为18.84 L/s。

3.2 供水方案比较

水源选择按照水源水量充沛可靠，取水保证率不低于95%。水质应符合《生活饮用水水源水质标准》（GB 5749-2006）的要求，并便于保护，经济科学合理的原则，现提出两个水源方案供选择：

方案一：利用马槽沟水源。河道径流水量水质好，取水较容易，自流供水，运行成本低。且上游居民少，无工矿业开采排污等问题，水质符合《饮用水水质卫生规范》（GB 5749-2006），采用工程措施和净化消毒措施后可向供水区供水。虽输水管线长，一次性投资大，但工程建成后便于运行管理，运行费用低。

方案二：利用五里铺河为水源。五里铺村居民基本上居住在五里铺河两岸，村界内河流已被居民污染，且所处位置相对居民区地形较差，引水比较困难，供水范围较小，本工程供水规模小，该方案不经济。

综上所述，方案二引水困难、受益人口减少、工程投资大等不利因素。因此，推荐选用方案一。

3.3 水源分析

马槽沟发源于马槽沟沟脑。本工程截渗坝拟建在沟道4.4 km处，以上控制流域面积约5.2 km2，位于项目区上游，有自流供水的条件。截渗坝上游植被较好，人口稀少，水质较好，水量充沛。

3.3.1 水量

按在村镇上游取水，避免河道径流受污染的原则，以及满足供水水压要求，确定取水点在五里铺村上游2.7 km处，设计流域面积重心处的多年平均年径流深R=275 mm。

马槽沟河为无实测资料地区，来水量参照《商洛地区实用水文手册》计算确定。根据年径流变差系数等值线图，采用比例分配法求得CV=0.6，并采用CS和CV为2的倍比，查皮氏Ⅲ型曲线得kP（95%）=0.26，设计年径流计算结果为37.18万m3，年平均流量0.0118 m3/s。

3.3.2 日均保证流量

按《水文手册》提供的经验公式，采用日平均流量和流域面积相关法经验公式进行计算。经验公式为:

式中：Qp为某保证率的日平均流量，m3/s；F为流域面积；kp、n为参指数。

据《水文手册》查得 P=95%时，Kp=0.00029，n=1.115，将流域面积，参指数代入公式计算，P=95%时的日平均流量，计算为：Q（P=95%）=0.00029×5.21.115=0.00182 m3/s。

2016年3月，商南县水务局组织人员对取水点经过定时段测量，出水量为1.79 L/s，由于当时值当地春旱季节，经调查当地居民，确认取水点处特别干旱季节的常流量基本不小于当日实测流量，据此认为实测流量的保证率可达到95%以上。

3.4 水质分析

为保证水源供水质量，对取水水源点水质进行了取样化验。经陕西省水环境监测中心商洛分中心对拟采用的水源化验得出结论为：各个项目参数均达到生活饮用水水源水质标准要求，经常规净化后达到国家《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）的要求，可作为生活饮用水水源。

3.5 水源论证及水源的确定

根据水文计算成果，取水点以上流域保证率为95%时的年平均流量为0.00182 m3/s。经需水计算，最大需水量为148.62 m3/d，相应的需水流量为0.00172 m3/s。枯水年枯水月份的来水量均大于最大需水流量，由此可见，取水点来水完全能满足设计年限内的供水需求，即水源在水量上完全有保证；水质经过简单净化处理后满足用水要求；采用工程措施自流引水方式取水，方便快捷，且便于管理。

4 截渗坝防洪能力及安全性分析

4.1 防洪能力确定

为了引水方便，需在河道建设截渗坝工程，截渗坝布置于基岩裸露、渗透性小、岩性风化较小的基岩上，工程等级为Ⅳ等工程，主要构筑物级别为4级，按照《防洪标准》（GB 50201-2014）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）的规定，工程主要建筑物按10年一遇洪水设计，30年一遇洪水校核。

由于上游河道调蓄能力较小，影响洪水的主要因素为坡面汇流，属暴雨型洪水，产流方式属蓄满产流类型，一般一次暴雨形成一个洪峰，洪水过程陡涨陡落；在多雨季节可形成连续洪峰，单峰多为2 d～3 d，复峰多为3 d～5 d。坝址以上主河道平均比降为12‰。坝址以上流域面积5.2 km2。下面分别采用《商洛地区实用水文手册》中的汇水面积相关法、综合参数法两种经验公式，对截渗坝进行洪水分析计算，参数取值及计算结果分别见表2、表3。经过对比分析，合理确定，采用汇水面积相关法结果，见表4。

表2 汇水面积相关法不同频率洪水分析表

表3 综合参数法洪水分析表

表4 截渗坝洪水计算结果表

4.2 截渗坝设计

根据水源地的地形条件，规划在马槽沟口上游2.7 km处修一截渗坝，坝体采用M7.5浆砌石结构，迎水面0.1厚C15砼并用M10砂浆抹面，WES剖面，坝长18 m，坝高2.5 m，坝前粘土夯实10 m，护坦长3.0 m，厚0.5 m，坝基础应深入基岩0.3 m。取水管布置于右坝段，取水管口做成倒形喇叭口莲蓬头。取水管为DN75钢管，长6 m，配套φ75控水闸阀1个。

由于该工程小，低坝，只作稳定分析计算。砌体容重γ=23 kN/m3，摩擦系数 f=0.55，砂石容重 γ=13 kN/m3、n=1.0、φ=12，抗滑稳定安全系数：设计 K c≥1.05，校核：K c≥1.0。

作用力计算及稳定分析取单位坝长1 m作为计算长度，经过抗滑稳定分析计算：设计K c=f·∑w/∑P=1.21＞1.05，校核K c=f·∑w/∑P=1.10＞1.0。

通过抗滑稳定验算，此断面满足稳定计算。