云南山区饮水安全小型集中供水工程设计与探索

李 学 辉

(云南省水文水资源局，昆明 650106)

农村饮水安全是指农村居民能够及时、方便地获得足量、清洁和负担得起的生活饮用水，党和政府高度重视农村饮水问题，建设了一大批农村饮水工程，取得了良好的效果。但我国西部广大山区居民居住分散，建设饮水工程投资高、难度大，饮水安全工程运行管理也存在较大困难。为进一步提高农村饮水安全保障水平，2016年发展改革委、水利部等国家部委要求各地区围绕全面建成小康社会、打赢脱贫攻坚战的部署和要求，综合采取改造、升级、联网等方式，进一步提升农村集中供水率、供水保证率和水质达标率。针对农村工程建设和管理，众多学者和技术工作者做了大量研究[1-7]，为国家推进农村饮水安全工作提供了很好的参考。目前，山区集中供水多以有压重力流输水技术作为保障农村饮水安全的主要方式[8-10]；但是长距离集中供水工程管网复杂，在海拔高差较大的地区维护难度较大，特别是中小规模集中供水工程维护技术力量薄弱，已建工程的效益没有得到体现。

云南山区地形复杂、干湿季分明，农村饮水安全主要存在以下两方面问题：一是旱季水源无法保障，饮水较为困难；二是山区工程维护能力差，已建工程损坏较多，特别是海拔高差较大的地区，供水管网维护难度大。近年来，各地区开展农村饮水安全巩固提升改造，进一步推进农村饮水安全保障工作，确保2020年脱贫攻坚饮水安全任务顺利完成。本文结合云南山区禄丰县农村饮水安全调查状况，针对性地提出山区旱季缺水地区和高差较大地区的集中供水工程设计方案，为山区农村饮水安全工程提升改造提供参考。

1 研究区概况

禄丰县位于云南中部，全县地势呈北高南低、东西起伏，大的山脉多呈南北向，是金沙江、元江两大水系的分水岭。由于境内地形复杂，气候多样；形成水资源分布不均，干湿季节明显的特征。全县多年平均降雨量883.0 mm，多年平均径流深为184.1 mm。受降水分布影响，中北部的五台山区为产水高值区，年均径流深为500 mm；南部的川街九渡和西部的黑井、妥安一带为低值区，年均径流深50～100 mm。水资源的干湿季分配明显，枯季(11月至次年5月)水资源占年均水资源的15%左右，汛期占80%以上；枯季是用水较集中的时期，由于水量少，加上季节性干旱的影响，易造成水源干涸、水量减少等情况。由于县境内地势起伏大，山区水利工程供水能力弱，蓄水条件差，供水保证率不高，取用水难度大。

全县辖14个乡镇165个村委会(社区)2 185 个村民小组。2018年，全县总人口43.17万人，建档立卡贫困人口7 252 户 26 602 人。截至2018年底，已脱贫5 963 户 22 748 人，贫困人口仍有1 289 户 3 854 人。

2 农村饮水工程存在的主要问题

据调查，禄丰县农村饮水安全工程分集中式和分散式，主要有自来水厂、集中蓄水池、水井和水窖；集镇所在地均为自来水厂供水，农村集中居住区主要以集中蓄水池供水为主，零散居住的村民多以水窖、水井或挑水等解决饮水问题。经过多年的饮水工程建设，禄丰县农村饮水安全有较好的保障；但仍然存在水源缺乏、工程建设难度大、运行维护薄弱等问题，特别是旱季水源短缺和已建工程运行维护难度大是目前山区农村饮水安全遇到的主要问题。

(1)居民居住分散，供水工程点多面广。禄丰县有165个村委会(社区)2 185 个村民小组，由于山区地形复杂，人口居住相对分散。根据禄丰县农村饮水安全工程建设使用情况统计，每个集中居住的村小组户数在20～1 000 户左右，饮水工程服务人口在40～4 500 人左右。因此为解决农村居民饮水安全要求，需建设大量的饮水工程，投资高，但解决的水量不大。

(2)部分山区水源短缺，供水保障程度不高。山区大部分居民居住在山脚和山腰，部分由于民族习性居住在山顶，村民主要依靠山箐水、雨水等解决饮水问题。由于地形影响，山区河流源短水少，缺少蓄水条件和水量；同时由于水资源时空分布不均，旱季几乎没有降水。因此这些地区水源水量少，旱季缺水严重，需到较远的河流或水库拉水解决用水问题。

(3)山区饮水工程复杂，运行维护难度大。山区地形复杂，形成很多几十上百人的小村庄；由于地势较高，缺少饮用水源。目前常用的饮水方案是从几公里以外的山箐中用管道引山箐水至高位水池蓄积，然后由供水管网重力自流供居民使用。因水源远，有保障的水源少，居民居住分散，因此管网建设难度大。由于管道距离长、供水落差大，管网易受损坏，维护难度大。

3 山区小型供水系统设计

针对山区旱季水源短缺和已建工程易损坏的问题，提出“混合供水”和“分级供水”的供水系统设计模式，保障山区农村安全用水。

3.1 混合供水模式设计

云南干湿季分明，1月至5月降水稀少，水源短缺。通过实地了解禄丰县农村饮水工程状况，水源短缺的地区多以引用山箐水作为解决饮水安全的主要方式；但由于山箐水水源规模小，一个水源点往往不能满足用水需求，即使增加水源工程建设，在旱季或遇到较大干旱时仍不能满足村民安全用水。针对云南这种干湿季分明的山区旱季缺水特点，可推广“集中供水+水窖蓄水”的混合供水方式解决旱季缺水问题。

山区小村落旱季水源水量少，若另寻水源则存在工程建设难度大、投资高等难题。混合供水方式可将汛期多余水量分散存储在水窖或水池中，以便旱季缺水时提高供水保证程度。汛期，以山箐水集中供水，同时将多余的山箐水蓄满水窖或水池；旱季，山箐水减少或枯竭，以水窖(水池)水补充用水需求。见图1。山箐水通过蓄水池蓄积沉淀后水体清澈，存储在水窖中不易受到污染，不用专门的消毒净化，除大肠杆菌易超标外，满足其他饮用水水质要求，可长期饮用[11-13]；与采用房顶收集雨水或直接蓄积水窖周边地表水的情况比较，水量更充沛，水质更好，保障程度更高。

图1 缺水地区混合供水方式示意图Fig.1 Schematic diagram of mixed water supply mode in water shortage area

3.2 分级供水模式设计

山区海拔高差悬殊，居民分散，从山脚至山顶均有居民居住，居住范围垂直高差可达50 m以上，甚至达上百米。目前，集中供水模式一般是在山顶修建大蓄水池，然后通过供水管网重力直流向居民供水。这种长距离、高落差的供水系统管道内水力条件复杂，管内压力波动剧烈，受水压、负压和水锤作用明显[14,15]。管网下部水压大，受瞬间水锤冲击易爆管；同时，在管道相对高点负压频繁、管道破坏性极大，难以维护。而管网中上部水压小、水量少，用水易受影响；时有无水情况发生，用水保障程度不高。

山区供水系统设计可采用减压恒压阀、缓闭蝶阀、空气阀等设施防护管网，避免负压和水锤压力影响。但由于小规模供水设施投资少、维护能力弱，再加上长期不关闸的农村用水习惯，很容易使空气进入管网，因此对管道破坏力较大，管网极易受到损坏。在实地调查中发现，已建工程管网存在上部无水，但水龙头水阀长期打开；管道破裂，没有维修；水量足的用户用水浇地，水量不足的放水排空时间长等问题。开闸用水时，部分管道甚至还存在吸气和抖动等状况。

为保障海拔高差较大地区供水安全，设计分级供水模式解决供水压差大和水锤压力对水管破坏以及水量分配不均等问题。分级供水是在高差较大的地区采用分段修建蓄水池、分片供水的方式，将一个大供水池集中供水调整为2级或3级分级供水；每隔20～30 m修建二级水池分散供水(也可根据居民实际居住分布情况设置)，保障供水管网安全和居民用水安全；管理人员每天巡查一次，保障居民均衡用水。见图2。分级供水总水池设计可比原水池减小，但整个系统蓄水容积不变或比原独立水池更大；各二级水池设计为20 m3容积大小，水量可按范围内供水户(人口)定量管理。分级供水模式可解决水压爆管的问题，保障不同位置用水户合理的用水权，避免位置较高处用水户无水可用；同时个别管网损坏时可减少供水系统水量浪费，避免整个系统其他用水户用水受到影响。

图2 高落差地区分级供水示意图Fig.2 Schematic diagram of graded water supply in high drop area

4 结 语

经过多年建设，农村饮水安全已得到极大改善。但山区饮水工程规模小、运行维护力量薄弱，已建饮水工程还存在一定问题。在农村饮水安全巩固提升工作中，设计符合当地水源条件和地形特点的、可推广的简易供水设施，将极大推动农村饮水工程建设和管理，有利于保障居民安全用水；结合云南山区饮水安全和已建饮水工程调查情况，设计“混合供水”和“分级供水”模式可解决云南山区旱季水源水量缺乏、高差较大地区已建工程运行维护难度大的问题。

在全面实现小康社会的关键时期，保障农村饮水安全是今后各级地方政府和水行政主管部门的重点工作之一。在做好饮水工程建设的同时，应加大人力和物力投入，完善工程运行维护管理；并且应按照“有偿使用、适当补助”的原则测算供水水价，加强管理，让受益群众意识到节约用水，通过经济和管理手段让广大用水居民真正受益。

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