佳县通镇农村饮水工程分析

张 伟，张飞飞，封 春

(1.佳县水利工作服务中心，陕西 佳县 719299；2.佳县水土保持工作中心，陕西 佳县 719299)

佳县通镇农村供水工程水质水量无保证，群众饮水矛盾突出。为解决当地群众饮水困难，需对水源选取和供水方案进行探讨。

1 概况

通镇位于佳县城北20 km处，全镇辖31个行政村1个社区，总面积178 km2，人口25203人，镇区常住人口近1.5万人。属暖温带大陆性半干旱季风气候。冬季漫长寒冷，夏季短促温差较大。多年年平均降水量386 mm～404 mm，气候较干旱。降水年际变化率大，相对变化率达80%，年内分配不均，多年平均降水量只能满足农作物需水量的1/2，素有“十年九旱”之称。

2 饮水现状、存在问题及建设必要性

2.1 供水现状及存在的问题

此次工程涉及范围为通镇后家湾村、闫家洼村、进柏沟村、马兴庄、白城、白家沟村、高家楞村、通镇镇区、居委等自然村约20000人。各村地处陕北黄土高原丘陵沟壑区，山大沟深，岩石纵横，立地条件差，水源较缺，群众饮水困难。加之管网失修，水质碱化严重，供水保证率低，水质无法保证，严重影响当地群众身心健康。特别是通镇佳芦河以西部分自来水工程，由于年久失修，管道经常性漏水，对河西80户居民的住房安全造成了严重安全隐患，对生活饮水也造成了一定困扰，村民强烈要求解决饮水问题，消除安全隐患。

2.2 工程建设必要性

根据《佳县城市总体发展概念规划(2008～2020)》，改善基础设施建设中，城乡城供水设施建设是当务之急。新建饮水工程将彻底解决通镇用水紧张问题、周边7个自然村村民吃水难、饮水不安全问题，对提高居民用水保证率、居民用水安全性、保障居民身心健康是十分必要的，所以本次工程建设是全面建设小康社会，确保项目村群众饮水安全的需要，是促进区域经济可持续发展的需要，是提高居民生活用水安全性，提高村民生活水平的需要，是维护居民生活安定、团结的需要。

3 需水量预测

3.1 需水参数选定

通镇饮水工程设计年限10年，设计水平年2029年，人口自然增长率为6‰。工程区位于陕北地区，设计为全日制供水，考虑到项目区近年来经济发展迅速和农村群众生活水平的提高，按照《村镇供水工程设计规范》确定的最高日居民生活用水定额，确定项目区人均日用水定额为60 L/(人·d)，散养的家畜用水定额羊10 L/(只·d)，牛60 L/(头·d)，猪40 L/(只·d)。学校最高日用水量以10%计入。工业白家沟砖厂日用水量以50 m3计算。根据规范，管网漏失水量和未预见用水量应按上述用水量的10%～25%计算，本次设计拟按前3项用水量之和的15%计列。项目由于允许短时间间断供水，消防用水可以暂时关停其它用户，故不考虑消防用水；本次只配套消毒净化设施，所以不用考虑水厂自用水量。用水时间为24 h全日制供水。

本工程主要为项目各村群众生活用水，工程规模较小，用水时间较集中，主要在早、中、晚各2 h的时段内，所以时变化系数较大，根据规范，各村时变化系数取Kh=3.0，镇区取2.2。日变化系数Kd选定1.5。

3.2 供水规模的确定

本次工程涉及范围通镇20000人的用水问题。人口自然增长率按6‰计，则至2029年项目区人口为21233人。居民生活用水量Q1=21233×60/1000=1274 m3/d；公共建筑用水量Q2=1274×10%=127.4 m/d；工业用水量用水量Q3=25×2=50 m3/d；管网漏失损失及未预见水量Q4=(Q1+Q2+Q3)×15%=217.4 m3/d。

供水规模(即最高日供水量)为居民生活用水量、公共建筑用水量、管网漏失水量及其它未预见用水量之和。Q=Q1+Q2+Q3+Q4=1669 m3/d，日变化系数取1.5，年供水总量40.6万m3。

4 供水方案分析

4.1 区域水资源分析

佳县水资源总量为10856万m3/a。项目区地处陕北山区，地表水水源主要为黄河水及黄河支流佳芦河。本次工程取水量较小，按照长远方案和投资经济，首选地表水。区内有黄河一级支流佳芦河。佳芦河沿程流域面积大于100 km2的主要支流有方塌沟和五女川。支流五女河，源于佳县方塌镇庙梁村，经兴隆寺、朱官寨、通镇3个乡镇，全长41.9 km，于佳芦镇崔家河底村北0.5 km处入佳芦河。常年平均流量0.83 m3/s，是佳芦河的最大支流。上游河道平坦、宽敞，河床有老黄土和三趾马黄土地层出现，自杏树塌以下，出现裸露岩层，平常流量小，雨涝水大，天旱干涸，呈季节性河流。中游河道平坦、川塌地成片，是该流域肥沃之地。下游河道弯曲，比降增大，川塌地分布零星。

4.2 水源选择

水源选择应遵循水质良好、便于卫生防护、水量充沛、符合当地水资源统一规划管理要求。有多个水源可供选择时，应对其水质、水量、工程投资、运行成本、施工和管理条件、卫生防护条件等进行综合比较，择优确定。对拟选水源应进行水资源勘察，重点进行水质和干旱年枯水期可供水量分析，结合相应的供水方案作出评价。根据项目区水源情况，现对五女河地表水和当地地下水水量进行分析。

4.2.1 五女河水源处径流计算

本次引水低坝处径流采用径流深等值线法和水文比拟法计算。

(1)径流深等值线图法

多年平均径流量根据《榆林市实用水文手册》采用径流深等值线图法计算项目区对应的多年平均径流量。

W=0.1·Y·F

式中：W为多年平均径流量，万m3；Y为多年平均径流深80 mm；F为流域面积208 km2。

经计算，可得坝址处多年平均径流量为1664万m3。

采用《榆林市实用水文手册》中的径流深等值线图法进行计算不同频率设计年径流量，由年径流深变差系数Cv等值线图，变差系数Cs=2.5Cv。

不同频率设计年径流量计算公式如下：

WP=1000YP·F

式中：WP为设计年平均径流量，万m3；YP为某频率设计年径流深，mm；F为流域面积，km2。

YP=Y·KP

式中：Y为多年平均年径流深，mm；KP为某频率模比系数。

查《榆林市实用水文手册》可得年径流变差系数Cv=0.35，不同频率模比系数KP及不同频率下的年径流计算结果见表1。

表1 不同频率设计年径流量

(2)水文比拟法

根据申家湾站1957年～2004年48年径流资料，以数字期望公式计算经验频率，按矩法计算统计参数，采用P-Ⅲ型曲线线型，调整统计参数，目估适线，不同频率年径流量计算结果见表2。引水低坝处设计年径流按面积比拟法并考虑降雨修正进行计算，计算结果见表2。典型年径流月分配见表3。

表2 不同频率年径流量计算结果表 单位：万m3

表3 典型年径流月分配表 单位：万m3

根据申家湾水文站1960年、1962年、1963年、1965年、1978年、1985年等年观测资料，监测日最小流量折算至本次新建坝址处，流量均可以满足本次工程用水需求。

(3)径流成果选用

以上两种方法计算成果有一定差别，考虑到径流等值线法是根据1981年以前的资料分析绘制的，资料系列较短，而水文比拟法是采用申家湾站长系列资料计算，具有代表性，同时考虑到工程保证率，故采用水文比拟法计算成果，即引水低坝处多年平均径流量为1332万m3，95%频率下年来水量为497万m3。本次设计年需水量为40.6万m3，占来水量的9.2%，来水量满足用水需求。

4.2.2 地下水源分析

工程区地下水按含水层性质及埋藏条件可分为孔隙、裂隙潜水和基岩承压水两大类，而基岩一般为潜水的相对隔水层，松散覆盖层孔隙潜水主要接受大气降水补给，多以泉的形式向附近的河流排泄。由于岩层储水条件差，区内降雨量较小，其它地区地下水较为贫乏。对工程有影响的主要为黄河、佳芦河河流附近的孔隙潜水，而基岩裂隙水和承压水对工程基本无影响。

4.2.3 水源的确定

根据现场实际情况，本次水源采用在五女河新建一座低坝取水枢纽，经过河底砂层过滤后通过集水廊道引水至新建大口井，用潜水泵将水提升到高位蓄水池，经过消毒处理后通过配水管网供给用户，局地设加压泵房或管道泵加压，部分低洼区域用户通过减压池减压后再供给用户。本次供水工程的最高日用水量1669 m3/d，年供水总量40.6万m3。通过新建蓄水池进行调蓄以满足项目区居民日常生活用水。

4.3 渗渠及集水廊道

铺设于河床之下的集水廊道主要收集渗渠汲取的潜流水，渗渠断面净尺寸为50 cm×70 cm(高×宽)，底板、渠身及盖板均采用15 cm厚C20钢筋砼。单个渗渠开孔盖板设计尺寸为1.2 m×1.0 m×0.15 m(长×宽×厚度)，盖板开条形孔，孔眼尺寸为70 cm×2 cm(长×宽)，纵向孔眼净距为5 cm，盖板两端距孔眼净距为10 cm。经计算，设计渗渠流量为0.15 m3/s，设计渗渠长度为130 m，垂直于河道布置4条渗渠，每条渗渠长度为32.5，各渗渠间距为20 m，各条渗渠通过联通通道进行连接，水流统一收集至大口井内。

为防止洪水冲刷对渗渠的破坏，本次渗渠置于冲刷深度以下，根据计算河道冲刷深度为0.8 m～1.4 m，设计取1.5 m(即渗渠埋置深度为河床以下1.5 m)。集水廊道断面尺寸为0.8 m×1.2 m(宽×高)。为利于集水廊道积水顺利进入集水井，集水廊道沿输水方向设纵坡3%。集水廊道临近输水管道侧各设矩形集水井1座，井尺寸为1.5 m×1.0 m×2.5 m(长×宽×高)，检修孔尺寸为70 cm×70 cm。集水井采用20 cm厚C20钢筋砼砌筑，井底设1.0 m×1.0 m×0.8m(长×宽×深)沉沙池。

根据工程布置，新建大口井1眼，井径3.5 m，深30 m，井下平行于河道设置100 m长井下渗渠1道，渗渠宽1.6 m，高1.8 m，渗渠壁设置进水孔，进水孔外侧设反滤包，大口井含水层井壁设进水孔渗水，进水孔设置反滤料，取水枢纽集水廊道的水通过DN315PE100级1.6 MPa管道输送至大口井内，通过大口井内的潜水泵扬至500 m3高位水池。

5 结语

水源选取和水质保障是黄土高原区农村饮水工程的难点，通过分析探讨，提出低坝拦水通过河底砂层过滤、集水廊道引至大口井的供水方案，融合了新疆坎儿井的建设思想，对于黄土高原区农村饮水工程来说有一定的创新和进步意义，值得借鉴参考。