商南县应急供水工程方案分析

2023-02-10聂鲲

陕西水利 2023年1期

聂鲲

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西西安 710061）

1 引言

水资源是人类生活、生产必不可缺的资源,水资源短缺问题对当地经济、社会有不利影响,因此,建设供水工程是十分必要的[1-2]。水源是影响供水工程建设的一个重要影响因素,供水线路选择对供水工程投资和水资源传输效率有较大影响[3-5]。以商南县为研究对象,对应急供水工程方案进行研究。

2 工程概况

商南县位于陕西省商洛市东南部,秦岭东南麓,属长江水系的丹江中上游地区,为上（上海）伊（伊宁）线（312 国道）的中途要地。根据商南县社会经济发展规划分析预测,至规划水平年（2025年）,干旱期城区最高日用水量将达到1.0 万m3,故确定本应急水源工程建设规模日最大供水量1.0 万m3/d。

工程拟从丹江河过风楼段建水源井引水,通过19.878 km的管线与跨河建筑物,铺设20.853 km 管道将丹江河水通过四级加压引至官坡水厂原水池。

3 水源选择

根据水资源选择原则和项目区所处位置,结合区域水资源概况,本次供水工程区可选取的水源有三个：（1）试马水库水源；（2）清油河水源；（3）丹江水源。

1）试马水库水源

试马水库水源位于商南县城以西12 km 处的试马镇荆家河上游。水库设计总库容264 万m3,有效库容170 万m3,年供水量70 万m3。水库库容小,还担负着解决下游试马镇2万人左右的饮水问题。如遇干旱,水库同样处于干涸状态,因此试马水库水源作为商南县城应急水源不可行。

2）清油河水源

清油河位于商南县城以西15km 处,该流域内多年平均径流深为260 mm,多年平均年径流量9599 万m3。没有水库,同时也担负着清油河、清泉数万人的饮水问题。加上2013年6月至今没有有效降雨,河水流量急剧下降,水量也不能满足县城6 万多人及清油河2 万人左右的同时饮水问题。因此清油河水源作为商南县城应急水源也不可行。

3）丹江水源

丹江发源于秦岭山脉南麓,途径商州区、丹凤县、商南县,在商南白浪镇流入河南,流域面积大,水量充沛,水质良好。虽然2013年6月至今没有有效降雨,但河水仍有较大的流量。

因此采取丹江水源作为商南县城应急水源可行。

4 取水工程

4.1 取水工程地形地质概况

水源地拟建在过风楼镇过风楼村幢子沟口东侧,并位于丹江干流过风楼河段左侧河漫滩之上,水源地处的地层岩性覆盖层为新生界、第四系、全新统冲～洪砂砾卵石（Q42al+pl）层③,根据收集到的资料分析和推测,覆盖层厚度11.0 m～13.00 m,根据本次水文地质调查资料,水位埋深2.87 m,高程274.63 m；含水层厚度大于8.00 m,渗透系数＞100 m/昼夜,属极强透水层,覆盖层以下基岩为古生界、泥盆系上统、青石垭组下段⑥钙质砂岩（D3q1）,为相对隔水层,视为不透水层。根据资料分析,该水源地有修建提水大口井的水文地质条件。

4.2 取水工程布置

井位位于丹江河流河漫滩左侧,地层岩性为第四系冲洪积砂砾卵石层,属极强透水层,根据本次水文地质调查资料,水位埋深2.87 m,高程274.63 m；含水层厚度8.13 m,覆盖层以下基岩为泥盆系变质砂岩,为相对隔水层,视为不透水层。

单井出水量依据卡明斯基公式计算：

式中：B 为透水地层长度,井壁周长29.85 m 计；K 为渗透系数按140 m/昼夜；H 井内外水位差,当井底保持1.50 m 时,河水最枯水位差6.63 m；T 为透水地层厚度11.00 m；b 为井径（内径9.50 m）；Q 为出水量m3/昼夜。

经计算出水量10160 m3/昼夜,即：每小时单井出水量约为423 m3。基本满足需要。根据日供水10800 m3的要求,缺口约640 m3,因此采用集水管补充。

根据上式计算,增设Ф10 m 的沉盘井一座,为砖混结构水源井,集水井径10 m,深15 m,圆形。

集水管采用2根DN500 钢制集水器,单根长54 m。

4.3 水泵选择

设计流量按下式计算：

式中：Q 为泵站设计流量,m3/h；W 为最高日用水量,m3；T为日工作时间。

第一级水厂泵站设计流量为：

设计取水管进、出口高程见表1。

表1 取水管进、出口高程

考虑到压力管道的水头损失、水锤作用、水泵的损失和其他不确定因素,选择潜水泵型号为ZL300QJ280-140/180,共3 台,其中1 台备用,泵站扬程为140 m,设计出水量280 t/h。泵站提升高度大于高差,满足供水需求。水泵出水管采用DN450PE 管埋地敷设至下一级泵站调压池。

三、四级泵站安装ZL300 QJ280—105/140 型水泵（含配套电机）3 台,其中1 台备用,扬程105 m,设计出水量280 t/h。水泵出水管采用DN450 PE管埋地敷设至下一级泵站调压池。

5 输水管线工程

5.1 输水方案比较

经过初步踏勘,拟从丹江取水,经过多级加压后供县城使用。丹江至县城水厂地形高差234 m,考虑管道水头损失,提水总扬程330 m～380 m。取水点初步选择在过风楼镇郭家坪外的丹江河道,沿河岸边打大口井。方案计划为永久性设计,管道深埋,动力线路架设专线、专用变压器。经分析路线方案有三种。

方案一：郭山公路方案

在过风楼郭家坪水源点取水,通过输水管道（经过四级泵站加压）沿郭山公路铺设管线至官坡水厂,经处理后净水接县城原配水管网。

方案二：县河小栗园、三角池、任家沟、官坡水厂方案

在过风楼郭家坪水源点取水,通过输水管道（经过五级泵站加压）沿商南县城至过风楼老公路铺设,途经小栗园、三角池、任家沟输送至官坡水厂处理后向城区供水。

方案三：县河小栗园、小金峪方案

在过风楼郭家坪水源点取水,通过输水管道（经过四级泵站加压）沿商南县城至过风楼老公路铺设至石垭子村,进小金峪沟至小金峪和沐河之间的山梁,并修建水厂一座,经净化处理后,埋设管线输送净水供工业园、任家沟,县城使用。

根据方案施工难度、征地、拆迁数量、造价以及施工工期等分析,方案一交通便利、施工难度小、施工工期最短,能尽快地解决县城干旱缺水的问题,故推荐采用方案一。

5.2 输水管线布设

输水管线依据“线路最短、节约水头、运行安全、施工管理方便、节约投资”的原则布设,按照单管加压的输水方式设计。在过河段采用双管布设。

在过风楼郭家坪水源点取水,通过输水管道（经过四级泵站加压）沿郭山公路铺设管线至官坡水厂,经处理后净水接县城原配水管网。

本设计方案管线总长19878 m,其中：一、二级泵站间管线长度6387 m,二、三级泵站间管线长度5265 m,三、四级泵站间管线长度3364 m,四级泵站至官坡水厂间管线长度4862 m。

5.3 输水管道设计

通过分析及市场调研,钢管管材价格昂贵,防腐要求高,使用年限短；预应力钢筋砼管单位重量大,运输和施工不方便,安装费用高,承插接口技术精度难以保证,管道渗漏较多,管材强度和工作压力较差,输水安全性相对较差；UPVC 虽然重量轻、水力条件好、使用寿命长,但刚度及抗稳定性差,对管道基础和覆土要求高,地形适应较差；PE 管各项性能较为优越,但价格昂贵,工程投资较大；球墨铸铁管重量较大,安装精度要求较高。

综合以上分析比较,初步选用PE 管作为输水管管材。

水源丹江河过风楼处设计来水量最高日平均用水量0.15 m3/s。可先按经济流速通过计算确定管径并进行管道水力计算。

① 计算管径

根据经验公式计算：

D1=（4Q/ V）1/2=420 mm

考虑到其他可能发生情况,设计采用标称管径Φ450 mm PE 管。

②管道水头损失计算

根据该方案作水头损失计算如下：

沿程水头损失h沿=i·L

由i=0.000915 Q1.774/d4.774

经计算采用DN450 PE 管,单位管线长度沿程水头损失i=0.00582

一级泵站距离 L1=6387 m