佳县县城供水水资源供需平衡分析

2023-09-12张飞飞

陕西水利 2023年9期

张飞飞

（佳县水利工作服务中心,陕西佳县 719299）

随着佳县社会经济发展和城市人口增长,县城用水供需矛盾日益突出,为了解决佳县县城2030年供水需求,需对水源和供水量以及水资源供需情况进行分析。

1 概况

佳县位于陕西省东北部、黄河中游秦晋峡谷西岸,南北长85 km,东西宽23.9 km,总面积2029.82 km2。全县辖12个镇1个街道办事处324个行政村,总人口27万人。佳县年平均气温10.7℃,年总降水量为375.9 mm,年日照总时数为3497.7 h,全县分为北部片沙区、西南丘陵沟壑区和黄河沿岸土石山区三大地貌类型,工程区属于黄河沿岸土石山区。

2 供水现状及存在的问题

2.1 供水现状

佳县城区供水工程取水点位于佳县佳芦镇桃湾黄河漫滩,取水工程设有3口水源井。目前,只有1#和3#水源井在使用,3#水源井位于1#水源井下游140 m处。通过井下泵站加压后,将黄河渗水通过输水管道输送至佳县自来水公司（水厂）。水泵扬程198 m,水厂距离水源井直线距离约375 m。佳县自来水公司位于县城街东侧,处于城市最高处,其标高能满足规划区范围内所有用水点水压要求,不受洪水淹没影响,且水厂至城区主要用水区域较近,供水管线较短,位置利于供水。

2.2 存在问题

随着佳县的建设,市政基础设施需配套完成,给水工程急需同步发展。根据《佳县城市总体发展概念规划》,佳县城区2035年所需水量365万m3,现在县城自来水厂供水规模为800 m3/d,随着县城人口的增加,城区建设步伐加快,居民生活水平不断提高及旅游业的兴起,县城生活、生产用水量均快速增加,现状水厂供水量严重不足,用水高峰期大面积的城区出现缺水现象,严重的影响着人们的生活质量水平和社会经济发展。

3 需水量预测

根据《室外给水设计标准》（GB 50013-2018）和佳县社会经济情况等综合考虑,城市设计供水量包括综合生活用水量（包括居民生活用水和公共设施用水）、工业企业用水量、绿地和浇洒道路用水量、管网漏失水量、未预见水量和消防用水量,设计供水现状年为2020年,设计水平年为2030年。工程区供水范围包括佳县县城全部区域及周边村庄,设计供水保证率不小于95%。

3.1 人口和用水定额预测

（1）设计人口

根据《佳县县城总体规划（2014-2030）》,人口规模2030年按4.0万人进行控制。根据现场踏勘及人口数据统计资料,2020年现状规划区范围内总人口约2.3万人,与规划人口4.0万相差较大。根据《佳县统计年鉴》（佳县统计局,2015-2019年）统计,佳州街道办事处人口数据见表1。

表1 佳州街道办事处人口统计

根据统计年鉴数据,佳县城区佳州街道办事处总人口基本保持不变,略有减少。城区人口,且整体变化较小,仅2018年统计人口较多,其余4年统计人口差距均较小。随着近几年佳县县城的发展,虽有规划范围内的农村人口逐步转为城镇人口,但县城外流人口也较多,根据目前佳县城区常住人口及外流人口情况,未来县城人口基本变化较小,所以,初步推测近远期人口规模如下：现状人口23000人；设计水平年（2030年）设计人口24000人。

根据现场踏勘和自来水厂提供的数据,佳县县城自来水厂除覆盖城区范围外,还将覆盖通镇杨道渠、高家塬等部分农村,共计覆盖农村人口约3100人。

（2）综合生活用水量标准

根据《室外给水设计标准》（GB 50013-2018）和《城市给水工程规划规范》（GB 50282-2016）,同时参照陕西省行业用水定额,确定佳县县城最高日综合生活用水定额为：现状综合生活用水定额为90 L/（cap·d）；设计水平年（2030年）综合生活用水定额为130 L/（cap·d）。农村最高日综合用水定额结合当地农村的实际情况取：现状综合生活用水定额为60 L/（cap·d）；设计水平年（2030年）综合生活用水定额为70 L/（cap·d）。道路用地及城市绿地面积摘自《佳县县城总体规划（2014-2030）》用地平衡表,见表2。

表2 《佳县县城总体规划（2014-2030）》用地平衡表

（3）浇洒市政道路、广场和绿地用水指标确定

佳县处于陕北干旱缺水区,根据《室外给水设计标准》（GB 50013-2018）及陕西省行业用水定额,综合考虑确定佳县县城设计水平年浇洒道路场用地用水定额为10 m3/（hm2·d）。

3.2 用水量计算

（1）综合生活用水量Q1

佳县属Ⅱ型小城市,综合生活用水量等于人口乘以定额,则：

现状年Qx1=（23000×90+3100×60）×10-3=2256 m3/d

设计水平年Qj1=（24000×130+3100×70）×10-3=3337 m3/d

（2）工业企业用水量Q2

佳县县城工业企业较少,且工业用水水质要求与生活用水水质要求不一致,单独设置工业用水水源,本次设计不考虑工业企业用水,即工业企业用水量不计取。

（3）绿地和浇洒道路用水量Q3

由表2知,现状年道路面积33.9 hm2,公园和广场绿地23.4 hm2；规划年道路面积55.4 hm2,公园和广场绿地48.7 hm2。道路用水定额取10 L/（hm2·d）。根据当地实际情况,有50%的道路及广场水源为地表水。则绿地和浇洒道路用水量Q3：

现状年Qx3=（33.9×10+23.4×10）×0.5=286.5 m3/d

设计水平年Qj3=（55.4×10+48.70×10）×0.5=520.5 m3/d

（4）管网漏失水量Q4

城镇配水管网的漏失水量宜按综合生活用水、工业企业用水、绿地和浇洒道路用水量之和的10%计算。则：

现状年Qx4=（2256+0+312.55）×10%=254.25 m3/d

设计水平年Qj4=（3337+0+520.5）×10%=385.75 m3/d

（5）未预见水量Q5

未预见水量应根据水量预测时难以预见因素的程度确定,宜采用综合生活用水量、工业企业用水量、绿地和浇洒道路用水量、管网漏失水量之和的8%～12%计算。本次设计取8%。则：

现状年Qx5=（2256+0+312.55+205.48）×8%=223.74 m3/d

设计水平年Qx5=（3337+0+520.5+385.75）×8%=339.46 m3/d

（6）总供水量

现状年Qx=Qx1+Qx2+Qx3+Qx4+Qx5=2256+0+286.5+254.25+223.74=3020.49 m3/d

设计水平年Qj=Qj1+Qj2+Qj3+Qj4+Qj5=3368+0+520.5+385.75+339.46=4582.71 m3/d

根据以上计算数据,最终确定供水规模为：现状年供水规模3000（m3/d）,设计水平年（2030年）供水规模为4500（m3/d）。

3.3 消防用水量

根据佳县城市人口发展规模,确定城市消防水量按同一时间发生火灾次数为2次,一次灭火用水量为30 L/s,火灾延续时间为2小时确定。则消防水量：V=2×2×30×3600×10-3=432 m3。

城市管网按低压消防系统设计,最高日最大时加消防时供水水压为0.1 MPa。消防用水贮存于水厂清水池内时不能动用,灾后在48小时内补充完毕。

4 可供水量分析

4.1 地表水水源

佳县属黄河流域,境内主要河流有一级河黄河,四级河秃尾河、佳芦河、五级河五女河、乌镇河（乌龙河）、坑镇河（楼底河）。主要支流还有螅镇河、金明寺河、车会河、盐沟河。多数河流由疏状小流汇合而成,春、秋流量大,冬季流量小,有时干枯,丰水期流量巨增；大都呈西北向东南流向,最终均注入黄河,河流南北分布基本均匀。佳县县城附近有两条较大的河道分别是黄河和佳芦河。佳芦河由于上游农田灌溉用水量大,夏季常出现断流情况,故不能作为县城的供水水源。黄河由于水体中含沙量较大,处理难度较高,不推荐作为供水水源。

4.2 地下水水源

佳县地下水资源总量2.48亿m3,集中分布在黄河、秃尾河及佳芦河河谷。其中黄河河谷约1.87亿m3,佳芦河河谷约0.08亿m3,秃尾河河谷约0.04亿m3,资源丰富稳定,属富集区。佳芦河河床切入基岩,地下水类型为层状碎屑岩裂隙潜水,据地质资料分析及钻探结果表明,其地下水埋藏深,储量小,无开采价值。

黄河河谷地段为第四季（全新统）冲击层,主要岩性为中细砂、砾石互层,砾石粒径一般为2 cm～5 cm,厚度10 m～15 m。该层结构松散,层理明显,颗粒分选性好,孔隙度大,透水性能良好,补给源充足,且水质好,易开采,是该区的主要替水含水层。该含水层的补给源为黄河径流渗漏水,佳县城区处的多年平均径流量为277.9亿m3,50%的径流量为177亿m3。黄河该河段最高洪水位为718.5 m,最低水位705.0 m,枯水期95%保证率的流量167 m3/s,99%保证率流量为90 m3/s。由以上可以看出黄河佳县地段河道径流很丰富,上述实例的最小年径流量157.4 亿m3。故该段含水层补给源充足,补给量大,远大于佳县城区设计年需水量,水量是不存在问题的。该段含水层分布厚度10 m～15 m,沿河呈带状展布,水位埋藏浅,水量丰富,属地下水富集地段。其排泄方式为自然条件下向下游渗漏,加之经过自然渗透和过滤作用,地下水清澈,水质完全符合饮用水标准。

综上所述,佳县县城附近黄河河谷地段的地下水较为丰富,且水质较好,满足饮用水水源地水量水质要求,可作为佳县县城饮用水水源。

4.3 供水水源选择

现状已在黄河漫滩建成3口水源井。各水源井的情况如下：

（1）1#水源井位于县城东侧的黄河岸边,海拔高程为716 m,取水方式采用大口井和渗渠的复合井取水,成井于1979年,经多次改造升级,现安装2台110 kW水泵,一用一备,出水量约为130 m3/h,日供水量约为2500 m3/d,由于水源井浊度较高,在3#井建成后仅作为备用水源。1#水源井至自来水水厂输水管线为DN200钢管,长580 m。

（2）2#水源井位于1#井水源井南侧约40 m处,2#井水源井由于水量过小,现已基本处于废弃状态。

（3）3#水源井位于1#井水源井南侧约150 m处,现状3#水源井安装两台110 kW水泵,出水量为约为140 m3/h,日供水量约为3000 m3/d。通过现场实际调查与进一步深入了解,3#水源井为辐射渗流井,渗流井由竖井、平巷、硐室、渗流孔群组成。3#水源井竖井井底高程672 m,最小水深约40 m,2018年3#水源建成后抽水试验最大稳定出水量为230 m3/h。自今3#水源井供水流量为140 m3/h,由于水源井位于黄河漫滩,补给水源为黄河渗水,经多年运行观察,漫滩水源井内水位基本保持不变,水源井出水量基本稳定,水质满足生活饮用水水质要求。