王培森 楊苗苗 常章峰 吳海燕 馬建學(xué)

（1.宜川縣水務(wù)局 陜西 宜川 716200；2.宜川縣勞動(dòng)監(jiān)察大隊(duì) 陜西 宜川 716200）

陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)位于我國(guó)西北內(nèi)陸，區(qū)域內(nèi)梁峁起伏、溝壑縱橫、地形破碎、植被稀疏、生態(tài)環(huán)境極其脆弱，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后。該地區(qū)降水和徑流分配不均，地表水和地下水資源緊缺，河流含沙量高，并且由于煤、油、氣資源的大量開采，主要河道存在不同程度污染，缺乏修建骨干水源工程的必要條件。隨著陜北地區(qū)小城鎮(zhèn)建設(shè)步伐的加快，盲目開發(fā)水資源的問(wèn)題日益突出，有限的水資源得不到高效合理利用，導(dǎo)致水資源供需矛盾更加突出、生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，嚴(yán)重制約著該地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展和人民生活水平的穩(wěn)步提高。

陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)長(zhǎng)期受水流、重力、風(fēng)力侵蝕，加之不同構(gòu)造帶的抬升，侵蝕作用不斷加強(qiáng)，河流規(guī)模越來(lái)越大，支流越來(lái)越多，形成了今日黃土高原縱橫交錯(cuò)的溝谷和河流。黃土高原梁峁中的溝谷區(qū)，由于其特殊的地貌及水文地質(zhì)條件，各主支溝形成一個(gè)龐大復(fù)雜的地下水網(wǎng)絡(luò)，溝通各支流和地下含水層，最終地下水從含水層中源源不斷排泄到各溝谷區(qū)，使之成為相對(duì)的富水地帶。各溝谷區(qū)流域面積都不大，區(qū)域內(nèi)人煙稀少，水質(zhì)良好，成為陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)建設(shè)供水工程的重要水源地。本文以云巖鎮(zhèn)集中供水工程為例，對(duì)水源選擇、建設(shè)方案進(jìn)行了研究，以期對(duì)類似區(qū)域的供水工程起到借鑒作用。

1 項(xiàng)目區(qū)基本情況

云巖鎮(zhèn)位于陜西省宜川縣北部云巖河中游，地處陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)南部，距縣城約40km，是宜川縣北部的邊貿(mào)重鎮(zhèn)，素有宜川“北大門”之稱，2009年被省政府列為全省107個(gè)重點(diǎn)建設(shè)的小集鎮(zhèn)之一。

2013年以前，云巖鎮(zhèn)區(qū)尚未形成統(tǒng)一的供水系統(tǒng)，鎮(zhèn)區(qū)供水只能采取簡(jiǎn)易的分區(qū)分片供水。云巖河以北的鎮(zhèn)區(qū)主要靠2眼泉水供水，云巖河以南鎮(zhèn)區(qū)主要從就近小支溝簡(jiǎn)易引水供水。供水工程布局分散，設(shè)施簡(jiǎn)陋，規(guī)模偏小，無(wú)水凈化處理設(shè)施，供水水量、水質(zhì)均難以保證，嚴(yán)重制約了鎮(zhèn)區(qū)群眾生活水平的提高和當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。2013年，云巖鎮(zhèn)集中供水工程被列為全縣40個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目之一，當(dāng)年4月份開始建設(shè)實(shí)施，11月全面建成。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的試運(yùn)行，各工程設(shè)施運(yùn)行狀況良好，供水水質(zhì)達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，水量完全能滿足鎮(zhèn)區(qū)用水需求，可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷供水，鎮(zhèn)區(qū)居民用上了安全、潔凈的自來(lái)水。

2 工程規(guī)模

2.1 供水范圍及對(duì)象

供水范圍為宜川縣云巖鎮(zhèn)區(qū)，供水對(duì)象為云巖鎮(zhèn)區(qū)居民、公共建筑和第三產(chǎn)業(yè)，供水保證率為95%，水質(zhì)要求符合國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-85）?，F(xiàn)狀水平年2010年供水人口為4430人，到設(shè)計(jì)水平年2020年，供水范圍內(nèi)總?cè)藬?shù)將達(dá)到8000人，供水范圍內(nèi)所有人口均為受益人口。

2.2 需水量預(yù)測(cè)

2.2.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)云巖鎮(zhèn)區(qū)居民多年用水情況預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)水平年需水量。居民最高日生活用水定額取60L/人·d，工程設(shè)計(jì)年限按10年考慮，用水量時(shí)變化系數(shù)取Kh＝2.3，供水日變化系數(shù)采用Kd＝1.3，凈水廠水處理每天按24小時(shí)運(yùn)行設(shè)計(jì)。

2.2.2 計(jì)算原則

（1）公共建筑用水量，按當(dāng)?shù)厍闆r，取生活用水量20%；

（3）消防用水允許短時(shí)間間斷給水，不計(jì)列；

（3）澆灑道路和綠地用水可由云巖河抽取，不計(jì)列；

表1 云巖鎮(zhèn)區(qū)設(shè)計(jì)水平年需水量預(yù)測(cè)表

表2 供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量表

（4）第三產(chǎn)業(yè)用水量，取生活用水量10%；

（5）未預(yù)見水量及管網(wǎng)漏水量，按最高日用水量10%合并計(jì)列。

2.2.3 需水量預(yù)測(cè)

需水量預(yù)測(cè)遵循供水規(guī)模與當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)，推行科學(xué)用水、節(jié)約用水，以水資源的可持續(xù)利用促進(jìn)城區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，需水量預(yù)測(cè)如表1。

3 水源選擇

云巖鎮(zhèn)區(qū)屬于陜北黃土高原半干旱水文地質(zhì)區(qū)，區(qū)域內(nèi)地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄主要受氣候、地形、含水層組類型及地質(zhì)構(gòu)造等因素的制約。按含水層巖性分為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水兩種類型。

第四系孔隙潛水主要分布于河谷區(qū)和黃土梁峁區(qū)，主要含水層為沖洪積的砂礫（卵）石層、中細(xì)砂層及風(fēng)積黃土，一般以第三系紅粘土和三迭系泥巖為隔水底板。河谷區(qū)屬弱富水，黃土梁峁區(qū)屬極弱富水，地下水受大氣降水補(bǔ)給，向河谷排泄和垂直補(bǔ)給基巖裂隙水。

基巖裂隙水：含水層主要為中生界強(qiáng)～弱風(fēng)化砂巖夾泥巖，弱風(fēng)化泥巖裂隙不發(fā)育，成為相對(duì)隔水層，因而基巖裂隙水往往具有成層分布的特點(diǎn)，其富水性受巖面構(gòu)造及補(bǔ)給條件控制，因此差異很大?；鶐r裂隙水補(bǔ)給：一是孔隙潛水垂直補(bǔ)給，二是大氣降水，以下降泉的形式向河谷排泄。

按照供水范圍及新建水廠位置，就近選擇水量夠用、水質(zhì)較優(yōu)，且能夠滿足重力供水的水源地，有堡定溝和關(guān)道溝，均為云巖河支流。根據(jù)堡定溝、關(guān)道溝的實(shí)地調(diào)查，該流域有地下水補(bǔ)給，枯季也不斷流，主要補(bǔ)給來(lái)源是地下水，徑流量相對(duì)穩(wěn)定。

根據(jù)實(shí)測(cè)2010年10月至2012年3月關(guān)道溝和堡定溝流量資料確定，兩溝最小日平均徑流量之和為0.01118m3/s，最小日徑流量為965.9m3/d。該項(xiàng)目2020年設(shè)計(jì)供水規(guī)模為770m3/d（加上水廠自用水后為832m3/d），引水流量為0.0096m3/d（加上水廠自用水）。兩處水源地來(lái)水量滿足云巖鎮(zhèn)770m3/d的供水任務(wù)（加上水廠自用水后為832m3/d）。

以上數(shù)據(jù)表明，兩取水水源的流量均大于本工程取水量，取水保證率可得到滿足，因此確定堡定溝、關(guān)道溝地表水源為云巖鎮(zhèn)供水工程的推薦水源。

4 工程總體布置

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL310-2004），本工程屬于Ⅳ型村鎮(zhèn)供水工程。供水方案采用高位水池供水方案。即從堡定溝、關(guān)道溝兩溝道水源取水，由輸水管道重力輸送至建在鎮(zhèn)區(qū)東側(cè)山坡坡腳平地處的凈水廠進(jìn)行集中凈化處理，再通過(guò)提水泵站提水至山坡高處的高位水池，然后通過(guò)配水管網(wǎng)重力輸水至鎮(zhèn)區(qū)各個(gè)供水點(diǎn)，最終達(dá)到供水入戶。

采用高位水池供水方案有如下優(yōu)點(diǎn)：①水廠建在鎮(zhèn)區(qū)東側(cè)山坡坡腳處平地上，此處地勢(shì)較平坦，施工簡(jiǎn)單方便，宜于水廠內(nèi)各構(gòu)筑物布置；②從鎮(zhèn)區(qū)近期及遠(yuǎn)期供水規(guī)模來(lái)看，供水量變化大，高位水池能更好的適應(yīng)此種變化，且高位水池具有調(diào)節(jié)蓄水功能，提水泵站無(wú)需24小時(shí)工作，后期運(yùn)行成本較低。該方案也是云巖鎮(zhèn)集中供水工程的最優(yōu)方案。

5 工程設(shè)計(jì)

5.1 供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量

本工程設(shè)計(jì)向用戶全天24小時(shí)供水。供水系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)流量及其計(jì)算依據(jù)如表2所示。

5.2 取水工程設(shè)計(jì)

本供水工程首部取水樞紐分別位于關(guān)道溝和堡定溝，關(guān)道溝壩址位于關(guān)道溝口上游1.7km處，堡定溝壩址位于堡定溝口上游0.8km處，均采用漿砌石重力式溢流壩，不設(shè)調(diào)節(jié)庫(kù)容。水工建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇洪水設(shè)計(jì)、50年一遇洪水校核。工程主要由漿砌石重力溢流壩、壩前滲渠及壩內(nèi)引水鋼管組成。壩體采用M7.5漿砌塊石砌筑，上游設(shè)30cm厚防滲砼面板，壩面采用WES實(shí)用堰面曲線，溢流壩表面采用50cm厚C20砼護(hù)面，面板設(shè)溫度筋。

5.3 輸水管道設(shè)計(jì)

為了保證供水安全、可靠，考慮到本工程地形復(fù)雜、供水距離長(zhǎng)等因素，經(jīng)綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，本工程選用PE管作為輸水管材。

根據(jù)流量壓力計(jì)算結(jié)果，堡定溝、關(guān)道溝輸水管線滿足重力供水要求，高位水池輸水管線高差太大，需要設(shè)置減壓裝置（減壓閥型號(hào)Y42X型）。根據(jù)節(jié)點(diǎn)壓力計(jì)算，各管段管材選用如下：①堡定溝壩址至凈水廠，選用dn=125mmPE管，設(shè)計(jì)管壓為0.6MPa；②關(guān)道溝至凈水廠，選用dn=125mmPE管，設(shè)計(jì)管壓為0.6MPa；③凈水廠至高位水池，選用dn=125mm鋼管，設(shè)計(jì)管壓為1.25MPa。

5.4 凈水廠內(nèi)加壓泵站和提水泵站

凈水廠凈水構(gòu)筑物為一體化凈水器，根據(jù)一體化凈水器水頭要求，加壓泵站設(shè)計(jì)總揚(yáng)程10m，水泵單機(jī)流量40m3/h。

凈水廠內(nèi)設(shè)置1座提水泵站，負(fù)責(zé)將清水池水抽至高位水池。根據(jù)高位水池高程要求，加壓泵站設(shè)計(jì)總揚(yáng)程70m。

5.5 凈水廠設(shè)計(jì)

凈水廠廠址選在云巖鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)東側(cè)山坡坡腳平地處，水處理規(guī)模為960m3/d。水處理工藝為：溝道原水→輸水壓力管道→蓄水池→加壓泵→一體化凈水機(jī)→清水池→提水泵站→高位水池→配水管網(wǎng)。

凈水廠主要構(gòu)筑物包括：500m3蓄水池一座，凈化車間一座，內(nèi)設(shè)一體化凈水器CXQ-Ⅰ-40型（40m3/h）一座，150m3清水池一座。主要建筑物包括凈化車間、宿辦房及提水泵站，總占地面積4.09畝。

5.6 配水管道、管網(wǎng)及入戶工程

配水管網(wǎng)采用樹枝狀布置，管線沿鄉(xiāng)間或村間的道旁埋設(shè)，埋深在地面以下1.2m。在管道凸起點(diǎn)設(shè)自動(dòng)進(jìn)（排）氣閥。在主管與支管的節(jié)點(diǎn)處設(shè)置閥門井，以便在支管檢修時(shí)不影響主管供水，使主管能分段檢修，分段運(yùn)行。水管入戶采用dn=25mmPE管，在每戶院內(nèi)水管上裝設(shè)閘閥、水表，以便計(jì)量和管理。閘閥和水表設(shè)置在閥門井內(nèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

從云巖鎮(zhèn)集中供水工程的實(shí)踐證明，陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)小城鎮(zhèn)供水工程，采用相對(duì)富水的溝谷區(qū)河水作為水源，利用地勢(shì)高低起伏的優(yōu)勢(shì)，采用重力輸水方案，建設(shè)小型標(biāo)準(zhǔn)凈水廠，可滿足當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)水量和水質(zhì)需要，是一種切合當(dāng)?shù)貙?shí)際且行之有效的供水方式。