聶新桂

(封開縣廣信堤圍養(yǎng)護中心，廣東 封開 526500)

0 引 言

近年來，在典型的農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)用水占用水總量的比例占絕大部分。許多農(nóng)廠隨著用水需求的增加，農(nóng)業(yè)用水的要求不斷提高，發(fā)展高效能的農(nóng)業(yè)用水體系非常緊迫[1]。

文章以嶺南某農(nóng)場灌溉體系改造工程為背景，按照總量控制、定額管理總體思路，采用供需平衡理論對灌區(qū)的農(nóng)業(yè)用水供需平衡計算，并且對灌區(qū)的現(xiàn)有農(nóng)業(yè)供水系統(tǒng)進行高效能改造設計，以為類似農(nóng)業(yè)灌溉工程提供規(guī)劃設計參考[2-3]。

1 灌區(qū)現(xiàn)狀和供需平衡分析

1.1 項目區(qū)概況

某農(nóng)場是一個以種植紅江橙為主的國有農(nóng)場，農(nóng)場位于粵桂兩省交界處一帶，道路四通八達，交通條件很好。

農(nóng)場是一個以種植紅江橙、荔枝等熱帶水果為主的國有農(nóng)場，現(xiàn)有總?cè)丝?5198人，土地面積3355.73hm2，其中，農(nóng)業(yè)利用地面積1929.12hm2，納入收費地塊面積1839.12hm2，實際收費面積1268.94hm2。現(xiàn)種植紅江橙610hm2，荔枝、龍眼360hm2，林地238hm2，水產(chǎn)養(yǎng)殖面積144hm2，其他農(nóng)經(jīng)作物面積577.12hm2。養(yǎng)豬、養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨等養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展較快，已形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

項目區(qū)地處亞熱帶,勘查區(qū)及附近地下水類型主要松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩類[5]。據(jù)地區(qū)水資源公報資料顯示，該地區(qū)的地表水水資源總量為18.26 億m3，地下水資源量5.97億m3。通過打井取水解決人畜飲水的水源問題，具有良好條件。

1.2 存在問題

該農(nóng)場為干旱相對嚴重區(qū)域，區(qū)內(nèi)沒有干凈的地表水源，各隊區(qū)存在水利設施不足以及老化的問題，不能滿足日益增長的人畜飲用水需求。到目前為止，農(nóng)場一直都是使用地表水和大口井飲用劣質(zhì)淺層地下水[6]。經(jīng)抽樣檢驗，該區(qū)淺表水鐵化物、總硬度、渾濁度等嚴重超標。由于長期飲用低劣的淺層地表水、地下水，腸胃病、骨骼病為當?shù)爻Ｒ姴『投喟l(fā)病，直接影響了當?shù)厝嗣袢罕姷纳眢w健康。只有通過尋找和開采合宜的水源來解決，對于解決飲水安全的問題極為迫切。

2 項目區(qū)供需平衡分析

2.1 改造的必要性

該農(nóng)場干旱缺水，地表水水量不足及易受污染，而該農(nóng)場地下水蘊藏量較豐富，地下水水質(zhì)較好，符合生活用水標準。農(nóng)場農(nóng)村電網(wǎng)改造全部完成，電力十分充足，可滿足項目工程需要。 區(qū)域內(nèi)縣道、鄉(xiāng)道交錯，道路四通八達，交通條件極為便利。

2.2 農(nóng)業(yè)區(qū)水資源利用現(xiàn)狀和供需分析

該農(nóng)場飲水建設項目涉及的隊區(qū)有場部、5隊、35隊、36-37隊共5個隊區(qū),設計總口數(shù)為10360人?？疾靺^(qū)域范圍內(nèi)的取水用戶，核驗了區(qū)內(nèi)的用水參數(shù)。其主要參數(shù)如下：

1)設計年限。根據(jù)當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)發(fā)展形式核定，該農(nóng)場飲水工程設計年限為15a。

2)設計人口：

P=P0(1+γ)n+P1

(1)

式中：P為設計人口數(shù)；P0為供水范圍內(nèi)的現(xiàn)狀常住人口數(shù)，其中包括無當?shù)貞艏某Ｗ∪丝?；P1為各村的設計年限內(nèi)人口的機械增長人口規(guī)劃，以及近年來流動人口和戶籍遷移人口的變化情況，本項目取現(xiàn)狀供水人口數(shù)的5%計算；γ為設計年限內(nèi)各村人口的自然增長率，可根據(jù)當?shù)亟陙淼娜丝谧匀辉鲩L率確定為6.65‰；n為工程設計年限，選15a。

表1 供水區(qū)域現(xiàn)有人口調(diào)查匯總表

經(jīng)計算農(nóng)場設計人口為12015人。

3)居民生活用水量：

Qd1=Pq/1000

(2)

式中：Qd1為村居民生活用水量，m3/d；P為設計用水各村居民人數(shù)；q為最高日居民生活用水定額，根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》，本項目取值為100L/d·人。

4)公共建筑用水：

Q2=Qd1×20%

(3)

農(nóng)場養(yǎng)殖畜禽主要有豬、羊，雞，用水定額分別為豬(40L/d)、 羊(10L/d)和雞(1L/d)、鴨(2L/d)，各隊畜禽數(shù)量通過調(diào)查確定；

6)管網(wǎng)漏失及未預見水量：

Q4=(Q1+Q2+Q3)×10%

(4)

7)最高日用水量：最高日用水量：

Qd= Qd1+Q2+Q3+Q4 (5)

3 供水體系設計方案

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》SL310-2019規(guī)定，農(nóng)場人畜飲水工程均為V型。根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》(GB 50011)，工程主要建筑物、構(gòu)筑物地震設防按7度設計。

1)水質(zhì)和水源上，部分水源地對水質(zhì)技術(shù)處理能力不足的區(qū)域，應對水質(zhì)要求滿足《農(nóng)村實施<生活飲用水衛(wèi)生標準>準則》中的規(guī)定。

2)注重供水點的合理性，規(guī)劃集中供水點在種植戶密集的區(qū)域；若種植戶分布離散，則在村部修建公用給水栓[7]。

3)服務水壓，供水水壓應滿足配水管網(wǎng)中用戶接管點的最小服務水頭要求，必要時可采取局部加壓的方式。本次項目的生產(chǎn)隊房屋大都為兩層或者以下的平房，本次設計考慮供水壓力為12m。

整體上供水對象為該農(nóng)場2020-2021年人畜飲水建設項目涉及的隊區(qū)有場部、5隊、35隊、36-37隊共5個隊區(qū)。

在外來業(yè)主的帶動下，村民們積極投入鄉(xiāng)村旅游住宿接待服務。專合社將村民們家里長期空余的、愿意對外搞接待的房間一間一間統(tǒng)籌起來，將團隊客人依次給各接待戶分配客源。為了提高接待質(zhì)量，專合社幫助村民統(tǒng)一采購床上用品，指導村民按照70或80元/間·晚⑥的標準收費。目前，星光村共有40多戶，50多個房間可供住宿接待。

農(nóng)場人畜飲水建設項目主要建設內(nèi)容為：建設100m3高20m水塔1座，100m3高15m水塔1座，新建機井4口，大口井1口，新建凈水設備1套，安裝水泵5臺，新建泵房5座，鋪設PVC-U管共計6660m，架設低壓線520m。

3.1 水源工程設計

根據(jù)農(nóng)場地形和水文地質(zhì)特點，采用地下水為水源，本次在場部、5隊、35隊、36-37隊共5個隊區(qū)新建5口水井，其中場部新建2口400m深機井，5隊1口200m深機井，36-37隊1口255m深機井，35隊新打20m深2m口徑大口水井1口。

3.1.1 機井設計

水源工程可根據(jù)當?shù)厮牡刭|(zhì)情況或參考周邊已建機井施工和出水情況確定。本次機井設計參考項目區(qū)附近已建機井確定：新建機井井孔的鉆孔直徑為0.273m，深200-400m。井管采用無縫鋼管，分上、中、下三部分設計，上部井管選用ф219×6mm無縫鋼管，中部和下部為花崗巖層，上部鉆孔100m深，孔徑220mm，下部鉆孔80-280m深，孔徑165mm，均不需套管。成井時可采用焊接或絲扣方法連接井管。地下水水質(zhì)應按照GB5749等要求確定水質(zhì)檢測標準，受當?shù)貤l件限制的，無法完成必要的檢測指標的檢測時，可委托市級水質(zhì)檢測中心或其他有水質(zhì)檢測資質(zhì)的單位進行檢測。當水源水質(zhì)不符合上述要求時，應采取相應的特殊凈化工藝處理。

3.1.2 大口井設計

在35隊采用大口井，初步確定本工程大口井采用井深為20m井直徑2.0m，單井涌水量20m3/h，日出水量200m3左右，本隊采用的水源為淺層地下水，水質(zhì)較差，不符合生活飲用水標準，需增設一套一體化凈水系統(tǒng)，在大口井四周設置圍墻。大口井井壁采用C25鋼筋混凝土，井壁厚250mm，設置10m長橫洞兩條。井口管比泵房室內(nèi)地坪高0.5m，井口封閉采用鋼筋混凝土蓋板固定于井口，以保證安全及井水不受污染。

3.1.3 水泵泵房設計

本工程水泵均選用并用潛水泵，配套功率9.2kW。每口水井相應建取水泵房，建筑面積為6m2，建設標準為磚混結(jié)構(gòu)，頂部為混凝土現(xiàn)澆板，在泵房機井中央處設有縱橫各兩道“T”型梁，并在垂直于井軸線處設置天窗，用于起吊水泵，以便于安裝，維修水泵[8]。本次設計為場部、5隊、35隊、36-37隊共5個隊區(qū)配建泵房5座。本工程泵房消防安全布局、建筑物構(gòu)筑物的燃燒性能和耐火極限依據(jù)《水電工程設計防火規(guī)范》( GB50872-2014)并參照國家標準《建筑設計防火規(guī)范》(GB50016-2014(2018年版))進行設計，泵站采用D-B單元接線形式，即由變壓器通過電動機動力線連入低壓配電箱，再由低壓配電箱引線連入潛水泵自耦減壓啟動器后接入潛水泵電動機。

3.2 管網(wǎng)工程設計

3.2.1 供水管網(wǎng)布設

設計管網(wǎng)時，按運行可靠、經(jīng)濟合理、施工管理便利的原則，根據(jù)各村實際情況進行計算確定主管直徑。供水管網(wǎng)根據(jù)各村供水點地形進行布置。管網(wǎng)布置方案為干管、支管、分戶管三級，公稱壓力均為1.0MPa。干管為外徑90mm，壁厚4.3mm的PVC-U給水管；支管外徑63mm，壁厚3.0mm的PVC-U給水管。在分支管上預留外徑32mm的PVC-U給水管用戶接口，以方便用戶取水。分戶管為外徑32mm，壁厚2.0mm的PVC-U管。

3.2.2 管網(wǎng)壓力計算

1)配水管網(wǎng)設計流量，最高日最高時用水量。

(6)

式中：Q設為設計供水能力，按最高日用水量計算；Kh為時變化系數(shù)，村鎮(zhèn)供水管網(wǎng)一般采用2.5。

2)配水管網(wǎng)中各管段的設計流量，采用人均綜合當量計算法：

(7)

式中：q0為人均綜合用水當量，m3/h·人；Q配為配水管網(wǎng)設計流量，m3/h；∑Q集為企業(yè)、機關、學校等用水大戶最高時用水量之和(m3/h)，取0；P為設計用水人口，人。

經(jīng)計算人均綜合用水當量q0為0.0083m3/h·人。

3)管徑計算。設計管道供水流量，按照設計供水標準，分別計算出了各供水點的輸水流量，由下向上計算各級管道的設計流量，農(nóng)村各供水點的自由水頭，最低≥4m。

經(jīng)濟管徑的計算采用公式為：

(8)

式中：D為經(jīng)濟管徑(管內(nèi)徑m)；Q為設計流量，m3/s；V為經(jīng)濟流速，取值為0.6-1.8m/s， 本工程取0.8 m/s。

輸水主干管及配水支管全部采用PVC-U給水管。各地區(qū)供水工程主管道的設計流量、計算管徑及采用管徑經(jīng)計算，見表3。

表3 各供水點管網(wǎng)水力計算表

3.3 供水系統(tǒng)設計

3.3.1 供水系統(tǒng)工藝流程

項目以地下水為水源，深水井符合生活飲用水衛(wèi)生標準，35隊采用淺層地下水水質(zhì)較差，增設一體化凈水設備，根據(jù)當?shù)厝罕娪盟晳T，幾乎每戶都自備有儲水(池)箱，且各供水點供水范圍內(nèi)各村莊地面高差不大，各供水點實行定時供水，由此選擇供水工藝流程如圖1所示。

圖1 供水工藝流程圖

3.3.2 配水系統(tǒng)

管網(wǎng)布置合理，系統(tǒng)排布在整個用水區(qū)，滿足村鎮(zhèn)相關建設規(guī)劃；本工程所有的供水點均布置成樹枝狀管網(wǎng)；管道沿現(xiàn)有道路或規(guī)劃道路路邊布置；配水管道與建(構(gòu))筑物及管線間的最小水平凈距，取1m。不同非生活飲用水管網(wǎng)的供水系統(tǒng)連接。

4 經(jīng)濟評價

飲水工程建成后，平均五口(每戶按4人計算)之家每年用于挑水的工日可節(jié)省40個，本工程解決10360人，每年可節(jié)省工日10.36萬個，節(jié)省的勞力和時間可用于勞務輸出，也可投入生產(chǎn)和其他創(chuàng)收活動。根據(jù)資料統(tǒng)計，該地區(qū)每個勞動力平均每個工日創(chuàng)造的價值以12元計，該項目節(jié)省的勞動力創(chuàng)造的價值共124.32萬元。在飲水安全問題解決的地區(qū)，每人每年由于發(fā)病率降低而節(jié)約的醫(yī)藥開支為100元。本項目共解決10360多人的飲水安全問題，共計減少年醫(yī)藥費支出約25.90萬元。以上經(jīng)濟效益合計為150.22萬元。

該項目財務內(nèi)部收益率為21.24%，>8%，效益費用比1.34>1，財務凈現(xiàn)值為302.02萬元，>0?？梢?，項目的投資和效益對內(nèi)部收益率、經(jīng)濟凈現(xiàn)值、經(jīng)濟效益費用比合理，此工程的抗風險能力較強。

5 結(jié) 論

文章主要廣東某農(nóng)場灌溉區(qū)供水平衡不足，地表水體不健康、淺表水體營養(yǎng)化等問題，對項目區(qū)進行供需平衡分析。提升改造了基于水源工程、供水管網(wǎng)的一體化供水系統(tǒng)的設計。改善了農(nóng)業(yè)區(qū)用水條件，對農(nóng)業(yè)區(qū)的環(huán)境、水土、經(jīng)濟帶了很大的效益。農(nóng)業(yè)區(qū)的建設不僅需要科學地規(guī)劃建設和改造，更需要智慧化的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，這也是今后研究建設現(xiàn)代農(nóng)業(yè)灌區(qū)的重要發(fā)展方向。