銅川市黃堡鎮(zhèn)集中供水工程設計

韓國燕

（銅川市耀州區(qū)水務局，陜西 銅川 727100）

1 問題的提出

黃堡鎮(zhèn)位于陜西省銅川市區(qū)境南部，面積84.5 km2，常駐人口2.3413 萬人，漆水河、咸銅鐵路和西銅高速等穿境而過，黃堡鎮(zhèn)下轄李家溝、孟家塬、杜家塬、王家塬等15 個村委會和新市街、三道橋等4 個居委會。目前，銅川市黃堡鎮(zhèn)現(xiàn)有供水管道多為上世紀七十年代鋪設，管道老化、腐蝕、漏水現(xiàn)象十分嚴重，為解決黃堡鎮(zhèn)居民生活飲水問題，安村供水工程于2005 年修建深井一眼，且受資金局限，供水工程僅修建了管理房和深井，并未完善管道，隨著黃堡鎮(zhèn)城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的加快和居住人口的增加，單井出水量已經無法滿足居民生活用水所需，必須盡快新建集中供水工程，加強水資源統(tǒng)一集約化管理，徹底解決黃堡鎮(zhèn)供水問題。

2 集中供水工程設計

2.1 水源的選擇

水源選擇是集中供水工程措施確定的前提，工程建設方案也會因水源類型的不同而不同。根據(jù)地形地貌，黃堡鎮(zhèn)包括三大區(qū)域：一是渭河沖積、洪積平原區(qū)，面積為304.5 km2，海拔1256 m～1578 m，年降水量450 mm～550 mm，是由渭河及其支流龍王溝河所形成的河谷區(qū)，渭河支流漆水河河谷區(qū)地表水資源豐富，與黃堡鎮(zhèn)直線距離0.74 km，可以作為黃堡鎮(zhèn)集中供水的主要水源考慮。孟家塬到梁家塬一級階地地下水水質較好，簡單處理便能達到飲用標準，所以渭河沖積、洪積平原地區(qū)漆水河和地下水均可以作為主要水源；二是與關中北部土石山區(qū)相鄰的黃土臺塬區(qū)，面積為998.3 km2，海拔1545 m～2155 m，年降水量400 mm～470 mm，區(qū)域內溝壑發(fā)育、干旱少雨、植被稀少、水資源較為短缺，由于區(qū)內降水稀少，水資源十分匱乏，沒有達到飲用水標準的水源可供使用，所以只能通過機泵方案從渭河沖積、洪積平原地區(qū)提水；三是中部川道地區(qū)，面積為645.5 km2，區(qū)內地表水和泉水資源豐富，但該區(qū)域地表水濁度、微生物指標及藻類指標超標。但泉水水質良好，可以簡單處理后作為飲用水水源，而且泉水均能達到重力流供水要求，可以考慮選擇水量適中的泉水向單個或幾個村供水，但難以滿足全區(qū)供水所需，故應從渭河支流漆水河引水作為主要水源。海拔2400 m～3200 m，降水豐富，主要為三條峪河、乍峪河過境產流區(qū)。由于不同區(qū)域水資源供給差異懸殊，所以不同區(qū)域內集中供水水源選擇也應具體分析，擇優(yōu)確定[1]。

2.1.1 方案一：以渭河支流漆水河為主要水源

渭河支流漆水河位于陜西省中西北部，源于麟游縣廟灣，后經麟游、永壽、乾縣、扶風等縣，在武功縣境內白石灘與渭河交匯，漆水河全長148.7 km，比降均值3.98‰，流域面積39.17 km2，水資源總量可達1701 萬m3，多年平均流量0.39 m3/s，漆水河是黃堡鎮(zhèn)附近唯一的流域，水量豐富，且河谷區(qū)與黃堡鎮(zhèn)直線距離0.74 km。漆水河上游群峰疊嶂，植被茂盛，年降雨量最高可達845 mm。水質檢驗結果表明，漆水河流域水資源除細菌指標超標外，其余指標均在《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)所規(guī)定范圍內[2]，經水質處理后，能完全達到飲用標準，故應作為黃堡鎮(zhèn)集中供水水源地之首選。

黃堡鎮(zhèn)常駐人口2.3413 萬人，居民最高日用水定額按55 L/(人·d)核算，人口增長率設定為1.2%，供水工程設計使用年限20 a，則居民生活用水量W1=60×2.3413×（1+0.012）20=1783 m3/d；公共工程用水按生活用水的10%核算，則W2=1783×10%=178.3 m3/d。供水管道漏失量及其他未預見水量所需按照10%核算[3]，則黃堡鎮(zhèn)日需水總量為（1783+178.3）×（1+10%）=2157.43 m3/d。

根據(jù)漆水河流域安頭水文站20 a 平均最小流量為統(tǒng)計樣本及《渭南地區(qū)暨銅川市實用水文手冊》的規(guī)定，通過皮爾遜三型曲線繪制不同保證率下最小平均流量關系圖，見圖1。橫坐標90 所對應頻率- 流量曲線上的流量就是P=90%保證率下漆水河流域最小平均流量。

圖1 漆水河流域頻率- 流量曲線

由圖1 可以看出，漆水河流域安頭水文站保證率P=20%的平均流量為1.58 m3/s，P=50%保證率下平均流量1.37 m3/s，P=75%保證率下平均流量1.11 m3/s，P=95%保證率下平均流量0.943 m3/s，比現(xiàn)有供水工程水量充裕，完全能滿足黃堡鎮(zhèn)當前常住居民生活用水、公共工程用水等水量需求。

2.1.2 方案二：以地下水為主要水源。

由《銅川市保康縣水資源調查及規(guī)劃報告》可知，黃堡鎮(zhèn)地下水資源呈如下分布：孟家塬到梁家塬一級階地是富含承壓水，平均水位埋深31.5 m，最大埋深34.5 m，含水層厚度平均35.7 m。供水位置高，存在一定的開采難度，對于集中供水模式而言，無疑增大了工程布置難度和利用成本，所以就目前的技術水平和資金規(guī)模而言，難以作為黃堡鎮(zhèn)集中供水水源。

2.2 取水頭部及構筑物設計

根據(jù)漆水河擬建供水工程處地形地質條件，供水工程取水頭部設在漆水河河谷區(qū)1013 m 高程處，并選用滲渠引水，經由提水管道先將河水引入855 m 高程處進水廠房吸水井，再由吸水井實現(xiàn)供水，見圖2。在滲水管內安裝市政工程所用鑄鐵雨水篦子，以提高孔眼率，增加孔眼滲水面積，降低造價。滲水渠設計長度7.8 m，取水口位置設計河面寬8.4 m，與河水垂直布設的集水渠設計尺寸長×寬×深為8.0 m×0.60 m×0.60 m，在集水渠上加設鑄鐵雨水篦子，再在雨水篦子上鋪設一層孔徑0.8 m×0.8 m 篩網。為保證供水效率，還應對滲水渠上游50 m 以內河道進行整治，確保河道順直，水流與滲水渠全面接觸，堤堰設置在滲水渠下游2 m 處，發(fā)揮抬高水位，保證引水量的作用。

圖2 取水頭部構筑物設計簡圖

2.3 輸水管道設計

2.3.1 管道設計

根據(jù)《集中式供水工程設計基本要求》，本次集中供水工程提水泵站內采用4″鋼管，提水泵站以外提水管道河口片采用Φ225 mmPE 管，河口片至高位水池段主管道采用長度385 m的Φ250PE 管以及長度1 km 的Φ150PE 管，所有管線均焊接連接，埋設于地下1.5 m 深。從銅川市黃堡鎮(zhèn)集中供水工程現(xiàn)有供水條件來看，全部供水管道從漆水河河谷區(qū)開始向受水區(qū)供水，并經二級加壓后到達黃堡鎮(zhèn)新市街高位蓄水池，經重力式自流流至黃堡水廠，全部供水管道不設分支管道，不考慮流量支出。管道水力計算通過以下公式：

式中：d 為輸水管道內徑，mm；qv為體積流量，m3/s；v 為介質流速，m/s，管道內介質主要為氧氣時，管道內壓力等級≤0.1 MPa，介質流速v≤20 m/s；壓力等級∈(0.1 MPa,1.6 MPa]，介質流速v≤10 m/s；壓力等級∈(1.6 MPa,3.0 MPa]，介質流速 v≤7 m/s；壓力等級＞10 MPa，介質流速v≤4 m/s。

已知管徑和流速的基礎上，用下式計算管道內輸水流量：

式中：A 為供水管道過流斷面面積，m2；ρ 為管道內介質密度，g/m3，本工程取 ρ=1.429 g/m3。

管段沿程損失按下式計算：

式中：l 為管道長度，m；d 為管道內徑，mm；λ 為沿程阻力損失系數(shù)，本工程取 λ=0.020；γ 為介質重度，N/m3，取 γ=0.012 N/m3；g 為重力加速度，m/s2。

計算結果見表1。

表1 管道系統(tǒng)水力設計計算成果

2.3.2 水泵選型

根據(jù)以上對供水工程管道水力計算結果的分析，銅川市黃堡鎮(zhèn)集中供水工程選用山西天海泵業(yè)公司所生產的400SS8O型水泵2 臺并聯(lián)運行，單機額定流量0.295 m3/s，額定揚程150 m，額定功率30 kW，泵站總流量可達0.590 m3/s。

根據(jù)黃堡鎮(zhèn)集中供水工程設計要求，蓄水池構筑物調節(jié)有效庫容應按日供水量最大值的30%～40%設計，則河口低壓片區(qū)蓄水池有效庫容300 m3，其他區(qū)域蓄水池有效庫容100 m3～200 m3。在蓄水池出入口均設置閥門并布置對應的調節(jié)控制閘閥，在取水井內布置與引水管管徑匹配的閘閥。

3 結論

在銅川市黃堡鎮(zhèn)農村集中供水工程設計中，水源地的合理選擇是工程設計的重點所在，黃堡鎮(zhèn)之所以一直以來都未修建農村供引水工程，主要原因就在于區(qū)域內水源缺乏，現(xiàn)有的供水工程僅為安村2005 年所修建深井一眼，很難滿足當前黃堡鎮(zhèn)居民基本的生產生活用水所需。為此本文重點進行了水源方案的選擇與論證，最終選定從渭河支流漆水河供水。漆水河是黃堡鎮(zhèn)區(qū)域范圍內唯一的地表水源，其與黃堡鎮(zhèn)直線距離0.74 km，與地下水相比，開發(fā)成本低，水量充足穩(wěn)定。黃堡鎮(zhèn)農村集中供水工程實際運行效果良好，該取水方案可以作為類似農村供水工程水源選擇的參考。