商洛富水鎮供水工程水源選擇及合理性分析

楊元波

(陜西瀚泰水利水電勘測設計有限公司，陜西 西安 710000)

快速發展的城鎮規模對富水鎮基礎設施的建設提出了新的要求，特別是供水問題，商洛富水鎮現狀供水工程主要為一些分散的小供水點，供水系統無凈化消毒處理設施，加之各水源點分片供水的制約，一到枯水季節集鎮經常鬧水荒，嚴重影響了鎮區居民的正常工作和生活，也有損于集鎮形象，同時也嚴重制約了富水鎮經濟的快速發展。解決富水鎮集鎮居民及工業園區日常生產用水問題，提高區域供水保障及飲水安全極為必要。

1 供水工程概況

富水鎮供水工程供水對象主要為富水鎮附近行政村的居民、富水鎮公共建筑以及工業園區。現狀供水人口3 773人。到設計水平年2030年，供水范圍內總人數將達到4 506人。通過對人數、相關計算參數確定后，分析計算得知，該工程最高日需水量為802.1 m3/d。考慮到鎮區的長遠發展，取整后確定該工程的供水規模為：960 m3/d。

2 水源論證及合理性分析

該工程可就近利用的水源有地下水和地表水，由于地下水為基巖裂隙水，出水量小、且特別分散，開采利用成本大且不能滿足該項目區對水量的需求，因此在地表水水源充足的情況下不考慮利用地下水。工程區內地表水資源主要來源于黑漆河。黑漆河多年平均年徑流量0.222 9×108m3，是富水鎮境內最大一條河流。

2.1 地表水概況

黑漆河主河道在商南縣境內的河道長度32 km，總流域面積100.6 km2，河道平均比降16.1‰，多年平均年徑流量0.222 9×108m3，是富水鎮境內最大一條河流。工程擬建壩址位于黑漆河上游松樹溝，控制流域面積8.35 km2，河長4.12 km，平均比降90.07‰。

2.2 水文基本資料

黑漆河流域內未設水文站，屬無實測水文資料地區，工程采用無資料地區水文計算方法，即主要采用《商洛地區實用水文手冊》提供的經驗公式及相關圖表進行計算。

距離黑漆河最近的水文站為武關河的武關水文站，因武關河與黑漆河均發源于蟒嶺南麓，兩流域氣象水文條件相近，下墊面基本一致，可作為本工程水文計算的參證站。該站控制流域面積724 km2，站址位于丹鳳縣武關鎮，于1959年建站，有1959-2014年56 a水文觀測資料。觀測項目有水位、流量、泥沙、降水等。

2.3 氣象

工程區屬亞熱帶氣候，氣候溫和，四季分明，冬無嚴寒，夏無酷暑。年平均氣溫14.1℃，極端最高氣溫40.5℃，極端最低氣溫-12.1℃。四季分明，雨量充沛，多年平均降雨量803.2 mm，據商南縣氣象站實測最大降雨量1 307.8 mm(1983年)，最小降雨量546.3 mm(1978年)，最大為最小的2.33倍。降水年內分配差異很大，4-10月為汛期，降雨主要集中在7、8、9、10四個月，約占全年50%以上，并常有災害性暴雨發生。夏秋多雨，冬春干冷少雨。平均風速1.7 m/s，多年平均最大風速16 m/s。

2.4 徑流分析

工程區壩址控制流域內無水文測站，本次擬采用徑流深計算法、水文比擬法兩種方法進行計算，對計算成果比較分析后選用。

2.4.1 徑流深計算法

根據《商洛地區實用水文手冊》中多年平均徑流深等值線圖和CV等值線圖，查得黑漆河松樹溝壩址處流域重心多年平均徑流深為275 mm。

經計算，黑漆河松樹溝壩址處多年平均年徑流量分別為229.63萬 m3，變差系數Cv=0.60，取Cs=2Cv；采用皮爾遜Ⅲ型頻率分布曲線，求得不同頻率的設計年徑流量。

表1 工程取水處不同頻率年徑流量計算表

2.4.2 水文比擬法

黑漆河松樹溝工程水文比擬以武關水文站為參證站，據武關水文站1959-2014年55年資料統計，武關水文站多年平均徑流量1.67億 m3。枯水季11月-翌年3月徑流占20.7%，3-10月徑流占79.3%。武關水文站不同頻率年徑流計算結果見表2，頻率曲線見圖1。

表2 武關水文站不同頻率年徑流量成果表 億m3

根據武關水文站的徑流計算成果，采用水文比擬法推算黑漆河壩址處徑流。

Wp壩= Wp參×f/F

式中：Wp壩、Wp參分別為工程取水處和參證站頻率為P的年徑流量，萬m3；f、F分別為工程取水處與參證站的流域面積。

經計算，黑漆河壩址處多年平均徑流量為192.60萬 m3，徑流計算成果見表3。

表3 工程壩址處不同頻率年徑流量成果表 萬m3

2.5 成果的選用及合理性分析

將上述水文比擬法及徑流深等值線圖查算法計算的壩址處各頻率年徑流量成果對比分析，徑流深等值線圖查算法是依據《商洛市水文實用手冊》上的等值線圖推算，基本能夠反映徑流變化規律。水文比擬法是采用武關水文站為參證站，資料系列長，資料系列的代表性較好，故本次選用水文比擬法計算的徑流結果。

2.6 徑流年內分配

根據《商洛地區實用水文手冊》，當所求斷面為地下水補給很少的小河或枯季斷流的小河，可采用本流域附近流域內的雨量站并且符合某一設計頻率的降水典型年的年降水月分配比例，作為設計流域的同頻率的年徑流月分配比例。

本次徑流分配工程區采用富水關的年徑流量年內分配求得各保證率黑漆河設計年徑流量月分配見表4。

表4 黑漆河設計徑流量月分配表 104m3

(1)采用《商洛地區實用水文手冊》中提供的經驗公式法計算保證日均流量

公式：

QP=KP·Fn

式中：QP為某保證率的日平均流量(m3/s)；F為流域面積(km2)；KP、n 為地區經驗參、指數。根據《手冊》查取相應參、指數，將工程位置處控制流域面積代入公式，計算所得結果見表5。由表5可知，黑漆河95%保證率日均流量為：0.003 1 m3/s(0.003 1 m3/s×3 600×24=267.84 m3/d)。

表5 設計保證日均流量

(2)根據參證站設計徑流量月分配表推求工程區設計日均流量

本次徑流分配黑漆河采用附近流域武關雨量站的降水量年內分配。由年徑流計算的表4黑漆河設計徑流量月分配表可知，95%保證率下，12月份為最枯期，根據武關站12月份徑流成果計算日均徑流量(540 000 m3/31=17 419 m3/d)，采用水文比擬法推算工程處徑流，經計算，工程處日均徑流流量為200.90 m3/d。

(3)根據引水樞紐處設計徑流量月分配表推求設計日均流量

由年徑流計算的表4黑漆河設計徑流量月分配表可知，95%保證率下，12月份為最枯期(徑流量4 600 m3)，最枯期12月份日均流量為148 m3/d(4 200 m3/31=135 m3/d )。

三種方法經比較，公式法流域面積僅適用用300 km2以上，后兩種方法計算結果經比較，根據引水樞紐處設計徑流量月分配表計算設計日均流量計算成果較小，考慮偏安全因素，取小值，即采用根據引水樞紐處設計徑流量月分配表計算設計日均流量計算成果。即計算的日均流量為：135 m3/d。

表6 武關河設計徑流量月分配表 104m3

4 水源的確定

分析比選后，確定該工程主要供水水源為富水鎮集鎮上游側的松樹溝取水點(地表徑流水源)，應急備用水源為王家莊村東側的大口井(地下水源)，水量較充足，水質符合《生活飲用水水源水質標準》的要求。

該項目單純考慮居民生活用水的情況下，2030年設計供水規模為442.1 m3/d(加上水廠自用水后為464.2 m3/d)，根據徑流分析，松樹溝全年平均徑流量為1 875 m3/d，除12月徑流量135 m3/d和1月徑流量226 m3/d不滿足需水量要求外，其他月份均滿足需水量要求。

該項目同時考慮居民生活用水和工業園區生產生活用水的情況下，2030年設計供水規模為802.1 m3/d(加上水廠自用水后為842.2 m3/d)，根據徑流分析，松樹溝全年平均徑流量為1 875 m3/d，除11月徑流量627 m3/d、12月徑流量135 m3/d和1月徑流量226 m3/d不滿足需水量要求外，其他月份均滿足需水量要求。

另外，本次在王家莊村東側擬新建大口井1眼，參考項目區附近已成井經驗，出水量選用240 m3/d(出水量20 m3/h，按24 h不間斷供水)。

考慮到枯水期11月-次年1月供水量不能同時滿足居民生活用水和工業園區生產生活用水需水量要求，建議在枯水期優先保證居民生活用水。

以上數據表明，兩取水水源的流量之和除11月～次年1月不滿足需水量外，其余月份均大于本工程取水量，取水保證率可得到滿足。綜合上述分析結果，新建松樹溝地表水源為本工程的主要水源，王家莊大口井為該工程的應急備用水源。

5 水源水質

黑漆河松樹溝水源上游溝道內基本無居民入住、植被覆蓋率高，壩址以上流域內無工業企業及人為污染的影響。根據水樣化驗結果表明，水源水質符合《生活飲用水水源水質標準》(CJ3020)的要求。該水源檢驗指標均達到合格標準。

6 取水方案

該工程主要取水水源為松樹溝水源。通過調查，此水源上游溝道內基本無居民入住、植被覆蓋率高，水質好。另外，溝道水流主要為溝道上游泉水及基巖裂隙水補給，水量穩定。經濟技術分析及地質調查，本次松樹溝水源攔水壩處河谷基巖外露，地質、地形條件優越且高程滿足重力輸水至水廠要求。本次取水工程為新建漿砌石溢流壩一座，工程主要由鋼筋砼進水管、壩前滲渠、壩內鋼管及溢流壩組成。應急備用水源：通過王家莊村東側的新建大口井取水，然后利用井用潛水泵加壓抽水至新建100 m3高位水池蓄水，最后通過配水管網重力供水至用戶。

6.1 溢流壩布置

本次修建溢流壩盡量把河道的行洪影響降到最低，所以溢流壩均按最大溢流壩段設計，溢流壩段長12 m，堰高2.5 m。溢流堰最末端設反弧段與原地面平順銜接，壩腳拋塊石回填防沖。為穩定過溢流壩水流，壩體兩側與岸坡基巖相連段采用C20鋼筋砼擋墻連接，擋墻頂高程為校核洪水位加上0.2 m超高，基礎坐落于弱風化基巖上，底部為0.1 m厚C15素混凝土墊層。

6.2 大口井

本次擬在王家莊村新建大口井1眼，根據地質實際勘察和水文地質資料，水資源豐富、水質符合《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)的要求。

大口井井壁采用砌石結構，成圓筒形。本次大口井井徑D=3.0 m，井深h=10 m。根據項目區已成井資料，動水位5 m，水泵安裝深度為8 m。主要利用河床表層砂礫石層集水，大口井出水量40 m3/h左右，施工采用沉井法施工，透水井壁為無砂鋼筋砼，井壁厚度40 cm。為防止污物、泥沙進入井內，大口井頂設計井臺，井臺上部為預制鋼筋井蓋，井蓋厚10 cm ，井蓋直徑為358 cm，在井蓋、井臺上預埋φ16鋼筋作為鎖鼻，鎖上井蓋。大口井濾料級配需根據水文地質勘察結果確定。

7 結語

根據流域內相關參證站及《商洛市水文手冊》所提供的參數及經驗公式，并采用徑流深計算法和水文比擬法對黑漆河的徑流量進行計算分析，再根據經驗公式法、參證站設計徑流量月分配表、引水樞紐處設計徑流量月分配表推求出日均流量，根據分析計算結果，考慮到黑漆河松樹溝水源在偏枯月份水源供水量不足，建議將王家莊大口井作為應急水源。兩處水源水質、水量均滿足該工程需水量要求，故本次水源選擇合理。該工程的建設，積極推動了當地經濟的可持續發展，提高了人民群眾的生活水平，實現水資源的優化配置和可持續利用。