橫山區抗旱應急水量供需平衡分析

2021-12-22 00:53:38王振軍

水利科學與寒區工程 2021年6期

王振軍

(榆林市橫山區水利工程建設服務中心，陜西榆林 719000)

橫山區現有的大型集中供水工程較少，居民基本靠打井和收集雨水來滿足基本生活用水。遇到干旱年和特大干旱年，人畜飲水困難和農作物大面積減產的問題非常突出。為了解決抗旱應急用水問題，對抗旱水資源供需量進行探析。

1 概況

橫山區位于毛烏素沙漠南緣，屬溫帶大陸性季風半旱草原氣候，氣候干燥，年平均降雨量398 mm[1]，歷史上平均每年都要發生干旱兩次。項目區涉及波羅鎮、石馬洼分場及波羅鎮沿線7個行政村、兩個煤礦、企事業單位及學校，涉及總人口16 952人，人飲困難人口15 257人。項目區遇特大干旱年，地表地下都沒有可靠水源，人畜飲用水已成為制約當地經濟發展的主要因素。

2 供水現狀

項目區位于無定河中游，橫山區市政供水在無定河南岸邊建有水源井。水源井由豎井、平洞和大口輻射井組成，后來又在水源井上游無定河河床區擴建了滲渠，滲渠為直墻拱頂式干砌塊石結構，長355 m，埋設于無定河河床之下，滲渠內孔凈寬1.0 m、凈高1.5 m，設計取水量為3000 m3/d，通過輸水管導入城圪堵水源井。橫山區市政供水設計供水能力為7000 m3/d，現狀管網供水能力為4800 m3/d。

橫山區抗旱應急水源工程供水范圍，以王圪堵水庫以下至波羅鎮為一線，波羅鎮為中心輻射周邊村鎮及企事業單位。根據實際地形條件和日常飲用水困難程度調查，并考慮投資限制，本次項目確定供水范圍為：供水管沿線波羅鎮及其5個村、橫山鎮的2個村和石馬洼分場，以及沿線集鎮、企事業單位、學校的日常飲用水，供水范圍內現狀年供水總人口16 952人，人飲困難人口15 257人。本次項目只考慮居民日常用水和抗旱應急用水。

3 抗旱應急需水量預測

根據《村鎮供水工程技術規范》(SL 310—2019)[2]規定，結合項目區總體發展規劃，設計現狀年為2014年，水平年為2025年，設計年限11年，供水保證率為95%。

3.1 預測方法

需水量預測應與項目區的社會經濟發展相適應，要科學合理高效的配置水資源，要按不同用水途徑和用水量區別對待。根據橫山區近年的社會經濟發展狀況和建設總體規劃，預測設計水平年(2025年)未來的人口增長，參考規范SL 310—2019，計算居民生活用水量、公共建筑用水量、管網漏失水量和未預見用水量等。根據項目區當地實際用水需求列項，按照最高日用水量進行計算。

(1)居民生活用水量如式(1)～式(2)：

W=Pq/1000

(1)

P=P0(1+γ)n+P1

(2)

式中：W為居民生活用水量，m3/d；P為設計用水人口數，人；P0為供水范圍內的現狀常住人口數，其中包括無當地戶籍的常住人口，人；γ為設計年限內人口的自然增長率，可根據當地近年來的人口自然增長率確定；n為工程設計年限，取11年；P1為設計年限內人口的機械增長總數，可根據各村鎮的人口規劃以及近年來流動人口和戶籍遷移人口的變化情況按平均增長法確定，人；q為最高日居民生活用水定額，綜合確定2025年居民最高日生活用水常規定額70 L/人·d，抗旱應急用水定額35 L/人·d，學校師生按40 L/人·d。

(2)公共建筑用水量：按照最高日用水量的15%計。

(3)管網漏損水量+未預見水量=前兩項之和×(10%～25%)。

(4)干旱時段按照最不利干旱持續時段4個月考慮，共計120 d，考慮到非干旱時段也采用該水源供水，供水時間選擇365 d。

3.2 需水量指標確定

根據橫山區國民經濟發展規劃，設計水平年供水人口，按人口自然增長率0.6%預測[3]，見表1。村莊公共建筑用水量，只考慮學校用水。設計時用水變化系數K時=2.2，日變化系數取K日=1.5。

3.3 設計水平年需水量預測

供水考慮到有常規供水任務，故設計水平年需水量預測分常規需水量預測和抗旱應急需水量預測。依據上述需水量預測方法和用水指標，計算出供水區設計水平年需水量見表1。人飲工程抗旱應急需水量見表2。

表1 橫山區抗旱應急水源工程 2025年常規需水量計算結果

表2 橫山區抗旱應急水源工程抗旱應急需水量計算結果

根據表1、表2預測結果，可知橫山區抗旱應急水源工程設計水平年2025年常規最高日用需水量1523.3 m3/d，年需水量37.4萬m3。

4 水源選擇

水源選擇主要對供水范圍內及其周邊地區可能利用的各種水源進行調查，收集當地水文、現有供水設施及用水情況等資料，并通過技術經濟比較，確定工程采用的水源方案。

4.1 地表水水源

工程區位于王圪堵水庫下游波羅鎮沿線，可利用的水源主要是無定河、王圪堵水庫。橫山區市政供水水源位于王圪堵水庫下游3 km處，設計供水能力7000 m3/d，現狀管網供水能力為4800 m3/d，供水人口4萬人。由于城市人口增加和管網擴建，現已開始從王圪堵水庫建設縣城新的供水工程，設計日供水量為15 000 m3/d。現狀市政供水水廠將變為備用和過渡水源。

4.2 地下水水源

無定河河谷區地下水分為第四系松散層孔隙潛水和白堊系洛河組、侏羅系安定組碎屑巖類裂隙潛水兩大類，水位埋深0.2～1.3 m，含水層厚度約7.0 m，含水層滲透系數1.43 m/d，河水補給源穩定，地下水水量有保證，為區內主要供水目的層。區內的兩個潛水含水巖組的主要補給為：大氣降水、黃土梁峁區的側向徑流、河水的入滲補給，地下水水質符合國家生活飲用水標準。

根據現狀水源井區的取水形式，井水主要補給源是含水層潛水，水源井區主要補給來源為無定河水滲漏，無定河流經本區的水量、水質與上游王圪堵水庫蓄水、用水、泄水關系密切，水庫下泄量大，則水源區的河道徑流量就多。

根據橫山區供水公司提供資料，正常年份現狀水源井有2200 m3/d的供水能力。在枯水季6月下旬，地表水入滲量大大減少，市政水源井取水量降到550 m3/d，現狀水源井能余水量約700 m3/d。

5 水資源供需平衡分析

根據2014抗旱應急水源工程供水區需水量預測結果，結合現有橫山區市政供水水源的供水能力，對設計水平年2025年項目區常規供水進行水量供需平衡計算，供需水平衡匯總如表3所示。

表3 項目區供需平衡分析

從上表可以看出，市政供水工程供水可滿足本次項目現狀供水和抗旱應急供水需求。從無定河地表徑流分析，王圪堵水庫在常規情況下最小下泄流量71.00萬m3/d，市政二期供水規模1.50萬m3/d，本次項目常規供水規模0.19萬m3/d，大部分灌溉用水和生態用水在市政水源井下游，所以供水水源井地表徑流量是充足的，而且橫山區市政供水二期工程完工后，原市政集水廠水將作為調節水源。縣城供水將改用二期供水工程水源。

根據表3供需平衡情況，現狀供水能滿足本次工程需求，二期供水工程建設后，上游取水工程的建設對現狀供水水源有一定的影響，但不會對設計流量產生影響，滲渠主要靠無定河地表滲水，原集水井主要取地下潛水，所以當二期供水工程建成投入使用后，即使滲渠失去產流能力，僅大口輻射井工程取水量4000 m3/d，也能滿足本次抗旱應急工程需水要求。結合規范SL 310—2019中水源選擇要求和原則，從水量、水質、位置、高程及施工和管理的難度等綜合考慮，橫山區2025年抗旱應急水源工程的備選水源技術經濟分析如表4所示。