塔城市城鄉(xiāng)一體化飲水鞏固提升工程取水方案比選分析

孫飛飛

(新疆新水建設(shè)工程造價(jià)咨詢有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000)

城鄉(xiāng)供水一體化，是指以縣域?yàn)閱挝弧⒊青l(xiāng)融合、全民覆蓋，構(gòu)建規(guī)模化供水工程、城市供水管網(wǎng)延伸、小型集中式供水工程、分散式供水工程為一體的供水工程體系和責(zé)任明確的供水工程長(zhǎng)效運(yùn)行管理機(jī)制，提升供水保障水平，逐步實(shí)現(xiàn)農(nóng)村居民與城市居民共享優(yōu)質(zhì)供水服務(wù)的供水。雖然通過(guò)近年來(lái)農(nóng)村飲水安全項(xiàng)目的建設(shè)基本解決了農(nóng)村人口飲水安全問(wèn)題，但相應(yīng)配套設(shè)施和智能化供水，與群眾日益增長(zhǎng)的飲水要求仍有一定差距。實(shí)施飲水鞏固提升對(duì)統(tǒng)籌城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，快速推進(jìn)當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)化、工業(yè)化、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，提高基礎(chǔ)設(shè)施和社會(huì)服務(wù)設(shè)施的建設(shè)水平，科學(xué)布局空間資源，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境建設(shè)十分重要[1-3]。

為解決項(xiàng)目區(qū)恰夏鎮(zhèn)、恰合吉牧場(chǎng)、博孜達(dá)克農(nóng)場(chǎng)及齊巴爾吉迭新區(qū)等4鄉(xiāng)鎮(zhèn)及30個(gè)村4.17萬(wàn)人、21.39萬(wàn)頭牲畜的飲水安全問(wèn)題，修建塔城市錫伯圖片區(qū)城鄉(xiāng)一體化飲水鞏固提升工程項(xiàng)目。項(xiàng)目充分利用地域水資源和現(xiàn)有供水工程建設(shè)成果整合資源，將塔城市恰夏鎮(zhèn)等4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)與30個(gè)村連片規(guī)模化集中供水，按照群眾飲水需求，統(tǒng)一規(guī)劃，集中連片，使項(xiàng)目區(qū)農(nóng)村飲水安全規(guī)模化發(fā)展、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、專業(yè)化管理、準(zhǔn)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)，可為提升農(nóng)村供水能力、推進(jìn)城鄉(xiāng)供水一體化建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 工程概況

塔城市錫伯圖片區(qū)城鄉(xiāng)一體化飲水鞏固提升工程項(xiàng)目區(qū)隸屬于新疆塔城地區(qū)塔城市，項(xiàng)目區(qū)包含恰夏鎮(zhèn)、恰合吉牧場(chǎng)、博孜達(dá)克農(nóng)場(chǎng)及齊巴爾吉迭新區(qū)等4鄉(xiāng)鎮(zhèn)及30個(gè)村。工程覆蓋總?cè)丝?.17萬(wàn)人、牲畜21.39萬(wàn)頭，水廠總供給水量為8648.87m3·d-1。本工程主要建設(shè)內(nèi)容為新建取水口1座、水廠1座、輸水管道約3.84km、新建配水管道117.12km、新建村內(nèi)管道97.40km。

2 供水現(xiàn)狀

已建供水廠及輸配水管網(wǎng)的后期運(yùn)行維護(hù)管理，是保障供水設(shè)施得以持續(xù)造福城鄉(xiāng)居民的重要環(huán)節(jié)。

2.1 已建飲水安全工程現(xiàn)狀

2.1.1 塔城市恰夏鄉(xiāng)及恰合吉牧場(chǎng)飲水安全工程

恰夏鄉(xiāng)及恰合吉牧場(chǎng)飲水安全工程于2007年實(shí)施，為集中式供水工程，采用土工膜截潛流重力式供水方式，水源采用錫伯圖河河水，主要任務(wù)是解決1.69萬(wàn)人、4.86萬(wàn)頭牲畜的飲水問(wèn)題，供水規(guī)模為1503.57m3·d-1。因工程運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，目前存在問(wèn)題較多。由于渠首上游河道兩岸植被覆蓋率低，春季洪水期間，河道內(nèi)第四系細(xì)黏粒含量很重，取水換填區(qū)堵塞嚴(yán)重，無(wú)法正常取水；水處理設(shè)施處理能力不足，供水水質(zhì)差、水量不足；管道老化嚴(yán)重，且部分管道已被道路、林帶及耕地占用，檢修維護(hù)十分困難。

2.1.2 塔城市博孜達(dá)克農(nóng)場(chǎng)飲水安全工程

博孜達(dá)克農(nóng)場(chǎng)飲水安全工程于2015年實(shí)施，為集中式供水工程，水源采用地下水。主要任務(wù)是解決博孜達(dá)克農(nóng)場(chǎng)共9個(gè)村，0.25萬(wàn)人及1.05萬(wàn)頭牲畜的飲水問(wèn)題，供水規(guī)模為490.77m3·d-1。工程取水構(gòu)筑物、調(diào)節(jié)構(gòu)筑物及輸配水管道目前運(yùn)行情況良好，水源采用地下水，水質(zhì)情況良好，目前存在地下水超采嚴(yán)重，供水量不足問(wèn)題。

2.1.3 塔城市恰夏鎮(zhèn)官店村等5村飲水安全工程

塔城市恰夏鎮(zhèn)官店村等5村飲水安全工程主要任務(wù)是解決0.45萬(wàn)人及2.27萬(wàn)頭牲畜的飲水問(wèn)題，工程總供水量為664.45m3·d-1，采用抽取井水至水塔供水到戶的供水方式。工程目前運(yùn)行情況良好。

2.1.4 塔城市齊巴爾吉迭牧民定居點(diǎn)飲水安全工程

齊巴爾吉迭牧民定居點(diǎn)飲水安全工程于2007年實(shí)施，為集中式供水工程，水源采用地下水。主要任務(wù)是解決齊巴爾吉迭牧民定居點(diǎn)0.6萬(wàn)人及2.4萬(wàn)頭牲畜的飲水問(wèn)題，供水規(guī)模為750.39m3·d-1。存在地下水超采嚴(yán)重、供水量不足，輸配水管道老化嚴(yán)重、管徑偏小，多數(shù)管道位于道路下方檢修維護(hù)困難等問(wèn)題。

2.2 村內(nèi)管道現(xiàn)狀

根據(jù)調(diào)查情況，項(xiàng)目區(qū)共有30個(gè)行政村，其中21個(gè)村的村內(nèi)管道是在2010年以前建設(shè)的，普遍存在工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、管道老化、管徑偏小、管道漏損率較高、未配套計(jì)量設(shè)施、水表未出戶等問(wèn)題，且多數(shù)采用地下水供水。

3 水源及取水方式比選分析

3.1 水源選擇

水源地的分布及可供水量，直接影響供水設(shè)施的選擇和布局。工程供水規(guī)模為8648.87m3·d-1，確保4.17萬(wàn)人、21.39萬(wàn)頭牲畜的用水需求，供水規(guī)模較大，水源必須有一定的保證率。由于近年來(lái)地下水超采量嚴(yán)重，地表水作為唯一供水水源。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查及項(xiàng)目區(qū)村鎮(zhèn)的分布情況來(lái)看，距項(xiàng)目區(qū)較近的地表水僅有錫伯圖河河水。根據(jù)水文資料分析，錫伯圖河河水主要接受大氣降水、冰雪融水及基巖裂隙水的補(bǔ)給。保證率在P=75%的情況下年徑流量為5153×104m3，P=95%的情況下年徑流量為3757×104m3，而項(xiàng)目區(qū)的年實(shí)際需水量約為346×104m3，水量充足，能夠滿足供水要求，且通過(guò)水質(zhì)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)完全符合國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 5749-2006)規(guī)定。

3.2 已建取水構(gòu)筑物

工程取水口上游現(xiàn)布置2座已建渠首，有塔城市恰夏鎮(zhèn)及恰哈吉牧場(chǎng)飲水安全工程渠首和錫伯圖渠首。

塔城市恰夏鎮(zhèn)及恰哈吉牧場(chǎng)飲水安全工程渠首位于錫伯圖河道內(nèi)，由截潛流工程、水廠、沉淀池、蓄水池及供水管道組成，原渠首主要通過(guò)截潛流的方式取水，由于汛期來(lái)臨時(shí)，錫伯圖河水河道內(nèi)第四系黏粒含量重，汛期洪水過(guò)后，取水面堵塞嚴(yán)重，導(dǎo)致取水困難，目前已無(wú)法正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)將原截潛流渠首進(jìn)行改建，作為備用取水口。

錫伯圖渠首為一底格欄柵壩取水渠首，位于恰夏鎮(zhèn)及恰哈吉牧場(chǎng)飲水安全工程渠首下游約200m處，主要由底欄柵廊道、陡坡段、消能段、上下游護(hù)坡、上下游河床整治段組成。通過(guò)底格欄柵壩將河水全部引入廊道，河水通過(guò)引水廊道進(jìn)入錫伯圖干渠。干渠全長(zhǎng)35.4km，主要保證錫伯圖灌區(qū)14460hm2農(nóng)作物的灌溉用水和生態(tài)用水，目前工程運(yùn)行良好。錫伯圖渠首調(diào)度運(yùn)行方案為，每年3月20日前完成渠首破冰，滿足取水條件。3月20日—4月20日為恰夏水庫(kù)供水期，4月20日—9月30日為農(nóng)業(yè)灌溉期，灌溉取水流量為8～10m3·s-1，9月30日至冬季冰凍前繼續(xù)給恰夏水庫(kù)供水。錫伯圖渠首也作為本工程新建臨時(shí)取水口的渠首，設(shè)計(jì)引水流量?jī)H為0.1m3·s-1，占渠首引用流量比例很小，供水有保障。

3.3 取水構(gòu)筑物方案比選

完善已建取水設(shè)施，是實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)供水一體化安全保障的首要任務(wù)。由于錫伯圖河無(wú)蓄水工程，需新建臨時(shí)取水口直接取水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形條件，渠首至水廠落差約100m，具備重力式管道輸水條件。采用2種取水方案進(jìn)行對(duì)比分析，只有充分運(yùn)用技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法進(jìn)行多方案比較，才能選擇出既在技術(shù)上先進(jìn)可行，又在經(jīng)濟(jì)上客觀合理的設(shè)計(jì)方案。

方案一：利用已建錫伯圖渠首，新建“節(jié)制分水閘+沙濾槽+定期沖洗式沉沙池”取水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，項(xiàng)目區(qū)取水口已建設(shè)有錫伯圖渠首，在滿足取水要求的情況下，可以充分利用錫伯圖渠首取水。擬在錫伯圖渠首下游50m處的錫伯圖干渠上新建一孔節(jié)制閘和一孔分水閘達(dá)到取水目的，分水閘后接引水暗渠，引水暗渠后接沙濾槽和沉沙池。汛期引水時(shí)，河水濁度大，引水直接進(jìn)入沙濾槽，通過(guò)沙濾槽進(jìn)行反沖洗處理降低河水濁度后，再進(jìn)入沉沙池，通過(guò)沉沙池進(jìn)一步沉淀處理后進(jìn)入輸水管；非汛期河水濁度很小，引水直接通過(guò)沉沙池進(jìn)入輸水管。

方案二：利用已建錫伯圖渠首和塔城市恰夏鎮(zhèn)及恰哈吉牧場(chǎng)飲水安全工程已建截潛流渠首，對(duì)原截潛流渠首進(jìn)行改造，在錫伯圖渠首下游干渠新建“節(jié)制分水閘+機(jī)械清理沉沙池”取水。

方案二的取水布置方案與方案一基本相同，取消沙濾槽，在原錫伯圖渠首下游干渠50m處新建節(jié)制分水閘，采用引水暗渠將水引至一座大型機(jī)械清理沉沙池。沉沙池總長(zhǎng)300m，共分3段，每段長(zhǎng)100m，每段末端設(shè)置一泄洪排沙閘。為提高冬季取水保證率，對(duì)塔城市恰夏鎮(zhèn)及恰哈吉牧場(chǎng)飲水安全工程已建截潛流渠首進(jìn)行改造，利用原積水廊道集水后，采用DN400球墨鑄鐵管將水接至輸水管道，不經(jīng)過(guò)沉沙池。2種取水方案的對(duì)比分析見(jiàn)表1。

表1 方案對(duì)比表

由表1可以看出，通過(guò)方案一和方案二的綜合對(duì)比分析，兩方案在水量水質(zhì)和建筑物布置上情況基本相同，不存在制約因素，主要的差別在運(yùn)行管理和工程量投資方面。運(yùn)行管理方面，方案二因池體更長(zhǎng)，泥沙在池中滯留的時(shí)間越久，相比于純水力沖洗，處理泥沙的效果更好，保證率更高；另外，方案二池體更容易清理，不會(huì)有沙濾槽和沖沙閘被堵塞等問(wèn)題，后期檢修維護(hù)和管理?xiàng)l件更優(yōu)。雖然方案二的投資高于方案一，但方案二更能夠結(jié)合項(xiàng)目區(qū)的實(shí)際情況，利用已建錫伯圖渠首和塔城市恰夏鎮(zhèn)及恰哈吉牧場(chǎng)飲水安全工程已建截潛流渠首，對(duì)原截潛流渠首進(jìn)行改造，提高汛期的取水保證率。因此推薦方案二，即在錫伯圖下游干渠新建“節(jié)制分水閘+機(jī)械清理沉沙池”的方案作為本次設(shè)計(jì)的取水方案。

4 結(jié)論

為解決項(xiàng)目區(qū)恰夏鎮(zhèn)、恰合吉牧場(chǎng)、博孜達(dá)克農(nóng)場(chǎng)及齊巴爾吉迭新區(qū)等4鄉(xiāng)鎮(zhèn)及30個(gè)村4.17萬(wàn)人、21.39萬(wàn)頭牲畜的飲水安全問(wèn)題，修建塔城市錫伯圖片區(qū)城鄉(xiāng)一體化飲水鞏固提升工程項(xiàng)目，對(duì)已建工程進(jìn)行鞏固提升。

錫伯圖河水具有水量足、水質(zhì)條件好、供水保證率高的特點(diǎn)，采用錫伯圖河河水作為工程水源。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形條件，渠首至水廠落差約100m，具備重力式管道輸水條件，工程采用2種取水方案進(jìn)行對(duì)比分析。主要從水量水質(zhì)、建筑物布置、運(yùn)行管理、主要工程量及投資等方面進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，利用已建錫伯圖渠首和塔城市恰夏鎮(zhèn)及恰哈吉牧場(chǎng)飲水安全工程已建截潛流渠首，對(duì)原截潛流渠首進(jìn)行改造，在錫伯圖渠首下游干渠新建“節(jié)制分水閘+機(jī)械清理沉沙池”方案可充分、有效的沉沙，降低河水濁度，提高汛期的取水保證率，后期對(duì)沉沙池進(jìn)行清理、檢修維護(hù)也較為方便，推薦作為本次設(shè)計(jì)的取水方案。