陜北黃土高原丘陵溝壑區小城鎮供水方式初探

王培森 楊苗苗 常章峰 吳海燕 馬建學

（1.宜川縣水務局 陜西 宜川 716200；2.宜川縣勞動監察大隊 陜西 宜川 716200）

陜北黃土高原丘陵溝壑區位于我國西北內陸，區域內梁峁起伏、溝壑縱橫、地形破碎、植被稀疏、生態環境極其脆弱，社會經濟發展相對落后。該地區降水和徑流分配不均，地表水和地下水資源緊缺，河流含沙量高，并且由于煤、油、氣資源的大量開采，主要河道存在不同程度污染，缺乏修建骨干水源工程的必要條件。隨著陜北地區小城鎮建設步伐的加快，盲目開發水資源的問題日益突出，有限的水資源得不到高效合理利用，導致水資源供需矛盾更加突出、生態環境持續惡化，嚴重制約著該地區經濟社會的持續發展和人民生活水平的穩步提高。

陜北黃土高原丘陵溝壑區長期受水流、重力、風力侵蝕，加之不同構造帶的抬升，侵蝕作用不斷加強，河流規模越來越大，支流越來越多，形成了今日黃土高原縱橫交錯的溝谷和河流。黃土高原梁峁中的溝谷區，由于其特殊的地貌及水文地質條件，各主支溝形成一個龐大復雜的地下水網絡，溝通各支流和地下含水層，最終地下水從含水層中源源不斷排泄到各溝谷區，使之成為相對的富水地帶。各溝谷區流域面積都不大，區域內人煙稀少，水質良好，成為陜北黃土高原丘陵溝壑區建設供水工程的重要水源地。本文以云巖鎮集中供水工程為例，對水源選擇、建設方案進行了研究，以期對類似區域的供水工程起到借鑒作用。

1 項目區基本情況

云巖鎮位于陜西省宜川縣北部云巖河中游，地處陜北黃土高原丘陵溝壑區南部，距縣城約40km，是宜川縣北部的邊貿重鎮，素有宜川“北大門”之稱，2009年被省政府列為全省107個重點建設的小集鎮之一。

2013年以前，云巖鎮區尚未形成統一的供水系統，鎮區供水只能采取簡易的分區分片供水。云巖河以北的鎮區主要靠2眼泉水供水，云巖河以南鎮區主要從就近小支溝簡易引水供水。供水工程布局分散，設施簡陋，規模偏小，無水凈化處理設施，供水水量、水質均難以保證，嚴重制約了鎮區群眾生活水平的提高和當地社會經濟的發展。2013年，云巖鎮集中供水工程被列為全縣40個重點項目之一，當年4月份開始建設實施，11月全面建成。經過幾個月的試運行，各工程設施運行狀況良好，供水水質達到飲用水標準，水量完全能滿足鎮區用水需求，可實現24小時不間斷供水，鎮區居民用上了安全、潔凈的自來水。

2 工程規模

2.1 供水范圍及對象

供水范圍為宜川縣云巖鎮區，供水對象為云巖鎮區居民、公共建筑和第三產業，供水保證率為95%，水質要求符合國家《生活飲用水衛生標準》（GB5749-85）。現狀水平年2010年供水人口為4430人，到設計水平年2020年，供水范圍內總人數將達到8000人，供水范圍內所有人口均為受益人口。

2.2 需水量預測

2.2.1設計標準

根據云巖鎮區居民多年用水情況預測設計水平年需水量。居民最高日生活用水定額取60L/人·d，工程設計年限按10年考慮，用水量時變化系數取Kh＝2.3，供水日變化系數采用Kd＝1.3，凈水廠水處理每天按24小時運行設計。

2.2.2 計算原則

（1）公共建筑用水量，按當地情況，取生活用水量20%；

（3）消防用水允許短時間間斷給水，不計列；

（3）澆灑道路和綠地用水可由云巖河抽取，不計列；

表1 云巖鎮區設計水平年需水量預測表

表2 供水系統設計流量表

（4）第三產業用水量，取生活用水量10%；

（5）未預見水量及管網漏水量，按最高日用水量10%合并計列。

2.2.3 需水量預測

需水量預測遵循供水規模與當地社會經濟發展相適應，推行科學用水、節約用水，以水資源的可持續利用促進城區經濟社會的可持續發展為目標，需水量預測如表1。

3 水源選擇

云巖鎮區屬于陜北黃土高原半干旱水文地質區，區域內地下水的補給、徑流和排泄主要受氣候、地形、含水層組類型及地質構造等因素的制約。按含水層巖性分為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水兩種類型。

第四系孔隙潛水主要分布于河谷區和黃土梁峁區，主要含水層為沖洪積的砂礫（卵）石層、中細砂層及風積黃土，一般以第三系紅粘土和三迭系泥巖為隔水底板。河谷區屬弱富水，黃土梁峁區屬極弱富水，地下水受大氣降水補給，向河谷排泄和垂直補給基巖裂隙水。

基巖裂隙水：含水層主要為中生界強～弱風化砂巖夾泥巖，弱風化泥巖裂隙不發育，成為相對隔水層，因而基巖裂隙水往往具有成層分布的特點，其富水性受巖面構造及補給條件控制，因此差異很大。基巖裂隙水補給：一是孔隙潛水垂直補給，二是大氣降水，以下降泉的形式向河谷排泄。

按照供水范圍及新建水廠位置，就近選擇水量夠用、水質較優，且能夠滿足重力供水的水源地，有堡定溝和關道溝，均為云巖河支流。根據堡定溝、關道溝的實地調查，該流域有地下水補給，枯季也不斷流，主要補給來源是地下水，徑流量相對穩定。

根據實測2010年10月至2012年3月關道溝和堡定溝流量資料確定，兩溝最小日平均徑流量之和為0.01118m3/s，最小日徑流量為965.9m3/d。該項目2020年設計供水規模為770m3/d（加上水廠自用水后為832m3/d），引水流量為0.0096m3/d（加上水廠自用水）。兩處水源地來水量滿足云巖鎮770m3/d的供水任務（加上水廠自用水后為832m3/d）。

以上數據表明，兩取水水源的流量均大于本工程取水量，取水保證率可得到滿足，因此確定堡定溝、關道溝地表水源為云巖鎮供水工程的推薦水源。

4 工程總體布置

根據《村鎮供水工程技術規范》（SL310-2004），本工程屬于Ⅳ型村鎮供水工程。供水方案采用高位水池供水方案。即從堡定溝、關道溝兩溝道水源取水，由輸水管道重力輸送至建在鎮區東側山坡坡腳平地處的凈水廠進行集中凈化處理，再通過提水泵站提水至山坡高處的高位水池，然后通過配水管網重力輸水至鎮區各個供水點，最終達到供水入戶。

采用高位水池供水方案有如下優點：①水廠建在鎮區東側山坡坡腳處平地上，此處地勢較平坦，施工簡單方便，宜于水廠內各構筑物布置；②從鎮區近期及遠期供水規模來看，供水量變化大，高位水池能更好的適應此種變化，且高位水池具有調節蓄水功能，提水泵站無需24小時工作，后期運行成本較低。該方案也是云巖鎮集中供水工程的最優方案。

5 工程設計

5.1 供水系統設計流量

本工程設計向用戶全天24小時供水。供水系統各部分設計流量及其計算依據如表2所示。

5.2 取水工程設計

本供水工程首部取水樞紐分別位于關道溝和堡定溝，關道溝壩址位于關道溝口上游1.7km處，堡定溝壩址位于堡定溝口上游0.8km處，均采用漿砌石重力式溢流壩，不設調節庫容。水工建筑物防洪標準按20年一遇洪水設計、50年一遇洪水校核。工程主要由漿砌石重力溢流壩、壩前滲渠及壩內引水鋼管組成。壩體采用M7.5漿砌塊石砌筑，上游設30cm厚防滲砼面板，壩面采用WES實用堰面曲線，溢流壩表面采用50cm厚C20砼護面，面板設溫度筋。

5.3 輸水管道設計

為了保證供水安全、可靠，考慮到本工程地形復雜、供水距離長等因素，經綜合經濟技術比較，本工程選用PE管作為輸水管材。

根據流量壓力計算結果，堡定溝、關道溝輸水管線滿足重力供水要求，高位水池輸水管線高差太大，需要設置減壓裝置（減壓閥型號Y42X型）。根據節點壓力計算，各管段管材選用如下：①堡定溝壩址至凈水廠，選用dn=125mmPE管，設計管壓為0.6MPa；②關道溝至凈水廠，選用dn=125mmPE管，設計管壓為0.6MPa；③凈水廠至高位水池，選用dn=125mm鋼管，設計管壓為1.25MPa。

5.4 凈水廠內加壓泵站和提水泵站

凈水廠凈水構筑物為一體化凈水器，根據一體化凈水器水頭要求，加壓泵站設計總揚程10m，水泵單機流量40m3/h。

凈水廠內設置1座提水泵站，負責將清水池水抽至高位水池。根據高位水池高程要求，加壓泵站設計總揚程70m。

5.5 凈水廠設計

凈水廠廠址選在云巖鎮鎮區東側山坡坡腳平地處，水處理規模為960m3/d。水處理工藝為：溝道原水→輸水壓力管道→蓄水池→加壓泵→一體化凈水機→清水池→提水泵站→高位水池→配水管網。

凈水廠主要構筑物包括：500m3蓄水池一座，凈化車間一座，內設一體化凈水器CXQ-Ⅰ-40型（40m3/h）一座，150m3清水池一座。主要建筑物包括凈化車間、宿辦房及提水泵站，總占地面積4.09畝。

5.6 配水管道、管網及入戶工程

配水管網采用樹枝狀布置，管線沿鄉間或村間的道旁埋設，埋深在地面以下1.2m。在管道凸起點設自動進（排）氣閥。在主管與支管的節點處設置閥門井，以便在支管檢修時不影響主管供水，使主管能分段檢修，分段運行。水管入戶采用dn=25mmPE管，在每戶院內水管上裝設閘閥、水表，以便計量和管理。閘閥和水表設置在閥門井內。

6 結語

從云巖鎮集中供水工程的實踐證明，陜北黃土高原丘陵溝壑區小城鎮供水工程，采用相對富水的溝谷區河水作為水源，利用地勢高低起伏的優勢，采用重力輸水方案，建設小型標準凈水廠，可滿足當地居民對水量和水質需要，是一種切合當地實際且行之有效的供水方式。