威縣農村水源置換工程管道設計研究

李步文

(威縣水務局，河北 威縣 054700)

1 引言

水資源是制約經濟、社會發展的一個重要資源，隨著社會發展，城鎮用水量將逐漸增大，對當地水資源需求帶來嚴重影響[1-4]。針對這種情況，采用工程措施加以改善是十分必要的[5-8]。威縣位于河北省東南部，為地下水高氟區，地下水超采嚴重，長期使用地下水作為供水水源，使得當地地下水水位逐年下降，并造成了水質惡化和地面沉降等不良地質現象。

2 水資源供需平衡分析

2.1 需水分析

2.1.1 現狀需水分析

(1)城鎮需水分析

城鎮現狀需水量包括城鎮生活需水、工業需水、城鎮生態環境需水等。根據現狀年的用水統計情況，威縣南水北調供水范圍內城區年實際用水總量為470萬m3，其中城鎮生活用水297萬m3，工業用水173萬m3。

(2)農村用水需求

根據現有資料，以基準年人口指標為依據，對集中供水站控制范圍內的農村居民生活、公共建筑用水、管網及滲漏損失等以供水站為基本單元進行水資源供需分析計算。

由表1可知，威縣現狀水平年最高日需水量為3.56萬m3，日變化系數取1.5，則威縣農村需水量為865.34萬m3。

表1 現狀水平年農村供水需水量計算成果表

2.1.2 規劃年(2030年)需水分析

(1)城鎮生活用水

社會經濟發展指標預測以2017年為基準，結合威縣總體規劃及國民經濟年鑒中人口自然增長率預測2030年指標。現狀年威縣南水北調供水范圍內城鎮人口為17.02萬人。結合近年來人口發展的實際增長情況，預測2030年威縣城鎮人口綜合增長率為7‰，則2030年威縣南水北調供水范圍內城鎮人口為17.44萬人。根據河北省用水定額(DB13/T1161-2016)結合項目區現狀用水水平確定，2030水平年威縣城鎮大生活用水定額為110 L/(人·d)(其中包含公共事業用水)，則威縣城區2030城鎮居民大生活需水量為379.11萬m3。

(2)工業用水

2017年威縣全縣工業增加值完成12.37億元，預測2030年工業增加值增長率為7%，則2030年威縣項目區工業增加值為29.81億元。工業用水預測公式如下：

W工業i=C工業i×G工業i×10-4

式中：W工業i為i水平年工業需水量，萬m3；C工業i為i水平年工業增加值，萬元；G工業i為i水平年工業萬元增加值用水量，m3/萬元。

計算得到2030水平年威縣工業用水量為298.1萬m3。

(3)生態用水

城鎮生態環境需水量主要包括改善城市地面水環境和綠地用水兩部分。本次按2004年《河北省水資源評價》中推薦的人均20 m3/a計算，則威縣2030年城鎮生態環境需水量為96.35萬m3，考慮由中水供給。

(4)農村生活用水

由上述分析可知，規劃水平年的人口與現狀年人口一致，故規劃水平年農村需水量與現狀水平年一致，規劃水平年2030年，全縣農村需水量為865.34萬m3，本期(2020年度)項目區農村需水量為266.32萬m3。

2.2 可供水分析

威縣南水北調分配水量供水范圍內的可供水量主要包括當地地下水可供水量、地表水以及南水北調分配水量。根據《威縣水資源評價》，威縣縣城多年平均水資源總量為527.2萬m3。根據《河北省南水北調工程規劃》，南水北調分配威縣引江水量829萬m3/a。綜上所述，現狀威縣可供水量為1356.2萬m3。

2.3 水資源供需分析

2.3.1 現狀年供需分析

威縣城區引江水可供水量為829.0萬m3。根據2017年的用水統計情況，威縣南水北調供水范圍內縣城區年實際用水總量為470萬m3。則現狀年引江水剩余量為359萬m3。在充分利用引江水指標的前提下，確定農村生活用水地下水/地表水配置比例，混合后氟含量控制在允許最大氟含量1.0 mg/L以下，確保飲水安全。在現有引江水量的條件下，為解決全縣范圍內高氟問題，將2015年抗旱應急項目、2017年、2019年水源置換項目的引江水量進行重新調整。據調查，現狀條件下，威縣農村生活用水量為45 L/(人·d)，各供水站地表水與地下水用水按一定比例混合使用可滿足含氟量小于1.0 mg/L的要求。現狀水平年條件下，2015年抗旱應急項目、2017年農村水源置換項目、2019年農村水源置換項目和本期(2020年水源置換)項目需水量共計778.81萬m3。其中需地下水量423.79萬m3，需地表水(引江水)量355.02萬m3，小于現狀年引江水剩余量359萬m3。現狀條件下，水量滿足要求。現狀條件下，本項目年需水量285.70萬m3，其中，地表水136.48萬m3，地下水年需水量149.22萬m3

2.3.2 規劃年水資源分析

威縣城區引江水可供水量為829.0萬m3。規劃2030年威縣工業需水298.1萬m3，城鎮生活用水379.11萬m3，則余水量為151.80萬m3，規劃2030水平年置換水項目總需水量為865.34萬m3，需水量大于余水量，缺水713.55萬m3。規劃水平年，水量不足。需政府協調解決引江水指標，以滿足全縣農村生活用水及縣城生產生活用水需求。威縣地表水廠現狀供水能力為3萬m3/d，現狀供水能力不能滿足規劃要求，需擴建水廠規模。待地表水廠擴建后，達到規劃供水能力，南水北調水量充足時，進行全部置換。

3 管線設計研究

3.1 輸水管線布置

本工程輸水管道建設，分為南線和北線，輸水線路總長67.454 km。南線1起點為2019年置換水張王目分水口，終點為白果樹供水站；南線2起點為威縣第什營鎮抗旱應急水源工程主管道樁號10+200，終點為西河洼供水站；南線3起點為威縣第什營鎮抗旱應急水源工程主管道樁號13+300，終點為司家莊供水站。

北線路1起點為地表水廠——南候伶仕供水站引水管線點20位置處，終點為安上供水站；北線路2起點為地表水廠——南候伶仕供水站引水管線點31位置處，終點為侯貫供水站；北線路3起點為地表水廠——董呂莊供水站引水管線GD45處位置，終點為宋村供水站；北線路4起點為魚堤供水站分水口點15位置，終點為張營供水站；北線路5起點為地表水廠——董呂莊供水站引水管線GD39處位置，終點為古城供水站，沿線涉及安仁供水站、后蘇莊供水站、七級供水站和河岔股供水站。

3.2 管道設計

3.2.1 管材選擇及埋深

經綜合分析比較，針對本工程輸水管線為非常重要的永久性工程，在保證供水安全性，方便輸水管線的施工以及管材價格的基礎上，考慮2017年、2019年威縣已實施的工程經驗，且本工程為威縣置換水的末端工程，最大管徑為400 mm，綜合考慮確定選用PE管作為本工程輸水管材。因本工程管線布置線路較長，考慮到水錘影響較大，故一般穿越管段管材壓力等級定為1.0 MPa。威縣當地的凍土層深度為0.45 m，管頂應埋設于凍土線以下15 cm，穿越道路、農田或沿道路鋪設時管頂覆土不應小于1.0 m，綜合考慮本次設計管頂埋深為1.2 m～1.5 m。

3.2.2 管道施工

管道主要采用明挖施工。根據工程實際情況，一般地段按梯形槽開挖，不設支撐；如遇地下水嚴重，有流砂的飽和土層管段或距建筑物等地物溝槽開挖段采用支撐，支撐形式以連續水平支撐和豎撐為主，可采用鋼板樁支撐。施工斷面見圖3。

圖3 施工斷面圖

管道采用填弧法施工，管道直徑大于等于400 mm時，弧中心支撐角采用120°，管道120°范圍內掖角鋪設砂壤土，壓實度為92%，小于400 mm時不做處理。溝槽采用原土回填，管底以上兩側填土分層回填，管道兩側及管道以上距管頂50 cm高度內土層壓實度為92%；管道上部距管頂50 cm高度內土層壓實度為85%±2%；距管頂高度50 cm以上、表層耕作土以下土層壓實度大于90%，取90%，開挖斷面頂部30 cm范圍內回填表層耕作土不作碾壓，當管道穿越道路段及城區段溝槽回填土壓實度為92%。見圖4。

圖4 溝槽回填示意圖

4 結論

威縣用水主要來自地下水，隨著地下水的大量開采，造成了嚴重的環境、水文、地質問題，根據水資源供需平衡分析，現狀年水資源供給可滿足用水需求，隨著社會發展規劃年用水短缺問題較為顯著。為了解決用水需求，建設南、北兩個輸水管線，結合工程經驗采用PE管材使用明挖法施工，保證施工質量。