商洛富水鎮(zhèn)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(cè)設(shè)計(jì)有限公司，陜西 西安 710000)

快速發(fā)展的城鎮(zhèn)規(guī)模對(duì)富水鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提出了新的要求，特別是供水問題，商洛富水鎮(zhèn)現(xiàn)狀供水工程主要為一些分散的小供水點(diǎn)，供水系統(tǒng)無(wú)凈化消毒處理設(shè)施，加之各水源點(diǎn)分片供水的制約，一到枯水季節(jié)集鎮(zhèn)經(jīng)常鬧水荒，嚴(yán)重影響了鎮(zhèn)區(qū)居民的正常工作和生活，也有損于集鎮(zhèn)形象，同時(shí)也嚴(yán)重制約了富水鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。解決富水鎮(zhèn)集鎮(zhèn)居民及工業(yè)園區(qū)日常生產(chǎn)用水問題，提高區(qū)域供水保障及飲水安全極為必要。

1 供水工程概況

富水鎮(zhèn)供水工程供水對(duì)象主要為富水鎮(zhèn)附近行政村的居民、富水鎮(zhèn)公共建筑以及工業(yè)園區(qū)。現(xiàn)狀供水人口3 773人。到設(shè)計(jì)水平年2030年，供水范圍內(nèi)總?cè)藬?shù)將達(dá)到4 506人。通過對(duì)人數(shù)、相關(guān)計(jì)算參數(shù)確定后，分析計(jì)算得知，該工程最高日需水量為802.1 m3/d。考慮到鎮(zhèn)區(qū)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，取整后確定該工程的供水規(guī)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(xiàng)目區(qū)對(duì)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(qū)內(nèi)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(zhèn)境內(nèi)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(nèi)的河道長(zhǎng)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(zhèn)境內(nèi)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(zhǎng)4.12 km，平均比降90.07‰。

2.2 水文基本資料

黑漆河流域內(nèi)未設(shè)水文站，屬無(wú)實(shí)測(cè)水文資料地區(qū)，工程采用無(wú)資料地區(qū)水文計(jì)算方法，即主要采用《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》提供的經(jīng)驗(yàn)公式及相關(guān)圖表進(jìn)行計(jì)算。

距離黑漆河最近的水文站為武關(guān)河的武關(guān)水文站，因武關(guān)河與黑漆河均發(fā)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(jì)算的參證站。該站控制流域面積724 km2，站址位于丹鳳縣武關(guān)鎮(zhèn)，于1959年建站，有1959-2014年56 a水文觀測(cè)資料。觀測(cè)項(xiàng)目有水位、流量、泥沙、降水等。

2.3 氣象

工程區(qū)屬亞熱帶氣候，氣候溫和，四季分明，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)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(jù)商南縣氣象站實(shí)測(cè)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(nèi)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(gè)月，約占全年50%以上，并常有災(zāi)害性暴雨發(fā)生。夏秋多雨，冬春干冷少雨。平均風(fēng)速1.7 m/s，多年平均最大風(fēng)速16 m/s。

2.4 徑流分析

工程區(qū)壩址控制流域內(nèi)無(wú)水文測(cè)站，本次擬采用徑流深計(jì)算法、水文比擬法兩種方法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)計(jì)算成果比較分析后選用。

2.4.1 徑流深計(jì)算法

根據(jù)《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》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(jīng)計(jì)算，黑漆河松樹溝壩址處多年平均年徑流量分別為229.63萬(wàn) m3，變差系數(shù)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(shè)計(jì)年徑流量。

表1 工程取水處不同頻率年徑流量計(jì)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(guān)水文站為參證站，據(jù)武關(guān)水文站1959-2014年55年資料統(tǒng)計(jì)，武關(guān)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(guān)水文站不同頻率年徑流計(jì)算結(jié)果見表2，頻率曲線見圖1。

表2 武關(guān)水文站不同頻率年徑流量成果表 億m3

根據(jù)武關(guān)水文站的徑流計(jì)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(wàn)m3；f、F分別為工程取水處與參證站的流域面積。

經(jīng)計(jì)算，黑漆河壩址處多年平均徑流量為192.60萬(wàn) m3，徑流計(jì)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(wàn)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(jì)算的壩址處各頻率年徑流量成果對(duì)比分析，徑流深等值線圖查算法是依據(jù)《商洛市水文實(shí)用手冊(cè)》上的等值線圖推算，基本能夠反映徑流變化規(guī)律。水文比擬法是采用武關(guān)水文站為參證站，資料系列長(zhǎng)，資料系列的代表性較好，故本次選用水文比擬法計(jì)算的徑流結(jié)果。

2.6 徑流年內(nèi)分配

根據(jù)《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》，當(dāng)所求斷面為地下水補(bǔ)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(nèi)的雨量站并且符合某一設(shè)計(jì)頻率的降水典型年的年降水月分配比例，作為設(shè)計(jì)流域的同頻率的年徑流月分配比例。

本次徑流分配工程區(qū)采用富水關(guān)的年徑流量年內(nèi)分配求得各保證率黑漆河設(shè)計(jì)年徑流量月分配見表4。

表4 黑漆河設(shè)計(jì)徑流量月分配表 104m3

(1)采用《商洛地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》中提供的經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)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(qū)經(jīng)驗(yàn)參、指數(shù)。根據(jù)《手冊(cè)》查取相應(yīng)參、指數(shù)，將工程位置處控制流域面積代入公式，計(jì)算所得結(jié)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(shè)計(jì)保證日均流量

(2)根據(jù)參證站設(shè)計(jì)徑流量月分配表推求工程區(qū)設(shè)計(jì)日均流量

本次徑流分配黑漆河采用附近流域武關(guān)雨量站的降水量年內(nèi)分配。由年徑流計(jì)算的表4黑漆河設(shè)計(jì)徑流量月分配表可知，95%保證率下，12月份為最枯期，根據(jù)武關(guān)站12月份徑流成果計(jì)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(jīng)計(jì)算，工程處日均徑流流量為200.90 m3/d。

(3)根據(jù)引水樞紐處設(shè)計(jì)徑流量月分配表推求設(shè)計(jì)日均流量

由年徑流計(jì)算的表4黑漆河設(shè)計(jì)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(jīng)比較，公式法流域面積僅適用用300 km2以上，后兩種方法計(jì)算結(jié)果經(jīng)比較，根據(jù)引水樞紐處設(shè)計(jì)徑流量月分配表計(jì)算設(shè)計(jì)日均流量計(jì)算成果較小，考慮偏安全因素，取小值，即采用根據(jù)引水樞紐處設(shè)計(jì)徑流量月分配表計(jì)算設(shè)計(jì)日均流量計(jì)算成果。即計(jì)算的日均流量為：135 m3/d。

表6 武關(guān)河設(shè)計(jì)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(zhèn)集鎮(zhèn)上游側(cè)的松樹溝取水點(diǎn)(地表徑流水源)，應(yīng)急備用水源為王家莊村東側(cè)的大口井(地下水源)，水量較充足，水質(zhì)符合《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

該項(xiàng)目單純考慮居民生活用水的情況下，2030年設(shè)計(jì)供水規(guī)模為442.1 m3/d(加上水廠自用水后為464.2 m3/d)，根據(jù)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(xiàng)目同時(shí)考慮居民生活用水和工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)生活用水的情況下，2030年設(shè)計(jì)供水規(guī)模為802.1 m3/d(加上水廠自用水后為842.2 m3/d)，根據(jù)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(cè)擬新建大口井1眼，參考項(xiàng)目區(qū)附近已成井經(jīng)驗(yàn)，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(shí)滿足居民生活用水和工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)生活用水需水量要求，建議在枯水期優(yōu)先保證居民生活用水。

以上數(shù)據(jù)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(jié)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(yīng)急備用水源。

5 水源水質(zhì)

黑漆河松樹溝水源上游溝道內(nèi)基本無(wú)居民入住、植被覆蓋率高，壩址以上流域內(nèi)無(wú)工業(yè)企業(yè)及人為污染的影響。根據(jù)水樣化驗(yàn)結(jié)果表明，水源水質(zhì)符合《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ3020)的要求。該水源檢驗(yàn)指標(biāo)均達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

6 取水方案

該工程主要取水水源為松樹溝水源。通過調(diào)查，此水源上游溝道內(nèi)基本無(wú)居民入住、植被覆蓋率高，水質(zhì)好。另外，溝道水流主要為溝道上游泉水及基巖裂隙水補(bǔ)給，水量穩(wěn)定。經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析及地質(zhì)調(diào)查，本次松樹溝水源攔水壩處河谷基巖外露，地質(zhì)、地形條件優(yōu)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(jìn)水管、壩前滲渠、壩內(nèi)鋼管及溢流壩組成。應(yīng)急備用水源：通過王家莊村東側(cè)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(wǎng)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(shè)計(jì)，溢流壩段長(zhǎng)12 m，堰高2.5 m。溢流堰最末端設(shè)反弧段與原地面平順銜接，壩腳拋塊石回填防沖。為穩(wěn)定過溢流壩水流，壩體兩側(cè)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(chǔ)坐落于弱風(fēng)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(jù)地質(zhì)實(shí)際勘察和水文地質(zhì)資料，水資源豐富、水質(zhì)符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)的要求。

大口井井壁采用砌石結(jié)構(gòu)，成圓筒形。本次大口井井徑D=3.0 m，井深h=10 m。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)已成井資料，動(dòng)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(wú)砂鋼筋砼，井壁厚度40 cm。為防止污物、泥沙進(jìn)入井內(nèi)，大口井頂設(shè)計(jì)井臺(tái)，井臺(tái)上部為預(yù)制鋼筋井蓋，井蓋厚10 cm ，井蓋直徑為358 cm，在井蓋、井臺(tái)上預(yù)埋φ16鋼筋作為鎖鼻，鎖上井蓋。大口井濾料級(jí)配需根據(jù)水文地質(zhì)勘察結(jié)果確定。

7 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)流域內(nèi)相關(guān)參證站及《商洛市水文手冊(cè)》所提供的參數(shù)及經(jīng)驗(yàn)公式，并采用徑流深計(jì)算法和水文比擬法對(duì)黑漆河的徑流量進(jìn)行計(jì)算分析，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式法、參證站設(shè)計(jì)徑流量月分配表、引水樞紐處設(shè)計(jì)徑流量月分配表推求出日均流量，根據(jù)分析計(jì)算結(jié)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(yīng)急水源。兩處水源水質(zhì)、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(shè)，積極推動(dòng)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，提高了人民群眾的生活水平，實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置和可持續(xù)利用。