中小型農業灌區的供水平衡分析及飲水改造治理研究

聶新桂

(封開縣廣信堤圍養護中心，廣東 封開 526500)

0 引 言

近年來，在典型的農業區，農業用水占用水總量的比例占絕大部分。許多農廠隨著用水需求的增加，農業用水的要求不斷提高，發展高效能的農業用水體系非常緊迫[1]。

文章以嶺南某農場灌溉體系改造工程為背景，按照總量控制、定額管理總體思路，采用供需平衡理論對灌區的農業用水供需平衡計算，并且對灌區的現有農業供水系統進行高效能改造設計，以為類似農業灌溉工程提供規劃設計參考[2-3]。

1 灌區現狀和供需平衡分析

1.1 項目區概況

某農場是一個以種植紅江橙為主的國有農場，農場位于粵桂兩省交界處一帶，道路四通八達，交通條件很好。

農場是一個以種植紅江橙、荔枝等熱帶水果為主的國有農場，現有總人口15198人，土地面積3355.73hm2，其中，農業利用地面積1929.12hm2，納入收費地塊面積1839.12hm2，實際收費面積1268.94hm2?，F種植紅江橙610hm2，荔枝、龍眼360hm2，林地238hm2，水產養殖面積144hm2，其他農經作物面積577.12hm2。養豬、養魚、養鴨等養殖業發展較快，已形成一定的產業規模。

項目區地處亞熱帶,勘查區及附近地下水類型主要松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩類[5]。據地區水資源公報資料顯示，該地區的地表水水資源總量為18.26 億m3，地下水資源量5.97億m3。通過打井取水解決人畜飲水的水源問題，具有良好條件。

1.2 存在問題

該農場為干旱相對嚴重區域，區內沒有干凈的地表水源，各隊區存在水利設施不足以及老化的問題，不能滿足日益增長的人畜飲用水需求。到目前為止，農場一直都是使用地表水和大口井飲用劣質淺層地下水[6]。經抽樣檢驗，該區淺表水鐵化物、總硬度、渾濁度等嚴重超標。由于長期飲用低劣的淺層地表水、地下水，腸胃病、骨骼病為當地常見病和多發病，直接影響了當地人民群眾的身體健康。只有通過尋找和開采合宜的水源來解決，對于解決飲水安全的問題極為迫切。

2 項目區供需平衡分析

2.1 改造的必要性

該農場干旱缺水，地表水水量不足及易受污染，而該農場地下水蘊藏量較豐富，地下水水質較好，符合生活用水標準。農場農村電網改造全部完成，電力十分充足，可滿足項目工程需要。 區域內縣道、鄉道交錯，道路四通八達，交通條件極為便利。

2.2 農業區水資源利用現狀和供需分析

該農場飲水建設項目涉及的隊區有場部、5隊、35隊、36-37隊共5個隊區,設計總口數為10360人?？疾靺^域范圍內的取水用戶，核驗了區內的用水參數。其主要參數如下：

1)設計年限。根據當地的農業發展形式核定，該農場飲水工程設計年限為15a。

2)設計人口：

P=P0(1+γ)n+P1

(1)

式中：P為設計人口數；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；P1為各村的設計年限內人口的機械增長人口規劃，以及近年來流動人口和戶籍遷移人口的變化情況，本項目取現狀供水人口數的5%計算；γ為設計年限內各村人口的自然增長率，可根據當地近年來的人口自然增長率確定為6.65‰；n為工程設計年限，選15a。

表1 供水區域現有人口調查匯總表

經計算農場設計人口為12015人。

3)居民生活用水量：

Qd1=Pq/1000

(2)

式中：Qd1為村居民生活用水量，m3/d；P為設計用水各村居民人數；q為最高日居民生活用水定額，根據《村鎮供水工程技術規范》，本項目取值為100L/d·人。

4)公共建筑用水：

Q2=Qd1×20%

(3)

農場養殖畜禽主要有豬、羊，雞，用水定額分別為豬(40L/d)、 羊(10L/d)和雞(1L/d)、鴨(2L/d)，各隊畜禽數量通過調查確定；

6)管網漏失及未預見水量：

Q4=(Q1+Q2+Q3)×10%

(4)

7)最高日用水量：最高日用水量：

Qd= Qd1+Q2+Q3+Q4 (5)

3 供水體系設計方案

根據《村鎮供水工程技術規范》SL310-2019規定，農場人畜飲水工程均為V型。根據《建筑抗震設計規范》(GB 50011)，工程主要建筑物、構筑物地震設防按7度設計。

1)水質和水源上，部分水源地對水質技術處理能力不足的區域，應對水質要求滿足《農村實施<生活飲用水衛生標準>準則》中的規定。

2)注重供水點的合理性，規劃集中供水點在種植戶密集的區域；若種植戶分布離散，則在村部修建公用給水栓[7]。

3)服務水壓，供水水壓應滿足配水管網中用戶接管點的最小服務水頭要求，必要時可采取局部加壓的方式。本次項目的生產隊房屋大都為兩層或者以下的平房，本次設計考慮供水壓力為12m。

整體上供水對象為該農場2020-2021年人畜飲水建設項目涉及的隊區有場部、5隊、35隊、36-37隊共5個隊區。

在外來業主的帶動下，村民們積極投入鄉村旅游住宿接待服務。專合社將村民們家里長期空余的、愿意對外搞接待的房間一間一間統籌起來，將團隊客人依次給各接待戶分配客源。為了提高接待質量，專合社幫助村民統一采購床上用品，指導村民按照70或80元/間·晚⑥的標準收費。目前，星光村共有40多戶，50多個房間可供住宿接待。

農場人畜飲水建設項目主要建設內容為：建設100m3高20m水塔1座，100m3高15m水塔1座，新建機井4口，大口井1口，新建凈水設備1套，安裝水泵5臺，新建泵房5座，鋪設PVC-U管共計6660m，架設低壓線520m。

3.1 水源工程設計

根據農場地形和水文地質特點，采用地下水為水源，本次在場部、5隊、35隊、36-37隊共5個隊區新建5口水井，其中場部新建2口400m深機井，5隊1口200m深機井，36-37隊1口255m深機井，35隊新打20m深2m口徑大口水井1口。

3.1.1 機井設計

水源工程可根據當地水文地質情況或參考周邊已建機井施工和出水情況確定。本次機井設計參考項目區附近已建機井確定：新建機井井孔的鉆孔直徑為0.273m，深200-400m。井管采用無縫鋼管，分上、中、下三部分設計，上部井管選用ф219×6mm無縫鋼管，中部和下部為花崗巖層，上部鉆孔100m深，孔徑220mm，下部鉆孔80-280m深，孔徑165mm，均不需套管。成井時可采用焊接或絲扣方法連接井管。地下水水質應按照GB5749等要求確定水質檢測標準，受當地條件限制的，無法完成必要的檢測指標的檢測時，可委托市級水質檢測中心或其他有水質檢測資質的單位進行檢測。當水源水質不符合上述要求時，應采取相應的特殊凈化工藝處理。

3.1.2 大口井設計

在35隊采用大口井，初步確定本工程大口井采用井深為20m井直徑2.0m，單井涌水量20m3/h，日出水量200m3左右，本隊采用的水源為淺層地下水，水質較差，不符合生活飲用水標準，需增設一套一體化凈水系統，在大口井四周設置圍墻。大口井井壁采用C25鋼筋混凝土，井壁厚250mm，設置10m長橫洞兩條。井口管比泵房室內地坪高0.5m，井口封閉采用鋼筋混凝土蓋板固定于井口，以保證安全及井水不受污染。

3.1.3 水泵泵房設計

本工程水泵均選用并用潛水泵，配套功率9.2kW。每口水井相應建取水泵房，建筑面積為6m2，建設標準為磚混結構，頂部為混凝土現澆板，在泵房機井中央處設有縱橫各兩道“T”型梁，并在垂直于井軸線處設置天窗，用于起吊水泵，以便于安裝，維修水泵[8]。本次設計為場部、5隊、35隊、36-37隊共5個隊區配建泵房5座。本工程泵房消防安全布局、建筑物構筑物的燃燒性能和耐火極限依據《水電工程設計防火規范》( GB50872-2014)并參照國家標準《建筑設計防火規范》(GB50016-2014(2018年版))進行設計，泵站采用D-B單元接線形式，即由變壓器通過電動機動力線連入低壓配電箱，再由低壓配電箱引線連入潛水泵自耦減壓啟動器后接入潛水泵電動機。

3.2 管網工程設計

3.2.1 供水管網布設

設計管網時，按運行可靠、經濟合理、施工管理便利的原則，根據各村實際情況進行計算確定主管直徑。供水管網根據各村供水點地形進行布置。管網布置方案為干管、支管、分戶管三級，公稱壓力均為1.0MPa。干管為外徑90mm，壁厚4.3mm的PVC-U給水管；支管外徑63mm，壁厚3.0mm的PVC-U給水管。在分支管上預留外徑32mm的PVC-U給水管用戶接口，以方便用戶取水。分戶管為外徑32mm，壁厚2.0mm的PVC-U管。

3.2.2 管網壓力計算

1)配水管網設計流量，最高日最高時用水量。

(6)

式中：Q設為設計供水能力，按最高日用水量計算；Kh為時變化系數，村鎮供水管網一般采用2.5。

2)配水管網中各管段的設計流量，采用人均綜合當量計算法：

(7)

式中：q0為人均綜合用水當量，m3/h·人；Q配為配水管網設計流量，m3/h；∑Q集為企業、機關、學校等用水大戶最高時用水量之和(m3/h)，取0；P為設計用水人口，人。

經計算人均綜合用水當量q0為0.0083m3/h·人。

3)管徑計算。設計管道供水流量，按照設計供水標準，分別計算出了各供水點的輸水流量，由下向上計算各級管道的設計流量，農村各供水點的自由水頭，最低≥4m。

經濟管徑的計算采用公式為：

(8)

式中：D為經濟管徑(管內徑m)；Q為設計流量，m3/s；V為經濟流速，取值為0.6-1.8m/s， 本工程取0.8 m/s。

輸水主干管及配水支管全部采用PVC-U給水管。各地區供水工程主管道的設計流量、計算管徑及采用管徑經計算，見表3。

表3 各供水點管網水力計算表

3.3 供水系統設計

3.3.1 供水系統工藝流程

項目以地下水為水源，深水井符合生活飲用水衛生標準，35隊采用淺層地下水水質較差，增設一體化凈水設備，根據當地群眾用水習慣，幾乎每戶都自備有儲水(池)箱，且各供水點供水范圍內各村莊地面高差不大，各供水點實行定時供水，由此選擇供水工藝流程如圖1所示。

圖1 供水工藝流程圖

3.3.2 配水系統

管網布置合理，系統排布在整個用水區，滿足村鎮相關建設規劃；本工程所有的供水點均布置成樹枝狀管網；管道沿現有道路或規劃道路路邊布置；配水管道與建(構)筑物及管線間的最小水平凈距，取1m。不同非生活飲用水管網的供水系統連接。

4 經濟評價

飲水工程建成后，平均五口(每戶按4人計算)之家每年用于挑水的工日可節省40個，本工程解決10360人，每年可節省工日10.36萬個，節省的勞力和時間可用于勞務輸出，也可投入生產和其他創收活動。根據資料統計，該地區每個勞動力平均每個工日創造的價值以12元計，該項目節省的勞動力創造的價值共124.32萬元。在飲水安全問題解決的地區，每人每年由于發病率降低而節約的醫藥開支為100元。本項目共解決10360多人的飲水安全問題，共計減少年醫藥費支出約25.90萬元。以上經濟效益合計為150.22萬元。

該項目財務內部收益率為21.24%，>8%，效益費用比1.34>1，財務凈現值為302.02萬元，>0。可見，項目的投資和效益對內部收益率、經濟凈現值、經濟效益費用比合理，此工程的抗風險能力較強。

5 結 論

文章主要廣東某農場灌溉區供水平衡不足，地表水體不健康、淺表水體營養化等問題，對項目區進行供需平衡分析。提升改造了基于水源工程、供水管網的一體化供水系統的設計。改善了農業區用水條件，對農業區的環境、水土、經濟帶了很大的效益。農業區的建設不僅需要科學地規劃建設和改造，更需要智慧化的農業灌溉系統，這也是今后研究建設現代農業灌區的重要發展方向。