丹鳳縣抗旱應急工程水資源供需平衡分析

孫 坎

(商洛市水電勘測設計院,陜西 商洛 726000)

秦嶺山區,地勢不平,山高水低。近年來丹鳳縣頻繁發生的干旱,讓原有的供水工程已經不能滿足人畜供水需求,急需開辟新的水源工程,這就需對工程的供水量進行分析,以確保工程建設滿足用水需求。

1 概 況

丹鳳縣地處秦嶺東段南麓,屬暖溫帶過渡性季風氣候區,旱災發生頻率高,季節性旱災突出。本次丹鳳縣抗旱應急配套水源工程涉及庾嶺鎮街坊村 、太白村、鎮政府駐地,北趙川鎮棗園村、姜坪村、鎮政府駐地,月日鎮江灣村、保倉村、鎮政府駐地,花瓶子鎮花中村、趙灣村、鎮政府駐地以及有關學校,共4個工程點。其中庾嶺鎮抗旱應急供水分部工程位于庾嶺鎮,全鎮轄11個村民委員會4303戶16959人;月日鎮抗旱應急供水分部工程位于月日鎮。全鎮轄9個村民委員會2123戶8520人;花瓶子鎮抗旱應急供水分部工程位于花瓶子鎮,全鎮轄8個村民委員會2396戶9743人;北趙川鎮抗旱應急供水分部工程位于丹鳳縣北趙川鎮,全鎮轄6個村民委員會1926戶7404人[1]。

2 供水現狀及問題

目前,項目區群眾生產生活用水基本取自“十一五”時期建成的人飲工程,項目區原供水工程水源地王二溝、趙家溝、大西溝、竹子溝、甘江溝等9處水源地,總流域面積37.5 km2,正常年份全部工程供水規模合計315m3/d,其余群眾吃水主要靠自備水源井。供水工程存在的問題主要是輸水管網漏水嚴重,水源不足;蓄水池容量不足,移民搬遷人口激增,供水壓力大;水量不足、水源斷流時有發生,人民生活質量難以提高。特別是近年來,由于降雨量減少,大旱。如江灣村供水、街坊村供水、棗園村、花中村供水等。原來的水源水量不足,極干旱時甚至斷流,已不能滿足群眾生活需求。加之近年來地下水位下降嚴重,自備水井水量水質得不到保障,水資源開發利用程度較低,集鎮工程缺水問題日趨嚴峻。新建各個集鎮抗旱應急供水配套水源工程迫在眉睫。

3 需水量預測

根據實際,項目設計用水量包括居民生活用水量、公共建筑用水量、管網漏失水量和未預見水量,三項合計工程最高日用水量。考慮各鎮總體發展規劃銜接,以2018年為設計基準年;設計水平年為2030年,供水保證率95%,根據丹鳳縣近幾年人口年報統計,學校和機關單位設計年限內人口的機械增長數為0,居民人口增長率按3‰計算。

3.1 居民生活用水量

居民生活用水量按下式計算:

W=P·q/1000

(1)

P=P0(1+r)n

(2)

式中:W為居民生活用水量,m3/d;P為設計水平年用水居民人數[2];P0為供水范圍內的現狀(2018年)常住人口數(不包含學校人數);r為設計年限內人口自然增長率,取3‰;n為工程設計年限,12;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》2018年采用60L/人·d,2030年采用80L/人·d。鄉鎮人飲30～40L/人·d ,學校為15 L/人·d ,供水持續時間為2～4個月[2-3]。

3.2 公共建筑用水量

根據《陜西省村鎮供水工程初步設計要點》,供水范圍內有學校的,最高日用水量定額采用15L/人·d。

3.3 管網漏失水量和未預見水量

因為管網較長且高差比較大,所以管網漏失水量和未預見水量按上述用水量之和的25%計算。

3.4 農村用水變化系數及供水時間

根據《陜西省村鎮供水工程技術要點》的有關規定,該工程4個獨立供水系統,供水規模稍均<200 m3/d,時變化系數Kh采用2.5。日變化系數Kd為1.5。

3.5 總需水量

用公式(1)、(2)計算各工程點需水量,合計本次丹鳳縣應急水源項目4個分部,2018年每日需水量為726.08m3,2030年每日需水量992.25m3,但是實際自來水供水量僅315m3,遇到干旱年水源水量嚴重不足,更是雪上加霜,項目區群眾生活艱難,水平年人口9210人。詳見表1～表4。

表1 庾嶺鎮抗旱應急供水需水量預測成果表

表2 月日鎮抗旱應急供水需水量預測成果表

表3 花瓶子鎮抗旱應急供水常規需水量預測成果表

表4 北趙川鎮抗旱應急供水需水量預測成果表

經計算,抗旱應急水平年2030年供水規模合計為508.73 m3/d,干旱持續時間4個月,120D,日變系數取1.5,抗旱應急需水總量40698m3。見表5。

表5 抗旱需水量預測成果匯總表 m3

4 可供水量分析

4.1 區域水資源分析

經勘察,項目區1屬庾家河流域,庾家河支流較多,支流溝溪水流入老君河匯入丹江,其含水量比較豐富,有實施該工程的水文條件。項目區2屬于月日鎮江灣村,村內內最大河流為丹江,為丹江漂流中點,其支流較多,其含水量比較豐富,有實施該工程的水文條件。項目區3屬于屬白玉河流域,地表水均系降水所產生,其含水量比較豐富。項目區4屬于屬北趙川河流域,地表水均系降水所產生,分布大體與降水分布一致,水量充沛。流域內林草茂密,雨量充沛,對涵養水源較為有利。流域內沒有工礦企業,人口居住分散,河流基本無污染,水質較好。工程區地下水和河水總礦化度288.87～674.06mg/L,屬淡水。

4.2 水源選擇

經過實際勘察,項目區可選的水源有3個:①利用周圍大型河水:優點是水量大,供水保證率高。缺點是河道寬,取水難度大,如建泵站提水,需要運行動力費,如從上游自流取水,輸水工程、取水工程投資大;而且該河流周邊人口聚集,對河流水質造成一定污染,不宜做為飲用水源。②打井提水:優點是水質較河道水質有一定改善,缺點是提水需要運行費用,成本較高,加之工程區地下水主要靠河水補給,污染的河水水質會對井水水質造成一定影響,供水水質得不到保證。③利用溝道水源:優點是溝內植被良好,人口稀少,水質較好;蓄水池高程可滿足自流供水需求,有已成的水利設施可利用;溝道水量充沛,完全可滿足供水需要。缺點是輸水路線砂礫石、基巖較多,鋪設困難。

4.3 水量分析

由于該地無實測水文資料,來水量確定方法采用實測法和經驗公式進行確定。

4.3.1 實測法

根據近年旱情實際與降雨季節分部,2018年12月、2019年1月、4月、6月,丹鳳縣水務局分別派技術人員去各個水源地進行實測。經現場調查實測,用流量桶測量10s所接的水量,讀數,計算每秒流量,再計算平均值。得清水溝來水量3.89L/s,黃芩溝來水量2.88L/s,花瓶子河來水量2.95L/s,趙川河來水量2.45L/s。

4.3.2 公式法

采用商洛《水文手冊》提供的經驗公式,計算日均保證流量:

Qp=KpFn

(1)

式中:Qp為某保證率的日均流量,m3/s;F為流域面積,km2;(清水溝流域面積9.5km2,黃芩溝流域面積6.8 km2,花瓶子河流域面積7.4km2,趙川河流域面積5.6km2), Kp、n 為參指數。保證率為95%時,Kp=0.00029,n=1.115。經計算見表6。

表6 日平均流量計算成果表

4.3.3 與實測相比,水量平衡分析

對兩種方法所得來水量分析比較,考慮安全起見,取小值,所以,采用公式法計算成果值作為本項目設計來水量值,即設計保證率P=95%時,見表7。

表7 水源水量統計表

經水質化驗分析,各水源地水質符合《生活飲用水水源水質標準》、《地表水環境質量標準》,滿足村鎮飲水要求。

4.4 水資源供需平衡分析

綜合以上分析計算,項目區抗旱應急水平年2030年,抗旱應急需水總量為40698m3。最高日需用水量為508.73m3/d(5.88L/s),4座供水工程設計供水規模為510m3/d,供水量完全滿足抗旱需求,所以此供水方案完全可行。

5 結 語

由于人口增加,工程老化和氣候變化、水量減少等原因,使得原有供水工程特別是在干旱年份,難以滿足當地群眾用水需求,經過分析計算,分別在4個鄉鎮建設新的供水工程,供水量、水質完全滿足設計水平年遭遇干旱的需水缺口,為工程建設提供了科學依據。