新疆烏蘇市城鄉(xiāng)一體化供水規(guī)劃方案研究

周晨暉

(塔城水利設(shè)計(jì)研究院有限公司，新疆 塔城 834700)

0 引言

“十四五”時(shí)期，國家實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，對農(nóng)村供水提出了新要求。其中，保障農(nóng)村飲水安全是實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要內(nèi)容，也是堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展，實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)融合發(fā)展的具體要求[1]。農(nóng)村供水工作是改善農(nóng)村生活條件，加速農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高人民生活水平，建設(shè)社會主義新農(nóng)村，全面建成小康社會的重要環(huán)節(jié)。因此，“十四五”期間，亟須盡快開展農(nóng)村供水水保障工程建設(shè)。

1 工程概況

烏蘇市位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地西南邊緣，屬于天山北坡經(jīng)濟(jì)帶區(qū)域內(nèi)。烏蘇市西側(cè)為博爾塔拉蒙古自治州，以托托河為界；南側(cè)為婆羅科努山分水嶺與伊犁哈薩克自治州相接，東側(cè)為沙灣市，以巴音溝河為界，北側(cè)與托里縣和克拉瑪依市相連。烏蘇市屬北溫帶大陸性干旱氣候，夏熱冬寒，多年平均降水量168.1mm，年蒸發(fā)量2112.3mm，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量，土壤凍融循環(huán)次數(shù)小于100次/a，最大凍土深155cm。烏蘇市境內(nèi)有奎屯河、四棵樹河和古爾圖河3條大河，其中，奎屯河為最大的河流，全長320km，出山口以上河長71km，山區(qū)集水面積1945km2，出山口控制站位加勒果拉水文站，年徑流量6.199×108m3。

烏蘇市東片區(qū)城鄉(xiāng)一體化供水保障工程項(xiàng)目區(qū)，位于烏蘇市東北方向15km處，總供水規(guī)模可達(dá)15173.50m3/d。其中，供水規(guī)模方面，城鎮(zhèn)為8101.11m3/d，農(nóng)村為4072.39m3/d，機(jī)場為3000.00m3/d。城鄉(xiāng)統(tǒng)一供水系統(tǒng)建成后，可實(shí)現(xiàn)烏蘇市城區(qū)與九間樓等鄉(xiāng)鎮(zhèn)及行政村，連片規(guī)模化集中供水，可解決管道老化、跑冒漏滴等問題，提高供水系統(tǒng)運(yùn)行效率。

2 供水現(xiàn)狀及存在問題

2.1 水廠現(xiàn)狀

工程所在地區(qū)共涉及8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)123個(gè)行政村，總?cè)丝?.82萬(其中城鎮(zhèn)人口2.25萬人，農(nóng)村人口2.57萬人)，牲畜159816只。目前，東片區(qū)輸配水管網(wǎng)取水口為奎屯河老龍口電站退水閘前，蓄水池位于新城南部三水廠南側(cè)1.50km，為注入式調(diào)蓄水池，通過暗涵從老龍口9級電站壓力前池分水口引水，引水暗涵長3.37km，設(shè)計(jì)引水流量1.84m3/s；調(diào)節(jié)蓄水池正常蓄水位為669.60m，相應(yīng)庫容為253萬m3，死水位658.80m，死庫容47萬m3，調(diào)節(jié)庫容206萬m3。三水廠供水能力12萬t/d，其中，地表水10t/d，地下水2萬t/d。地表水水源接口為老龍河水電站壓力前池預(yù)留分水口。目前，取水口、蓄水池級水廠均運(yùn)行良好。工程所在區(qū)域經(jīng)過6次飲水安全工程，總長為396.2km，供水規(guī)模為3219.46m3/d。

2.2 存在問題

2.2.1 管網(wǎng)老化嚴(yán)重

工程區(qū)現(xiàn)有管網(wǎng)396.20km，其中，350.51km采用PVC管材，45.69km采用PE管材。根據(jù)《烏蘇市“十四五”農(nóng)村供水保障規(guī)劃》和現(xiàn)場調(diào)查情況，本地區(qū)管道存在新疆地區(qū)供水管道的共性問題：PVC管材的管道存在抗壓能力不足，易損壞等現(xiàn)象，造成跑、冒、漏、滴甚至爆管等問題突出[2]，且大部分管道位于林帶和柏油路下，導(dǎo)致日常檢修困難。

2.2.2 供需矛盾

供水系統(tǒng)不滿足現(xiàn)有飲水需求，缺少統(tǒng)籌規(guī)劃，運(yùn)行效率低。目前，供水系統(tǒng)可解決2.49萬人飲水問題的配水管網(wǎng)，但無法滿足城鄉(xiāng)4.82萬人口的飲水需求，管道水量受高峰期和低谷期影響較為顯著。

2.2.3 計(jì)量問題突出

研究區(qū)，入戶水表問題主要有：不標(biāo)準(zhǔn)，無自動(dòng)化檢測設(shè)備。入戶水表多為老舊的機(jī)械式水表，大部分埋在用水戶院子里，入戶抄表困難，無法合理地收水費(fèi)，且項(xiàng)目區(qū)缺少自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備，管理人員較少，無法實(shí)時(shí)對管網(wǎng)運(yùn)行異常點(diǎn)位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測管理。

3 城鄉(xiāng)供水一體化規(guī)劃

3.1 需水量計(jì)算

SL 310—2019《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]可知，村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計(jì)應(yīng)按規(guī)劃、近遠(yuǎn)期結(jié)合、以近期為主的原則。村鎮(zhèn)供水工程近期規(guī)劃設(shè)計(jì)年限宜采用5—10年，遠(yuǎn)期規(guī)劃設(shè)計(jì)年限宜采用10—15年。結(jié)合《烏蘇市“十四五”農(nóng)村供水保障規(guī)劃報(bào)告》，工程現(xiàn)狀年為2021年，設(shè)計(jì)水平年為2035年，工程供水保證率為95%。

需水總量主要由綜合生活需水量、工業(yè)企業(yè)需水量和生態(tài)環(huán)境需水量構(gòu)成。

綜合生活需水量分為城市和農(nóng)村兩部分。現(xiàn)狀年城區(qū)總?cè)丝?0.85萬人，鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口4.82萬人，合計(jì)15.67萬人。根據(jù)《烏蘇市城市總體規(guī)劃》，遠(yuǎn)期烏蘇市人口自然增長率為5‰。

根據(jù)實(shí)際居住人口的自然增長和機(jī)械增長確定總?cè)丝谝?guī)模，計(jì)算公式：

Q總=Q常×(1+K)n+P·n

(1)

式中，Q總—總?cè)丝陬A(yù)測數(shù)，萬人；Q常—常住人口現(xiàn)狀數(shù)量，萬人；K—規(guī)劃期內(nèi)人口年均自然增長率；P—規(guī)劃期內(nèi)人口年均機(jī)械增長數(shù)，萬人；n—規(guī)劃期長度，年。

經(jīng)計(jì)算，可推測遠(yuǎn)期2035年，烏蘇市人口可達(dá)到35.00萬人，其中，城市人口29.83萬人，農(nóng)村人口5.17萬人。城市人口用水定額取100L/(人·d)，農(nóng)村用水定額取80L/(人·d)，日變化系數(shù)為1.3；考慮管網(wǎng)損失，水利用系數(shù)定位0.85。

城市人口需水量為2956.00萬m3，農(nóng)村人口需水量為426.93萬m3，合計(jì)3382.94萬m3。

工業(yè)需水量計(jì)算根據(jù)用地途徑不同，采取不同的用水指標(biāo)。經(jīng)計(jì)算，工業(yè)最高日用水量約為7.9萬m3/d，年用水量2212萬m3。具體指標(biāo)詳見表1。

表1 工業(yè)日需水量計(jì)算

生態(tài)環(huán)境需水量主要包括綠化需水量、公共衛(wèi)生需水量，根據(jù)《烏蘇市城市總體規(guī)劃(2018—2035)》確定城市公共綠地面積及道路面積，需水定額取0.20萬m3/(km2·d)。經(jīng)計(jì)算，年城市生態(tài)環(huán)境需水量為439.97萬m3，規(guī)劃年為2025年，日變化系數(shù)為1.3，具體指標(biāo)見表2。經(jīng)計(jì)算，2035年項(xiàng)目區(qū)范圍內(nèi)用水量為6034.91萬m3。

表2 生態(tài)環(huán)境需水量表

3.2 水源選擇

3.2.1 初選

(1)地下水。項(xiàng)目區(qū)地下水開采方式主要為機(jī)井，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的實(shí)際情況，地下水目前實(shí)行限制開采或禁止開采，用地下水取水方案，成本較高，且地下水無法完全覆蓋項(xiàng)目區(qū)全部村鎮(zhèn)。因此，本工程地下水方案不可行。

(2)地表水。烏蘇市目前東片區(qū)輸配水管網(wǎng)取水口為奎屯河老龍口電站，經(jīng)暗渠輸送至烏蘇市調(diào)蓄池后，通過輸水管網(wǎng)引入烏蘇市三水廠。老龍口電站為9級水電站，多年平均凈流量6.199億m3。供水范圍能夠覆蓋項(xiàng)目區(qū)，且滿足水質(zhì)及衛(wèi)生要求。因此，本次工程將充分利用現(xiàn)有管網(wǎng)，初步選用奎屯河河水作為供水來源。

3.2.2 位置接口

目前，烏蘇市供水路徑為老龍口電站壓力前池—調(diào)節(jié)蓄水池—三水廠—高位水池—用水戶，其中調(diào)節(jié)蓄水池為注入式，庫容253.00萬m3，三水廠可供烏蘇市城區(qū)及東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，供水能力12萬t/d，高位水池容量為5000.00m3，供水范圍可覆蓋本項(xiàng)目所有區(qū)域。因此，工程水源接口位置選在高位水池處。

3.2.3 可引用水量計(jì)算

奎屯河徑流的補(bǔ)給，主要靠冰川融水和天然降雨。基本代表站是將軍廟水文站，年徑流集中在6—9月，多年平均徑流6.199×108m3。工程擬選取的取水口為老龍口電站。根據(jù)實(shí)測徑流資料，經(jīng)計(jì)算，它比將軍廟站徑流量少4.9%～13%，符合流域上下游用水情況。因此，采用老龍口電站的實(shí)測資料作為工程可引用水量的數(shù)據(jù)來源。根據(jù)老龍口電站1959—2005年實(shí)測資料，在保證率95%的條件下，年徑流量約為14.5m3/s。其典型年為1961年，年均流量為14.5m3/s，年度月平均來水量見表3。

表3 95%保證率下典型年月平均來水量

由表3可知，最低月平均流量3.64m3/s在4月份，滿足烏蘇市分水協(xié)議流量2020年2.0m3/s及2030年3.0m3/s要求。

由以上數(shù)據(jù)可知，在保證率95%的情況下，最低引用水量為11479.1m3，可供水量為10905.1m3，滿足項(xiàng)目區(qū)6034.9m3的供水需求。

3.3 供水方案比選

本工程水源地和供水區(qū)域地勢高差大，優(yōu)先選擇重力自流供水，節(jié)能降耗[4]，同時(shí)結(jié)合本工程項(xiàng)目區(qū)的地形落差、運(yùn)行工況、村莊分布，基于經(jīng)濟(jì)合理性，初步選取輸配水結(jié)合方案與全配水方案2種方案進(jìn)行比選，并以九間樓片區(qū)為例進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)對比。

(1)輸配水結(jié)合方案。九間樓片區(qū)主管道(一分干管)起點(diǎn)位于機(jī)場專線8+490處，機(jī)場專線管道起點(diǎn)位于5000m3高位水池處，機(jī)場專線管道處除需考慮機(jī)場專線供水外，還要考慮所涉行政村的供水需求。機(jī)場投入運(yùn)行后，會與農(nóng)村用水產(chǎn)生分配不均的問題，特別實(shí)在夏季用水高峰期。因此，需增設(shè)消能調(diào)節(jié)池，即位于一分管干管0+120處，調(diào)節(jié)池容積根據(jù)最高日供水量的20%～40%之間，確定為1000m3。經(jīng)過消能調(diào)節(jié)池后，機(jī)場專線由輸水管線變?yōu)榕渌芫€。

(2)配水方案。九間樓片區(qū)起點(diǎn)及長度不變，沿線不設(shè)置減壓池，高位水池至九間樓片區(qū)主管道末端高差約為170m，所需工作壓力最小1.6MPa，最大3.0MPa。

經(jīng)對比，輸配水結(jié)合方案運(yùn)行更安全，也能解決夏季用水高峰期用水分配不均問題。因此，選取輸配水結(jié)合方案。2種方案對比情況，見表4。

表4 方案對比表

3.4 新建供水管線布置

因本工程結(jié)合供水系統(tǒng)現(xiàn)狀，堅(jiān)持宜大不宜小、宜集中不宜分散、宜聯(lián)片不宜單村的原則[5]，管線布置總體思路是建設(shè)區(qū)域輸水管網(wǎng)，充分利用原有設(shè)施[6]，盡量縮短線路長度，避免影響現(xiàn)有重要建筑物的作用和功能。滿足3個(gè)原則：①供水安全、經(jīng)濟(jì)合理；②技術(shù)可行、施工方案；③統(tǒng)一規(guī)劃、重點(diǎn)突出[7]。所以優(yōu)先選擇布置為總長度短，建設(shè)費(fèi)用低，建設(shè)期短的樹枝狀管網(wǎng)形式現(xiàn)狀管道主干管多為南北布置，最長76km，符合烏蘇市整體地形南高北低的趨勢，也滿足重力自輸水的基本要求。

工程管線布置多平行于老管線，依托各級公路，同時(shí)將項(xiàng)目區(qū)分為4個(gè)分區(qū)，由東向西分別為九間樓片區(qū)、皇宮鎮(zhèn)片區(qū)、S258片區(qū)、西湖片區(qū)。

(1)九間樓片區(qū)主管道(一分干管)起點(diǎn)位于機(jī)場專線8+490處，全長35.42km，除支管布置受農(nóng)田和水頭影響需做少許改動(dòng)，總體與老管線平行。

(2)皇宮鎮(zhèn)片區(qū)主管道(二分干管)起點(diǎn)位于5000m3高位水池，全長42.39km，與老管線平行。

(3)S258片區(qū)主管道(三分干管)起點(diǎn)位于5000m3高位水池，全長112.74km。因改線之后原田間道路變?yōu)檗r(nóng)田，現(xiàn)依據(jù)布置原則：管線布置需依附公路，做少許調(diào)整。

(4)西湖片區(qū)主管道(四分干管)起點(diǎn)位于城市管網(wǎng)末端，全長18.62m。整體布置沿順坡，滿足重力輸水需求。四分干管及支管整體平行于老管線。

3.5 運(yùn)行管理模式

建立完善運(yùn)行管理機(jī)制是切實(shí)保障工程實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)[8-9]。可借鑒目前國內(nèi)外同類系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國家水利信息化“五統(tǒng)一”要求，建立由基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控—數(shù)據(jù)庫存儲—電子化監(jiān)測管理及模型分析—數(shù)字化展示四位一體的信息管理平臺。平臺體系，見表5。

表5 烏蘇市城鄉(xiāng)一體化信息管理平臺體系

(1)基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控，主要通過水源地、水廠、輸配水管網(wǎng)、用水戶4個(gè)對象安裝電子化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)可視化、可控化、少人化管理，并提高水費(fèi)計(jì)收率。

(2)數(shù)據(jù)庫存儲，主要對設(shè)施監(jiān)控反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)送、查詢、分析和匯總，作為業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)性支撐。

(3)電子化監(jiān)測管理及模型分析，是通過分析匯總后的最終數(shù)據(jù)資料，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)供水體系的異常數(shù)據(jù)、預(yù)測潛在風(fēng)險(xiǎn)，確保整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行，形成烏蘇市人飲信息化業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺。

(4)數(shù)字化展示，將烏蘇市城鄉(xiāng)供水一體化體系以數(shù)字化形式立體展現(xiàn)。

根據(jù)烏蘇市人飲工程業(yè)務(wù)需求的實(shí)際體現(xiàn)，通過統(tǒng)一的平臺架構(gòu)及統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，整合已建系統(tǒng)數(shù)據(jù)及功能，新建供水工程自動(dòng)化監(jiān)控、工程管理、水費(fèi)管理、物資管理等主要業(yè)務(wù)應(yīng)用。建成后，業(yè)務(wù)應(yīng)用層覆蓋烏蘇市人飲工程管理全過程；通過管網(wǎng)水損分析模型、需水預(yù)測模型、管網(wǎng)爆裂檢測模型，提高水利用率，減少水損，確保輸配水安全。

4 結(jié)論

城鄉(xiāng)一體化供水是實(shí)現(xiàn)農(nóng)村飲水安全，提高民生福祉的重要舉措，也是城市和農(nóng)村供水實(shí)行統(tǒng)一的規(guī)劃、建設(shè)和管理及實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化的重要工作內(nèi)容。烏蘇市東片區(qū)目前存在供水管線老化、供水系統(tǒng)不滿足城鄉(xiāng)發(fā)展、管理方式落后等問題。本文通過合理的需水量計(jì)算，制定了以奎屯河河水為供水來源、三水廠的高位水池為取水位置、輸配水結(jié)合的供水方案，同時(shí)以現(xiàn)有管網(wǎng)為基礎(chǔ)布設(shè)新的管線，并充分考慮水利信息化發(fā)展要求，利用現(xiàn)代化科技手段，建立城鄉(xiāng)供水一體化信息管理平臺體系，可為類似地區(qū)的項(xiàng)目建設(shè)提供新思路。