論農村人飲水源工程建設淺表地埋式集水池

吳澤臣

（貴州省錦屏縣敦寨鎮農業綜合服務中心,貴州 錦屏 556700）

0 引言

錦屏縣位于貴州省黔東南州東部,轄7 鎮8 鄉和1 個省級經濟開發區,全縣有115 個行政村（社區）,2022 年末戶籍人口239563 人。近年來全縣進行水務一體化改革,加大城鎮供水工程的建設力度。當前全縣15 個鄉鎮都建設有規?；⒏采w周邊農村集中供水的現代化水廠,全縣大部份村寨都實現了集中式供水。但截止2022 年仍有部分偏遠村寨無法實施規?；泄┧?對這些居住分散偏遠的村寨,只能采用單個小型人飲工程的方式來實現保障供水。受地理條件限制,這些村寨都存在人高水低,取水困難的情況,如按常規采取提水供水的方式,勢必會加大后期供水成本,而這些偏遠的村寨往往經濟又相對落后。本文以錦屏縣敦寨鎮東部山區的云亮村為例,探討建設淺表地埋式集水池在農村人飲水源工程中的應用。

1 云亮村概況

云亮村是錦屏縣敦寨鎮東部山區的一個偏遠村寨,距鎮政府所在地24 km。該村地處黔湘兩省山區邊界位置,地勢較高,全村有3 個村民小組,132 戶,536 人,全村總面積10037 畝,其中耕地343 畝,林地8039 畝,是一個較典型的地少山多,經濟相對落后小村。受地理條件限制云亮村不能聯接上敦寨規?；畯S供水,負責該村供水保障的還是原先建設的單獨村寨人飲工程。

2 水源勘察情況

云亮村人飲工程是在2015 年設計和建設完成的,筆者當時負責該工程設計和施工技術指導工作。云亮村民主要居住在云亮兩邊山坡上,斜坡下沿貴州通湖南鄉村路邊也有少部份村民居住。水源勘察發現,從湖南靖州縣平茶鎮塘寶村大塘沖發源的云亮溪呈東西向往敦寨境內流淌,溪流經過云亮寨腳,上游溪谷也十分平緩,不能從云亮溪上游采取重力式引水到云亮山坡上房屋供水,除此周邊山上沒有再找到有流水的沖谷溪流。因此當時尋找合適水源的勘察工作一時陷入困境,如果從云亮溪提水供水,又會給這個經濟落后的村寨增加額外的供水負擔。后來經過詢問村民,在距省界450 m,叫做濫沖的地方找到一處待定水源。進一步了解濫沖是一處季節性溪流山谷,村民介紹一年中半年有地表水,半年無水。實地觀察,濫沖溪谷有幾個山沖匯集,集水條件好,溪谷兩邊山勢開闊高聳,有形成地形雨的自然條件,周圍森林茂盛,截留降雨蘊含水源的條件很好。

當時勘察時間為2015 年3 月下旬,是農歷二月初的時間,這時雨季還沒有到來,雖然在主山沖沒有看到溪流有地表水,但發現在沖谷中部往下開始變得平緩的地方有喜水植物生長,溪床地面開始變得濕潤,越往下越濕潤。這種情況說明溪床下有淺表潛水溢出,但不知潛水量是否足夠,決定進行必要的論證,如果可以就在溪床里面建設一個地埋集水池,通過收集水量來給云亮村供水。

3 需水量計算

3.1 供水人口計算

2015 年云亮村有132 戶,534 人,統計大牲畜46 頭。設計用水村民人數公式計算：

式中：P0為供水范圍內的現狀常住人口數,534 人；P1為設計年限內人口的機械增長總人數,根據云亮村情況,本工程取值為0；γ為設計年限內人口的自然增長率,按敦寨鎮人口統計值12‰；n 為云亮村人飲工程設計供水年限15 年。

3.2 居民生活用水量 W1 計算

式中：P 為設計用水居民人數,639 人；q 為最高日居民生活用水定額,貴州省屬四類用水地區,按水龍頭入戶,全天用水的基本需求,取值計為80 L/（人·d）。

3.3 飼養畜禽用水量W2 計算

式中：46為現有存欄牛頭；2%為設計年限內牲畜自然增長率；15 為工程設計年限,年；50 為大牲畜用水定額,L/（頭·d）。

3.4 管網漏水與其它未預見用水量W3

根據工程規范管網漏失水量和未可預見水量計數,本工程按以上用水量10%取值,則 ：

3.5 消防用水量W4 及其它用水量取值

按照《建筑設計防火規范》（GB 50016）和《農村防火規范》（GB 50039）的有關規定確定。一次性滅火最小用水量為36 m3/h,因上述用水量已高于消防需水量,另外云亮村還可以從寨腳溪流中獲得穩定的消防水源,故本工程消防用水量取值W4=0 m3。

由于云亮村是偏遠村寨,村內沒有學校,企業等,因此根據實際情況工程公共用水量、企業用水量、澆灑道路綠地用水量全部取值為0 m3。

3.6 合計供水量W

4 水源至高位蓄水池輸水管水頭損失

擬建云亮村寨后高位蓄水池高程821 m,高位蓄水池到濫沖溪谷中段距離為1270 m。擬定輸水管為Φ50 PE 管材,試算輸水管水頭損失如下：

式中：i 為單位管長水頭損失,m/m；hy為沿程水頭損失,m；L 為管道長度,1270 m；Q 為管段需水流量,0.00068 m3/s；d為Φ50 PE 管內徑,0.0426 m；C 為海曾威廉系數,本工程PE管取值140。

經計算hy=3.56,則：高位蓄水池高程+輸水管水頭損失=821+3.56=824.56 m。

用RTK 儀器現場定位,濫沖824.56 m 往上至865 m 高程均為溪谷中間濕潤較平緩段,綜合考慮輸水管水頭和水源集雨面積因素,暫定在843 m 高程位置修建地埋集水池,此處輸水管自由水頭16 m,能夠滿足輸水要求。

5 水源論證

5.1 坡面年集雨規模計算

根據實地踏勘確定修建地埋集水池地址后,仔細比對萬分之一地形圖,用方格法標定出濫沖水源地埋集水池以上集雨面積為99420 m2。

參照坡面集雨面積公式F=1000 WK1/P￠驗算[1]：

式中：F 為集流面水平投影面積99420 m2；W 為集雨規模,m3/a；K1為自然坡面利用系數,本工程取值1.5；Q 為管段流量0.00068 m3/s；P 為保證率為90%的年降雨量、根據相距云亮村20 km 遠,黎平縣中黃雨量站記錄從1980 年～2014 年歷年降雨量頻率分析計算的數據,1053 mm；￠為集流面年積流效益,本工程取值35。

經計算,W=2442749 m3/a

根據計算自然坡面集雨規模為2442749 m3/a,是本工程需供水規模21505.8 m3/年數值的113.5 倍,這么大的倍數差距,即在去除陸地蒸發量及其他各種水量損失后,理論上依然能夠滿足供水規模的要求。

5.2 濫沖水源地森林涵養水源論述

濫沖水源區域森林全覆蓋,其中杉木林占70%,自然混合林占30%,森林具有天然涵養水源、凈化水質的功能。其茂密的林冠層、林下灌木、草本植物層,地面松軟的枯枝落葉層及地下發達的植物根系和松軟的土壤等都具有很好的持水性和滲透性[2],這種特性在下雨時能截留、吸收、貯存降水,無雨時間又能緩緩釋出水量補給徑流。因此濫沖水源區域的森林可以顯著改善坡面的集雨條件。

5.3 濫沖溪谷含水層論述

擬定水源為溪谷中下段坡度變緩位置,觀察兩邊山勢圍繞高聳,各支集水匯流,可能汛期大部泥土被水流帶走,砂石自重較大沉積下來,經過常年累月的積累,溪床應被大量砂石覆蓋?，F場用鋤頭挖開表層觀察,只見溪床里面濕漉漉的,主要物料就是砂礫石夾雜泥土,其中砂礫石占大部,證實設想是對的,溪床里面這種物料具有容水性、持水性、給水性、透水性好的特點,是優良的含水層帶,這種含水層能夠很大程度地擁有地下潛水并且能夠滲透。

綜上,擬定的濫沖水源點具有良好的條件,可以用來建設地埋集水池給云亮村供水。

6 地埋式集水池建設

6.1 地下截留墻（壩）布置

濫沖水源位置溪谷呈近似U 型,首先開挖溪床至堅硬巖石地面,建一道頂長4.0 m,底長2.95 m,高1.42 m 的截水墻,該截水墻按攔水壩結構建設,壩體兩端延伸到山邊堅硬巖體。截水墻和集水池是一體建設,在溪谷底部基巖上澆筑同一塊砼C20 基礎,基礎上、下兩端設置防滑齒槽[3]。截水墻上寬0.4 m,下寬0.8 m,壩體為M7.5 漿砌石結構,迎水面設置一道厚0.15 m 的C20 防滲墻用于地下攔截水量,截水墻高出集水池頂部0.3 m 以加大向集水池的滲透率。

6.2 地埋集水池布置

地埋集水池內空長、寬、高均為1 m,容積1 m3,邊墻厚0.25 m,頂部鋼筋混凝土蓋板厚0.12 m,全部采用砼C20 澆筑。集水池分別在底、中、上部引出檢修放空、正常供水、溢流3 根管道,邊墻上設置￠10 過水吼,集水池外周干砌石墻用來反濾和穩定填充濾料,過濾物料為冼凈無泥的粗細混合礫石料,粒徑在10 mm～35 mm 之間,其四周豎面鋪筑面積為3.5 m2。

按濾池公式計算：

式中：Q 為供水量,Q=W=58.92 m3/d；u 為本工程為平流濾水,取值1 m/h。

計算可知集水池豎面鋪筑面積3.5 m2大于設計需要過濾面積2.455 m2,地埋集水池四周鋪筑濾料滿足要求,集水池剖面見圖1。

圖1 集水池剖面圖

6.3 地埋集水池運行

云亮村人飲工程從2015 年底建成投入使用至今已有8 年時間,期間有管水員負責日常管理,從水源至高位蓄水池輸水管出水一直清澈,工程建成以來水量保持正常,一年四季均能滿足村寨人飲供水?，F在濫沖水源地埋集水池地面水草復生,早已和自然環境合為一體,不經人介紹,從地面看根本不知道地下埋著一處水利設施。證明云亮村水源工程當時采用地埋集水池收集水量,實現重力式輸水的工程方案是可行的。

7 結語

在邊遠山區,經濟落后的村寨,單個農村人飲工程建設優先采用重力式供水是最簡單和經濟的工程方案。通過例證表明,在中國南方山區屬多雨或濕潤氣候區,年降雨量大于1000 mm 以上,有足夠的集雨面積,區域森林植被茂盛,有合適的地形地貌條件,在一年中有間歇地表徑流的溪谷是可以建設地埋式集水池的。這種地埋集水池的工程措施不僅可以解決農村人飲水源供水的問題,也可以解決其他民生項目的用水需求。