伍飛高 莊 稼 唐 寧

(湖南省益陽市水利水電勘測設(shè)計研究院 湖南益陽 413000)

1 項(xiàng)目背景

水利部于2004年提出了 “全國各省 (市)用10～15年時間,全面解決農(nóng)村飲水安全”的目標(biāo),并下發(fā)了 《關(guān)于開展全國農(nóng)村飲水安全規(guī)劃的通知》 [2004]618號文件。2005年湖南省編制了《湖南省 “十一五農(nóng)村飲水安全規(guī)劃”》(以下簡稱《規(guī)劃》),并通過了水利部、國家發(fā)改委、衛(wèi)生部聯(lián)合審查。明確了湖南省 “十一五”規(guī)劃目標(biāo)為:解決農(nóng)村飲水安全人口750萬人。

《規(guī)劃》中確定安化縣尚有農(nóng)村飲水不安全人口21.20萬人,安排在 “十一五”期間解決5.58萬人,以集中供水方式為主。紅巖供水工程是安化縣農(nóng)村飲水安全 “十一五”規(guī)劃范圍內(nèi)的項(xiàng)目之一,是利用紅巖水庫地勢的優(yōu)勢,采用重力自流方式向東坪鎮(zhèn)及周邊農(nóng)村供水,設(shè)計現(xiàn)狀年解決農(nóng)村飲水安全人口3.81萬人,另外作為東坪鎮(zhèn)第二水源向城區(qū)居民8.97萬人供水。

2 地理位置、供水范圍

紅巖供水工程供水區(qū)位于湖南省安化縣東坪鎮(zhèn),供水范圍包括東坪鎮(zhèn)及其周邊11個自然村(新煙竹村、吳合新村、城西村、酉州村、泥埠橋村、伊溪村、木子村、顏家村、大芫村、百選村、長田村)、酉州工業(yè)園。

3 供水現(xiàn)狀及存在的主要問題

3.1 供水工程現(xiàn)狀

3.1.1 東坪鎮(zhèn)周圍農(nóng)村居民供水現(xiàn)狀

目前東坪鎮(zhèn)周邊農(nóng)村除木子水廠外無其他供水設(shè)施。而木子水廠由于缺少水源,實(shí)際供水能力只有約500t/d,供水覆蓋面小,因此絕大多數(shù)農(nóng)村居民均直接從溪流或山塘取水。由于礦產(chǎn)資源的盲目開采,對水質(zhì)污染嚴(yán)重,村民飲水安全目前主要面臨著高氟水、高砷水、污染水、水質(zhì)不達(dá)標(biāo)問題,嚴(yán)重影響著當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的身心健康;還有一些山區(qū)用水極不方便,有的取水要翻幾座山或到2、3km以外,取水極為麻煩費(fèi)力。這些問題嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,導(dǎo)致農(nóng)民生活水平難以提高,生存環(huán)境難以改善。

3.1.2 東坪鎮(zhèn)城區(qū)供水現(xiàn)狀

(1)供水設(shè)施。東坪鎮(zhèn)自來水總公司現(xiàn)有水廠3座,設(shè)計供水規(guī)模為4.0萬t/d,其中一水廠、二水廠供水范圍為東坪鎮(zhèn)北區(qū)和東區(qū),三水廠供水范圍為東坪鎮(zhèn)南區(qū),供水管道總長61km。在自來水公司為主體的供水系統(tǒng)基礎(chǔ)上,東坪鎮(zhèn)各主要工業(yè)用水企業(yè)均有自備水廠從資水抽水供應(yīng)生產(chǎn)用水。

(2)供水能力與供水量。東坪鎮(zhèn)城區(qū)現(xiàn)有供水設(shè)施綜合供水能力為2500萬t/a(其中自備水源1000萬t/a)。2008年實(shí)際供水量為1275萬t,其中安化縣自來水公司供水量540萬t,單位自備水廠供水量735萬t。在用水總量中,生產(chǎn)用水量782萬t,公共服務(wù)用水量 110萬t,生活用水量383萬t。相應(yīng)供水區(qū)內(nèi)的用水人口為8.97萬人。

(3)水源結(jié)構(gòu)及供水方式。東坪鎮(zhèn)現(xiàn)狀城市供水水源中一、二水廠為資水河水,三水廠為資水一級支流辰溪。供水方式為生產(chǎn)、生活等各項(xiàng)用水通過同一管網(wǎng),采用混合分區(qū)供水方式。但主要工業(yè)企業(yè)均從資水直接抽水供應(yīng)生產(chǎn)。

3.2 存在問題

3.2.1 東坪鎮(zhèn)周圍農(nóng)村居民供水存在的問題

東坪鎮(zhèn)周圍農(nóng)村居民普遍使用地表水,飲用水的微生物、有機(jī)物及礦物質(zhì)等污染物超標(biāo)。而安化縣地下礦藏豐富,這些礦藏的存在導(dǎo)致這些地區(qū)的地下水含氟、砷多,為不宜飲用的重水;隨著安化縣工農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷發(fā)展,廢污水 (如造紙行業(yè))排放量越來越多,生活污水的有機(jī)污染以及農(nóng)田施用農(nóng)藥、化肥的面源污染越來越嚴(yán)重,生活垃圾,工業(yè)廢渣越積越多,致使地表水和淺層地下水受到嚴(yán)重污染,人居水環(huán)境惡化。早在二十世紀(jì)80年代以前,安化縣各河流、湖泊的水質(zhì)基本都在Ⅰ至Ⅲ類之間,人們正常的生活、生產(chǎn)用水可以保證。但自二十世紀(jì)80年代末至今,各地鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)相繼出現(xiàn),其工業(yè)污染水未進(jìn)行凈化處理直接排入河流湖泊,致使安化縣的水源水質(zhì)急速變差。根據(jù)安化縣衛(wèi)生防疫部門對飲用水的檢測報告,安化縣目前沒有Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì),大都在Ⅳ類以上。特別是農(nóng)村飲用水,大多取用地表水或淺層地下水,含鐵、錳、氟、砷、鉛、汞等有毒、有害物質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo),對人體傷害極大。

3.2.2 東坪鎮(zhèn)城區(qū)供水存在的主要問題

東坪鎮(zhèn)已建供水水廠都取水于資水或資水支流,資水的水污染日漸嚴(yán)重,重金屬嚴(yán)重超標(biāo),銻超標(biāo)3.2～7.8倍,汞超標(biāo)100倍,根據(jù)湖南省水環(huán)境監(jiān)測中心洞庭湖分中心提供的安化監(jiān)測斷面,2007年水質(zhì)監(jiān)測成果及東坪水廠取水口2007年9月～2008年7月銻濃度監(jiān)測資料,東坪水廠取水口銻超標(biāo)2.0～5.4倍,致使東坪鎮(zhèn)水廠取水口水質(zhì)達(dá)不到飲用水源地要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),對居民身體造成極大的危害。現(xiàn)有水處理領(lǐng)域中處理方法對該重金屬的去除效果不理想,難以在滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的同時又兼顧處理的經(jīng)濟(jì)性,同時資水流域該重金屬污染范圍廣,特別是柘溪水庫污染較嚴(yán)重,加之東坪電站和株溪口電站建成后,將導(dǎo)致安化境內(nèi)資水干流自我凈化和恢復(fù)能力下降,對庫區(qū)水質(zhì)造成影響,因此必須尋求保障東坪鎮(zhèn)城鎮(zhèn)居民性生活飲用水的安全措施,包括開辟第二水源,以保障安化縣城東坪鎮(zhèn)居民飲用水的安全。

3.3 項(xiàng)目建設(shè)的必要性

紅巖供水工程的建設(shè),其必要性主要體現(xiàn)在以下五個方面:

(1)安化縣東坪鎮(zhèn)屬山崗地貌,位于資水一級支流柳溪 (F=122km2)下游,由于降雨和徑流時程分布極不均勻,加之區(qū)內(nèi)地下水可開發(fā)量貧乏,造成歷年來每遇枯水干旱期,水資源嚴(yán)重不足,境內(nèi)11個自然村和1個工業(yè)園的近3.81萬人、20余萬牲畜和家禽的飲用水發(fā)生困難,飲水安全沒有保障。

(2)東坪鎮(zhèn)現(xiàn)有一、二水廠取水水源為資水干流,由于水質(zhì)污染嚴(yán)重,水質(zhì)達(dá)不到飲用水安全保障要求。

(3)伴隨工業(yè)化步伐加快,水污染事故時有發(fā)生,為免除或減輕 “事故”帶來的危害,保障安全供水,建設(shè)第二水源是應(yīng)對突發(fā)性水污染和水工程突發(fā)性事件的需要。

(4)紅巖水庫 (中型)水質(zhì)水量有保證,而且取水水位高,可實(shí)現(xiàn)重力自流,且村民居住地集中分布在110m～140m高程、地域面積在12km2以內(nèi)的沿溪河兩岸臺地上,具有集中供水的優(yōu)越條件。

(5)通過全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、標(biāo)本兼治、優(yōu)化配置、綜合治理解決水安全問題,符合持續(xù)發(fā)展的治水思路。

飲水安全工程是一項(xiàng) “德政工程”和 “民心工程”,因此,紅巖供水工程的建設(shè)是十分必要的。

4 工程規(guī)模和水源選擇

4.1 設(shè)計水平年

根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃實(shí)施時間,本次設(shè)計現(xiàn)狀年確定為2009年,為了與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃及水利規(guī)劃相適應(yīng),設(shè)計水平年為2025年。

4.2 需水量預(yù)測

本工程設(shè)計供水水量包括東坪鎮(zhèn)周邊各村村民生活用水量、村鎮(zhèn)企業(yè)用水、集體或?qū)I(yè)戶飼養(yǎng)畜禽用水量、公共建筑用水量、管網(wǎng)漏失水量、未預(yù)見用水量和東坪鎮(zhèn)水廠第二水源水量等。

4.2.1 用水標(biāo)準(zhǔn)

參照 《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》SL310-2004中對國內(nèi)各地區(qū)最高居民生活用水定額標(biāo)準(zhǔn)和 《湖南省用水定額》 (地方標(biāo)準(zhǔn)),工程項(xiàng)目區(qū)屬于五區(qū),綜合考慮到東坪鎮(zhèn)周邊農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和居民用水的實(shí)際情況,本次設(shè)計農(nóng)村居民日最高用水90L/人?日,東坪鎮(zhèn)居民日最高用水量130L/人?日,大畜30 L/頭?日,小畜0.5 L/頭?日。

4.2.2 居民生活用水量

根據(jù)SL310-2004要求,設(shè)計年限采用15年,項(xiàng)目區(qū)人口自然增長率5‰。農(nóng)村用水總?cè)丝跀?shù):

P1=P0(1+K)n=38053×(1+5‰)15=41009(人)

其中:P1——設(shè)計農(nóng)村用水居民人數(shù)(人);

P0——供水區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀居民人數(shù)(人);

n——設(shè)計年限;

K——設(shè)計年限內(nèi)人口自然增長率取5‰。

類似可推求得東坪鎮(zhèn)城區(qū)用水總?cè)丝跀?shù):

根據(jù)確定用水量標(biāo)準(zhǔn),本次設(shè)計年限內(nèi)人口用水量W1按下式計算:

W1=96637×130+41009×90=16254(m3/d)

4.2.3 村鎮(zhèn)企業(yè)和專業(yè)戶飼養(yǎng)畜禽用水量

根據(jù)供水范圍內(nèi)的村鎮(zhèn)企業(yè)和專業(yè)戶飼養(yǎng)禽畜的用水現(xiàn)狀以及近5年的發(fā)展計劃,綜合到發(fā)展東坪鎮(zhèn)周邊農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,本次考慮對幾家增加農(nóng)民就業(yè)和農(nóng)民增收的企業(yè)或飼養(yǎng)業(yè)進(jìn)行供水。

(1)企業(yè)用水量:本次設(shè)計規(guī)劃企業(yè)最高日總需水量W2=400m3/d。

(2)專業(yè)戶飼養(yǎng)畜禽用水量:根據(jù)調(diào)查,項(xiàng)目區(qū)內(nèi)飼養(yǎng)專業(yè)戶主要有6家,最高日總需水量W3=600m3/d。

4.2.4 公共建筑用水量

根據(jù)SL310-2004要求,公共建筑用水量按居民生活用水量的5%～10%計列,綜合考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,本次設(shè)計取5%,則公共建筑用水量計算如下:

W4=W1×5%=16254×5%=813(m3/d)

4.2.5 管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見水量

根據(jù)SL310-2004要求,管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見水量按居民生活用水量,集體或?qū)I(yè)戶飼養(yǎng)畜禽用水量之和的 10%～25%計列,本次設(shè)計取10%,則管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見水量計算如下:

W5=(W1+W2+W3+W4)×10%=(16254+400+600+813)×10%=1807(m3/d)

4.2.6 農(nóng)村用水變化系數(shù)及供水時間

根據(jù)SL310-2004規(guī)定,供水量日變化系數(shù)K d可在1.3～1.6范圍內(nèi)取值,本次設(shè)計取1.5,并采用全日制供水,每日供水時間為24h。時變化系數(shù)Kh按SL310-2004有關(guān)規(guī)定取1.6。根據(jù)以上各項(xiàng)用水量合計日最高用水量為:

從而可知平均日用水量為:

W均=W總÷Kd=13249(m3/d);

最高日最高時用水量為:

4.3 供水規(guī)模的確定

經(jīng)過計算,總需水量為19874m3/d,按SL310-2004規(guī)模原則進(jìn)行 “四舍五入取整數(shù)”,從而確定本次設(shè)計工程供水規(guī)模為20000m3/d。

4.4 水源選擇

4.4.1 水源選擇的原則

本次設(shè)計規(guī)劃的水源選擇原則有以下幾點(diǎn):(1)水源水量充沛可靠。用地表水作水源時,枯水期流量的保證率應(yīng)不低于95%;以地下水作水源時,其取水量應(yīng)小于可開采量。(2)水源水質(zhì)應(yīng)符合國家飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。(3)水源選擇時,充分考慮安全、經(jīng)濟(jì)以及便于水源保護(hù)等因素。(4)水源選擇時,按其水量、水質(zhì)、投資、運(yùn)行成本、施工和管理?xiàng)l件等技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后擇優(yōu)確定。

4.4.2 水源地選擇

東坪鎮(zhèn)鎮(zhèn)域內(nèi)水資源豐富,地表水主要為紅巖水庫、資水及柳溪河河水,資水由于工礦企業(yè)排污導(dǎo)致水質(zhì)污染嚴(yán)重,作為生產(chǎn)、生活用水處理成本高;柳溪河為典型山地河流,坡降大,流量變化大,泥沙含量多,沒有調(diào)蓄功能,水量難以保證,且中下游由于工業(yè)、養(yǎng)殖及農(nóng)作物種植污染較嚴(yán)重;此外,項(xiàng)目區(qū)境內(nèi)地下水埋藏較深,且分布不集中,各區(qū)塊蘊(yùn)藏量不大,不利于集中開采,且開采成本較高。而紅巖水庫為中型水庫,集雨面積與庫容都較大,調(diào)蓄功能強(qiáng),且水質(zhì)良好,完全能夠滿足供水量的要求,因此本次設(shè)計選擇從紅巖水庫引水,以滿足東坪鎮(zhèn)周邊農(nóng)村的生產(chǎn)生活用水,并同時作為東坪鎮(zhèn)城區(qū)供水的第二水源。

紅巖水庫位于資水支流柳溪河上游,地處安化縣東坪鎮(zhèn) (原木子鄉(xiāng)),壩址距安化縣城10km。水庫壩址河床海拔高程170.0m,正常蓄水位216.8m,控制集雨面積 29.02km2,正常庫容1037m3,死庫容 25萬 m3,灌區(qū)設(shè)計灌溉面積2.34萬畝。水庫開有一條直徑1300mm的有壓隧洞取水發(fā)電,發(fā)電尾水進(jìn)行灌溉,是一座以灌溉為主,兼顧防洪保安、養(yǎng)殖、發(fā)電等綜合效益的中型水利工程。

紅巖水庫作為供水的水源,集雨面積大,水源可靠,水量充足,且該水庫由于上游無工礦企業(yè),水質(zhì)好,無污染,加上庫區(qū)內(nèi)植被覆蓋良好,水庫可視為一天然凈水池。灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有中型水庫1座(紅巖水庫),小 (二)型水庫9座,山塘376口,河壩310處,在90%保證率情況下,小型水庫產(chǎn)水量為W1為381.1萬m3,河壩、山塘產(chǎn)水量約為W2為598.2萬m3,按河壩、山塘、小型水庫依次優(yōu)先供水,相互調(diào)配,紅巖水庫灌區(qū)采用分片水量平衡,使渠道供水均勻,充分發(fā)揮長藤結(jié)瓜水庫群灌溉系統(tǒng)的作用,水量不足時,由紅巖水庫經(jīng)各干渠補(bǔ)充供水的原則下,紅巖水庫在保證灌溉農(nóng)田用水后,每年還有2371多萬m3的剩余水量。

現(xiàn)狀可供水量通過計算:設(shè)計水平年總產(chǎn)水量為3424.1萬m3,按照本次設(shè)計供水管道最大水頭損失和最不利供水點(diǎn)高程反推紅巖水庫供水最低庫水位要求 (高程197.0m),對應(yīng)庫容為170萬m3,則按總水量損失 (水庫滲漏+水面蒸發(fā))為相應(yīng)庫容的1.5%計,即104.5萬m3,設(shè)計水平年總棄水量為658萬m3。因此,扣除總水量損失和棄水后,現(xiàn)狀可供水量2661.5萬m3?，F(xiàn)狀需水部門主要有農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)生活用水、發(fā)電用水、農(nóng)村人畜用水及其他用水。因發(fā)電后的水可用于灌溉,故不另計算。

通過計算:總需水量=農(nóng)業(yè)灌溉用水量833萬m3+渠道補(bǔ)充山塘水量223萬3+農(nóng)村安全飲水需水量801萬3=1856萬3。W剩(設(shè)計水平年總剩水量萬3)=可供水量 2661.5萬3-總需水量1856萬3=805.5萬3。

經(jīng)計算,紅巖灌區(qū)水量有較大余量,水量平衡能滿足供水要求。

4.4.4 水源水質(zhì)分析

根據(jù)衛(wèi)生部和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會聯(lián)合發(fā)布的 《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006中的要求,采用地表水為生活飲用水水源時應(yīng)符合 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3838-2002要求。湖南省水環(huán)境監(jiān)測中心洞庭湖分中心于2006年5月26日對紅巖水庫庫區(qū)水質(zhì)進(jìn)行了檢測,根據(jù)檢測結(jié)果,紅巖水庫水質(zhì)符合 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3838-2002的III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),滿足集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值,同時符合 《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》CJ3020-93的一級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。湖南省安化縣疾病預(yù)防中心2009年8月27日對紅巖水庫水質(zhì)進(jìn)行了檢測,根據(jù)檢測結(jié)果,紅巖水庫水質(zhì)符合符合 《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006的規(guī)定。

綜上所述,紅巖水庫從水量、水質(zhì)方面都有保證,加上從水庫取水條件、運(yùn)行管理等因素及整體工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面看,紅巖水庫都有著突出的優(yōu)點(diǎn),因此本次設(shè)計水源為紅巖水庫。

5 工程總體布置與凈水工藝

紅巖集中供水工程是由凈水廠、輸水管線和配水管網(wǎng)組成工程主體,從紅巖水庫高程197.00m采用重力式自流取水,經(jīng)過凈化處理后供水到到新煙竹村、吳合新村、城西村、酉州村、泥埠橋村、伊溪村、木子村、顏家村、大芫村、百選村、長田村和酉州工業(yè)園,并在黃花園山頂高程172.50m處設(shè)一座2500m3清水池,作為東坪鎮(zhèn)城區(qū)供水第二水源。

總體布局:在紅巖水庫灌溉發(fā)電隧洞后的壓力鋼管接岔管取水,取水管道長180m(Φ630mm球墨鑄鐵管),再于紅巖水庫大壩下游100m處建1座占地為 3.70畝的凈水廠 (長 84.4m,寬29.0m),然后鋪設(shè)12.6kmΦ560mmPE壓力管道,在經(jīng)過路線上沿線開支線對各自然村進(jìn)行供水(Φ75mm～Φ400mm各種型號 PE管 22.32km),最后剩余水量輸送到黃花園山頂?shù)?500m3清水池。根據(jù)輸水管網(wǎng)規(guī)劃線路,全網(wǎng)設(shè)檢查井220個,主要安設(shè)控制蝶閥、分支蝶閥、流量計等;布設(shè)砼鎮(zhèn)墩274個;設(shè)計主管開支線4處。

凈水工程由管道混合器、穿孔旋流斜管反應(yīng)沉淀池、重力式無閥濾池、消毒、清水池以及分水閘閥、放空底閥等構(gòu)成,具體凈水流程為:

水庫水源→(加混凝劑)→管道→穿孔反應(yīng)沉淀池→重力式無閥濾池→(加消毒劑 液氯)→清水池→用戶。

6 結(jié)論

安化縣紅巖供水工程是一個公益性項(xiàng)目,本工程的實(shí)施不僅能提高3.81萬農(nóng)民的生活質(zhì)量,保護(hù)農(nóng)民的身體健康,同時作為東坪鎮(zhèn)城區(qū)居民供水的第二水源,在保證城區(qū)8.97萬人飲水問題的同時,也有著大約每年為500萬元的供水效益,從而保證本工程的正常運(yùn)行和維護(hù)。總之,該本工程的實(shí)施有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

城鎮(zhèn)供水第二水源的合理規(guī)劃,不僅可應(yīng)對第一水源發(fā)生水污染突發(fā)事件或水工程的突發(fā)事故及干旱期水資源短缺時的備用水源,而且作為第一水源的補(bǔ)充 (擴(kuò)建),在城鎮(zhèn)正常供水期 (非事故期)承擔(dān)部分供水任務(wù)。充分保障安全供水,確保經(jīng)濟(jì)社會健康發(fā)展,具有可推廣的積極意義。

1 《湖南省農(nóng)村飲水安全工程 “十一五”規(guī)劃》.2003年1月,湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院編制.

2 《安化縣農(nóng)村飲水現(xiàn)狀調(diào)查評估報告》.2005年4月.

3 《安化縣城市總體規(guī)劃》.(2007～2025).

4 《農(nóng)村供水工程技術(shù)要點(diǎn)》.2002年8月,水利部農(nóng)村水利司.