辽西山地丘陵区小型集中供水工程设计研究
时间：2023-06-27 09:00:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
刘立杰
(绥中县水利事务服务中心，辽宁 葫芦岛 125200)
农村饮水安全是广大群众迫切需要解决的最关心的问题之一，事关民生福祉和“两不愁三保障”重要目标的实现，全社会广泛关注且党和政府高度重视。然而山区村民居住分散，工程建设难度大、投资高，实际运行管护存在诸多难题。为保障农村饮水安全水平的进一步提升，2016年国家部委要求各地围绕打赢脱贫攻坚战的部署和全面建成小康社会的要求，综合采取联网、升级、改造等手段切实提高集中供水保证率、供水率和水质达标率。国内诸多工程技术人员和学者，紧紧围绕供水工程建管运行做了大量研究，这为农村饮水安全工作的顺利推进提供了技术支持[1-3]。目前，为保障农村饮水安全有压重力流输水技术逐渐成为山区集中供水的主要方式，但是海拔高差较大地区长距离集中供水工程的维护难度大，加之供水管网复杂、维护技术力量薄弱，难以充分发挥中小规模集中供水工程效益[4]。
辽西山地丘陵区干湿季节分明、地貌形态复杂，农村饮水安全问题主要体现在旱季饮水困难、无法保障水源，山区已建工程损坏较多且运行维护能力差，尤其是海拔高差较大地区的供水管网维护难度大。近年来，为进一步推进农村饮水安全保障工作各地区开展农村饮水安全巩固提升改造，确保顺利完成饮水安全脱贫攻坚任务。本文结合辽西山地丘陵区绥中县农村饮水安全现状，并针对高差较大地区和山区旱季缺水地区提出集中供水工程设计方案，旨在为提质改造山区农村饮水安全工程提供一定技术支持。
绥中县地处辽宁西部，地形特征表现为明显的阶梯形状，东南低、西北高，依次为沿海平原、中低山、丘陵，按其成因可以划分成冲积与海积平原地貌、构造侵蚀中低山地貌、剥蚀堆积丘陵地貌三种类型。绥中县属北温带季风型大陆性气候，冬季气温低、降水量少，夏季气温高，降雨量多，多年平均气象特征值如表1。
表1 气象特征值成果表
境内河流较多，在流域划分上为辽河流域，辽东湾西部沿渤海诸河水系，主要河流有六股河、王宝河、黑水河、猫眼河、狗河、石河、九江河、金丝河、长滩河、黄家河、西沙河、二台子河等。套流域四级区水资源评价成果，全县水资源总量67 314万 m3，其中地表水和地下水为60 275万 m3、17 944万 m3，人均占有量1 057 m3，亩均水资源量548 m3。
水资源具有明显的干湿季分配特征，汛期(6-10月)占年均水资源的70%以上，枯季占15%左右，枯季水量少且用水比较集中，加之受季节性干旱的影响极易造成水量减少、水源干涸等情况。地势高差变化较大，山区水利工程蓄水条件差、供水能力和供水保证率低，山区居民取用水难度大。全县辖13个镇、11个乡，280个村，2 612个村民组，2018年国家建档立卡贫困人口641人，已经通过工程措施解决饮水贫困问题，按户销号已完毕。2019年，通过自查确定国家建档立卡饮水贫困人口305人，已申请省级专项资金解决。
据调查，绥中县农村饮水安全工程主要有水窖、水井、集中蓄水池和自来水厂等，总体分为分散式和集中式供水模式。其中，零散居住的村民、农村集中居住区、集镇所在地主要以挑水或水井及水窖、集中蓄水池供水、自来水厂供水等方式解决饮水问题。近年来，饮水安全工程建设为绥中县农村饮水安全提供了可靠保障，但仍然存在运行维护薄弱、工程建设难度大、水源缺乏等问题，特别是山区农村饮水安全面临着已建工程运行维护难度大、旱季水源短缺的突出问题。
2.1 供水工程点多面广
绥中县现有24个乡镇2 612个村民小组，受山地丘陵区复杂的地形条件限制，居民居住比较分散。借鉴绥中县饮水工程统计资料，单个农村供水工程的受益居民只有40 ～4 500人，而集中居住的村小组达到20 ～ 8 000户。因此，为解决农村饮水问题必须建设大量的供水工程，但解决的水量不大且投资较高。
2.2 运行维护难度大
由于地势较高、地形复杂，山地丘陵区形成的几十上百人小村庄普遍缺少饮用水源。目前，通过管道将几公里以外的山中大竹林水引至高位水池蓄积，再由重力自流供水管网供居民饮用的饮水方案比较常见。然而，由于村民居住分散、有保障水源少且水源距离远，所以供水工程建设难度大，加之供水落差大、管道距离长，经长期使用很易出现损坏，供水管网维护难度大。
2.3 供水保障程度不高
大多数山地丘陵区的村民都居住于山腰或者山脚，由于民族习性只有少部分村民居住于山顶，这些村民一般利用雨水、山中大竹林水等解决饮水问题。受地形条件影响，山区河流蓄水条件差，源短水少，加之水资源时空分布不均旱季几乎没有降水。因此，这些地区旱季严重缺水，水源水量少，要解决用水问题需到较远的水库或河流拉水。
为了有效解决绥中县已建工程易损坏和旱季水源短缺的问题，切实保障山地丘陵区村民饮水安全，本文结合绥中县水利综合规划资料提出“分级供水”和“混合供水”设计模式。
3.1 分级供水模式设计
山地丘陵区村民居住分散，从山顶到山脚垂直高差达到50 m甚至百米以上范围内都有居住，海拔高差悬殊。目前，集中供水模式主要是利用重力直流供水管网和山顶修建的蓄水池向居民供水[5]。这种供水系统管道落差高、距离长，管道内压力波动剧烈且水力条件复杂，受水锤、负压和水压作用显著。受瞬间水锤冲击管网下部水压增大极易发生爆管，同时管道相对高点破坏性极大，负压频繁，维护难度较大；
管网中上部水量少、水压小易影响村民用水，经常发生无水情况，用水保证度总体偏低。
因此，可以利用空气阀、缓闭蝶阀、减压恒压阀等管网防护设施设计山区供水系统，以此降低水锤和负压作用。然而，小规模供水设施运行维护能力弱、资金投入少，加之居民有长期不关闸的用水习惯使得空气很容易进入管网，所以破坏力较大极易造成管网损坏。结合实地调查资料，已建工程管网普遍存在水量不足时放水排空时间长、水龙头水阀长期打开、上部无水和管道破裂无维修等问题，开闸用水时有的管道存在抖动和吸气等情况[6]。
针对海拔高差较大地区供水系统水锤压力、供水压差引起的水量分配不均以及水管破坏等问题，设计分级供水模式。采取分片供水、分段修建蓄水池的方式，对高差较大地区实施分级供水，以2级或3级分级供水作为大供水池集中供水方式，结合居民实际居住分布情况每隔20～30 m合理布设二级水池分散供水，从而保证居民用水和供水管网安全，为实现居民均衡用水管理人员每天要至少巡查一次，供水系统如图1。
图1 分级供水模式流程图
整个系统蓄水容积比原独立水池更大或保持不变，较原水池而言设计分级供水总水池可减小，设计二级水池容积为20 m3，结合供水户实际情况定量管理水量。分级供水模式能够确保用水户合理用水，有效解决水压爆管和较高位置用水户无水可用的问题；
此外，个别管网损坏时不会影响系统内其它用水户用水，有效降低系统供水水源的浪费。
3.2 混合供水模式设计
绥中县属北温带季风型大陆性气候，干湿季分明，1-5月水资源短缺，降水量稀少。通过对农村饮水情况的实地调查发现，引用山中大竹林水是解决水源短缺地区饮水问题的主要方式。然而，因山中大竹林水的水源规模小，一个水源点很难满足实际用水需求，即使增加水源工程遇到较大干旱或旱季时也难以满足村民用水要求。针对干湿季分明的辽西山地丘陵区旱季缺水问题，设计提出“水窖蓄水+集中供水”的混合供水模式。
旱季辽西山地丘陵区小村落的水源水量少，另寻水源将带来投资成本高、施工难度大等问题。因此，可以将汛期多余水量利用混合供水的模式分散存储于水池或水窖内，从而提高旱季缺水情况下的供水保证度。汛期利用山中大竹林水集中供水，同时保证水池或水窖蓄满多余的山中大竹林水，旱季山中大竹林水枯竭或减少，利用水池或水窖水以满足用水需求，如图2。
图2 混合供水模式流程图
经蓄积沉淀后的山中大竹林水变得清澈，存储在水窖中不易污染且不用实施专门的消毒净化，除大肠杆菌易超标外其它指标均达到饮用水水质标准，可以作为饮用水。相对于直接蓄积水窖周边地表水或采用房顶收集雨水的情况，水质更好、水量更充沛且保障度更高[7]。
(1)农村饮水安全工程的建设实施明显改善了区域供用水条件，但山地丘陵区饮水工程依然存在运行维护力量薄弱、工程规模小等问题。设计符合山地丘陵地形特点和水源条件的简易供水设施，有利于农村供水工程长久高效运行，切实保障村民用水安全。本文结合绥中县已建供水工程和饮水安全调查情况，针对高差较大地区旱季水源水量缺乏、运维管护难度大等问题提出“分级供水”和“混合供水”模式。
(2)当前及今后一定时期内水行政主管部门和各级政府仍要以保障农村饮水安全作为工作重点，在做好饮水安全工程的基础上持续加大物理和人力投入，逐步完善工程长效管护制度；
遵循“适当补助、有偿使用”的原则合理计算供水水价，加强水资源管理，综合应用管理和经济手段让广大受益群众节约用水，真正受益。
