伍飞高 庄 稼 唐 宁

(湖南省益阳市水利水电勘测设计研究院 湖南益阳 413000)

1 项目背景

水利部于2004年提出了 “全国各省 (市)用10～15年时间,全面解决农村饮水安全”的目标,并下发了 《关于开展全国农村饮水安全规划的通知》 [2004]618号文件。2005年湖南省编制了《湖南省 “十一五农村饮水安全规划”》(以下简称《规划》),并通过了水利部、国家发改委、卫生部联合审查。明确了湖南省 “十一五”规划目标为:解决农村饮水安全人口750万人。

《规划》中确定安化县尚有农村饮水不安全人口21.20万人,安排在 “十一五”期间解决5.58万人,以集中供水方式为主。红岩供水工程是安化县农村饮水安全 “十一五”规划范围内的项目之一,是利用红岩水库地势的优势,采用重力自流方式向东坪镇及周边农村供水,设计现状年解决农村饮水安全人口3.81万人,另外作为东坪镇第二水源向城区居民8.97万人供水。

2 地理位置、供水范围

红岩供水工程供水区位于湖南省安化县东坪镇,供水范围包括东坪镇及其周边11个自然村(新烟竹村、吴合新村、城西村、酉州村、泥埠桥村、伊溪村、木子村、颜家村、大芫村、百选村、长田村)、酉州工业园。

3 供水现状及存在的主要问题

3.1 供水工程现状

3.1.1 东坪镇周围农村居民供水现状

目前东坪镇周边农村除木子水厂外无其他供水设施。而木子水厂由于缺少水源,实际供水能力只有约500t/d,供水覆盖面小,因此绝大多数农村居民均直接从溪流或山塘取水。由于矿产资源的盲目开采,对水质污染严重,村民饮水安全目前主要面临着高氟水、高砷水、污染水、水质不达标问题,严重影响着当地农民的身心健康;还有一些山区用水极不方便,有的取水要翻几座山或到2、3km以外,取水极为麻烦费力。这些问题严重制约着当地农村经济的发展,导致农民生活水平难以提高,生存环境难以改善。

3.1.2 东坪镇城区供水现状

(1)供水设施。东坪镇自来水总公司现有水厂3座,设计供水规模为4.0万t/d,其中一水厂、二水厂供水范围为东坪镇北区和东区,三水厂供水范围为东坪镇南区,供水管道总长61km。在自来水公司为主体的供水系统基础上,东坪镇各主要工业用水企业均有自备水厂从资水抽水供应生产用水。

(2)供水能力与供水量。东坪镇城区现有供水设施综合供水能力为2500万t/a(其中自备水源1000万t/a)。2008年实际供水量为1275万t,其中安化县自来水公司供水量540万t,单位自备水厂供水量735万t。在用水总量中,生产用水量782万t,公共服务用水量 110万t,生活用水量383万t。相应供水区内的用水人口为8.97万人。

(3)水源结构及供水方式。东坪镇现状城市供水水源中一、二水厂为资水河水,三水厂为资水一级支流辰溪。供水方式为生产、生活等各项用水通过同一管网,采用混合分区供水方式。但主要工业企业均从资水直接抽水供应生产。

3.2 存在问题

3.2.1 东坪镇周围农村居民供水存在的问题

东坪镇周围农村居民普遍使用地表水,饮用水的微生物、有机物及矿物质等污染物超标。而安化县地下矿藏丰富,这些矿藏的存在导致这些地区的地下水含氟、砷多,为不宜饮用的重水;随着安化县工农业和城镇建设的不断发展,废污水 (如造纸行业)排放量越来越多,生活污水的有机污染以及农田施用农药、化肥的面源污染越来越严重,生活垃圾,工业废渣越积越多,致使地表水和浅层地下水受到严重污染,人居水环境恶化。早在二十世纪80年代以前,安化县各河流、湖泊的水质基本都在Ⅰ至Ⅲ类之间,人们正常的生活、生产用水可以保证。但自二十世纪80年代末至今,各地乡镇企业相继出现,其工业污染水未进行净化处理直接排入河流湖泊,致使安化县的水源水质急速变差。根据安化县卫生防疫部门对饮用水的检测报告,安化县目前没有Ⅰ～Ⅲ类水质,大都在Ⅳ类以上。特别是农村饮用水,大多取用地表水或浅层地下水,含铁、锰、氟、砷、铅、汞等有毒、有害物质严重超标,对人体伤害极大。

3.2.2 东坪镇城区供水存在的主要问题

东坪镇已建供水水厂都取水于资水或资水支流,资水的水污染日渐严重,重金属严重超标,锑超标3.2～7.8倍,汞超标100倍,根据湖南省水环境监测中心洞庭湖分中心提供的安化监测断面,2007年水质监测成果及东坪水厂取水口2007年9月～2008年7月锑浓度监测资料,东坪水厂取水口锑超标2.0～5.4倍,致使东坪镇水厂取水口水质达不到饮用水源地要求的水质标准,对居民身体造成极大的危害。现有水处理领域中处理方法对该重金属的去除效果不理想,难以在满足水质标准要求的同时又兼顾处理的经济性,同时资水流域该重金属污染范围广,特别是柘溪水库污染较严重,加之东坪电站和株溪口电站建成后,将导致安化境内资水干流自我净化和恢复能力下降,对库区水质造成影响,因此必须寻求保障东坪镇城镇居民性生活饮用水的安全措施,包括开辟第二水源,以保障安化县城东坪镇居民饮用水的安全。

3.3 项目建设的必要性

红岩供水工程的建设,其必要性主要体现在以下五个方面:

(1)安化县东坪镇属山岗地貌,位于资水一级支流柳溪 (F=122km2)下游,由于降雨和径流时程分布极不均匀,加之区内地下水可开发量贫乏,造成历年来每遇枯水干旱期,水资源严重不足,境内11个自然村和1个工业园的近3.81万人、20余万牲畜和家禽的饮用水发生困难,饮水安全没有保障。

(2)东坪镇现有一、二水厂取水水源为资水干流,由于水质污染严重,水质达不到饮用水安全保障要求。

(3)伴随工业化步伐加快,水污染事故时有发生,为免除或减轻 “事故”带来的危害,保障安全供水,建设第二水源是应对突发性水污染和水工程突发性事件的需要。

(4)红岩水库 (中型)水质水量有保证,而且取水水位高,可实现重力自流,且村民居住地集中分布在110m～140m高程、地域面积在12km2以内的沿溪河两岸台地上,具有集中供水的优越条件。

(5)通过全面规划、统筹兼顾、标本兼治、优化配置、综合治理解决水安全问题,符合持续发展的治水思路。

饮水安全工程是一项 “德政工程”和 “民心工程”,因此,红岩供水工程的建设是十分必要的。

4 工程规模和水源选择

4.1 设计水平年

根据项目规划实施时间,本次设计现状年确定为2009年,为了与国民经济发展规划及水利规划相适应,设计水平年为2025年。

4.2 需水量预测

本工程设计供水水量包括东坪镇周边各村村民生活用水量、村镇企业用水、集体或专业户饲养畜禽用水量、公共建筑用水量、管网漏失水量、未预见用水量和东坪镇水厂第二水源水量等。

4.2.1 用水标准

参照 《村镇供水工程技术规范》SL310-2004中对国内各地区最高居民生活用水定额标准和 《湖南省用水定额》 (地方标准),工程项目区属于五区,综合考虑到东坪镇周边农村经济发展状况和居民用水的实际情况,本次设计农村居民日最高用水90L/人◦日,东坪镇居民日最高用水量130L/人◦日,大畜30 L/头◦日,小畜0.5 L/头◦日。

4.2.2 居民生活用水量

根据SL310-2004要求,设计年限采用15年,项目区人口自然增长率5‰。农村用水总人口数:

P1=P0(1+K)n=38053×(1+5‰)15=41009(人)

其中:P1——设计农村用水居民人数(人);

P0——供水区内现状居民人数(人);

n——设计年限;

K——设计年限内人口自然增长率取5‰。

类似可推求得东坪镇城区用水总人口数:

根据确定用水量标准,本次设计年限内人口用水量W1按下式计算:

W1=96637×130+41009×90=16254(m3/d)

4.2.3 村镇企业和专业户饲养畜禽用水量

根据供水范围内的村镇企业和专业户饲养禽畜的用水现状以及近5年的发展计划,综合到发展东坪镇周边农村的经济发展,本次考虑对几家增加农民就业和农民增收的企业或饲养业进行供水。

(1)企业用水量:本次设计规划企业最高日总需水量W2=400m3/d。

(2)专业户饲养畜禽用水量:根据调查,项目区内饲养专业户主要有6家,最高日总需水量W3=600m3/d。

4.2.4 公共建筑用水量

根据SL310-2004要求,公共建筑用水量按居民生活用水量的5%～10%计列,综合考虑当地实际情况,本次设计取5%,则公共建筑用水量计算如下:

W4=W1×5%=16254×5%=813(m3/d)

4.2.5 管网漏失水量和未预见水量

根据SL310-2004要求,管网漏失水量和未预见水量按居民生活用水量,集体或专业户饲养畜禽用水量之和的 10%～25%计列,本次设计取10%,则管网漏失水量和未预见水量计算如下:

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

4.2.6 农村用水变化系数及供水时间

根据SL310-2004规定,供水量日变化系数K d可在1.3～1.6范围内取值,本次设计取1.5,并采用全日制供水,每日供水时间为24h。时变化系数Kh按SL310-2004有关规定取1.6。根据以上各项用水量合计日最高用水量为:

从而可知平均日用水量为:

W均=W总÷Kd=13249(m3/d);

最高日最高时用水量为:

4.3 供水规模的确定

经过计算,总需水量为19874m3/d,按SL310-2004规模原则进行 “四舍五入取整数”,从而确定本次设计工程供水规模为20000m3/d。

4.4 水源选择

4.4.1 水源选择的原则

本次设计规划的水源选择原则有以下几点:(1)水源水量充沛可靠。用地表水作水源时,枯水期流量的保证率应不低于95%;以地下水作水源时,其取水量应小于可开采量。(2)水源水质应符合国家饮用水水源水质标准。(3)水源选择时,充分考虑安全、经济以及便于水源保护等因素。(4)水源选择时,按其水量、水质、投资、运行成本、施工和管理条件等技术经济比较后择优确定。

4.4.2 水源地选择

东坪镇镇域内水资源丰富,地表水主要为红岩水库、资水及柳溪河河水,资水由于工矿企业排污导致水质污染严重,作为生产、生活用水处理成本高;柳溪河为典型山地河流,坡降大,流量变化大,泥沙含量多,没有调蓄功能,水量难以保证,且中下游由于工业、养殖及农作物种植污染较严重;此外,项目区境内地下水埋藏较深,且分布不集中,各区块蕴藏量不大,不利于集中开采,且开采成本较高。而红岩水库为中型水库,集雨面积与库容都较大,调蓄功能强,且水质良好,完全能够满足供水量的要求,因此本次设计选择从红岩水库引水,以满足东坪镇周边农村的生产生活用水,并同时作为东坪镇城区供水的第二水源。

红岩水库位于资水支流柳溪河上游,地处安化县东坪镇 (原木子乡),坝址距安化县城10km。水库坝址河床海拔高程170.0m,正常蓄水位216.8m,控制集雨面积 29.02km2,正常库容1037m3,死库容 25万 m3,灌区设计灌溉面积2.34万亩。水库开有一条直径1300mm的有压隧洞取水发电,发电尾水进行灌溉,是一座以灌溉为主,兼顾防洪保安、养殖、发电等综合效益的中型水利工程。

红岩水库作为供水的水源,集雨面积大,水源可靠,水量充足,且该水库由于上游无工矿企业,水质好,无污染,加上库区内植被覆盖良好,水库可视为一天然净水池。灌区内现有中型水库1座(红岩水库),小 (二)型水库9座,山塘376口,河坝310处,在90%保证率情况下,小型水库产水量为W1为381.1万m3,河坝、山塘产水量约为W2为598.2万m3,按河坝、山塘、小型水库依次优先供水,相互调配,红岩水库灌区采用分片水量平衡,使渠道供水均匀,充分发挥长藤结瓜水库群灌溉系统的作用,水量不足时,由红岩水库经各干渠补充供水的原则下,红岩水库在保证灌溉农田用水后,每年还有2371多万m3的剩余水量。

现状可供水量通过计算:设计水平年总产水量为3424.1万m3,按照本次设计供水管道最大水头损失和最不利供水点高程反推红岩水库供水最低库水位要求 (高程197.0m),对应库容为170万m3,则按总水量损失 (水库渗漏+水面蒸发)为相应库容的1.5%计,即104.5万m3,设计水平年总弃水量为658万m3。因此,扣除总水量损失和弃水后,现状可供水量2661.5万m3。现状需水部门主要有农业灌溉用水、工业用水、城镇生活用水、发电用水、农村人畜用水及其他用水。因发电后的水可用于灌溉,故不另计算。

通过计算:总需水量=农业灌溉用水量833万m3+渠道补充山塘水量223万3+农村安全饮水需水量801万3=1856万3。W剩(设计水平年总剩水量万3)=可供水量 2661.5万3-总需水量1856万3=805.5万3。

经计算,红岩灌区水量有较大余量,水量平衡能满足供水要求。

4.4.4 水源水质分析

根据卫生部和国家标准化管理委员会联合发布的 《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006中的要求,采用地表水为生活饮用水水源时应符合 《地表水环境质量标准》GB3838-2002要求。湖南省水环境监测中心洞庭湖分中心于2006年5月26日对红岩水库库区水质进行了检测,根据检测结果,红岩水库水质符合 《地表水环境质量标准》GB3838-2002的III类水质标准,满足集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值,同时符合 《生活饮用水水源水质标准》CJ3020-93的一级水质标准。湖南省安化县疾病预防中心2009年8月27日对红岩水库水质进行了检测,根据检测结果,红岩水库水质符合符合 《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006的规定。

综上所述,红岩水库从水量、水质方面都有保证,加上从水库取水条件、运行管理等因素及整体工程技术经济方面看,红岩水库都有着突出的优点,因此本次设计水源为红岩水库。

5 工程总体布置与净水工艺

红岩集中供水工程是由净水厂、输水管线和配水管网组成工程主体,从红岩水库高程197.00m采用重力式自流取水,经过净化处理后供水到到新烟竹村、吴合新村、城西村、酉州村、泥埠桥村、伊溪村、木子村、颜家村、大芫村、百选村、长田村和酉州工业园,并在黄花园山顶高程172.50m处设一座2500m3清水池,作为东坪镇城区供水第二水源。

总体布局:在红岩水库灌溉发电隧洞后的压力钢管接岔管取水,取水管道长180m(Φ630mm球墨铸铁管),再于红岩水库大坝下游100m处建1座占地为 3.70亩的净水厂 (长 84.4m,宽29.0m),然后铺设12.6kmΦ560mmPE压力管道,在经过路线上沿线开支线对各自然村进行供水(Φ75mm～Φ400mm各种型号 PE管 22.32km),最后剩余水量输送到黄花园山顶的2500m3清水池。根据输水管网规划线路,全网设检查井220个,主要安设控制蝶阀、分支蝶阀、流量计等;布设砼镇墩274个;设计主管开支线4处。

净水工程由管道混合器、穿孔旋流斜管反应沉淀池、重力式无阀滤池、消毒、清水池以及分水闸阀、放空底阀等构成,具体净水流程为:

水库水源→(加混凝剂)→管道→穿孔反应沉淀池→重力式无阀滤池→(加消毒剂 液氯)→清水池→用户。

6 结论

安化县红岩供水工程是一个公益性项目,本工程的实施不仅能提高3.81万农民的生活质量,保护农民的身体健康,同时作为东坪镇城区居民供水的第二水源,在保证城区8.97万人饮水问题的同时,也有着大约每年为500万元的供水效益,从而保证本工程的正常运行和维护。总之,该本工程的实施有着显著的经济效益和社会效益。

城镇供水第二水源的合理规划,不仅可应对第一水源发生水污染突发事件或水工程的突发事故及干旱期水资源短缺时的备用水源,而且作为第一水源的补充 (扩建),在城镇正常供水期 (非事故期)承担部分供水任务。充分保障安全供水,确保经济社会健康发展,具有可推广的积极意义。

1 《湖南省农村饮水安全工程 “十一五”规划》.2003年1月,湖南省水利水电勘测设计研究总院编制.

2 《安化县农村饮水现状调查评估报告》.2005年4月.

3 《安化县城市总体规划》.(2007～2025).

4 《农村供水工程技术要点》.2002年8月,水利部农村水利司.