杨元波

(陕西瀚泰水利水电勘测设计有限公司，陕西 西安 710000)

快速发展的城镇规模对富水镇基础设施的建设提出了新的要求，特别是供水问题，商洛富水镇现状供水工程主要为一些分散的小供水点，供水系统无净化消毒处理设施，加之各水源点分片供水的制约，一到枯水季节集镇经常闹水荒，严重影响了镇区居民的正常工作和生活，也有损于集镇形象，同时也严重制约了富水镇经济的快速发展。解决富水镇集镇居民及工业园区日常生产用水问题，提高区域供水保障及饮水安全极为必要。

1 供水工程概况

富水镇供水工程供水对象主要为富水镇附近行政村的居民、富水镇公共建筑以及工业园区。现状供水人口3 773人。到设计水平年2030年，供水范围内总人数将达到4 506人。通过对人数、相关计算参数确定后，分析计算得知，该工程最高日需水量为802.1 m3/d。考虑到镇区的长远发展，取整后确定该工程的供水规模为：960 m3/d。

2 水源论证及合理性分析

该工程可就近利用的水源有地下水和地表水，由于地下水为基岩裂隙水，出水量小、且特别分散，开采利用成本大且不能满足该项目区对水量的需求，因此在地表水水源充足的情况下不考虑利用地下水。工程区内地表水资源主要来源于黑漆河。黑漆河多年平均年径流量0.222 9×108m3，是富水镇境内最大一条河流。

2.1 地表水概况

黑漆河主河道在商南县境内的河道长度32 km，总流域面积100.6 km2，河道平均比降16.1‰，多年平均年径流量0.222 9×108m3，是富水镇境内最大一条河流。工程拟建坝址位于黑漆河上游松树沟，控制流域面积8.35 km2，河长4.12 km，平均比降90.07‰。

2.2 水文基本资料

黑漆河流域内未设水文站，属无实测水文资料地区，工程采用无资料地区水文计算方法，即主要采用《商洛地区实用水文手册》提供的经验公式及相关图表进行计算。

距离黑漆河最近的水文站为武关河的武关水文站，因武关河与黑漆河均发源于蟒岭南麓，两流域气象水文条件相近，下垫面基本一致，可作为本工程水文计算的参证站。该站控制流域面积724 km2，站址位于丹凤县武关镇，于1959年建站，有1959-2014年56 a水文观测资料。观测项目有水位、流量、泥沙、降水等。

2.3 气象

工程区属亚热带气候，气候温和，四季分明，冬无严寒，夏无酷暑。年平均气温14.1℃，极端最高气温40.5℃，极端最低气温-12.1℃。四季分明，雨量充沛，多年平均降雨量803.2 mm，据商南县气象站实测最大降雨量1 307.8 mm(1983年)，最小降雨量546.3 mm(1978年)，最大为最小的2.33倍。降水年内分配差异很大，4-10月为汛期，降雨主要集中在7、8、9、10四个月，约占全年50%以上，并常有灾害性暴雨发生。夏秋多雨，冬春干冷少雨。平均风速1.7 m/s，多年平均最大风速16 m/s。

2.4 径流分析

工程区坝址控制流域内无水文测站，本次拟采用径流深计算法、水文比拟法两种方法进行计算，对计算成果比较分析后选用。

2.4.1 径流深计算法

根据《商洛地区实用水文手册》中多年平均径流深等值线图和CV等值线图，查得黑漆河松树沟坝址处流域重心多年平均径流深为275 mm。

经计算，黑漆河松树沟坝址处多年平均年径流量分别为229.63万 m3，变差系数Cv=0.60，取Cs=2Cv；采用皮尔逊Ⅲ型频率分布曲线，求得不同频率的设计年径流量。

表1 工程取水处不同频率年径流量计算表

2.4.2 水文比拟法

黑漆河松树沟工程水文比拟以武关水文站为参证站，据武关水文站1959-2014年55年资料统计，武关水文站多年平均径流量1.67亿 m3。枯水季11月-翌年3月径流占20.7%，3-10月径流占79.3%。武关水文站不同频率年径流计算结果见表2，频率曲线见图1。

表2 武关水文站不同频率年径流量成果表 亿m3

根据武关水文站的径流计算成果，采用水文比拟法推算黑漆河坝址处径流。

Wp坝= Wp参×f/F

式中：Wp坝、Wp参分别为工程取水处和参证站频率为P的年径流量，万m3；f、F分别为工程取水处与参证站的流域面积。

经计算，黑漆河坝址处多年平均径流量为192.60万 m3，径流计算成果见表3。

表3 工程坝址处不同频率年径流量成果表 万m3

2.5 成果的选用及合理性分析

将上述水文比拟法及径流深等值线图查算法计算的坝址处各频率年径流量成果对比分析，径流深等值线图查算法是依据《商洛市水文实用手册》上的等值线图推算，基本能够反映径流变化规律。水文比拟法是采用武关水文站为参证站，资料系列长，资料系列的代表性较好，故本次选用水文比拟法计算的径流结果。

2.6 径流年内分配

根据《商洛地区实用水文手册》，当所求断面为地下水补给很少的小河或枯季断流的小河，可采用本流域附近流域内的雨量站并且符合某一设计频率的降水典型年的年降水月分配比例，作为设计流域的同频率的年径流月分配比例。

本次径流分配工程区采用富水关的年径流量年内分配求得各保证率黑漆河设计年径流量月分配见表4。

表4 黑漆河设计径流量月分配表 104m3

(1)采用《商洛地区实用水文手册》中提供的经验公式法计算保证日均流量

公式：

QP=KP·Fn

式中：QP为某保证率的日平均流量(m3/s)；F为流域面积(km2)；KP、n 为地区经验参、指数。根据《手册》查取相应参、指数，将工程位置处控制流域面积代入公式，计算所得结果见表5。由表5可知，黑漆河95%保证率日均流量为：0.003 1 m3/s(0.003 1 m3/s×3 600×24=267.84 m3/d)。

表5 设计保证日均流量

(2)根据参证站设计径流量月分配表推求工程区设计日均流量

本次径流分配黑漆河采用附近流域武关雨量站的降水量年内分配。由年径流计算的表4黑漆河设计径流量月分配表可知，95%保证率下，12月份为最枯期，根据武关站12月份径流成果计算日均径流量(540 000 m3/31=17 419 m3/d)，采用水文比拟法推算工程处径流，经计算，工程处日均径流流量为200.90 m3/d。

(3)根据引水枢纽处设计径流量月分配表推求设计日均流量

由年径流计算的表4黑漆河设计径流量月分配表可知，95%保证率下，12月份为最枯期(径流量4 600 m3)，最枯期12月份日均流量为148 m3/d(4 200 m3/31=135 m3/d )。

三种方法经比较，公式法流域面积仅适用用300 km2以上，后两种方法计算结果经比较，根据引水枢纽处设计径流量月分配表计算设计日均流量计算成果较小，考虑偏安全因素，取小值，即采用根据引水枢纽处设计径流量月分配表计算设计日均流量计算成果。即计算的日均流量为：135 m3/d。

表6 武关河设计径流量月分配表 104m3

4 水源的确定

分析比选后，确定该工程主要供水水源为富水镇集镇上游侧的松树沟取水点(地表径流水源)，应急备用水源为王家庄村东侧的大口井(地下水源)，水量较充足，水质符合《生活饮用水水源水质标准》的要求。

该项目单纯考虑居民生活用水的情况下，2030年设计供水规模为442.1 m3/d(加上水厂自用水后为464.2 m3/d)，根据径流分析，松树沟全年平均径流量为1 875 m3/d，除12月径流量135 m3/d和1月径流量226 m3/d不满足需水量要求外，其他月份均满足需水量要求。

该项目同时考虑居民生活用水和工业园区生产生活用水的情况下，2030年设计供水规模为802.1 m3/d(加上水厂自用水后为842.2 m3/d)，根据径流分析，松树沟全年平均径流量为1 875 m3/d，除11月径流量627 m3/d、12月径流量135 m3/d和1月径流量226 m3/d不满足需水量要求外，其他月份均满足需水量要求。

另外，本次在王家庄村东侧拟新建大口井1眼，参考项目区附近已成井经验，出水量选用240 m3/d(出水量20 m3/h，按24 h不间断供水)。

考虑到枯水期11月-次年1月供水量不能同时满足居民生活用水和工业园区生产生活用水需水量要求，建议在枯水期优先保证居民生活用水。

以上数据表明，两取水水源的流量之和除11月～次年1月不满足需水量外，其余月份均大于本工程取水量，取水保证率可得到满足。综合上述分析结果，新建松树沟地表水源为本工程的主要水源，王家庄大口井为该工程的应急备用水源。

5 水源水质

黑漆河松树沟水源上游沟道内基本无居民入住、植被覆盖率高，坝址以上流域内无工业企业及人为污染的影响。根据水样化验结果表明，水源水质符合《生活饮用水水源水质标准》(CJ3020)的要求。该水源检验指标均达到合格标准。

6 取水方案

该工程主要取水水源为松树沟水源。通过调查，此水源上游沟道内基本无居民入住、植被覆盖率高，水质好。另外，沟道水流主要为沟道上游泉水及基岩裂隙水补给，水量稳定。经济技术分析及地质调查，本次松树沟水源拦水坝处河谷基岩外露，地质、地形条件优越且高程满足重力输水至水厂要求。本次取水工程为新建浆砌石溢流坝一座，工程主要由钢筋砼进水管、坝前渗渠、坝内钢管及溢流坝组成。应急备用水源：通过王家庄村东侧的新建大口井取水，然后利用井用潜水泵加压抽水至新建100 m3高位水池蓄水，最后通过配水管网重力供水至用户。

6.1 溢流坝布置

本次修建溢流坝尽量把河道的行洪影响降到最低，所以溢流坝均按最大溢流坝段设计，溢流坝段长12 m，堰高2.5 m。溢流堰最末端设反弧段与原地面平顺衔接，坝脚抛块石回填防冲。为稳定过溢流坝水流，坝体两侧与岸坡基岩相连段采用C20钢筋砼挡墙连接，挡墙顶高程为校核洪水位加上0.2 m超高，基础坐落于弱风化基岩上，底部为0.1 m厚C15素混凝土垫层。

6.2 大口井

本次拟在王家庄村新建大口井1眼，根据地质实际勘察和水文地质资料，水资源丰富、水质符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的要求。

大口井井壁采用砌石结构，成圆筒形。本次大口井井径D=3.0 m，井深h=10 m。根据项目区已成井资料，动水位5 m，水泵安装深度为8 m。主要利用河床表层砂砾石层集水，大口井出水量40 m3/h左右，施工采用沉井法施工，透水井壁为无砂钢筋砼，井壁厚度40 cm。为防止污物、泥沙进入井内，大口井顶设计井台，井台上部为预制钢筋井盖，井盖厚10 cm ，井盖直径为358 cm，在井盖、井台上预埋φ16钢筋作为锁鼻，锁上井盖。大口井滤料级配需根据水文地质勘察结果确定。

7 结语

根据流域内相关参证站及《商洛市水文手册》所提供的参数及经验公式，并采用径流深计算法和水文比拟法对黑漆河的径流量进行计算分析，再根据经验公式法、参证站设计径流量月分配表、引水枢纽处设计径流量月分配表推求出日均流量，根据分析计算结果，考虑到黑漆河松树沟水源在偏枯月份水源供水量不足，建议将王家庄大口井作为应急水源。两处水源水质、水量均满足该工程需水量要求，故本次水源选择合理。该工程的建设，积极推动了当地经济的可持续发展，提高了人民群众的生活水平，实现水资源的优化配置和可持续利用。