以横山区麻渠村为例探析黄土高原农村供水模式

张永飞

（横山区水利局河务水库管理站,陕西 榆林 719000）

1 概况

榆林市横山区殿市镇麻渠村位于陕西省北部,属温带半干旱大陆性季风气候,多年平均降水量392.9 mm。全村辖7个自然组,总人口2471 人。该村现饮水设施是村民联户或独户投资建成的小型泵站及部分集雨场窖,供水设施简陋,供水保证率低下,特别是麻渠、屈坪2 个小组1398 人,吃水困难。

2 存在问题

2.1 水量不足保证率低

随着社会的发展,农村卫浴设施的普及,麻渠村原有水源已经不能满足村内人畜饮水需求。加之近年来天气干旱,降雨量极少,春夏季节缺水严重,同时村内养殖业的发展,增加了人畜用水量,现有水源水量严重不能满足生产、生活用水。

2.2 水污染严重不符合标准

近年内,殿市镇煤矿业发展迅速。麻渠村地处矿区,矿区和群众经常因为水源问题发生矛盾,且主要水源为地表水和废旧矿井水,现状水源均受到不同程度的污染。根据各村镇地下水水质检测结果,氯化物、硝酸盐氮不同程度的超标,水质呈苦咸态,不满足生活饮用水的标准。

2.3 供水单一无保障

现状村民饮用水主要为集雨水窖和黑木头沟水,水质较差,单一的水源,使得村民用水保障率低,急需开避新的水源,并将原有部分村组的集雨场窖作为应急水源,以提高供水保证率。

3 需水量预测

麻渠村供水对象主要为受益范围内全部村民以及牲畜用水。工程设计现状年2022 年,设计水平年2032 年殿市镇麻渠村1398 人,1200 只羊、1200 头猪、50 头大牲畜。本着节约水量的原则,拟定用水主要为生活用水量、牲畜用水量、管网损失量。

3.1 农村用水变化系数和供水时间

为适应当地群众用水习惯和农村经济发展的需要,设计按每天24 h 全日制供水。本工程主要为项目村群众生活用水,工程规模较大,用水时间较集中,主要在早、中、晚各2 个小时的时段内,所以时变化系数较大,根据规范取Kh=2.5。日变化系数Kd根据当地用水特点、用水结构、生活水平、气候条件等,选定Kd=1.5。

3.2 居民生活用水量

式中：W 为居民生活用水量,m3/d；P 为设计用水居民人数,人；P0为供水范围内的现状常住人口数,其中包括无当地户籍的常住人口,人；γ 为设计年限内人口的自然增长率,6‰；n 为工程设计年限,10a；Pl为各村的设计年限内人口的机械增长总数,人（未计）；q 为最高日居民生活用水定额,60 L/（人·d）。

式中相关参数取值及计算结果见表1,即设计水平年居民总数为1398 人,居民生活用水量89.05 m3/d。

表1 麻渠村供水规模计算表

3.3 专业饲养禽畜用水量

经调查,部分家庭有专业饲养的畜禽羊,故本次饮水考虑专业饲养禽畜用水,散养的家禽家畜用水已在居民用水中考虑,因此本次设计羊取5 L/（头·d）、猪30 L/（头·d）、大牲畜40 L/（头·d）。则村镇专业饲养禽畜用水量为47.2 m3/d。

3.4 管道漏失水量与其它未预见用水量

根据规范,管网漏失水量和未预见用水量应按上述用水量的10%～25%计算,考虑到本工程的供水范围与管网长度、施工质量等因素,本次拟按前3 项用水量的15%计列。即136.25×15%=20.43 m3/d（麻渠组11.29 m3/d、王坪组9.14 m3/d）。

3.5 最高用水量

最高日用水量=居民生活用水量+公共建筑用水量+管网漏失水量及未预见用水量=156.69 m3/d（麻渠组86.58 m3/d、王坪组70.11 m3/d）。

本工程24 h 供水,则最高日平均时用水量=W/24,则麻渠组86.58/24=3.61 m3/h、屈坪组70.11/24=2.92 m3/h。最高日最高时用水量：

式中：Kh为时变化系数,根据规范和工程实际情况,取2.5。

经计算得：麻渠组为9.02 m3/h、屈坪组为7.30 m3/h。

4 供水方案分析

4.1 供水规模

本工程建设任务是解决设计年殿市镇麻渠村1398 人和3780 只牲畜用水问题。根据项目区需水量预测可知,殿市镇麻渠村供水规模为156.69 m3/d（麻渠组86.58 m3/d、屈坪组70.11 m3/d）。

4.2 水源选择

殿市镇地处黑木头川流域。黑木头川又称红光渠,为无定河右岸一级支流,黄河右岸二级支流,发源于横山县韩岔乡黄圪塄村的鸡毛山北麓,由西南向东北流经横山县韩岔乡、殿市镇、麻渠、沙家湾等乡（镇）,于响水镇韭菜沟村汇入无定河。多年平均径流量为1344 万m3。供水水源选择时,应水质良好、水量充沛,并符合当地水资源统一规划管理要求。殿市镇附近无大的河流,地下水质无法饮用,但是区内有“榆林市绥米子三县供水工程”管线经过,并在白界镇黑峁东村预留有分水口,管线输水能力为10 万m3/d,供水保障率高,水质优良,满足麻渠村用水需求,可作为项目水源。

4.3 供水方案

根据项目村地形及村民居住区域不同,可从分水口采用逐级加压的方式取水。加压至横山区韩岔镇高位水池,设计供水输水能力6000 m3/d,对应设计流量0.069 m3/s。在麻渠村共留置1 个分水口,根据居住区域划分为两部分供水。第一部分麻渠组：新建分水口检查井1 座、铺设上水管1380 m、新建管理房1 间、高位水池1 座、铺设配水管网12880 m、自动化控制系统及机电设备等；第二部分屈坪组：新建分水口检查井1 座、铺设上水管1160 m、新建管理房1 间、自动化控制系统及机电设备等。

4.4 泵站扬程设计

4.4.1 三县供水分水口压力分析

项目区位于三县供水工程K7+600 处,分水口处现状地形高程为961.02 m,三县一级加压站地形高程为946.39 m,地形落差为14.63 m,设计一级加压站水泵总杨程为176 m,计算得项目区处三县供水工程水损为：

局部：h沿×10=40.73×10%=4.07 m；

计算得总水损为：H地+h水损=14.63+40.73=59.43 m,计算得富裕扬程为116.57 m。

考虑沿线分水口水损、设备效率等损耗,本次三县供水工程位于麻渠分水口处富余压力确定为69.9 m。

（1）麻渠组

根据项目区的实际情况,本次加压站拟建于麻渠组上水管线K0+190 处,该处地形高程为963.8 m,三县分水口地形高程为961.02 m,管道最低点高程为957.4 m,最不利地形差为6.4 m,计算得总水损为：H地+h水损=6.4+4.24=10.64 m。

（2）屈坪组

本次三县供水分水口至屈坪组加压站距离为220 m,对应出水量为45 m3/s,加压站处地形高程为970.22 m,分水口高程为961.02 m,地形差为9.2 m,计算得总水损为：H地+h水损=9.2+6.59=15.79 m。

综上计算得分水口处富余供水压力为69.9 m,三县供水主输水压力可供至拟建加压站处。

4.4.2 设计扬程及水泵选择

（1）泵站的设计流量确定

根据规范要求,向调节建筑物输送清水的泵站设计流量应为最高日工作时的用水量,按下式计算确定：

式中：Q 为泵站设计流量,m3/h；W 为最高日用水量,m3；T为日工作时间,h。

计算得：麻渠组Q=86.58/10=8.66 m3/h,屈坪组Q=70.11/10=7.01 m3/h。

（2）设计扬程确定

根据上式计算得泵站设计流量为7.01 m3/h～8.66 m3/h,考虑村组远期发展、高位水池容积、三县供水运行时间、水泵参数等综合因素,本次选择水泵流量为12.5 m3/h。水泵管道设计流速根据《村镇供水规范》要求宜为1.0 m/s～1.2 m/s 间,管径采用公式：

式中：d 为上水管内直径,m；Q 为水泵设计流量,m3/s；V 为上水管流速,m/s,取值1.2 m/s；

由上式计算得：d=60.7 mm。

按照规范要求,塑料管的工作压力满足1.5P、钢管P+0.5,根据水泵扬程参数计算得：

麻渠组：K0+000～K0+190、K0+190～K0+432 采用DN65/3PE 钢管,壁厚4.5 mm；K0+432～K1+380 采用1.6 MPaφ75PE管,壁厚6.8 mm。

屈坪组：K0+000～K0+030、K0+030～K0+200 采用DN65/3 PE 钢管,壁厚4.5 mm；K0+200～K1+1160 采用1.6MPaφ75 PE 管,壁厚6.8 mm。

（3）水泵扬程参数计算

式中：H设为设计扬程；H 为净扬程,m,净扬程为地形落差与最高出水口设计水位之差,根据项目有关资料及实测；麻渠组：高池高程为1086.65 m,水源最低点高程为963.8 m,高差为122.85 m；屈坪组：高池高程为1053.985 m,水源最低点高程为970.2 m,高差为83.63 m。

h损为管道损失扬程：h损=h沿程+h局部

经计算,水头损失见表2。

表2 麻渠村水损计算表

设计总扬程：麻渠组152.81 m；屈坪组113.70 m。

（4）水泵选择

麻渠组：经计算得泵站总扬程152.18 m,选择水泵为D12-25×7/15 型多级离心泵2 台（备用1 台,共用降压启动柜、配电柜）,水泵设计流量12.5 m3/h,其扬程175 m,功率为15 kW（施工时根据购买的水泵参数据实调整）。

屈坪组：经计算得泵站总扬程113.70 m,选择水泵为D12-25×6/15 型多级离心泵2 台（备用1 台,共用降压启动柜、配电柜）,水泵设计流量12.5 m3/h,其扬程150 m,功率为15 kW（施工时根据购买的水泵参数据实调整）。

5 结语

殿市镇麻渠村供水工程建设目标是解决麻渠村麻渠组村民水量不足、水质差的问题,保证村民生活用水安全,提高供水保证率,为促进村内经济快速发展奠定基础,为村民吃水安全提供有力保障。通过分析探讨,水源采用“榆林市绥米子三县供水工程”的水源,采取集中供水模式,通过2 台D12-25×7/15 型多级离心泵和2 台D12-25×6/15 型多级离心泵,将水逐级加压抽到供水村组,这种采用县城水源集中供水模式保证率高,节约成本,便于管护,为项目建设提供了科学依据。