县城供水改扩建工程水源地保护方案

摘要：佳县县城供水工程地处黄河边，文章分析了县城供水情况和潜在的不安全因素，从防洪保安全、防污保水质、管网布设保水量等方面提出对策，为佳县县城供水安全提供了保障。

关键词：水源地；水环境；饮水安全；水质；佳县

１工程概况

佳县地处黄河中游西岸［１］，根据佳县“十四五”农村供水规划统计，佳县年均自产地表水资源总量为１０８５６万ｍ３／ａ，自产地表水可利用量为５４２８万ｍ３／ａ；地下水资源２４８００万ｍ３／ａ，地下水允许开采总量平水期为１０６７６万ｍ３／ａ，枯水期为８４６４万ｍ３／ａ。佳县属大陆性干旱半干旱气候，降雨稀少，气候干燥［２］，年平均降水量３８６．６ｍｍ。全县辖１２镇１个街道办事处２６．９５万人，其中县城人口３万人。县城供水源地位于佳县县城以东的黄河右岸，下距佳临黄河公路大桥约４００ｍ，为３口机井，供水规模为８００ｍ３／ｄ。佳县县城供水工程主要受黄河洪水影响较大，加之净化、消毒设施落后，使得饮水安全存在巨大隐患。为了确保１－３＃井免受黄河洪水淹没及冲刷，防止管理房及护坡遭受洪水冲刷基础，需建设防洪工程２５０．３３ｍ，并配套３＃井至高位水池５８１．８４ｍ输水管线一条，增加水量；加强水处理工艺，确保供水安全。

２防洪措施

２．１洪水分析

府谷水文站控制流域面积４０４０３９ｋｍ２，吴堡水文站控制流域面积４３３５１４ｋｍ２，黄河府谷－吴堡区间干流长２４２ｋｍ，区间面积２９４７５ｋｍ２，工程区下游黄河右岸支流佳芦河总流域面积１１３４ｋｍ２，工程区以上集水总面积为４２８４６４ｋｍ２，占吴堡站控制流域面积的９９％，为了节约时间和工程建设成本，故本次直接采用前人吴堡站相应频率的洪水计算成果作为工程区河段的设计洪水。吴堡水文站历次计算成果见表１。从表１中可以看出，历次洪水计算成果比较接近。洪评阶段洪水计算资料系列最长，采用了从建站到２００７年共７３ａ洪水资料，同时考虑了历史洪水，以及实测系列中的特大洪水。因此吴堡水文站的洪水复核成果是可信的。鉴于黄河洪水计算涉及生产生活的许多方面，得到了国务院审查，本次采用《黄河治理开发规划纲要》中的洪水成果作为设计依据。

２．２防洪工程设计

根据水源地近３０ａ洪水水位调查，最高洪水位６８２～６８３ｍ，２＃井顶高程６８０．５７ｍ，１０ａ一遇洪水位７１３．０８ｍ，对应本工程高程系统，高程为６８２．５８ｍ，由于本工程受淹后损失较小，因此本防洪工程主要任务为防冲，按此原则确定堤顶高程为６８２．５ｍ，堤顶宽考虑内交通、防汛要求取１．５ｍ。新建防洪工程２５０．３３ｍ。（１）冲刷深度计算。工程地处黄河右岸，依据《堤防工程设计规范》（ＧＢ５０２８６—２０１３）［３］附录Ｄ中的公式Ｄ．２．２－１和Ｄ．２．２－２进行冲刷深度计算。顺坝及平顺护岸冲刷深度按下式（１）～式（２）计算：Ｕｃｐ＝Ｕ２η１＋ηｈｓ＝Ｈ０ＵｃｐＵ（）允ｎ－［］１（１）Ｕｃｐ＝Ｕ２η１＋η（２）式中：ｈｓ为局部冲刷深度，ｍ；Ｈ０为冲刷处的水深取４．０ｍ；Ｕｃｐ为近岸垂线平均流速，取１．８ｍ／ｓ；Ｕ允为允许的流速，取５．１ｍ／ｓ；ｎ为与防护岸坡在平面上的形状有关，取１／４～１／６，本次取值１／４；Ｕ为行进流速，取１．８ｍ／ｓ；η为水流流速不均系系数，根据水流流向与岸坡交角查询，取１。经以上计算，设计工程水流冲刷深度为１．１９ｍ。为保证本次设计新修的挡墙基础不受河流冲刷影响，且保证地基基础满足承载力的要求，基础坐落在河流冲刷深度以下，本次设计基础埋置深度为２ｍ，基础采用格宾笼石处理。（２）堤防稳定计算。按照《水工挡土墙设计规范》（ＳＬ３７９—２００７）要求，结合本工程的实际情况，本次设计墙体稳定计算主要验算：抗滑稳定和抗倾覆稳定两项项内容。挡土墙沿基底面的抗滑稳定安全系数计算公式（３）如下：ＫＣ＝ｆ∑Ｇ∑Ｈ（３）式中：ＫＣ为挡土墙沿基底面的抗滑稳定安全系数；ｆ为挡土墙基底面与地基面之间的摩擦系数取０．５；∑Ｇ作用在挡土墙上全部垂直于基底面的荷载，ｋＮ；∑Ｈ为作用在挡土墙上全部平行于基底面的荷载，ｋＮ。挡墙底高程６７８．５ｍ，墙高４．０ｍ，墙顶宽１．５ｍ，墙底宽７．５ｍ，单米挡墙面积１８ｍ２，格宾笼石挡墙容重按２ｔ／ｍ３，则单米挡墙重量３６ｔ；挡墙基底所承受的扬压力１５ｔ；则抗滑力１０．５０ｔ；挡墙承受的水平水压力８ｔ；挡墙抗滑安全系数１．３１。经以上计算可见，新修挡墙结构断面尺寸合理，能够满足稳定要求。３输水管线布设在确保供水系统布局合理的前提下，线路力求最短，施工、运行维护方便，本次设计３＃水源井上水管线与１＃、２＃水源井上水管线走向一致。根据实际情况，三号水源井配套潜水泵流量为１４０ｍ３／ｈ，本次设计配套３号井上水管ＤＮ２５０钢管总计５８１．８４ｍ。管径选用ＤＮ２５０，总损失３．５３ｍ，管道流速０．７９ｍ／ｓ。

３号井水泵扬程

２１６ｍ，设计流量１４０ｍ３／ｈ，压力较高，流量较小，管材选用钢管较为合理。选用不同壁厚钢管，管壁应力见表２。由上表可以看出，钢管壁厚为４～６ｍｍ时，管壁应力１０１３～６７５ｋｇ／ｃｍ２，都在钢材的允许应力范围之内，考虑管道运行期锈蚀厚度后，设计选用钢管壁厚为８ｍｍ。结合工程经验，为防止管道水锤，增设ＤＮ５０压力波动预止阀一个，放在１＃泄水阀井内，设在三通ＤＮ２５０×５０的支管ＤＮ５０上，另设防水锤型ＤＮ５０空气阀３个，设在１＃～３＃排气阀井内，设在三通ＤＮ２５０×５０的支管ＤＮ５０上。压力波动预止阀采用卧式安装，排气阀采用立式安装。间距不宜超过１００ｍ，故在桩号０＋３７８．０３，０＋４５２．０８处设两个Ｃ２０镇墩，镇墩大小１．０ｍ×１．０ｍ×１．０ｍ，两镇墩之间的管道应设伸缩节，故在镇墩上游端设置三处ＤＮ２５０－２．５ＭＰａ伸缩节。

４水质安全保障措施

因为水源受黄河水质影响较大，所以需加强水处理工艺，常用的消毒方法有氯消毒、ＣｌＯ２消毒、紫外线消毒等。

４．１水处理工艺选择

根据净水普遍采用消毒方法和发展趋势，本次选择二氧化氯消毒。采用一体式二氧化氯发生器，加氯用以杀菌并使管网中保持一定数量的余氯。投加消毒剂点设在清水池进水管口处，为确保供水水质，消毒剂与水接触时间不得低于３０ｍｉｎ，出厂水自由性余氯控制在０．５ｍｇ／Ｌ，在管网末梢控制在０．０５～０．１０ｍｇ／Ｌ。本工程采用ＱＴ型一体式二氧化氯消毒设备。ＱＴ系型化学法二氧化氯发生器以盐酸和氯酸钠为原料，采用负压曝气工艺，生产以二氧化氯为主，氯气为辅的复合消毒液。二氧化氯发生器由供料系统、反应系统、控制系统、吸收系统、安全系统组成，整体为新型耐高温、耐腐蚀高强度材质。运行时，亚氯酸钠及氯酸钠水溶液与盐酸通过计量泵定量输送到反应系统中，负压曝气反应产生二氧化氯气体，经吸收系统吸收后，形成一定浓度的二氧化氯消毒液，然后通过水射器进入待处理水中。水处理工艺过程如图１所示。图１水处理工艺过程加氯量按下式（４）计算：ｑ＝０．００１×α×Ｑ１（４）式中：ｑ为加氯量，ｋｇ／ｈ；α为最大投氯量，滤后加氯为０．５～１．０ｍｇ／Ｌ，取１．０ｍｇ／Ｌ；Ｑ１为处理水量，取６９．５ｍ３／ｈ（每天工作２４ｈ）。经计算，ｑ＝０．０６９５ｋｇ／ｈ。根据以上计算，每加药一次按１０ｄ计算，供水工程一次加药量为０．６９５ｋｇ。本工程配套采用ＱＴ－１０００型号二氧化氯发生器２套（一用一备）。

４．２水质监测设备

本工程化验设备按《生活饮用水卫生标准》（ＧＢ５７４９—２００６）要求的１０６项水质指标进行配置。水质监测设备能够对水厂进、出水的指标如：ｐＨ值、ＣＯＤ、ＳＳ、ＣＯＤ、溶解氧、浊度、余氯等主要指标进行检测。根据供水工程实际，本工程配备２０００ｍ３／ｄ供制水过程ＫＮＦ－４００型在线水质检测、监测仪和ＣＬ８３２２型余氯分析监测仪各１套。

４．３水源保护

根据县城水源实际，取水点周围半径１００ｍ以内的水域内，严禁洗涤、游泳等可能污染水源的任何活动；将取水点上游１０００ｍ以外的一定范围河段划为水源保护区，严格控制上游污染物排放量。排放污水时应符合ＴＪ３６和ＧＢ３８３８的有关规定，保证取水点的水质符合饮用水水源水质要求；取水点上游１０００ｍ～下游１００ｍ的水域，不应有工业废水和生活污水排入；其沿岸防护范围内，不应堆放废渣、垃圾，不应畜圈、粪便和有毒物品的码头，不得使用工业废水或生活污水灌溉及施用持久性或剧毒的农药，不得从事放牧等有可能污染该段水域水质的活动。取水口与净水构筑物，应及时清除漂浮杂物；取水、净水与调节构筑物应定期清淤、清洗。

５结语

通过分析探讨可知，佳县县城供水源地地处黄河右岸，主要受黄河洪水威胁，造成水源工程和水质无保障。经过地质勘察，从建设防洪工程、管道增设、水质处理三方面对供水工程防洪、水量、水质进行安全保障，为确保佳县县城供水安全提供了保障。

参考文献：

［１］卫新东，宋林韩，王筛妮，等．黄河西岸陕西各县市耕地质量时空变化特征及其分异规律［Ｊ］．水土保持研究，２０２１，２８（２）：３２６－３３４．

［２］邵天杰，赵景波．榆林地区明代洪涝灾害特征分析［Ｊ］．干旱区资源与环境，２００９，２３（１）：９３－９７．

［３］中华人民共和国住房和城乡建设部．堤防工程设计规范：ＧＢ５０２８６—２０１３［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２０１２．

作者：张小卫 单位：佳县水利局河道治理服务中心