和顺县抗旱应急工程布控方案探析

刘宏伟

（和顺县水利局，山西 和顺 032700）

1 概况

和顺县位于山西省东部，东依太行山，与河北省交界，全县东西长约75 km，南北宽约30 km，平均海拔高程1 300 m，国土面积为2 250 km2，是晋中市面积最大的县。全县辖10个乡镇，294个行政村，全县总人口14.38万人，县境内黄河流域面积460 km2，流域内人口0.59万人，海河流域面积1 790 km2，流域内人口13.79万。地貌总体为中低山地貌，素称“七山二水一分田”，地形中高周低，呈西南—东北走向。属温带大陆性季风气候区，是全省高寒山区之一，属半湿润地区，多年平均气温为6.2℃，多年平均降水量506 mm，多年平均蒸发量1 616 mm（20 cm蒸发皿）。

和顺县河流水系可概括为2大流域（黄河流域和海河流域）、3大水系（汾河水系、子牙河水系和南运河水系）、4大主流（清漳东源、清漳西源、松溪河、木瓜河）及13条支流。

和顺县地处太行山大背斜西翼，沁水凹陷区东缘，地层自南东向西北由老而新呈单斜状排列，主要构造线平行于太行山背斜轴。根据县境含水岩组的分布，以及各类控水构造的特点，全县地下水可分为孔隙水分布区、层间砂岩裂隙水区、层间灰岩裂隙岩溶水区、石灰岩裂隙岩溶水区、石英砂岩裂隙水区、裂隙岩溶水区6个不同的水文地质单元，水质大部为碳酸钙镁型。

2 工程布控

2.1 工程存在的短板

从20世纪80年代开始，对资源的过度索取，加上降水的逐年减少，和顺县面临着日益严重的水生态文明挑战，水面率锐减，四大主流失去近30%的末稍水，山间断头河大幅度增加，主要表现为：旱井、旱窖无水可蓄；小泉、小水干枯，不少水利工程水量锐减，导致人畜饮水工程及灌溉工程水源保证率下降。

由于工程建设期投资少、建设标准低、材料紧缺、运行管理落后等原因，出现了工程老化失修，管材或管件腐化，管壁破裂，蓄水设施渗漏等问题，再者没有大型控制性水利工程，特别是饮水工程单村供水工程涉及到227个行政村，7.1万人，没有形成覆盖全县的大水网，各自为战、分散管理，影响工程稳定持续运行。

由于生产、生活和企业废水的不合理排放，以及水源地保护机制的落后，浅层地下水受到沉积、下渗污水影响，局部地区水质硬度和硫酸盐超标，微生物指标总大肠杆菌群和菌落总数超标，达到饮水工程总数的30%，水质的蜕变制约着水利工程的良性运行。

公路、铁路等大型工程建设以及煤矿开采，破坏了隔水层，疏干了部分地表水，改变了地表水和地下水的径流、补给与排泄条件，导致河川径流减少、水位下降或干枯，原水源工程破坏，出现新的饮用水问题。

2.2 合理布控

2.2.1 布控思路

以降低洪、涝、旱等自然灾害带来的经济损失，提高农村土地和水资源利用率，平衡生态用水、生活用水、农业用水三者之间的关系为目的，结合和顺县的行政区划、村庄分布，以地形、地貌、地质结构为标识，以地表河流、地下储水为主线，以控制性建筑物为载体，利用应急水源工程建设，分区布控整个和顺水资源，构建完美的引、蓄、控水利体系。

坚持全面、协调、可持续的发展理念，实现从分散治理到系统治理的转变，通过抗旱应急工程建设脱开区域、季节、时空局限，变各自为战为协同作战。通过抗旱应急工程建设，构建覆盖全县河流水系、水利基础设施体系、管理运行体系的云平台。通过抗旱应急工程建设，把水环境意识融合在新农村建设中。

着力解决水利发展中存在的不平衡不充分问题，真正实现多源互补，保障应急，丰枯调剂，节水环保，努力为人民创造更干净、更可靠水生态环境。

2.2.2 水源布控

结合以上布局理念，经过认真分析和顺县域的河流水系、地质水文等特点，对抗旱应急工程进行分区布置，对抗旱应急用水对象进行单元划分，全县共分为4个抗旱工程应急区，7个供水单元。

西部山区，地表水资源丰富，径流充沛，流域内森林覆盖率高，水源工程以开发利用浅层地表水，进行“活水周流”建设为抓手，以提高用水保障为核心，改变生产、生活条件和生态环境为目的，结合农业灌溉、人畜饮水，进行河、挡、排、引、提、蓄、控统筹规划，共由3个单元组成，即马坊乡抗旱应急工程、横岭镇抗旱应急工程和阳光占乡抗旱应急工程。

中北部丘陵区，所属义兴镇、牛川乡，由于长时间煤炭开采，致使地下水资源渗漏严重，地表水水质较差，且水量不足，利用现有恋思水库作为水源，以调为主，新建高位蓄水池，以长藤结瓜式通过管道延伸输水到受益村。

中南部丘陵区，所属喂马乡，东部露天煤矿开采破坏严重，西部仪岭河段常年有地表径流，流域内为砂页岩森林山地，水源工程以截、蓄为主，通过建高喷防渗墙抬高地下水位，经过入渗处理，满足抗旱应急要求。

东部山区，森林覆盖率较好，常年有泉水出漏，并且辖区内有控制性水利工程，特别是水源工程经过更新改造完全可满足需求，管网可进行维修改造和延伸，由2个单元组成，即松烟镇抗旱应急工程、平松乡抗旱应急工程。

2.2.3 建筑设施布控

在确定水源工程建设方案后，确定设计流量、经济管径、装机容量等。

加压泵站的选址以充分利用水源水头压力，降低供水扬程为出发点，合理确定泵站厂房和管理用房的规模和标准，使建筑物的设计和施工均能达到国家节能标准。高位水池的选址重点考虑供水对象，以满足其水头要求为目的。

输水管道采用全封闭管道，以减少输水过程中的水量损失，降低多余的输水损失带来的能耗，输水管线尽量考虑地形地貌条件，减少线路中的水平或竖向转弯，采取平滑曲线以降低管道局部损失；管材的选择以满足工程使用寿命、安全运行为前提，尽可能选择管壁糙率小、水流条件好的管材，以减少管道沿程水头损失。

设备的选型采用同类产品中较为成熟和先进的技术设备，选用运行效率高节能效果好的产品，保证在各个工况下的正常运行；要分析其运行管理模式，充分利用设备的调节能力，合理确定水泵机组的开机数量和时间，确保机组高效运行，尽可能减少能量消耗，优化机组运行调度方案，确定每个单元抗旱应急的供给能力。

3 工程建设方案

3.1 西部山区

3.1.1 马坊乡抗旱应急工程

工程位于黄河流域，其主流木瓜河属汾河水系，主要支流有里斯河、西马泉河和树石河。综合该区地形、地质、水资源以及工程特点，方案对比后，确定在马坊村西500 m西马泉河下游兴建抗旱应急水源。该处地势西南高、东北低，为中低山区，河流流向为“S”型，调蓄段流向S60°—70°E。工程所在位置的控制流域面积192 km2，河道长20.64 km，流域比降9.13‰，流域地貌为石山区、土石山区、河谷阶地区三种类型。该处年径流均值776.05万m3，地表年径流均值722.71万m3，基流均值53.34万m3，保证率97%年径流量50.18万m3，30年一遇洪峰流量362.4 m3/s，10年一遇洪峰流量179.9 m3/s。本区接受大气降水补给，地下水类型为碎屑岩类基岩裂隙水和松散岩类空隙水，富水性好，地下水埋藏浅，两岸地下水补给河水，为补给型河谷。

工程主要由水源工程、输水工程、调蓄工程组成。方案确定在水源处建箱式截渗墙，在截渗墙前设100m3水池，输水管置于水池内，采用DE 160的PE管引水至桩号0+377处；并在该处设分水口，保障6 hm2基本口粮田的灌溉要求，管线长377 m。桩号0+377至泵站集水池采用DE 160的PE管输水，管线长1 542 m，泵站、集水池建于桩号1+919处，泵站、集水池至高位500 m3水池（新建）采用DE 75的PE管，管线长81 m；500 m3水池与饮用水干管衔接，采用DE 75的PE管，管长500 m。设计流量6.87 m3/h，设计扬程52.34 m，装机1台，容量3 kW，并架设30 kVA专用变台。该工程特别是干旱时期保证马坊乡0.16万人、6 hm2基本农田的用水需求。

3.1.2 横岭镇抗旱应急工程

横岭镇位于和顺县清漳河西源上游，属海河流域南运河水系，主要支流有横岭河、龙旺河、沙峪河和枯河。横岭镇抗旱应急工程，水源位于横岭村西北1 100 m的清漳河西源支流横岭河上，该处水源上游流域面积10.8 km2，河道长2.87 km，流域比降20.88‰，年径流均值74.54万m3，地表年径流均值61.58万m3，基流均值12.96万m3，保证率97%年径流量10.14万m3，30年一遇洪峰流量127.4 m3/s，10年一遇洪峰流量87.2 m3/s。

该处为中低山区，调蓄水段流向S40°—50°E，水源处建滚水坝，滚水坝为折线形，高5 m，基础深3.5 m，坝长62 m，滚水坝前设无沙混凝土滤水管，周围填级配较好的混合料，输水管置于无沙混凝土滤水管内，采用DE 90的PE管，管长875 m引水至泵站集水池，在桩号0+875处建提水泵站，装机1台，容量3 kW，设计流量9.21 m3/h，设计扬程31.33 m，采用DE 90的PE管，管长171 m，抽水到500 m3水池，新水池并网采用DE 90的PE管，管长500 m，DE 110的PE管，管长500 m。该工程特别是干旱时期保证横岭镇0.2万人的基本用水需求。3.1.3 阳光占乡抗旱应急工程

阳光占乡位于和顺县清漳河西源下游，属海河流域南运河水系。阳光占抗旱应急水源工程位于阳光占村西500 m的清漳河西源主流上，水源上游流域面积309 km2，河道长37.64 km，流域比降8‰，内有石山区、黄土丘陵区、沙页岩土石山区以及河谷台地。该处年径流均值2 032.02万m3，地表年径流均值1 627.22万m3，基流均值404.8万m3，保证率97%年径流量376.33万m3，30年一遇洪峰流量568.5 m3/s，10年一遇洪峰流量286 m3/s。

工程方案在水源地段左岸建圆形透河大口井，大口井为无压非完全井，直径4 m，井深8 m，水源旁建提水泵站，泵站至阳光占村现有水池采用DE 110的PE管，管长431m，装机1台，容量3 kW，设计流量9.13 m3/h，设计扬程39.16 m；泵站至500 m3（新建）水池采用DE 90的PE管，管长206 m，装机1台，容量2.2 kW，设计流量5.87 m3/h，设计扬程25.76 m，新水池并网采用DE 90的PE管，管长463 m。该工程特别是干旱时期保证阳光占乡0.25万人的基本用水需求。

3.2 中北部丘陵区

义兴镇牛川乡抗旱应急工程，该区地处太行山中南段的西部，地势西北高、东南低，属构造剥蚀中山地貌，有清漳河及其支流东源和西源。该应急工程以清漳东源主流张翼河上游的恋思水库为水源，通过管网延伸覆盖义兴镇、牛川乡，工程设计为利用恋思水库的供水水头，延伸DN 300球墨铸铁管4.52 km到加压泵站，加压泵站设在义兴镇刘家窑附近，泵站设计流量80 m3/h，扬程105.6 m，铺设DN 200钢管0.9 km，输水到3 000 m3高位水池（新建），装机2×22 kW，抗旱期间提水量15.4万m3；从3 000 m3水池铺设DN 315的PE管4.7 km，途径各个受益村，利用重力流方式输水到牛川乡供水站，并新建1 000 m3蓄水池，在牛川供水站设加压泵站，设计流量24.5 m3/h，扬程67 m，铺设DN 160的PE管8.7 km，输水到牛川村高位池。本工程特别是干旱时期保证义兴镇2.60万人，牛川乡1.45万人基本用水需求。

3.3 中南部丘陵区

喂马乡抗旱应急工程，位于喂马乡大佛头村东南550m的清漳西源支流仪岭河上，控制流域面积37.9km2，河道长7.72 km，流域比降38.5‰。流域呈东北高、西南低，两岸台地，上部为黄土丘陵，下部煤炭资源储藏丰富，保证率97%年径流量111.4万m3，30年一遇洪峰流量157.3 m3/s，10年一遇洪峰流量85.9 m3/s。工程设计为水源工程处对河床段（桩号0+000-0+192）进行高喷灌浆处理，底部深入基岩1 m，高喷防渗墙顶部公路西侧设宽20 m，长3 m的人字闸，高喷防渗墙顶部公路东建土质堤坝，顶宽3 m，上游12 m处建浆砌石截水廊道，廊道末端建集水井，内径3 m，深9 m，通过泵站加压到高位水池，泵站设计流量83.84 m3/h，扬程54 m，装机1台，容量25 kW，铺设DN 150球墨铸铁管3.5 km。本工程特别是干旱时期保证喂马乡1.88万人基本用水需求。

3.4 东部山区

平松乡抗旱应急工程，位于清漳东源的三级支流瓦房河上，工程所在位置控制流域面积72.6 km2，河道长16 km，流域比降17.41‰，产流地为灰岩土石山区，汇流地类为灌丛山地，保证率97%年径流量102万m3，30年一遇洪峰流量249.9 m3/s，10年一遇洪峰流量128.7 m3/s。方案以瓦房供水站万方蓄水池（防渗维修）为水源地，经过泵站加压，提水到杨坡垴，建100 m3水池，利用重力水自压与原饮水管道并网，铺设DN 100钢管4.2 km，设计流量9.91 m3/s，设计扬程178.87 m，装机1台，容量13 kW，本工程特别是干旱时期保证平松乡0.27万人的基本用水需求。

松烟镇抗旱应急工程，位于清漳东源支流松烟河海眼寺，工程所在位置控制流域面积175 km2，河道长5.47 km，流域比降6.7‰，保证率97%年径流量10.14万m3。本设计在原海眼寺灌溉工程基础上进行维修与更新，海眼寺灌溉工程始建于1992年，由枢纽工程和管线工程组成，根据现有工程存在的问题，本次方案清除冲沙闸启闭机剥蚀的混凝土，并重新浇筑，清除滚水坝表面剥蚀层，并重新浇筑表面混凝土，对闸门、启闭机设施进行更换，对输水管道进行更换，更换长度2.5 km。本工程特别是干旱时期保证松烟镇1.5万人的基本用水需求，并为106.67 hm2基本口粮田提供灌溉用水应急保障。

4 结语

抗旱应急工程以控制性水利工程为骨架，灵活工程建设模式，真正以实地勘察、科学论证、因地制宜为优化建设方案的前提，把旧工程改造、管网延伸、地表水开发、环保与节能进行了有机结合，实现了抗旱应急工程与原有水利工程的有效牵手，健全了和顺县水网总体布局，形成了抗旱水脉支撑体，为水利设施建设奠定了基础。