威县农村水源置换工程管道设计研究

李步文

(威县水务局，河北 威县 054700)

1 引言

水资源是制约经济、社会发展的一个重要资源，随着社会发展，城镇用水量将逐渐增大，对当地水资源需求带来严重影响[1-4]。针对这种情况，采用工程措施加以改善是十分必要的[5-8]。威县位于河北省东南部，为地下水高氟区，地下水超采严重，长期使用地下水作为供水水源，使得当地地下水水位逐年下降，并造成了水质恶化和地面沉降等不良地质现象。

2 水资源供需平衡分析

2.1 需水分析

2.1.1 现状需水分析

(1)城镇需水分析

城镇现状需水量包括城镇生活需水、工业需水、城镇生态环境需水等。根据现状年的用水统计情况，威县南水北调供水范围内城区年实际用水总量为470万m3，其中城镇生活用水297万m3，工业用水173万m3。

(2)农村用水需求

根据现有资料，以基准年人口指标为依据，对集中供水站控制范围内的农村居民生活、公共建筑用水、管网及渗漏损失等以供水站为基本单元进行水资源供需分析计算。

由表1可知，威县现状水平年最高日需水量为3.56万m3，日变化系数取1.5，则威县农村需水量为865.34万m3。

表1 现状水平年农村供水需水量计算成果表

2.1.2 规划年(2030年)需水分析

(1)城镇生活用水

社会经济发展指标预测以2017年为基准，结合威县总体规划及国民经济年鉴中人口自然增长率预测2030年指标。现状年威县南水北调供水范围内城镇人口为17.02万人。结合近年来人口发展的实际增长情况，预测2030年威县城镇人口综合增长率为7‰，则2030年威县南水北调供水范围内城镇人口为17.44万人。根据河北省用水定额(DB13/T1161-2016)结合项目区现状用水水平确定，2030水平年威县城镇大生活用水定额为110 L/(人·d)(其中包含公共事业用水)，则威县城区2030城镇居民大生活需水量为379.11万m3。

(2)工业用水

2017年威县全县工业增加值完成12.37亿元，预测2030年工业增加值增长率为7%，则2030年威县项目区工业增加值为29.81亿元。工业用水预测公式如下：

W工业i=C工业i×G工业i×10-4

式中：W工业i为i水平年工业需水量，万m3；C工业i为i水平年工业增加值，万元；G工业i为i水平年工业万元增加值用水量，m3/万元。

计算得到2030水平年威县工业用水量为298.1万m3。

(3)生态用水

城镇生态环境需水量主要包括改善城市地面水环境和绿地用水两部分。本次按2004年《河北省水资源评价》中推荐的人均20 m3/a计算，则威县2030年城镇生态环境需水量为96.35万m3，考虑由中水供给。

(4)农村生活用水

由上述分析可知，规划水平年的人口与现状年人口一致，故规划水平年农村需水量与现状水平年一致，规划水平年2030年，全县农村需水量为865.34万m3，本期(2020年度)项目区农村需水量为266.32万m3。

2.2 可供水分析

威县南水北调分配水量供水范围内的可供水量主要包括当地地下水可供水量、地表水以及南水北调分配水量。根据《威县水资源评价》，威县县城多年平均水资源总量为527.2万m3。根据《河北省南水北调工程规划》，南水北调分配威县引江水量829万m3/a。综上所述，现状威县可供水量为1356.2万m3。

2.3 水资源供需分析

2.3.1 现状年供需分析

威县城区引江水可供水量为829.0万m3。根据2017年的用水统计情况，威县南水北调供水范围内县城区年实际用水总量为470万m3。则现状年引江水剩余量为359万m3。在充分利用引江水指标的前提下，确定农村生活用水地下水/地表水配置比例，混合后氟含量控制在允许最大氟含量1.0 mg/L以下，确保饮水安全。在现有引江水量的条件下，为解决全县范围内高氟问题，将2015年抗旱应急项目、2017年、2019年水源置换项目的引江水量进行重新调整。据调查，现状条件下，威县农村生活用水量为45 L/(人·d)，各供水站地表水与地下水用水按一定比例混合使用可满足含氟量小于1.0 mg/L的要求。现状水平年条件下，2015年抗旱应急项目、2017年农村水源置换项目、2019年农村水源置换项目和本期(2020年水源置换)项目需水量共计778.81万m3。其中需地下水量423.79万m3，需地表水(引江水)量355.02万m3，小于现状年引江水剩余量359万m3。现状条件下，水量满足要求。现状条件下，本项目年需水量285.70万m3，其中，地表水136.48万m3，地下水年需水量149.22万m3

2.3.2 规划年水资源分析

威县城区引江水可供水量为829.0万m3。规划2030年威县工业需水298.1万m3，城镇生活用水379.11万m3，则余水量为151.80万m3，规划2030水平年置换水项目总需水量为865.34万m3，需水量大于余水量，缺水713.55万m3。规划水平年，水量不足。需政府协调解决引江水指标，以满足全县农村生活用水及县城生产生活用水需求。威县地表水厂现状供水能力为3万m3/d，现状供水能力不能满足规划要求，需扩建水厂规模。待地表水厂扩建后，达到规划供水能力，南水北调水量充足时，进行全部置换。

3 管线设计研究

3.1 输水管线布置

本工程输水管道建设，分为南线和北线，输水线路总长67.454 km。南线1起点为2019年置换水张王目分水口，终点为白果树供水站；南线2起点为威县第什营镇抗旱应急水源工程主管道桩号10+200，终点为西河洼供水站；南线3起点为威县第什营镇抗旱应急水源工程主管道桩号13+300，终点为司家庄供水站。

北线路1起点为地表水厂——南候伶仕供水站引水管线点20位置处，终点为安上供水站；北线路2起点为地表水厂——南候伶仕供水站引水管线点31位置处，终点为侯贯供水站；北线路3起点为地表水厂——董吕庄供水站引水管线GD45处位置，终点为宋村供水站；北线路4起点为鱼堤供水站分水口点15位置，终点为张营供水站；北线路5起点为地表水厂——董吕庄供水站引水管线GD39处位置，终点为古城供水站，沿线涉及安仁供水站、后苏庄供水站、七级供水站和河岔股供水站。

3.2 管道设计

3.2.1 管材选择及埋深

经综合分析比较，针对本工程输水管线为非常重要的永久性工程，在保证供水安全性，方便输水管线的施工以及管材价格的基础上，考虑2017年、2019年威县已实施的工程经验，且本工程为威县置换水的末端工程，最大管径为400 mm，综合考虑确定选用PE管作为本工程输水管材。因本工程管线布置线路较长，考虑到水锤影响较大，故一般穿越管段管材压力等级定为1.0 MPa。威县当地的冻土层深度为0.45 m，管顶应埋设于冻土线以下15 cm，穿越道路、农田或沿道路铺设时管顶覆土不应小于1.0 m，综合考虑本次设计管顶埋深为1.2 m～1.5 m。

3.2.2 管道施工

管道主要采用明挖施工。根据工程实际情况，一般地段按梯形槽开挖，不设支撑；如遇地下水严重，有流砂的饱和土层管段或距建筑物等地物沟槽开挖段采用支撑，支撑形式以连续水平支撑和竖撑为主，可采用钢板桩支撑。施工断面见图3。

图3 施工断面图

管道采用填弧法施工，管道直径大于等于400 mm时，弧中心支撑角采用120°，管道120°范围内掖角铺设砂壤土，压实度为92%，小于400 mm时不做处理。沟槽采用原土回填，管底以上两侧填土分层回填，管道两侧及管道以上距管顶50 cm高度内土层压实度为92%；管道上部距管顶50 cm高度内土层压实度为85%±2%；距管顶高度50 cm以上、表层耕作土以下土层压实度大于90%，取90%，开挖断面顶部30 cm范围内回填表层耕作土不作碾压，当管道穿越道路段及城区段沟槽回填土压实度为92%。见图4。

图4 沟槽回填示意图

4 结论

威县用水主要来自地下水，随着地下水的大量开采，造成了严重的环境、水文、地质问题，根据水资源供需平衡分析，现状年水资源供给可满足用水需求，随着社会发展规划年用水短缺问题较为显著。为了解决用水需求，建设南、北两个输水管线，结合工程经验采用PE管材使用明挖法施工，保证施工质量。