新疆乌苏市城乡一体化供水规划方案研究

2024-02-29 01:01周晨晖
水利技术监督 2024年2期
关键词:乌苏市需水量片区

周晨晖

(塔城水利设计研究院有限公司,新疆 塔城 834700)

0 引言

“十四五”时期,国家实施乡村振兴战略,对农村供水提出了新要求。其中,保障农村饮水安全是实施乡村振兴战略的重要内容,也是坚持高质量发展,实现城乡融合发展的具体要求[1]。农村供水工作是改善农村生活条件,加速农村基础设施建设,提高人民生活水平,建设社会主义新农村,全面建成小康社会的重要环节。因此,“十四五”期间,亟须尽快开展农村供水水保障工程建设。

1 工程概况

乌苏市位于新疆准噶尔盆地西南边缘,属于天山北坡经济带区域内。乌苏市西侧为博尔塔拉蒙古自治州,以托托河为界;南侧为婆罗科努山分水岭与伊犁哈萨克自治州相接,东侧为沙湾市,以巴音沟河为界,北侧与托里县和克拉玛依市相连。乌苏市属北温带大陆性干旱气候,夏热冬寒,多年平均降水量168.1mm,年蒸发量2112.3mm,蒸发量远大于降水量,土壤冻融循环次数小于100次/a,最大冻土深155cm。乌苏市境内有奎屯河、四棵树河和古尔图河3条大河,其中,奎屯河为最大的河流,全长320km,出山口以上河长71km,山区集水面积1945km2,出山口控制站位加勒果拉水文站,年径流量6.199×108m3。

乌苏市东片区城乡一体化供水保障工程项目区,位于乌苏市东北方向15km处,总供水规模可达15173.50m3/d。其中,供水规模方面,城镇为8101.11m3/d,农村为4072.39m3/d,机场为3000.00m3/d。城乡统一供水系统建成后,可实现乌苏市城区与九间楼等乡镇及行政村,连片规模化集中供水,可解决管道老化、跑冒漏滴等问题,提高供水系统运行效率。

2 供水现状及存在问题

2.1 水厂现状

工程所在地区共涉及8个乡镇123个行政村,总人口4.82万(其中城镇人口2.25万人,农村人口2.57万人),牲畜159816只。目前,东片区输配水管网取水口为奎屯河老龙口电站退水闸前,蓄水池位于新城南部三水厂南侧1.50km,为注入式调蓄水池,通过暗涵从老龙口9级电站压力前池分水口引水,引水暗涵长3.37km,设计引水流量1.84m3/s;调节蓄水池正常蓄水位为669.60m,相应库容为253万m3,死水位658.80m,死库容47万m3,调节库容206万m3。三水厂供水能力12万t/d,其中,地表水10t/d,地下水2万t/d。地表水水源接口为老龙河水电站压力前池预留分水口。目前,取水口、蓄水池级水厂均运行良好。工程所在区域经过6次饮水安全工程,总长为396.2km,供水规模为3219.46m3/d。

2.2 存在问题

2.2.1 管网老化严重

工程区现有管网396.20km,其中,350.51km采用PVC管材,45.69km采用PE管材。根据《乌苏市“十四五”农村供水保障规划》和现场调查情况,本地区管道存在新疆地区供水管道的共性问题:PVC管材的管道存在抗压能力不足,易损坏等现象,造成跑、冒、漏、滴甚至爆管等问题突出[2],且大部分管道位于林带和柏油路下,导致日常检修困难。

2.2.2 供需矛盾

供水系统不满足现有饮水需求,缺少统筹规划,运行效率低。目前,供水系统可解决2.49万人饮水问题的配水管网,但无法满足城乡4.82万人口的饮水需求,管道水量受高峰期和低谷期影响较为显著。

2.2.3 计量问题突出

研究区,入户水表问题主要有:不标准,无自动化检测设备。入户水表多为老旧的机械式水表,大部分埋在用水户院子里,入户抄表困难,无法合理地收水费,且项目区缺少自动化监测设备,管理人员较少,无法实时对管网运行异常点位进行实时监测管理。

3 城乡供水一体化规划

3.1 需水量计算

SL 310—2019《村镇供水工程设计规范》[3]可知,村镇供水工程设计应按规划、近远期结合、以近期为主的原则。村镇供水工程近期规划设计年限宜采用5—10年,远期规划设计年限宜采用10—15年。结合《乌苏市“十四五”农村供水保障规划报告》,工程现状年为2021年,设计水平年为2035年,工程供水保证率为95%。

需水总量主要由综合生活需水量、工业企业需水量和生态环境需水量构成。

综合生活需水量分为城市和农村两部分。现状年城区总人口10.85万人,乡镇人口4.82万人,合计15.67万人。根据《乌苏市城市总体规划》,远期乌苏市人口自然增长率为5‰。

根据实际居住人口的自然增长和机械增长确定总人口规模,计算公式:

Q总=Q常×(1+K)n+P·n

(1)

式中,Q总—总人口预测数,万人;Q常—常住人口现状数量,万人;K—规划期内人口年均自然增长率;P—规划期内人口年均机械增长数,万人;n—规划期长度,年。

经计算,可推测远期2035年,乌苏市人口可达到35.00万人,其中,城市人口29.83万人,农村人口5.17万人。城市人口用水定额取100L/(人·d),农村用水定额取80L/(人·d),日变化系数为1.3;考虑管网损失,水利用系数定位0.85。

城市人口需水量为2956.00万m3,农村人口需水量为426.93万m3,合计3382.94万m3。

工业需水量计算根据用地途径不同,采取不同的用水指标。经计算,工业最高日用水量约为7.9万m3/d,年用水量2212万m3。具体指标详见表1。

表1 工业日需水量计算

生态环境需水量主要包括绿化需水量、公共卫生需水量,根据《乌苏市城市总体规划(2018—2035)》确定城市公共绿地面积及道路面积,需水定额取0.20万m3/(km2·d)。经计算,年城市生态环境需水量为439.97万m3,规划年为2025年,日变化系数为1.3,具体指标见表2。经计算,2035年项目区范围内用水量为6034.91万m3。

表2 生态环境需水量表

3.2 水源选择

3.2.1 初选

(1)地下水。项目区地下水开采方式主要为机井,根据项目区的实际情况,地下水目前实行限制开采或禁止开采,用地下水取水方案,成本较高,且地下水无法完全覆盖项目区全部村镇。因此,本工程地下水方案不可行。

(2)地表水。乌苏市目前东片区输配水管网取水口为奎屯河老龙口电站,经暗渠输送至乌苏市调蓄池后,通过输水管网引入乌苏市三水厂。老龙口电站为9级水电站,多年平均净流量6.199亿m3。供水范围能够覆盖项目区,且满足水质及卫生要求。因此,本次工程将充分利用现有管网,初步选用奎屯河河水作为供水来源。

3.2.2 位置接口

目前,乌苏市供水路径为老龙口电站压力前池—调节蓄水池—三水厂—高位水池—用水户,其中调节蓄水池为注入式,库容253.00万m3,三水厂可供乌苏市城区及东部乡镇,供水能力12万t/d,高位水池容量为5000.00m3,供水范围可覆盖本项目所有区域。因此,工程水源接口位置选在高位水池处。

3.2.3 可引用水量计算

奎屯河径流的补给,主要靠冰川融水和天然降雨。基本代表站是将军庙水文站,年径流集中在6—9月,多年平均径流6.199×108m3。工程拟选取的取水口为老龙口电站。根据实测径流资料,经计算,它比将军庙站径流量少4.9%~13%,符合流域上下游用水情况。因此,采用老龙口电站的实测资料作为工程可引用水量的数据来源。根据老龙口电站1959—2005年实测资料,在保证率95%的条件下,年径流量约为14.5m3/s。其典型年为1961年,年均流量为14.5m3/s,年度月平均来水量见表3。

表3 95%保证率下典型年月平均来水量

由表3可知,最低月平均流量3.64m3/s在4月份,满足乌苏市分水协议流量2020年2.0m3/s及2030年3.0m3/s要求。

由以上数据可知,在保证率95%的情况下,最低引用水量为11479.1m3,可供水量为10905.1m3,满足项目区6034.9m3的供水需求。

3.3 供水方案比选

本工程水源地和供水区域地势高差大,优先选择重力自流供水,节能降耗[4],同时结合本工程项目区的地形落差、运行工况、村庄分布,基于经济合理性,初步选取输配水结合方案与全配水方案2种方案进行比选,并以九间楼片区为例进行优缺点对比。

(1)输配水结合方案。九间楼片区主管道(一分干管)起点位于机场专线8+490处,机场专线管道起点位于5000m3高位水池处,机场专线管道处除需考虑机场专线供水外,还要考虑所涉行政村的供水需求。机场投入运行后,会与农村用水产生分配不均的问题,特别实在夏季用水高峰期。因此,需增设消能调节池,即位于一分管干管0+120处,调节池容积根据最高日供水量的20%~40%之间,确定为1000m3。经过消能调节池后,机场专线由输水管线变为配水管线。

(2)配水方案。九间楼片区起点及长度不变,沿线不设置减压池,高位水池至九间楼片区主管道末端高差约为170m,所需工作压力最小1.6MPa,最大3.0MPa。

经对比,输配水结合方案运行更安全,也能解决夏季用水高峰期用水分配不均问题。因此,选取输配水结合方案。2种方案对比情况,见表4。

表4 方案对比表

3.4 新建供水管线布置

因本工程结合供水系统现状,坚持宜大不宜小、宜集中不宜分散、宜联片不宜单村的原则[5],管线布置总体思路是建设区域输水管网,充分利用原有设施[6],尽量缩短线路长度,避免影响现有重要建筑物的作用和功能。满足3个原则:①供水安全、经济合理;②技术可行、施工方案;③统一规划、重点突出[7]。所以优先选择布置为总长度短,建设费用低,建设期短的树枝状管网形式现状管道主干管多为南北布置,最长76km,符合乌苏市整体地形南高北低的趋势,也满足重力自输水的基本要求。

工程管线布置多平行于老管线,依托各级公路,同时将项目区分为4个分区,由东向西分别为九间楼片区、皇宫镇片区、S258片区、西湖片区。

(1)九间楼片区主管道(一分干管)起点位于机场专线8+490处,全长35.42km,除支管布置受农田和水头影响需做少许改动,总体与老管线平行。

(2)皇宫镇片区主管道(二分干管)起点位于5000m3高位水池,全长42.39km,与老管线平行。

(3)S258片区主管道(三分干管)起点位于5000m3高位水池,全长112.74km。因改线之后原田间道路变为农田,现依据布置原则:管线布置需依附公路,做少许调整。

(4)西湖片区主管道(四分干管)起点位于城市管网末端,全长18.62m。整体布置沿顺坡,满足重力输水需求。四分干管及支管整体平行于老管线。

3.5 运行管理模式

建立完善运行管理机制是切实保障工程实现长期稳定运行的基础[8-9]。可借鉴目前国内外同类系统开发经验,结合国家水利信息化“五统一”要求,建立由基础设施监控—数据库存储—电子化监测管理及模型分析—数字化展示四位一体的信息管理平台。平台体系,见表5。

表5 乌苏市城乡一体化信息管理平台体系

(1)基础设施监控,主要通过水源地、水厂、输配水管网、用水户4个对象安装电子化设备,实现可视化、可控化、少人化管理,并提高水费计收率。

(2)数据库存储,主要对设施监控反馈的数据进行报送、查询、分析和汇总,作为业务应用的基础性支撑。

(3)电子化监测管理及模型分析,是通过分析汇总后的最终数据资料,第一时间发现供水体系的异常数据、预测潜在风险,确保整个系统安全运行,形成乌苏市人饮信息化业务应用平台。

(4)数字化展示,将乌苏市城乡供水一体化体系以数字化形式立体展现。

根据乌苏市人饮工程业务需求的实际体现,通过统一的平台架构及统一的技术标准,整合已建系统数据及功能,新建供水工程自动化监控、工程管理、水费管理、物资管理等主要业务应用。建成后,业务应用层覆盖乌苏市人饮工程管理全过程;通过管网水损分析模型、需水预测模型、管网爆裂检测模型,提高水利用率,减少水损,确保输配水安全。

4 结论

城乡一体化供水是实现农村饮水安全,提高民生福祉的重要举措,也是城市和农村供水实行统一的规划、建设和管理及实现城乡一体化的重要工作内容。乌苏市东片区目前存在供水管线老化、供水系统不满足城乡发展、管理方式落后等问题。本文通过合理的需水量计算,制定了以奎屯河河水为供水来源、三水厂的高位水池为取水位置、输配水结合的供水方案,同时以现有管网为基础布设新的管线,并充分考虑水利信息化发展要求,利用现代化科技手段,建立城乡供水一体化信息管理平台体系,可为类似地区的项目建设提供新思路。

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