论农村人饮水源工程建设浅表地埋式集水池

吴泽臣

（贵州省锦屏县敦寨镇农业综合服务中心,贵州 锦屏 556700）

0 引言

锦屏县位于贵州省黔东南州东部,辖7 镇8 乡和1 个省级经济开发区,全县有115 个行政村（社区）,2022 年末户籍人口239563 人。近年来全县进行水务一体化改革,加大城镇供水工程的建设力度。当前全县15 个乡镇都建设有规模化、覆盖周边农村集中供水的现代化水厂,全县大部份村寨都实现了集中式供水。但截止2022 年仍有部分偏远村寨无法实施规模化集中供水,对这些居住分散偏远的村寨,只能采用单个小型人饮工程的方式来实现保障供水。受地理条件限制,这些村寨都存在人高水低,取水困难的情况,如按常规采取提水供水的方式,势必会加大后期供水成本,而这些偏远的村寨往往经济又相对落后。本文以锦屏县敦寨镇东部山区的云亮村为例,探讨建设浅表地埋式集水池在农村人饮水源工程中的应用。

1 云亮村概况

云亮村是锦屏县敦寨镇东部山区的一个偏远村寨,距镇政府所在地24 km。该村地处黔湘两省山区边界位置,地势较高,全村有3 个村民小组,132 户,536 人,全村总面积10037 亩,其中耕地343 亩,林地8039 亩,是一个较典型的地少山多,经济相对落后小村。受地理条件限制云亮村不能联接上敦寨规模化水厂供水,负责该村供水保障的还是原先建设的单独村寨人饮工程。

2 水源勘察情况

云亮村人饮工程是在2015 年设计和建设完成的,笔者当时负责该工程设计和施工技术指导工作。云亮村民主要居住在云亮两边山坡上,斜坡下沿贵州通湖南乡村路边也有少部份村民居住。水源勘察发现,从湖南靖州县平茶镇塘宝村大塘冲发源的云亮溪呈东西向往敦寨境内流淌,溪流经过云亮寨脚,上游溪谷也十分平缓,不能从云亮溪上游采取重力式引水到云亮山坡上房屋供水,除此周边山上没有再找到有流水的冲谷溪流。因此当时寻找合适水源的勘察工作一时陷入困境,如果从云亮溪提水供水,又会给这个经济落后的村寨增加额外的供水负担。后来经过询问村民,在距省界450 m,叫做滥冲的地方找到一处待定水源。进一步了解滥冲是一处季节性溪流山谷,村民介绍一年中半年有地表水,半年无水。实地观察,滥冲溪谷有几个山冲汇集,集水条件好,溪谷两边山势开阔高耸,有形成地形雨的自然条件,周围森林茂盛,截留降雨蕴含水源的条件很好。

当时勘察时间为2015 年3 月下旬,是农历二月初的时间,这时雨季还没有到来,虽然在主山冲没有看到溪流有地表水,但发现在冲谷中部往下开始变得平缓的地方有喜水植物生长,溪床地面开始变得湿润,越往下越湿润。这种情况说明溪床下有浅表潜水溢出,但不知潜水量是否足够,决定进行必要的论证,如果可以就在溪床里面建设一个地埋集水池,通过收集水量来给云亮村供水。

3 需水量计算

3.1 供水人口计算

2015 年云亮村有132 户,534 人,统计大牲畜46 头。设计用水村民人数公式计算：

式中：P0为供水范围内的现状常住人口数,534 人；P1为设计年限内人口的机械增长总人数,根据云亮村情况,本工程取值为0；γ为设计年限内人口的自然增长率,按敦寨镇人口统计值12‰；n 为云亮村人饮工程设计供水年限15 年。

3.2 居民生活用水量 W1 计算

式中：P 为设计用水居民人数,639 人；q 为最高日居民生活用水定额,贵州省属四类用水地区,按水龙头入户,全天用水的基本需求,取值计为80 L/（人·d）。

3.3 饲养畜禽用水量W2 计算

式中：46为现有存栏牛头；2%为设计年限内牲畜自然增长率；15 为工程设计年限,年；50 为大牲畜用水定额,L/（头·d）。

3.4 管网漏水与其它未预见用水量W3

根据工程规范管网漏失水量和未可预见水量计数,本工程按以上用水量10%取值,则 ：

3.5 消防用水量W4 及其它用水量取值

按照《建筑设计防火规范》（GB 50016）和《农村防火规范》（GB 50039）的有关规定确定。一次性灭火最小用水量为36 m3/h,因上述用水量已高于消防需水量,另外云亮村还可以从寨脚溪流中获得稳定的消防水源,故本工程消防用水量取值W4=0 m3。

由于云亮村是偏远村寨,村内没有学校,企业等,因此根据实际情况工程公共用水量、企业用水量、浇洒道路绿地用水量全部取值为0 m3。

3.6 合计供水量W

4 水源至高位蓄水池输水管水头损失

拟建云亮村寨后高位蓄水池高程821 m,高位蓄水池到滥冲溪谷中段距离为1270 m。拟定输水管为Φ50 PE 管材,试算输水管水头损失如下：

式中：i 为单位管长水头损失,m/m；hy为沿程水头损失,m；L 为管道长度,1270 m；Q 为管段需水流量,0.00068 m3/s；d为Φ50 PE 管内径,0.0426 m；C 为海曾威廉系数,本工程PE管取值140。

经计算hy=3.56,则：高位蓄水池高程+输水管水头损失=821+3.56=824.56 m。

用RTK 仪器现场定位,滥冲824.56 m 往上至865 m 高程均为溪谷中间湿润较平缓段,综合考虑输水管水头和水源集雨面积因素,暂定在843 m 高程位置修建地埋集水池,此处输水管自由水头16 m,能够满足输水要求。

5 水源论证

5.1 坡面年集雨规模计算

根据实地踏勘确定修建地埋集水池地址后,仔细比对万分之一地形图,用方格法标定出滥冲水源地埋集水池以上集雨面积为99420 m2。

参照坡面集雨面积公式F=1000 WK1/P￠验算[1]：

式中：F 为集流面水平投影面积99420 m2；W 为集雨规模,m3/a；K1为自然坡面利用系数,本工程取值1.5；Q 为管段流量0.00068 m3/s；P 为保证率为90%的年降雨量、根据相距云亮村20 km 远,黎平县中黄雨量站记录从1980 年～2014 年历年降雨量频率分析计算的数据,1053 mm；￠为集流面年积流效益,本工程取值35。

经计算,W=2442749 m3/a

根据计算自然坡面集雨规模为2442749 m3/a,是本工程需供水规模21505.8 m3/年数值的113.5 倍,这么大的倍数差距,即在去除陆地蒸发量及其他各种水量损失后,理论上依然能够满足供水规模的要求。

5.2 滥冲水源地森林涵养水源论述

滥冲水源区域森林全覆盖,其中杉木林占70%,自然混合林占30%,森林具有天然涵养水源、净化水质的功能。其茂密的林冠层、林下灌木、草本植物层,地面松软的枯枝落叶层及地下发达的植物根系和松软的土壤等都具有很好的持水性和渗透性[2],这种特性在下雨时能截留、吸收、贮存降水,无雨时间又能缓缓释出水量补给径流。因此滥冲水源区域的森林可以显著改善坡面的集雨条件。

5.3 滥冲溪谷含水层论述

拟定水源为溪谷中下段坡度变缓位置,观察两边山势围绕高耸,各支集水汇流,可能汛期大部泥土被水流带走,砂石自重较大沉积下来,经过常年累月的积累,溪床应被大量砂石覆盖。现场用锄头挖开表层观察,只见溪床里面湿漉漉的,主要物料就是砂砾石夹杂泥土,其中砂砾石占大部,证实设想是对的,溪床里面这种物料具有容水性、持水性、给水性、透水性好的特点,是优良的含水层带,这种含水层能够很大程度地拥有地下潜水并且能够渗透。

综上,拟定的滥冲水源点具有良好的条件,可以用来建设地埋集水池给云亮村供水。

6 地埋式集水池建设

6.1 地下截留墙（坝）布置

滥冲水源位置溪谷呈近似U 型,首先开挖溪床至坚硬岩石地面,建一道顶长4.0 m,底长2.95 m,高1.42 m 的截水墙,该截水墙按拦水坝结构建设,坝体两端延伸到山边坚硬岩体。截水墙和集水池是一体建设,在溪谷底部基岩上浇筑同一块砼C20 基础,基础上、下两端设置防滑齿槽[3]。截水墙上宽0.4 m,下宽0.8 m,坝体为M7.5 浆砌石结构,迎水面设置一道厚0.15 m 的C20 防渗墙用于地下拦截水量,截水墙高出集水池顶部0.3 m 以加大向集水池的渗透率。

6.2 地埋集水池布置

地埋集水池内空长、宽、高均为1 m,容积1 m3,边墙厚0.25 m,顶部钢筋混凝土盖板厚0.12 m,全部采用砼C20 浇筑。集水池分别在底、中、上部引出检修放空、正常供水、溢流3 根管道,边墙上设置￠10 过水吼,集水池外周干砌石墙用来反滤和稳定填充滤料,过滤物料为冼净无泥的粗细混合砾石料,粒径在10 mm～35 mm 之间,其四周竖面铺筑面积为3.5 m2。

按滤池公式计算：

式中：Q 为供水量,Q=W=58.92 m3/d；u 为本工程为平流滤水,取值1 m/h。

计算可知集水池竖面铺筑面积3.5 m2大于设计需要过滤面积2.455 m2,地埋集水池四周铺筑滤料满足要求,集水池剖面见图1。

图1 集水池剖面图

6.3 地埋集水池运行

云亮村人饮工程从2015 年底建成投入使用至今已有8 年时间,期间有管水员负责日常管理,从水源至高位蓄水池输水管出水一直清澈,工程建成以来水量保持正常,一年四季均能满足村寨人饮供水。现在滥冲水源地埋集水池地面水草复生,早已和自然环境合为一体,不经人介绍,从地面看根本不知道地下埋着一处水利设施。证明云亮村水源工程当时采用地埋集水池收集水量,实现重力式输水的工程方案是可行的。

7 结语

在边远山区,经济落后的村寨,单个农村人饮工程建设优先采用重力式供水是最简单和经济的工程方案。通过例证表明,在中国南方山区属多雨或湿润气候区,年降雨量大于1000 mm 以上,有足够的集雨面积,区域森林植被茂盛,有合适的地形地貌条件,在一年中有间歇地表径流的溪谷是可以建设地埋式集水池的。这种地埋集水池的工程措施不仅可以解决农村人饮水源供水的问题,也可以解决其他民生项目的用水需求。