新疆烏蘇市城鄉一體化供水規劃方案研究

周晨暉

(塔城水利設計研究院有限公司，新疆 塔城 834700)

0 引言

“十四五”時期，國家實施鄉村振興戰略，對農村供水提出了新要求。其中，保障農村飲水安全是實施鄉村振興戰略的重要內容，也是堅持高質量發展，實現城鄉融合發展的具體要求[1]。農村供水工作是改善農村生活條件，加速農村基礎設施建設，提高人民生活水平，建設社會主義新農村，全面建成小康社會的重要環節。因此，“十四五”期間，亟須盡快開展農村供水水保障工程建設。

1 工程概況

烏蘇市位于新疆準噶爾盆地西南邊緣，屬于天山北坡經濟帶區域內。烏蘇市西側為博爾塔拉蒙古自治州，以托托河為界；南側為婆羅科努山分水嶺與伊犁哈薩克自治州相接，東側為沙灣市，以巴音溝河為界，北側與托里縣和克拉瑪依市相連。烏蘇市屬北溫帶大陸性干旱氣候，夏熱冬寒，多年平均降水量168.1mm，年蒸發量2112.3mm，蒸發量遠大于降水量，土壤凍融循環次數小于100次/a，最大凍土深155cm。烏蘇市境內有奎屯河、四棵樹河和古爾圖河3條大河，其中，奎屯河為最大的河流，全長320km，出山口以上河長71km，山區集水面積1945km2，出山口控制站位加勒果拉水文站，年徑流量6.199×108m3。

烏蘇市東片區城鄉一體化供水保障工程項目區，位于烏蘇市東北方向15km處，總供水規?？蛇_15173.50m3/d。其中，供水規模方面，城鎮為8101.11m3/d，農村為4072.39m3/d，機場為3000.00m3/d。城鄉統一供水系統建成后，可實現烏蘇市城區與九間樓等鄉鎮及行政村，連片規?；泄┧?，可解決管道老化、跑冒漏滴等問題，提高供水系統運行效率。

2 供水現狀及存在問題

2.1 水廠現狀

工程所在地區共涉及8個鄉鎮123個行政村，總人口4.82萬(其中城鎮人口2.25萬人，農村人口2.57萬人)，牲畜159816只。目前，東片區輸配水管網取水口為奎屯河老龍口電站退水閘前，蓄水池位于新城南部三水廠南側1.50km，為注入式調蓄水池，通過暗涵從老龍口9級電站壓力前池分水口引水，引水暗涵長3.37km，設計引水流量1.84m3/s；調節蓄水池正常蓄水位為669.60m，相應庫容為253萬m3，死水位658.80m，死庫容47萬m3，調節庫容206萬m3。三水廠供水能力12萬t/d，其中，地表水10t/d，地下水2萬t/d。地表水水源接口為老龍河水電站壓力前池預留分水口。目前，取水口、蓄水池級水廠均運行良好。工程所在區域經過6次飲水安全工程，總長為396.2km，供水規模為3219.46m3/d。

2.2 存在問題

2.2.1 管網老化嚴重

工程區現有管網396.20km，其中，350.51km采用PVC管材，45.69km采用PE管材。根據《烏蘇市“十四五”農村供水保障規劃》和現場調查情況，本地區管道存在新疆地區供水管道的共性問題：PVC管材的管道存在抗壓能力不足，易損壞等現象，造成跑、冒、漏、滴甚至爆管等問題突出[2]，且大部分管道位于林帶和柏油路下，導致日常檢修困難。

2.2.2 供需矛盾

供水系統不滿足現有飲水需求，缺少統籌規劃，運行效率低。目前，供水系統可解決2.49萬人飲水問題的配水管網，但無法滿足城鄉4.82萬人口的飲水需求，管道水量受高峰期和低谷期影響較為顯著。

2.2.3 計量問題突出

研究區，入戶水表問題主要有：不標準，無自動化檢測設備。入戶水表多為老舊的機械式水表，大部分埋在用水戶院子里，入戶抄表困難，無法合理地收水費，且項目區缺少自動化監測設備，管理人員較少，無法實時對管網運行異常點位進行實時監測管理。

3 城鄉供水一體化規劃

3.1 需水量計算

SL 310—2019《村鎮供水工程設計規范》[3]可知，村鎮供水工程設計應按規劃、近遠期結合、以近期為主的原則。村鎮供水工程近期規劃設計年限宜采用5—10年，遠期規劃設計年限宜采用10—15年。結合《烏蘇市“十四五”農村供水保障規劃報告》，工程現狀年為2021年，設計水平年為2035年，工程供水保證率為95%。

需水總量主要由綜合生活需水量、工業企業需水量和生態環境需水量構成。

綜合生活需水量分為城市和農村兩部分?，F狀年城區總人口10.85萬人，鄉鎮人口4.82萬人，合計15.67萬人。根據《烏蘇市城市總體規劃》，遠期烏蘇市人口自然增長率為5‰。

根據實際居住人口的自然增長和機械增長確定總人口規模，計算公式：

Q總=Q?！?1+K)n+P·n

(1)

式中，Q總—總人口預測數，萬人；Q?！Ｗ∪丝诂F狀數量，萬人；K—規劃期內人口年均自然增長率；P—規劃期內人口年均機械增長數，萬人；n—規劃期長度，年。

經計算，可推測遠期2035年，烏蘇市人口可達到35.00萬人，其中，城市人口29.83萬人，農村人口5.17萬人。城市人口用水定額取100L/(人·d)，農村用水定額取80L/(人·d)，日變化系數為1.3；考慮管網損失，水利用系數定位0.85。

城市人口需水量為2956.00萬m3，農村人口需水量為426.93萬m3，合計3382.94萬m3。

工業需水量計算根據用地途徑不同，采取不同的用水指標。經計算，工業最高日用水量約為7.9萬m3/d，年用水量2212萬m3。具體指標詳見表1。

表1 工業日需水量計算

生態環境需水量主要包括綠化需水量、公共衛生需水量，根據《烏蘇市城市總體規劃(2018—2035)》確定城市公共綠地面積及道路面積，需水定額取0.20萬m3/(km2·d)。經計算，年城市生態環境需水量為439.97萬m3，規劃年為2025年，日變化系數為1.3，具體指標見表2。經計算，2035年項目區范圍內用水量為6034.91萬m3。

表2 生態環境需水量表

3.2 水源選擇

3.2.1 初選

(1)地下水。項目區地下水開采方式主要為機井，根據項目區的實際情況，地下水目前實行限制開采或禁止開采，用地下水取水方案，成本較高，且地下水無法完全覆蓋項目區全部村鎮。因此，本工程地下水方案不可行。

(2)地表水。烏蘇市目前東片區輸配水管網取水口為奎屯河老龍口電站，經暗渠輸送至烏蘇市調蓄池后，通過輸水管網引入烏蘇市三水廠。老龍口電站為9級水電站，多年平均凈流量6.199億m3。供水范圍能夠覆蓋項目區，且滿足水質及衛生要求。因此，本次工程將充分利用現有管網，初步選用奎屯河河水作為供水來源。

3.2.2 位置接口

目前，烏蘇市供水路徑為老龍口電站壓力前池—調節蓄水池—三水廠—高位水池—用水戶，其中調節蓄水池為注入式，庫容253.00萬m3，三水廠可供烏蘇市城區及東部鄉鎮，供水能力12萬t/d，高位水池容量為5000.00m3，供水范圍可覆蓋本項目所有區域。因此，工程水源接口位置選在高位水池處。

3.2.3 可引用水量計算

奎屯河徑流的補給，主要靠冰川融水和天然降雨?；敬碚臼菍④姀R水文站，年徑流集中在6—9月，多年平均徑流6.199×108m3。工程擬選取的取水口為老龍口電站。根據實測徑流資料，經計算，它比將軍廟站徑流量少4.9%～13%，符合流域上下游用水情況。因此，采用老龍口電站的實測資料作為工程可引用水量的數據來源。根據老龍口電站1959—2005年實測資料，在保證率95%的條件下，年徑流量約為14.5m3/s。其典型年為1961年，年均流量為14.5m3/s，年度月平均來水量見表3。

表3 95%保證率下典型年月平均來水量

由表3可知，最低月平均流量3.64m3/s在4月份，滿足烏蘇市分水協議流量2020年2.0m3/s及2030年3.0m3/s要求。

由以上數據可知，在保證率95%的情況下，最低引用水量為11479.1m3，可供水量為10905.1m3，滿足項目區6034.9m3的供水需求。

3.3 供水方案比選

本工程水源地和供水區域地勢高差大，優先選擇重力自流供水，節能降耗[4]，同時結合本工程項目區的地形落差、運行工況、村莊分布，基于經濟合理性，初步選取輸配水結合方案與全配水方案2種方案進行比選，并以九間樓片區為例進行優缺點對比。

(1)輸配水結合方案。九間樓片區主管道(一分干管)起點位于機場專線8+490處，機場專線管道起點位于5000m3高位水池處，機場專線管道處除需考慮機場專線供水外，還要考慮所涉行政村的供水需求。機場投入運行后，會與農村用水產生分配不均的問題，特別實在夏季用水高峰期。因此，需增設消能調節池，即位于一分管干管0+120處，調節池容積根據最高日供水量的20%～40%之間，確定為1000m3。經過消能調節池后，機場專線由輸水管線變為配水管線。

(2)配水方案。九間樓片區起點及長度不變，沿線不設置減壓池，高位水池至九間樓片區主管道末端高差約為170m，所需工作壓力最小1.6MPa，最大3.0MPa。

經對比，輸配水結合方案運行更安全，也能解決夏季用水高峰期用水分配不均問題。因此，選取輸配水結合方案。2種方案對比情況，見表4。

表4 方案對比表

3.4 新建供水管線布置

因本工程結合供水系統現狀，堅持宜大不宜小、宜集中不宜分散、宜聯片不宜單村的原則[5]，管線布置總體思路是建設區域輸水管網，充分利用原有設施[6]，盡量縮短線路長度，避免影響現有重要建筑物的作用和功能。滿足3個原則：①供水安全、經濟合理；②技術可行、施工方案；③統一規劃、重點突出[7]。所以優先選擇布置為總長度短，建設費用低，建設期短的樹枝狀管網形式現狀管道主干管多為南北布置，最長76km，符合烏蘇市整體地形南高北低的趨勢，也滿足重力自輸水的基本要求。

工程管線布置多平行于老管線，依托各級公路，同時將項目區分為4個分區，由東向西分別為九間樓片區、皇宮鎮片區、S258片區、西湖片區。

(1)九間樓片區主管道(一分干管)起點位于機場專線8+490處，全長35.42km，除支管布置受農田和水頭影響需做少許改動，總體與老管線平行。

(2)皇宮鎮片區主管道(二分干管)起點位于5000m3高位水池，全長42.39km，與老管線平行。

(3)S258片區主管道(三分干管)起點位于5000m3高位水池，全長112.74km。因改線之后原田間道路變為農田，現依據布置原則：管線布置需依附公路，做少許調整。

(4)西湖片區主管道(四分干管)起點位于城市管網末端，全長18.62m。整體布置沿順坡，滿足重力輸水需求。四分干管及支管整體平行于老管線。

3.5 運行管理模式

建立完善運行管理機制是切實保障工程實現長期穩定運行的基礎[8-9]?？山梃b目前國內外同類系統開發經驗，結合國家水利信息化“五統一”要求，建立由基礎設施監控—數據庫存儲—電子化監測管理及模型分析—數字化展示四位一體的信息管理平臺。平臺體系，見表5。

表5 烏蘇市城鄉一體化信息管理平臺體系

(1)基礎設施監控，主要通過水源地、水廠、輸配水管網、用水戶4個對象安裝電子化設備，實現可視化、可控化、少人化管理，并提高水費計收率。

(2)數據庫存儲，主要對設施監控反饋的數據進行報送、查詢、分析和匯總，作為業務應用的基礎性支撐。

(3)電子化監測管理及模型分析，是通過分析匯總后的最終數據資料，第一時間發現供水體系的異常數據、預測潛在風險，確保整個系統安全運行，形成烏蘇市人飲信息化業務應用平臺。

(4)數字化展示，將烏蘇市城鄉供水一體化體系以數字化形式立體展現。

根據烏蘇市人飲工程業務需求的實際體現，通過統一的平臺架構及統一的技術標準，整合已建系統數據及功能，新建供水工程自動化監控、工程管理、水費管理、物資管理等主要業務應用。建成后，業務應用層覆蓋烏蘇市人飲工程管理全過程；通過管網水損分析模型、需水預測模型、管網爆裂檢測模型，提高水利用率，減少水損，確保輸配水安全。

4 結論

城鄉一體化供水是實現農村飲水安全，提高民生福祉的重要舉措，也是城市和農村供水實行統一的規劃、建設和管理及實現城鄉一體化的重要工作內容。烏蘇市東片區目前存在供水管線老化、供水系統不滿足城鄉發展、管理方式落后等問題。本文通過合理的需水量計算，制定了以奎屯河河水為供水來源、三水廠的高位水池為取水位置、輸配水結合的供水方案，同時以現有管網為基礎布設新的管線，并充分考慮水利信息化發展要求，利用現代化科技手段，建立城鄉供水一體化信息管理平臺體系，可為類似地區的項目建設提供新思路。