貴州農(nóng)村飲水安全工程中提水的應(yīng)用研究

吳海寬 嚴(yán)亞 鄧文強(qiáng)

摘要 據(jù)統(tǒng)計(jì)，提水工程在解決貴州省農(nóng)村飲水安全問題中占據(jù)著相當(dāng)?shù)谋壤?，全省約30%的農(nóng)村飲水安全工程需通過提水的方式解決。目前在實(shí)際修建的供水工程中，因布置不科學(xué)、選型不合理等原因，造成泵站運(yùn)行效能低下、能耗損失多、提水工程運(yùn)行成本高等現(xiàn)象。收集統(tǒng)計(jì)貴州省已建成的典型工程實(shí)際的提水電量和運(yùn)行成本，分析各類工程之間提水效率及運(yùn)行成本存在差異的原因，同時(shí)通過理論計(jì)算，對(duì)提水工程的提水效率、提水電量和運(yùn)行成本進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞 飲水安全；提水工程；提水效率；運(yùn)行成本

中圖分類號(hào) S277.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）22-0173-06

Abstract According to statistics， the water extraction project occupies a considerable proportion in solving the problem of drinking water safety in rural areas of Guizhou Province. About 30% of the rural drinking water safety projects in the province need to be solved by the way of water extraction. In the actual construction of water supply project， because of unscientific arrangement and unreasonable selection and other reasons， the operation efficiency of the pumping station is low， the loss of energy consumption is much， and the running cost of the water extraction project is high. To collect and analyze the water quantity and operating cost of the typical projects built in Guizhou Province， analyze the reasons for the difference between the water extraction efficiency and the operating cost among various projects， and analyze the water extraction efficiency， the electric quantity and the operating cost of the water extraction project through the theoretical calculation.

Key words Drinking water safety；Water lifting project；Water lifting efficiency；Operation cost

貴州省自2005年啟動(dòng)實(shí)施解決農(nóng)村飲水安全問題工程建設(shè)以來，截至2015年底，已建成各類農(nóng)村供水工程120 327處，解決了3 047.30萬農(nóng)村人口的飲水安全問題（含“十一五”“十二五”農(nóng)村飲水安全工程解決的2 199.10萬農(nóng)村居民和200.33萬農(nóng)村學(xué)校師生），基本實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村飲水安全工程全覆蓋，基本解決了農(nóng)村飲水安全問題。在已建成的工程中供水規(guī)模在1 000 m3/d以上的集中供水工程228處，供水人口325.60萬，該部分工程主要覆蓋鄉(xiāng)、鎮(zhèn)所在地及周邊村寨，人口居住較為集中，附近有?。ǘ┬鸵陨纤畮旌土髁枯^大的河流作為穩(wěn)定的供水水源，通過大流量低揚(yáng)程的方式解決農(nóng)村群眾飲水安全問題，該部分工程凈化、消毒設(shè)施齊備、完善，供水保證率在95%以上。200～1 000 m3/d的集中供水工程2 030 處，供水人口646.40萬，該部分工程主要為規(guī)模較大行政村供水工程，工程多以山塘、河水作為供水水源，通過重力自流引水，以及低揚(yáng)程的方式解決農(nóng)村群眾飲水安全問題，該部分工程大多數(shù)配備了凈化消毒設(shè)備，部分工程僅配備了消毒設(shè)備，供水保證率在95%左右。20～200 m3/d的集中供水工程24 994處，供水人口1 705.20萬，該部分工程主要為規(guī)模較小的行政村及一些集中村組的供水工程，工程多以山間泉水、溪溝水及機(jī)井作為供水水源，該部分工程大多只配備了消毒設(shè)備，供水保證率在90%～95%。20 m3/d以下集中供水工程15 262處，供水人口230.10萬，該部分主要為一些居住較為分散的村組的供水工程，主要以山間泉水作為供水水源，該部分工程大多只配備了沉淀、過濾等簡(jiǎn)單設(shè)施，供水保證率在90%以下。20人以下分散供水工程（包括井水、集雨）77 813處，供水人口140.00萬，該部分工程主要為居住較為分散的零星供水工程，工程多為井水、水池和水窖，通過房屋集雨將雨水收集到水池、水窖中飲用，該部分工程供水保證率低、水質(zhì)差。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2015年底，在已建的工程中，約55%的工程為自流引水工程，該部分工程大多規(guī)模不大，主要為20～1 000 m3/d的集中供水工程；約10%的工程為大流量、低揚(yáng)程（揚(yáng)程在50 m以下）提水工程，該部分工程多為1 000 m3/d以上的集中供水工程；約30%為小流量、高揚(yáng)程的提水工程，該部分工程規(guī)模較小，主要為20～1 000 m3/d 的集中供水工程。由此可見提水工程在貴州解決農(nóng)村飲水安全問題的重要性，剩余約5%為分散式的集雨工程，該部分工程主要分布于地表水資源較為匱乏的山區(qū)，供水規(guī)模在20人以下。在已建的工程中不具備穩(wěn)定水源供水的人口1 861.30萬，占農(nóng)村供水工程總供水人口的61%，農(nóng)村供水工程具備穩(wěn)定水源所占比例較低。由此可見，在已建的工程中，貴州大部分工程雖然可依靠地形，可通過自流引水的方式解決（這些工程優(yōu)點(diǎn)為建后運(yùn)行管理費(fèi)用低）；但由于這部分工程水源多為山間泉水，工程規(guī)模也不大，造成工程供水保證率不高，一遇干旱造成受益區(qū)群眾臨時(shí)飲水困難。在已建的一些供水規(guī)模在1 000 m3/d以上的工程，也大多為低揚(yáng)程的提水工程。一些具備修建大型供水工程的地方，由于提水揚(yáng)程超過100 m后，傳統(tǒng)的思維認(rèn)為后期運(yùn)行成本高而往往放棄修建高揚(yáng)程的集中式大型提水工程，改為通過附近小水源修建一些自流及低揚(yáng)程的小型供水工程，從而降低了供水保證率。另外一些分散式的供水工程更因?yàn)橹苓叺乇硭畢T乏，揚(yáng)程高，而放棄修建高揚(yáng)程的提水工程，改為通過房屋集雨的方式修建小水池、小水窖解決飲水安全問題，這部分工程水質(zhì)及水量均沒有保障。

“十三五”期間，按照國(guó)家的安排部署，結(jié)合新時(shí)期脫貧攻堅(jiān)、全面建成小康社會(huì)的總體要求，到2020年，通過實(shí)施農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程，采取新建和改造等措施，使貴州省農(nóng)村集中供水率達(dá)到85%以上，農(nóng)村自來水普及率達(dá)到80%以上，水質(zhì)達(dá)標(biāo)率整體有較大提高，小型工程供水保證率不低于90%，其他工程的供水保障率不低于95%。因此，需要對(duì)一些供水保證率低、凈化消毒設(shè)備配套不完善，存在不鞏固、易反復(fù)的農(nóng)村供水工程進(jìn)行鞏固提升改造。為改變貴州水利工程性缺水嚴(yán)重的問題，貴州省也在“十三五”期提出了“縣縣有中型水庫、鄉(xiāng)鄉(xiāng)有穩(wěn)定水源”的規(guī)劃目標(biāo)，新建一大批?。ǘ┬鸵陨系墓┧?。根據(jù)貴州“十三五”期建設(shè)的水庫，結(jié)合貴州省農(nóng)村飲水安全鞏固提升工程“十三五”規(guī)劃，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)村飲水安全工程鞏固提升的目的，實(shí)現(xiàn)區(qū)域供水一體化，提高供水保證率，須采取“小小聯(lián)合、以大并小”的方式，將原來一些水源保證率低、工程規(guī)模小的工程，聯(lián)網(wǎng)連片，形成規(guī)?；?、集約化的新型供水工程。為實(shí)現(xiàn)這一目的，一些原來通過自流引水的小型供水工程將合并聯(lián)網(wǎng)，選取大庫、大湖、大江、大河、大泉等穩(wěn)定的水源作為新的供水水源，通過提水的方式，將原水在水廠集中進(jìn)行凈化消毒處理，再通過輸水管將原有的工程進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)供水，從而提高工程供水保障率和水質(zhì)合格率。但在實(shí)際運(yùn)用中由于提水工程運(yùn)行費(fèi)用較高、維護(hù)管理要求高等原因，造成當(dāng)?shù)乩习傩詹辉感藿ㄌ崴こ?。老百姓更愿意選擇就近的小水源，修建自流引水工程或一戶一窖的方式修建集雨工程，這些小規(guī)模的自流引水工程，雖然水費(fèi)較低，但是由于規(guī)模較小，存在工程管理不規(guī)范、水源保證率低等問題；而水池、水窖工程，由于多為一戶一窖，農(nóng)戶自行進(jìn)行管理，雖然工程可以不用交水費(fèi)，但是由于屋面雨水受天氣影響大，存在水質(zhì)和水量無保障等問題。

1 貴州提水工程的特點(diǎn)

貴州由于特殊的喀斯特地形地貌，地表切割較大，地勢(shì)起伏大，“八山一水一田”的說法形象地概括了貴州的地形地貌。加之長(zhǎng)期的水利歷史欠賬，缺乏可靠的可調(diào)蓄的地表水源，造成工程性缺水嚴(yán)重。由于喀斯特地貌廣布，貴州多石山區(qū)、深山區(qū)，群眾居住分散，由于居住習(xí)慣的問題，大部分群眾居住在較高的山區(qū)，形成人高水低的局面，這部分群眾祖祖輩輩均通過人背馬馱的方式取水飲用，如果通過提水的方式解決該部分群眾的飲水問題，往往提水揚(yáng)程超過50 m，工程建成后，由于運(yùn)行費(fèi)用較高，而供水規(guī)模又太小，運(yùn)行管護(hù)人員收取的水費(fèi)不足以維持工程良性運(yùn)行，從而造成工程運(yùn)行不正常甚至廢棄，群眾重新返渴。因此，在各地傳統(tǒng)的思想觀念中當(dāng)提水揚(yáng)程超過50 m后，大部分群眾不愿承受高額水價(jià)，而為解決這些居住較高的農(nóng)村居民的飲水安全問題，當(dāng)?shù)厮块T往往通過傳統(tǒng)的修建水池、水窖的方式來解決，而修建水池、水窖較修建高揚(yáng)程提水工程具有工程造價(jià)高、水質(zhì)水量沒有保障等缺點(diǎn)[1]。因此通過理論和實(shí)際運(yùn)行工程闡述高揚(yáng)程提水解決農(nóng)村群眾飲水問題的可行性和具備的優(yōu)點(diǎn)具有重要意義，將為下一步貴州建設(shè)高揚(yáng)程農(nóng)村飲水安全提水工程提供重要的參考。

2 已建提水工程調(diào)查情況

為進(jìn)一步對(duì)貴州興建提水工程進(jìn)行研究分析，選取具有代表性的或參照已建同類工程作為典型工程進(jìn)行分析。為使工程代表性更強(qiáng)，此次選擇按不同類型、不同規(guī)模、不同區(qū)域確定，根據(jù)貴州的實(shí)際情況，收集和整理了貴州已建成的10個(gè)具有典型代表性的高揚(yáng)程農(nóng)村飲水安全提水工程，調(diào)查中力求能盡量多地涵蓋不同類型和形式的項(xiàng)目。針對(duì)貴州喀斯特地區(qū)缺水情況，當(dāng)?shù)厝罕姷慕邮艹潭?，以及工程運(yùn)行的狀況，所選取的這10個(gè)項(xiàng)目涵蓋了不同規(guī)模、不同揚(yáng)程、不同地形和不同水源條件的提水項(xiàng)目，范圍覆蓋了全省貴陽市、六盤水市、畢節(jié)市、黔西南州、黔東南州4個(gè)地區(qū)，涉及10處高揚(yáng)程電提水供水工程，對(duì)工程供水規(guī)模、供水人數(shù)、供水流量、日用電量、經(jīng)營(yíng)成本和水費(fèi)等主要指標(biāo)進(jìn)行了研究和統(tǒng)計(jì)。將資料編輯整理后，項(xiàng)目屬性情況詳見表1。

3 調(diào)查項(xiàng)目情況分析

根據(jù)表1調(diào)查顯示，調(diào)查項(xiàng)目供水規(guī)模為120～16 000 m3/d，提水揚(yáng)程為55～887 m。根據(jù)表1分析整理，在實(shí)際工程中如消耗1 kW·h電提1 m3水能提至110～200 m范圍，下面為幾個(gè)典型工程實(shí)例：

威寧縣縣城供水工程的提水凈揚(yáng)程為110 m，提水規(guī)模16 000 m3/d，1 m3水1 kW·h電的提水揚(yáng)程為110 m，能量損耗最大。主要是泵站提水管線長(zhǎng)11.60 km，管線的水頭損失大，管線上存在氣阻、水阻情況，由于設(shè)計(jì)總規(guī)模為30 000 m3/d，水泵設(shè)置為3臺(tái)（2用1備），2根DN500的管道輸水，目前運(yùn)行為1用1備，2根管道輸水，管道流速只有0.5 m/s，不滿足泵站設(shè)計(jì)規(guī)范要求，存在淤積現(xiàn)象和管道并聯(lián)損失。

晴隆縣西泌河提水工程[2]提水揚(yáng)程887 m，5級(jí)提水，提水規(guī)模4 000 m3/d，1 m3水1 kW·h電的提水揚(yáng)程為148 m，該工程上水管線長(zhǎng)3.80 km，全部為上坡，管道水流條件較好，氣阻、水阻情況基本上不產(chǎn)生，但各級(jí)泵站都設(shè)有調(diào)節(jié)水池，水泵的臺(tái)數(shù)多，存在水量損失和水泵并聯(lián)損失。

清鎮(zhèn)市流長(zhǎng)鄉(xiāng)磅寨應(yīng)急供水工程，提水規(guī)模1 742.4 m3/d，1 m3水1 kW·h電的提水揚(yáng)程為188 m，該工程上水管線長(zhǎng)3.50 km，全部為上坡，管道水流條件較好，氣阻、水阻情況基本上不產(chǎn)生，且水泵運(yùn)行工況為單泵單管供水，無水泵并聯(lián)損失，提水效率較高。

水城縣玉舍鄉(xiāng)俄腳村飲水工程、水城縣保華鄉(xiāng)三村（二道坪、大陸、民生）飲水工程、興義市萬屯鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)飲水工程基本上為1～2級(jí)提水，平均1 m3水1 kW·h電的提水揚(yáng)程為190 m左右，均為單泵單管供水，上水管線都比較短，因此工程的提水效率高。

通過典型工程的實(shí)際調(diào)查可以看出，提水管線短、管道基本為上坡，水力條件較好、水泵為單泵單管運(yùn)行的工程，提水效率較高。

造成項(xiàng)目提水效率低的主要原因如下：