贵州农村饮水安全工程中提水的应用研究

吴海宽 严亚 邓文强

摘要 据统计，提水工程在解决贵州省农村饮水安全问题中占据着相当的比例，全省约30%的农村饮水安全工程需通过提水的方式解决。目前在实际修建的供水工程中，因布置不科學、选型不合理等原因，造成泵站运行效能低下、能耗损失多、提水工程运行成本高等现象。收集统计贵州省已建成的典型工程实际的提水电量和运行成本，分析各类工程之间提水效率及运行成本存在差异的原因，同时通过理论计算，对提水工程的提水效率、提水电量和运行成本进行分析研究。

关键词 饮水安全；提水工程；提水效率；运行成本

中图分类号 S277.7 文献标识码 A 文章编号 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

贵州省自2005年启动实施解决农村饮水安全问题工程建设以来，截至2015年底，已建成各类农村供水工程120 327处，解决了3 047.30万农村人口的饮水安全问题（含“十一五”“十二五”农村饮水安全工程解决的2 199.10万农村居民和200.33万农村学校师生），基本实现了农村饮水安全工程全覆盖，基本解决了农村饮水安全问题。在已建成的工程中供水规模在1 000 m3/d以上的集中供水工程228处，供水人口325.60万，该部分工程主要覆盖乡、镇所在地及周边村寨，人口居住较为集中，附近有小（二）型以上水库和流量较大的河流作为稳定的供水水源，通过大流量低扬程的方式解决农村群众饮水安全问题，该部分工程净化、消毒设施齐备、完善，供水保证率在95%以上。200～1 000 m3/d的集中供水工程2 030 处，供水人口646.40万，该部分工程主要为规模较大行政村供水工程，工程多以山塘、河水作为供水水源，通过重力自流引水，以及低扬程的方式解决农村群众饮水安全问题，该部分工程大多数配备了净化消毒设备，部分工程仅配备了消毒设备，供水保证率在95%左右。20～200 m3/d的集中供水工程24 994处，供水人口1 705.20万，该部分工程主要为规模较小的行政村及一些集中村组的供水工程，工程多以山间泉水、溪沟水及机井作为供水水源，该部分工程大多只配备了消毒设备，供水保证率在90%～95%。20 m3/d以下集中供水工程15 262处，供水人口230.10万，该部分主要为一些居住较为分散的村组的供水工程，主要以山间泉水作为供水水源，该部分工程大多只配备了沉淀、过滤等简单设施，供水保证率在90%以下。20人以下分散供水工程（包括井水、集雨）77 813处，供水人口140.00万，该部分工程主要为居住较为分散的零星供水工程，工程多为井水、水池和水窖，通过房屋集雨将雨水收集到水池、水窖中饮用，该部分工程供水保证率低、水质差。根据统计，截至2015年底，在已建的工程中，约55%的工程为自流引水工程，该部分工程大多规模不大，主要为20～1 000 m3/d的集中供水工程；约10%的工程为大流量、低扬程（扬程在50 m以下）提水工程，该部分工程多为1 000 m3/d以上的集中供水工程；约30%为小流量、高扬程的提水工程，该部分工程规模较小，主要为20～1 000 m3/d 的集中供水工程。由此可见提水工程在贵州解决农村饮水安全问题的重要性，剩余约5%为分散式的集雨工程，该部分工程主要分布于地表水资源较为匮乏的山区，供水规模在20人以下。在已建的工程中不具备稳定水源供水的人口1 861.30万，占农村供水工程总供水人口的61%，农村供水工程具备稳定水源所占比例较低。由此可见，在已建的工程中，贵州大部分工程虽然可依靠地形，可通过自流引水的方式解决（这些工程优点为建后运行管理费用低）；但由于这部分工程水源多为山间泉水，工程规模也不大，造成工程供水保证率不高，一遇干旱造成受益区群众临时饮水困难。在已建的一些供水规模在1 000 m3/d以上的工程，也大多为低扬程的提水工程。一些具备修建大型供水工程的地方，由于提水扬程超过100 m后，传统的思维认为后期运行成本高而往往放弃修建高扬程的集中式大型提水工程，改为通过附近小水源修建一些自流及低扬程的小型供水工程，从而降低了供水保证率。另外一些分散式的供水工程更因为周边地表水匮乏，扬程高，而放弃修建高扬程的提水工程，改为通过房屋集雨的方式修建小水池、小水窖解决饮水安全问题，这部分工程水质及水量均没有保障。

“十三五”期间，按照国家的安排部署，结合新时期脱贫攻坚、全面建成小康社会的总体要求，到2020年，通过实施农村饮水安全巩固提升工程，采取新建和改造等措施，使贵州省农村集中供水率达到85%以上，农村自来水普及率达到80%以上，水质达标率整体有较大提高，小型工程供水保证率不低于90%，其他工程的供水保障率不低于95%。因此，需要对一些供水保证率低、净化消毒设备配套不完善，存在不巩固、易反复的农村供水工程进行巩固提升改造。为改变贵州水利工程性缺水严重的问题，贵州省也在“十三五”期提出了“县县有中型水库、乡乡有稳定水源”的规划目标，新建一大批小（二）型以上的供水水源。根据贵州“十三五”期建设的水库，结合贵州省农村饮水安全巩固提升工程“十三五”规划，为实现农村饮水安全工程巩固提升的目的，实现区域供水一体化，提高供水保证率，须采取“小小联合、以大并小”的方式，将原来一些水源保证率低、工程规模小的工程，联网连片，形成规模化、集约化的新型供水工程。为实现这一目的，一些原来通过自流引水的小型供水工程将合并联网，选取大库、大湖、大江、大河、大泉等稳定的水源作为新的供水水源，通过提水的方式，将原水在水厂集中进行净化消毒处理，再通过输水管将原有的工程进行联网供水，从而提高工程供水保障率和水质合格率。但在实际运用中由于提水工程运行费用较高、维护管理要求高等原因，造成当地老百姓不愿修建提水工程。老百姓更愿意选择就近的小水源，修建自流引水工程或一户一窖的方式修建集雨工程，这些小规模的自流引水工程，虽然水费较低，但是由于规模较小，存在工程管理不规范、水源保证率低等问题；而水池、水窖工程，由于多为一户一窖，农户自行进行管理，虽然工程可以不用交水费，但是由于屋面雨水受天气影响大，存在水质和水量无保障等问题。

1 贵州提水工程的特点

贵州由于特殊的喀斯特地形地貌，地表切割较大，地势起伏大，“八山一水一田”的说法形象地概括了贵州的地形地貌。加之长期的水利历史欠账，缺乏可靠的可调蓄的地表水源，造成工程性缺水严重。由于喀斯特地貌广布，贵州多石山区、深山区，群众居住分散，由于居住习惯的问题，大部分群众居住在较高的山区，形成人高水低的局面，这部分群众祖祖辈辈均通过人背马驮的方式取水饮用，如果通过提水的方式解决该部分群众的飲水问题，往往提水扬程超过50 m，工程建成后，由于运行费用较高，而供水规模又太小，运行管护人员收取的水费不足以维持工程良性运行，从而造成工程运行不正常甚至废弃，群众重新返渴。因此，在各地传统的思想观念中当提水扬程超过50 m后，大部分群众不愿承受高额水价，而为解决这些居住较高的农村居民的饮水安全问题，当地水利部门往往通过传统的修建水池、水窖的方式来解决，而修建水池、水窖较修建高扬程提水工程具有工程造价高、水质水量没有保障等缺点[1]。因此通过理论和实际运行工程阐述高扬程提水解决农村群众饮水问题的可行性和具备的优点具有重要意义，将为下一步贵州建设高扬程农村饮水安全提水工程提供重要的参考。

2 已建提水工程调查情况

为进一步对贵州兴建提水工程进行研究分析，选取具有代表性的或参照已建同类工程作为典型工程进行分析。为使工程代表性更强，此次选择按不同类型、不同规模、不同区域确定，根据贵州的实际情况，收集和整理了贵州已建成的10个具有典型代表性的高扬程农村饮水安全提水工程，调查中力求能尽量多地涵盖不同类型和形式的项目。针对贵州喀斯特地区缺水情况，当地群众的接受程度，以及工程运行的状况，所选取的这10个项目涵盖了不同规模、不同扬程、不同地形和不同水源条件的提水项目，范围覆盖了全省贵阳市、六盘水市、毕节市、黔西南州、黔东南州4个地区，涉及10处高扬程电提水供水工程，对工程供水规模、供水人数、供水流量、日用电量、经营成本和水费等主要指标进行了研究和统计。将资料编辑整理后，项目属性情况详见表1。

3 调查项目情况分析

根据表1调查显示，调查项目供水规模为120～16 000 m3/d，提水扬程为55～887 m。根据表1分析整理，在实际工程中如消耗1 kW·h电提1 m3水能提至110～200 m范围，下面为几个典型工程实例：

威宁县县城供水工程的提水净扬程为110 m，提水规模16 000 m3/d，1 m3水1 kW·h电的提水扬程为110 m，能量损耗最大。主要是泵站提水管线长11.60 km，管线的水头损失大，管线上存在气阻、水阻情况，由于设计总规模为30 000 m3/d，水泵设置为3台（2用1备），2根DN500的管道输水，目前运行为1用1备，2根管道输水，管道流速只有0.5 m/s，不满足泵站设计规范要求，存在淤积现象和管道并联损失。

晴隆县西泌河提水工程[2]提水扬程887 m，5级提水，提水规模4 000 m3/d，1 m3水1 kW·h电的提水扬程为148 m，该工程上水管线长3.80 km，全部为上坡，管道水流条件较好，气阻、水阻情况基本上不产生，但各级泵站都设有调节水池，水泵的台数多，存在水量损失和水泵并联损失。

清镇市流长乡磅寨应急供水工程，提水规模1 742.4 m3/d，1 m3水1 kW·h电的提水扬程为188 m，该工程上水管线长3.50 km，全部为上坡，管道水流条件较好，气阻、水阻情况基本上不产生，且水泵运行工况为单泵单管供水，无水泵并联损失，提水效率较高。

水城县玉舍乡俄脚村饮水工程、水城县保华乡三村（二道坪、大陆、民生）饮水工程、兴义市万屯镇镇区饮水工程基本上为1～2级提水，平均1 m3水1 kW·h电的提水扬程为190 m左右，均为单泵单管供水，上水管线都比较短，因此工程的提水效率高。

通过典型工程的实际调查可以看出，提水管线短、管道基本为上坡，水力条件较好、水泵为单泵单管运行的工程，提水效率较高。

造成项目提水效率低的主要原因如下：