山東聊城鄭家鎮(zhèn)后管屯地下水開采泵站設計淺析

劉銘棟

（山東省聊城市東昌府區(qū)水務局，山東 聊城 252000）

0 前言

鄭家鎮(zhèn)位于聊城市東昌府區(qū)西南高亢區(qū)，為東昌府區(qū)、冠縣、莘縣交界處，地理位置偏僻，地下水位埋深在20 m 左右。全鎮(zhèn)下轄54 個行政村，農(nóng)業(yè)人口4.2 萬，耕地面積6.2 萬畝。農(nóng)業(yè)灌溉主要以黃河水和機井灌溉為主，黃河水主要依靠張爐集和康營兩座區(qū)管泵站輸送，其中純井灌面積1.5 萬畝，非宜井區(qū)純黃灌面積0.8 萬畝，黃灌、井灌相結(jié)合面積3.9 萬畝。

近幾年來，由于黃河水日益緊缺，張爐集、康營兩座泵站的輸水能力得不到完全發(fā)揮，直接導致鄭家鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)灌溉用水異常緊張。長期過度開采地下水進行農(nóng)業(yè)灌溉，地下水得不到應有的補充，水位連年下降，已被省水利廳劃定為淺層地下水超采區(qū)[1]。

為緩解當前的灌溉用水困難，防止地下水過度超采，計劃在鄭家鎮(zhèn)后管屯村馬頰河右岸新建泵站1 座，為聊鄭路以北大部分及鄭家西部的部分耕地提供灌溉補充水源。

1 工程概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)條件

馬頰河位于聊城西部，從屬于魯西黃河沖積平原，地勢平坦。泵站泵房頂海拔標高為35.04 m。泵站處于暖溫帶季風氣候區(qū)，具有明顯的季風氣候特征，為半干旱大陸性氣候，春夏秋冬四季分明[2]。

1.2 區(qū)域水文條件

場區(qū)地下水類型主要為潛水，其流向與地表傾斜方向基本一致。據(jù)鉆孔水位觀測，目前地下水位埋深一般在20 m 左右，多年平均水位變化幅度在2.0 m～3.0 m 左右。降水入滲補給是淺層地下水的主要補給來源，約占淺層地下水總補給量的70%～80%。但由于降水在年內(nèi)和年際間變化較大，使其入滲補給在時間分配上十分懸殊。一般年份，地下水接受降水入滲補給的時間與降水季節(jié)基本一致，以每年的6 月～9 月份為主，其他月份時段入滲補給很少。形成了汛期降水集中而大強度補給，枯水期補給量很少或無補給的特點。

2 泵站設計指標

后管屯泵站位于鄭家鎮(zhèn)后管屯村，靠近馬頰河右岸，控制灌溉面積3 萬畝，設計流量2.4 m3/s，配套2 臺700ZLB1.3-7.2型軸流泵；新建1 孔2.0 m×2.0 m 平面鑄鐵閘門，配備QL-5-s 手搖螺桿式啟閉機1 臺；新建管理房3 間；根據(jù)需要配置250 kVA 變壓器一臺，架設高壓線路1.2 km。

后管屯支渠設計底寬2 m，邊坡1∶1.5，深度2.6 m。

3 泵站工程設計

3.1 進水閘水力計算

閘孔凈寬按無壓流采用公式（1）、（2）計算（《水閘設計規(guī)范》SL265-2001）：

式中：μ0為淹沒堰流綜合流量系數(shù)；B0為過流斷面計算寬度（m），對矩形斷面即為洞寬；H0為上游總水頭（m）；hs為下游水深。

經(jīng)計算得閘孔凈寬為1.87 m，可選用1 孔2.0 m×2.0 m（寬×高）。

3.2 泵室穩(wěn)定計算

3.2.1 計算工況及荷載組合

完建期地下水位在泵室以下的荷載組合為結(jié)構(gòu)自重+土壓力；正常運用期荷載組合為結(jié)構(gòu)自重+揚壓力+水重+土壓力+水壓力；檢修期荷載組合為結(jié)構(gòu)自重+揚壓力+土壓力+水壓力；地震期荷載組合為結(jié)構(gòu)自重+揚壓力+水重+土壓力+水壓力+水平地震慣性力+地震動土壓力+地震動水壓力。

3.2.2 計算結(jié)果根據(jù)各工況所得計算結(jié)果見表1。

表1 泵室穩(wěn)定計算成果表

計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

3.3 引水涵閘閘室穩(wěn)定計算

3.3.1 計算工況及荷載組合

施工完建期工程竣工，土建及設備安裝完成，閘上、下游均無水，地下水位低于閘底板以下的荷載組合為結(jié)構(gòu)自重；正常運用期為自重+揚壓力+水重+水壓力；特殊運用期為自重+

揚壓力+水重+水壓力+水平地震慣性力。

3.3.2 計算結(jié)果

根據(jù)各工況所得計算結(jié)果見表2。

表2 閘室穩(wěn)定計算成果表

計算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

3.4 水力機械及金屬結(jié)構(gòu)

3.4.1 水力機械設計

后管屯泵站設計流量為2.4 m3/s；泵站最低運行水位為30.593 m，最高運行水位為32.04 m；出水池灌溉水位34.29 m。泵站的設計揚程為34.29-30.593+0.8=4.5 m。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，對軸流泵、潛水軸流泵、潛水貫流泵進行比較[3]。經(jīng)比選，選用2 臺700ZLB1.3-7.2 型軸流泵，配套電機功率80 KW。

3.4.2 金屬結(jié)構(gòu)設計

泵站的金屬結(jié)構(gòu)包括進口攔污柵、引水涵閘閘門、水泵的起吊設備等。具體數(shù)量和型號見表3。

表3 金屬結(jié)構(gòu)設計一覽表

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟效益

項目完成后，項目區(qū)農(nóng)田灌溉條件將有很大改善，農(nóng)田質(zhì)量、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平也隨之提高，種植結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化、合理。根據(jù)項目區(qū)作物產(chǎn)量分析，糧食作物增產(chǎn)以22 kg/畝計，單價按2.0 元/kg 計，年灌溉增產(chǎn)效益為132 萬元，考慮水利分攤系數(shù)取0.4 計算，則實際灌溉增產(chǎn)效益為52.8 萬元。

4.2 社會效益

項目實施后，降低了灌溉成本，節(jié)約了大量人力物力，有效地提高了項目區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，增加了農(nóng)民收入，提高了人民生活質(zhì)量，對構(gòu)建和諧社會、建設社會主義新農(nóng)村起到重要的作用。

4.3 環(huán)境效益

項目實施后，地表水得到合理開發(fā)利用，每年為鄭家鎮(zhèn)提供約500 萬m3的可用水源，可供3 萬畝耕地灌溉；補充地下水200 萬m3，減少了地下水的開采量，使得地下水生態(tài)得到改善。

5 結(jié)語

項目實施后，工程區(qū)域內(nèi)不僅降低了灌溉成本，節(jié)約了大量的人力物力，而且有效地提高項目區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，增加了農(nóng)民的收入，對構(gòu)建和諧社會、建設社會主義新農(nóng)村起到重要的作用。此外，輸水過程中，沿程滲漏水可間接補充地下水，對抬高地下水位，緩解項目區(qū)周邊地下水位下降速度也起到積極作用，有效防止了土壤沙化和水土流失，地下水生態(tài)得到逐步改善。