下寬井村農(nóng)田水利灌溉輸水工程設(shè)計(jì)探討

李博陽(yáng)

（鄉(xiāng)寧縣水利局，山西 鄉(xiāng)寧042100）

鄉(xiāng)寧縣位于呂梁山的最南端，轄5鎮(zhèn)5鄉(xiāng)。下寬井村地勢(shì)較高，雖與鄂河相鄰，但區(qū)域內(nèi)無(wú)提水泵站，村內(nèi)耕地?zé)o法利用鄂河水灌溉，村內(nèi)耕地均為旱地，農(nóng)作物產(chǎn)量不高，若遇到干旱年份，農(nóng)作物大面積減產(chǎn)，嚴(yán)重影響農(nóng)民收入，村民迫切要求建設(shè)提水工程，解決耕地灌溉問題。

1 工程概況

鄉(xiāng)寧縣下寬井農(nóng)田水利工程，自鄂河取水，灌溉面積46.67 hm2，泵站提水流量0.016 m3/s。根據(jù)《調(diào)水工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（SL 430-2008）及《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50265-2010）確定工程等別為Ⅴ等。主要建筑物級(jí)別為5級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)。防洪標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)洪水10年一遇，校核洪水30年一遇。

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》（GB 18306-2001）中圖A1及《中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》（GB 18306-2001）中圖B1，工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，地震基本烈度為Ⅶ度。

建設(shè)任務(wù)：鄂河上新建提水泵站工程1處，將河水輸送至下寬井村垣面，發(fā)展灌溉面積46.67 hm2。配套潛水泵1臺(tái)套，安裝變壓器1臺(tái)，建300 m3蓄水池1座，并配套水表井1座，出水口防沖池76座。

2 泵站設(shè)計(jì)

泵站在下寬井村下的鄂河上取水，將鄂河水經(jīng)水泵輸送到村北高程929.7 m的垣上蓄水池（出水池），由蓄水池調(diào)節(jié)，經(jīng)636 m長(zhǎng)的直徑110 mm UPVC管道和3 220 m長(zhǎng)的直徑90 mm的UPVC管道,將水送至田面，并每隔50 m設(shè)置出水口一個(gè)，配套出水口防沖池進(jìn)行灌溉，共計(jì)需設(shè)置出水口防沖池76個(gè)，輸水過程中設(shè)置補(bǔ)氣排氣閥門井4座（提水管道1座，灌溉管道3座），并設(shè)置高桿截止閥3個(gè)。下寬井村泵站，由引水渠、進(jìn)出水池、輸水管道、泵房組成。

2.1 引水渠

引水渠位于鄂河右岸現(xiàn)漫水橋后，渠長(zhǎng)71 m，為C20混凝土矩形暗渠，渠深0.65 m，寬0.4 m，側(cè)墻頂寬0.15 m，底寬0.4 m；渠上設(shè)C25鋼筋混凝土蓋板，蓋板長(zhǎng)0.6 m，寬0.5 m，厚0.12 m。引水渠渠首設(shè)進(jìn)水閘1座，閘孔尺寸為0.6 m×0.4 m，進(jìn)水閘采用C20混凝土澆筑。

2.2 進(jìn)水池

進(jìn)水池位于引水渠末端，為C25 F100 W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池頂高程735.2 m，平面尺寸5 m×3 m（長(zhǎng)×寬），池深4.5 m，池底高程730.7 m，底板厚500 mm，側(cè)墻厚500 mm，進(jìn)水池地基設(shè)0.1 m厚C 15混凝土墊層。為防止洪水淹沒進(jìn)水池和保障人員安全，在池周圍設(shè)高2 m重力式擋墻，墻頂寬0.5 m，擋墻兩側(cè)各設(shè)1∶0.2坡。

2.3 泵站輸水管道設(shè)計(jì)

2.3.1 管徑確定

根據(jù)《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》，管道管徑D根據(jù)下式計(jì)算：

式中：D——經(jīng)濟(jì)管徑，m。

Q——管道設(shè)計(jì)流量，m3/s。

V——經(jīng)濟(jì)流速，取1.5 m/s。

經(jīng)計(jì)算，管道管徑為117 mm，根據(jù)市場(chǎng)規(guī)格選DN 125鋼管。對(duì)鋼管內(nèi)外壁進(jìn)行防腐處理，管外壁采用環(huán)氧煤瀝青涂料，厚度不小于400 μm，內(nèi)壁噴涂無(wú)毒環(huán)氧類涂料防腐。

2.3.2 揚(yáng)程確定及水泵選型

進(jìn)水池水位為734.1 m，蓄水池水位930.0 m，地形高差為195.9 m，根據(jù)地形布置，管長(zhǎng)1 562 m，管徑125 mm。管道水頭損失計(jì)算公式：

式中：hw——總水頭損失

hf——沿程水頭損失

hj——局部水頭損失，按沿程水頭的10%計(jì)算。

沿程水頭損失公式：

式中：λ——沿程損失系數(shù)（λ=8g/C2=8g/［（1/n）R1/6］2；n為糙率，n=0.012；R為水力半徑，m）。

L——管道長(zhǎng)度，m；

d——管徑，m；

V——管內(nèi)流速，m/s；

g——重力加速度。

經(jīng)計(jì)算，沿程損失水頭52.0 m，局部水頭損失約為5.2 m，考慮富余水頭2 m，地形高差為195.9 m，總揚(yáng)程為255.1 m。根據(jù)流量和揚(yáng)程，選擇型號(hào)為200QJ63-273/12的潛水泵。水泵的各項(xiàng)參數(shù)見表1。

表1 水泵參數(shù)表

2.3.3 管道工作壓力

管道設(shè)計(jì)工作壓力，依據(jù)《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》，取各段管道系統(tǒng)最大工作壓力的1.4倍，根據(jù)本工程實(shí)際情況，管道工作壓力為3段。管道各項(xiàng)參數(shù)見表2。

表2 管道各項(xiàng)參數(shù)表

2.3.4 管線縱橫斷設(shè)計(jì)

（1）管道埋深

本工程輸水管線所處地區(qū)最大凍土深度為1.0 m。為保證輸水管線的安全，滿足其正常工作要求，將輸水管線埋置于冰凍線以下，確定管線的管頂覆土厚度最小為1.0 m。

（2）管道敷設(shè)與地基處理

輸水管道大部分隨地勢(shì)鋪設(shè)，管槽開挖邊坡根據(jù)鋪設(shè)管道沿線的地質(zhì)資料，土基段為1∶0.75，巖基段為1∶0.25，土基段管床要求夯實(shí)，巖基段管床鋪設(shè)10 cm砂子并壓密實(shí)，管道鋪設(shè)完成后進(jìn)行回填，管頂以上覆土厚度不小于1.0 m，回填土要求壓實(shí)，粘性土壓實(shí)度不小于92%，非粘性土相對(duì)密度不小于0.7。

（3）管道建筑物設(shè)計(jì)

根據(jù)管線布置情況，在提水管道樁號(hào)0+940處設(shè)置補(bǔ)氣排氣閥井1座，在管線拐點(diǎn)處設(shè)鎮(zhèn)墩，共19個(gè)。

為了確保管道能夠安全運(yùn)行，在管線的隆起處設(shè)置補(bǔ)氣排氣閥，并設(shè)閥門井。補(bǔ)氣排氣閥、排氣閥型號(hào)直徑20 mm。補(bǔ)氣、排氣閥井采用磚混結(jié)構(gòu)，斷面為圓筒形，閥井內(nèi)徑1.5 m。底板為300 mm厚C20混凝土，側(cè)墻為240 mm厚的M7.5水泥砂漿砌磚。地基處理，夯實(shí)后換填300 mm厚的3∶7灰土?；娱_挖邊坡1∶1。井口設(shè)20 cm厚C25鋼筋混凝土蓋板，蓋板上設(shè)0.7 m×0.7 m進(jìn)人孔，進(jìn)人孔加設(shè)自制鋼蓋板。

本輸水管線地形起伏較大，為保證管道穩(wěn)定，在水平或豎向拐角大于8°的彎管處，設(shè)鎮(zhèn)墩，共布置19個(gè)，均采用C20混凝土結(jié)構(gòu)。

2.4 蓄水池

蓄水池建在壓力管道末端，采用C25 F100 W6鋼筋混凝土澆筑，池體全部外露，地面高程929.0 m，池容積為300 m3，為圓形結(jié)構(gòu)，直徑11.1 m，池深3.5 m，池壁厚0.2 m，池底板厚0.2 m，地基為0.3 m厚的M7.5水泥砂漿砌石。

2.5 泵房及管理房

在進(jìn)水池附近設(shè)泵房，蓄水池附近設(shè)管理房，本工程提水設(shè)備為潛水泵，水泵直接放入進(jìn)水池中，進(jìn)水池的泵房?jī)?nèi)設(shè)配電設(shè)施和值班人員臨時(shí)休息使用，蓄水池附近的管理房?jī)?nèi)設(shè)分水閥，泵房及管理房尺寸相同，房進(jìn)深4 m，寬3.8 m，建筑面積15.2 m2，為磚混結(jié)構(gòu)，兩處建筑面積共計(jì)30.4 m2。

蓄水池旁設(shè)置水表井對(duì)蓄水池出水進(jìn)行調(diào)控，水表井采用矩形磚砌結(jié)構(gòu)，尺寸為2 m×2 m，高1.2 m，底板為C20混凝土澆筑，蓋板通過2塊C20鋼筋混凝土預(yù)制蓋板，跟1塊不銹鋼蓋板搭配構(gòu)建而成，井內(nèi)設(shè)置閘閥2個(gè)，排氣閥1個(gè)，水表1塊。

3 灌溉輸水管道設(shè)計(jì)

3.1 管徑選擇

灌溉輸水管道從蓄水池取水，沿西南方向山脊上布置管道，長(zhǎng)3 856 m。管道輸水流量為60 m3/h，管材采用UPVC塑料管，管徑100 mm，根據(jù)規(guī)格選用外徑為110 mm管道。

3.2 管道壓力計(jì)算

管道壓力，按《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》計(jì)算，采用0.6 MPa的UPVC塑料管，干管管徑為110 mm，長(zhǎng)度636 m，支管管徑為90 mm，長(zhǎng)度3 220 m。

根據(jù)管道水平或豎向拐角大于8°的彎管處均設(shè)鎮(zhèn)墩1個(gè)的原則，共布置鎮(zhèn)墩6個(gè)，鎮(zhèn)墩均采用C20混凝土結(jié)構(gòu)。

4 變壓器容量計(jì)算

經(jīng)實(shí)地踏勘，距提灌站0.5 km處有高壓線經(jīng)過，在該處引高壓線0.5 km至提灌站，安裝變壓器1臺(tái)。

配電變電器容量選擇，供電系統(tǒng)的高峰負(fù)荷時(shí)的有效功率，采用下式計(jì)算：

式中：S——供電變壓器容量，kVA；

cosφ——供電系統(tǒng)的平均功率因數(shù)，取0.8。

P——供電系統(tǒng)的高峰負(fù)荷時(shí)的有功功率，kW；

k1——各用電設(shè)備之間的用電同時(shí)系數(shù)，取1.0；

k2——配電變壓器和配電線路的損失補(bǔ)償系數(shù)，取1.02；

Pi——各用電設(shè)備的額定容量，kW。

根據(jù)水泵功率為90 kW，計(jì)算得S=114.75 kVA?？紤]到照明等其他用電，選配型號(hào)為S11-125/10 kVA的變壓器1臺(tái)。

5 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目建成后，下寬井村農(nóng)田水利化程度明顯提高，減少了水資源的消耗與浪費(fèi)，緩解了下寬井村的灌溉水資源的消耗與浪費(fèi)，緩解了下寬井村的灌溉水資源供需矛盾；有助于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和農(nóng)民收入；有利于改善示范區(qū)投資環(huán)境，促進(jìn)當(dāng)?shù)仄渌a(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？傊?xiàng)目的建設(shè)保障了農(nóng)民收入，有效改善了農(nóng)民生產(chǎn)、生活條件，為當(dāng)?shù)匕l(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)奠定了基礎(chǔ)。