天鎮(zhèn)縣大眾渠灌區(qū)續(xù)建配套工程設(shè)計分析

盛國利

（天鎮(zhèn)縣水務(wù)局，山西 天鎮(zhèn) 038200）

天鎮(zhèn)縣大眾渠灌區(qū)一、二、三干渠對天鎮(zhèn)縣農(nóng)業(yè)灌溉生產(chǎn)具有舉足輕重的地位和作用，其安全穩(wěn)定高效運行對保障當?shù)丶Z食安全意義重大。三個干渠均建于1912年，現(xiàn)已運行多年，渠道滲漏以及渠系配套建筑物嚴重損壞，大部分渠系坍塌和未經(jīng)襯砌導(dǎo)致水量滲漏損失嚴重，實際灌溉面積逐年銳減，已經(jīng)成為遏制灌區(qū)內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。實施灌區(qū)改造工程可以重新恢復(fù)灌區(qū)生態(tài)和灌區(qū)農(nóng)業(yè)，是發(fā)展當?shù)剞r(nóng)業(yè)的重要舉措。

1 灌區(qū)概況

1.1 自然條件

大眾渠灌區(qū)位于山西省北部內(nèi)外長城之間的天鎮(zhèn)縣最北部，是天鎮(zhèn)縣境內(nèi)主要灌區(qū)之一，西、北以外長城與內(nèi)蒙古自治區(qū)興和縣為界，東至三角溝與河北省懷安縣毗鄰，渠首以上流域面積333km2，灌區(qū)呈三角形狀，西窄東寬，東西長9km，地處我國黃土高原東北角，屬邊山峪口傾斜平原區(qū)，是西洋河盆地的一部分。地表由上更新統(tǒng)和中更新統(tǒng)亞砂土、砂卵礫等洪積物組成，灌區(qū)內(nèi)耕地屬砂壤土，地勢北高南低，由北向南土壤顆粒由粗漸細，地面坡度約1/20～1/25，海拔1000～1083m，地下水埋深15～50m之間。

1.2 水利設(shè)施現(xiàn)狀

灌區(qū)共有三條干渠，總長47.839km，控制面積0.15萬hm2。一干渠位于內(nèi)蒙古興和縣古城鄉(xiāng)古城村北，西洋河北岸，為無調(diào)節(jié)有壩取水清洪兩用，設(shè)計引水量為4.0m3/s。二干渠渠首位于一干渠下游1.880km處，設(shè)計引水量為1.3m3/s，西洋河北岸為無調(diào)節(jié)無壩引水引洪渠道。原有水閘2孔3m，沖砂閘3孔5m（現(xiàn)已破壞）。

由于渠首在內(nèi)蒙古興和縣境內(nèi)，引水十分不便，尤其渠首以下均為土渠，有的村民在渠道南側(cè)隨意開口澆地，水越?jīng)_越大，多次造成淹地，導(dǎo)致?lián)p失。因此灌區(qū)亟需進行改造配套。

三干渠全長8.5km，輸水能力為4.0m3/s。由于工程年久失修，工程水毀嚴重，加之配套工程不完善，致使工程不能有效發(fā)揮作用。

2 水資源工程

2.1 灌區(qū)水土資源利用現(xiàn)狀分析

根據(jù)西洋河年徑流量，結(jié)合大眾渠灌區(qū)灌溉制度，平水年（P=50%）灌溉三次，灌水時間分別為4月1日至4月15日（播前），6月6日至6月20日（拔節(jié)期）和8月6日至8月20日（灌漿期），見表1。

表1 現(xiàn)狀水源水資源量統(tǒng)計表

對應(yīng)時段可利用徑流量分別為89.01萬m3、34.90萬m3和128.90萬m3，共252.81萬m3。

對應(yīng)三時段可利用地下水量均為44萬m3，共132萬m3。

對應(yīng)時段地下水置換工程供水量（補充徑流）為210萬m3。平水年現(xiàn)狀可用水總量為334.81萬m3，實施后可用水總量為412.81萬m3。

項目實施后供需平衡分析：當P=50%時，可用水資源總量、各灌水周期內(nèi)可用水資源量均可滿足需水量；供水總能力、各灌水周期內(nèi)供水能力均可滿足需水量，水量供需余21.52萬m3。詳見表2。

表2 實施后可用水量統(tǒng)計表

2.2 工程布置原則

工程總體布置要做到符合規(guī)范、高效運行，節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、增產(chǎn)、增收，能提高灌溉水的利用率及生產(chǎn)率。結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的總體要求和戰(zhàn)略布局，以及灌區(qū)全面提升灌溉水平的要求，各項工程的具體布置原則為：

（1）一干渠和三干渠設(shè)計灌溉面積0.118萬hm2，同用一個渠首。渠首設(shè)計在山西界與內(nèi)蒙古界交界處山西境內(nèi)西洋河上，新建攔水壩、輸水管道、前水池、泵站廠房、出水池、護地壩、疏浚泵站段河道。

（2）二干渠設(shè)計灌溉面積0.032萬hm2，渠首設(shè)計在一干渠、三干渠渠首下游1.880km處西洋河上，新建攔水壩、引渠、護地壩、疏浚渠首段河道。

（3）攔水壩設(shè)置在河道中央，兩側(cè)河岸采用護地壩砌筑，出水池、泵站需新征用地。

3 泵站工程

3.1 泵站工程設(shè)計

本項目泵站工程僅在一干渠、三干渠渠首設(shè)計，包括輸水管道、前水池、泵站廠房、出水池、壓力管道。引水采用DN2000鋼筋混凝土管道，長50m。進水池和出水池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，2個容積為50m3進水池，尺寸5m×10m×1m（長×寬×高）；2個100m3出水池，尺寸10m×10m×1m（長×寬×高）。泄水閘采用20m×2.5m（寬×高）液壓閘門2套。

泵站特征水位及地形揚程見表3。

表3 泵站特征水位及地形揚程

3.2 泵站流量設(shè)計

泵站為一級提水泵站，流量計算公式如下：

式中：Q0——泵站計算流量，m3/s；

A——控制灌溉面積，萬hm2；

η——灌溉水利用系數(shù)，η取0.63；

q——設(shè)計綜合灌水率（m3/s/萬hm2），q取0.021 m3/s·萬hm2。

泵站設(shè)計流量詳見表4。

表4 泵站設(shè)計流量計算表

3.3 水泵選型

3.3.1 揚程計算

泵站的揚程計算根據(jù)下列公式計算：

式中：H——設(shè)計泵站揚程，m；

Z——揚水高度即水泵入口處水面到出口處水面的高程差，取4m；

hy——水頭損失，局部水頭損失取沿程水頭損失的10%；

q——設(shè)計流量，m3/s；

Ch——海曾·威廉系數(shù)，取130；

dj——管道內(nèi)徑。

經(jīng)計算，一干渠水泵計算揚程為5.5m，三干渠水泵計算揚程為3.5m。

3.3.2 型號比選

經(jīng)初篩泵型，水泵選型主要有兩個方案。

方案一：WLI型排污泵，此種泵型泵體與電機直連同軸，結(jié)構(gòu)緊湊，一體化程度高，流道尺寸大污物通過能力強，揚程低，效率高，節(jié)能效果好，進出口法蘭規(guī)格相同，安裝拆卸方便。輸送介質(zhì)為帶顆粒、污物的污水或清水。

方案二：ISW臥式管道泵，其特點為流量揚程組合豐富，運行平穩(wěn)，泵軸的絕對同心度及葉輪優(yōu)異的動靜平衡，無振動，噪音低，結(jié)構(gòu)簡單故障率低，更換密封、軸承，簡易方便，維修方便，出口可向三個方向，便于管道布置安裝，節(jié)省空間。輸送介質(zhì)主要為清水或雜質(zhì)含量低的污水。

結(jié)合河流水質(zhì)、廠房建設(shè)情況，針對水源流量偏大、揚程低的特點水泵、水質(zhì)微含泥沙的特點，推薦采用WLI型立式排污泵（方案一），結(jié)果見表5。

表5 水泵選型表

4 渠道建設(shè)

4.1 渠道設(shè)計

4.1.1 設(shè)計流量計算

三條干渠各自從河道單獨取水，互不影響，配水方式為干渠續(xù)灌，支渠分組輪灌。

4.1.2 渠道水力最佳斷面確定

渠道縱斷設(shè)計，盡量接近地面坡降，避免挖填方量過大，既滿足渠道過水要求，又考慮對渠道造成沖刷、淤積。

渠道橫斷，對于維修渠段，盡量采用原有斷面形式，改建與新建部分按經(jīng)濟合理原則選用新斷面。

根據(jù)工程總體規(guī)劃布置方案，以及當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)習(xí)慣，本項目一、三干渠采用底寬1.0m、坡比1∶0.25、底寬3.0m的復(fù)式渠，二干渠及所有支渠采用U型斷面。一、三干渠復(fù)式渠斷面如圖1所示。

圖1 復(fù)式渠斷面圖（單位：cm）

4.2 主要渠系建筑物改造設(shè)計

4.2.1 節(jié)制分水閘

本次設(shè)計三個干渠共設(shè)置節(jié)制閘76座，分水閘447座。301套規(guī)格1.5m×3.0m（寬×高）機閘一體閘門、152套規(guī)格0.8m×0.9m（寬×高）機閘一體閘門、70套規(guī)格0.6m×0.7m（寬×高）機閘一體閘門，基礎(chǔ)埋深0.12m。節(jié)制分水閘閘室段的地基采用重夯處理，干容重≥1.6t/m3。閘室及交通橋均采用C25鋼筋混凝土，迎水面、閘墩外側(cè)裸露部分及封頂全部采用M10砂漿抹面。節(jié)制閘門、分水閘門均采用電動遠程控制一體化閘門。工作橋板及交通橋板均采用預(yù)制C25鋼筋混凝土。閘門框架用二期澆筑混凝土固定，分縫采用瀝青砂漿止水。

4.2.2 交通建筑物

本灌區(qū)的灌溉交通建筑物主要有車橋、機耕橋。

本次設(shè)共設(shè)置車橋160座、機耕橋242座。新建交通橋為板式結(jié)構(gòu)，橋面板為28cm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋臺為漿砌石結(jié)構(gòu)，車橋橋面寬6m，機耕橋橋面寬4.0m。車橋設(shè)計荷載為30t、機耕橋5t。地基需夯實，干容重應(yīng)達到1.6t/m3，漿砌石外露面用M10水泥砂漿勾縫?；A(chǔ)、墻身為M10漿砌石，橋板為C25鋼筋混凝土預(yù)制，鋼筋凈保護層為2cm。橋兩側(cè)護欄斷面10cm×10cm，為C25現(xiàn)澆混凝土。

4．3 用水量測、信息化工程設(shè)計

4.3.1 灌區(qū)信息化

一、二、三干渠目前均無信息化建設(shè)，節(jié)制閘和分水閘都是人工啟閉，費時費力。設(shè)計以水量調(diào)配為主線，輸水安全為重點，提高效率為目標的信息化決策管理平臺，實現(xiàn)信息自動采集、傳輸、處理及辦公自動化，打造現(xiàn)代化灌區(qū)。

在線監(jiān)控實現(xiàn)用水在線計量、閘門自動控制、工程視頻監(jiān)控等。具體可以實現(xiàn)灌區(qū)干、支、斗渠口的灌溉用水自動計量；實現(xiàn)干支渠重要節(jié)制閘、分水閘的遠程控制；實現(xiàn)重要節(jié)制閘、分水閘遠程監(jiān)控全覆蓋。

4.3.2 信息化建設(shè)目標

通過信息技術(shù)，實現(xiàn)水資源管理的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化，在此基礎(chǔ)上逐步實現(xiàn)灌區(qū)水資源測、管、控的一體化，最終實現(xiàn)灌區(qū)“地上測、網(wǎng)上控、平臺管”的灌區(qū)信息化管理“一張圖”，有效提升灌區(qū)的科學(xué)管理水平，打造現(xiàn)代化智慧灌區(qū)。

5 結(jié)語

灌區(qū)面積較大，節(jié)制閘數(shù)量較多，泵站和輸水渠系改造后，沿用傳統(tǒng)管理方式需要的管理人員較多，根據(jù)現(xiàn)有條件結(jié)合信息化管理手段，進行信息化建設(shè)，能夠?qū)崿F(xiàn)水情、渠道及建筑物運行情況等信息的實時采集，為灌區(qū)水管理提供信息支持，提升灌區(qū)輸水、配水效率和灌排保證率，提高灌區(qū)管理效率和現(xiàn)代化水平。