清徐縣恢復(fù)農(nóng)田灌溉新建抽水站工程設(shè)計分析

羅 玉

（清徐縣河湖管理中心，山西 清徐 030400）

1 工程概況

山西省重點工程——清徐特色食品產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)的建設(shè)，征用了清徐縣柳小路以北孟封鎮(zhèn)楊房、西營村的部分土地，阻斷了兩村路南耕地灌溉。為了恢復(fù)灌溉，孟封鎮(zhèn)人民政府在征得山西省汾河灌溉管理局汾東分局的同意后，計劃在東干渠西營橋下游修建抽水站及配套灌溉工程。通過恢復(fù)灌溉工程，可有效解決西營、楊房兩村80 hm2農(nóng)田的灌溉問題。

工程內(nèi)容：（1）新建抽水站1座：站內(nèi)新建泵房1座，泵房配水泵250HW-5泵混流泵2臺（1用1備）和出水池1座；泵房附近配套變臺1座，變臺含80KVA變壓器1臺、配電柜1套及配套電線桿4根及電纜電線190 m；門前硬52.58m2。（2）拆除舊混凝土渠207.92 m3，新建U型渠1 470 m，其中D100U型渠920 m，D80U型渠550 m，配置分水閘13座，預(yù)留灌溉口44處。（3）新建Φ1 000過路鋼筋混凝土管24 m，新建Φ600過路鋼筋混凝土管22 m。

2 灌溉水量供需平衡分析

2.1 工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 工程等級及建筑物標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB 50265-2010）及《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50288-2018），泵站為V等小（二）型，渠道及其建筑物均為5級。

2.1.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-2014），灌區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)取10年一遇（P=10%），不再考慮校核洪水。

2.2 灌溉設(shè)計保證率和灌溉定額

2.2.1 灌溉設(shè)計保證率

結(jié)合當(dāng)?shù)厝彼膶嶋H情況，確定灌溉設(shè)計保證率為75%，渠系水利用系數(shù)為0.68，田間水利用系數(shù)為0.85，灌溉水利用系數(shù)達0.57。

2.2.2 作物組成及種植比例

項目區(qū)灌溉面積80 hm2，均為玉米，灌溉方式采用渠道輸水灌溉，種植比例為100%。

2.2.3 作物需水量和灌溉定額

根據(jù)《山西省用水定額》（DB14/T 1049.1-2020）中的規(guī)定，結(jié)合當(dāng)?shù)厝彼膶嶋H情況，查得玉米灌溉用水為2 250 m3/hm2，由于本項目采用渠道灌溉，選擇調(diào)節(jié)系數(shù)0.96，可得灌溉定額為2 160 m3/hm2。P=75%時灌溉定額及灌水次數(shù)統(tǒng)計表見表1。

表1 P=75%時灌溉定額及灌水次數(shù)統(tǒng)計表

設(shè)計中采取定額為2 160 m3/hm2，灌溉3次，每次灌水天數(shù)為10 d，每天延續(xù)灌溉時間為24 h。

2.2.4 灌水率設(shè)計

根據(jù)上述選定的作物復(fù)種指數(shù)、75%干旱年份的灌水定額及灌水次數(shù)，計算出作物各次灌水的凈灌水率。灌水率計算公式如下：

式中：qik——第i種植物第k次灌水的萬畝灌水率，m3/s；

αi——第i種作物的種植比例，%；

mik——第i種作物第k次灌水的灌水定額，m3/hm2；

tik——第i種作物第k次灌水一天的延續(xù)時間，本工程取24 h；

Tik——第i種作物第k次灌水的延續(xù)時間，d。由以上計算可知，75%偏旱年時，灌區(qū)設(shè)計最大凈萬畝灌水率值為0.578 7 m3/s。

2.2.5 灌溉用水量

灌溉年需水量與灌溉面積、計劃作物組成、灌溉制度相關(guān)，可采用以下公式計算：

式中：M毛、M凈——毛、凈灌溉用水量，m3；

η——灌溉水利用系數(shù)，本工程取0.57；

m——綜合灌溉定額，m3/hm2；

A——灌溉面積，hm2。

設(shè)計保證率P=75%時的綜合灌溉定額為2160m3/hm2，則作物年需水量為31.58萬m3。

2.3 供需水量

2.3.1 需水量

灌區(qū)采用明渠灌溉，實施渠道防滲，達到節(jié)水灌溉。按照規(guī)范要求，灌溉水利用系數(shù)按0.57考慮，則項目區(qū)年需水量為31.58萬m3。項目區(qū)80 hm2耕地的日最大需水量為10 526 m3/d。

2.3.2 供水量

工程取水水源為汾河?xùn)|干渠，采用水泵抽水方式取水，配泵型號為250HW-5混流泵，泵流量為540 m3/h，按每日24 h供水計算可得每天最大可供水量為12 960 m3/d。

2.3.3 水量平衡分析

項目區(qū)80 hm2耕地的日最大需水量為10 526 m3/d，抽水站按每日24 h供水計算，每天最大可供水量為12 960 m3/d。供水能力可滿足用水需求。

3 工程設(shè)計

3.1 抽水站設(shè)計

在東干渠西營橋附近修建抽水站，站內(nèi)新建泵房1座，泵房配水泵和出水池，泵房附近配套變臺1座。

3.1.1 泵房設(shè)計

泵房建筑面積為20 m2，規(guī)格為4 m×5 m（長×寬），泵房采用磚混結(jié)構(gòu)，房頂為C25現(xiàn)澆混凝土屋面和挑檐，磚女兒墻。房地面以上高3.40 m，房內(nèi)頂高2.75 m，現(xiàn)澆屋頂厚0.15 m，女兒墻高0.5 m。內(nèi)墻及頂棚采用混合砂漿抹灰刷涂料，外墻為1∶2水泥砂漿抹面刷涂料，屋面防水采用丙侖布防水層，水泥地面，泵臺2座，屋內(nèi)設(shè)臺階，屋外設(shè)散水。安裝塑鋼窗3樘，雙開鋼門1樘。

泵房地面以下深度為1.60 m，主泵間下部采用C30混凝土地圈梁結(jié)構(gòu)，地圈梁上砌磚，基礎(chǔ)為0.3 m片石墊層、C25混凝土墊層0.1 m。

3.1.2 水泵選型

水泵從東干渠內(nèi)抽水，根據(jù)地形狀況，高差很小，項目區(qū)80 hm2耕地的日最大需水量為10 526 m3/d，抽水站按每日24 h供水計算，根據(jù)揚程及流量，配泵為250HW-5混流泵，揚程5m，日最大供水量為12960m3/d，配套電機功率20 kW，1備1用。進水口位于距離地面-1.8 m處，當(dāng)水位高于-1.7 m處允許啟泵，若水位低于-1.7 m時應(yīng)及時停泵。出水管安裝鋼管支架一套。

3.1.3 出水池設(shè)計

出水池為地埋式露天設(shè)計，C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，規(guī)格為：1.8 m×1.7 m×1.65 m（長×寬×深），地面以下1.10 m，池壁厚0.2 m。池底為C20混凝土墊層0.10 m厚。蓄水池一側(cè)接分水口，接口處寬1.0 m。

3.1.4 供配電設(shè)計

本工程用電負荷主要包括泵房用電和變壓器用電。本次設(shè)計用電引自抽水站東南方向已有變臺，從已有變臺通過4根電桿架設(shè)電線190 m接至新建變臺。

變臺采用鋼筋混凝土電桿3根，高12m，埋地1.8m，基礎(chǔ)為0.3 m片石墊層，0.5 m混凝土。變臺配套變壓器1臺和配電柜1臺，變壓器容量為80 kVA，滿足用電需求。

3.2 渠道設(shè)計

3.2.1 渠道設(shè)計流量計算

渠道設(shè)計流量可按水泵每日抽水量與抽水持續(xù)時間直接推算。項目區(qū)渠道采用混凝土防滲。渠道長度1 470 m，控制面積為80 hm2。經(jīng)計算可得水泵抽水流量為0.30 m3/s。

3.2.2 渠道橫斷面設(shè)計

根據(jù)渠道縱斷面及地形圖確定農(nóng)渠縱坡比降為1/2 000。渠道設(shè)計采用U型混凝土結(jié)構(gòu)，取糙率系數(shù)n=0.015。外側(cè)邊坡進行夯實加固。

式中：Q——渠道設(shè)計流量，m3/s；

A——渠道過水?dāng)嗝婷娣e，m2；

C——謝才系數(shù)；謝才系數(shù)計算公式：

式中：n——渠道糙率系數(shù)；

R——水力半徑，m；

i——渠底比降。

按以上計算公式，渠頂超高參照《灌溉與排水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50288-2018），并結(jié)合當(dāng)?shù)毓喔攘?xí)慣及項目需求，流量采用抽水泵流量計算，渠頂超高0.20 m。U型渠水利計算表見表2。

表2 U型渠水利計算表

根據(jù)項目區(qū)的實際情況和當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的意愿，并結(jié)合項目區(qū)的遠期規(guī)劃，本次設(shè)計渠道為U型斷面，方便配套設(shè)施，以及便于施工和后期的運行管理。

經(jīng)計算渠道滿足用水需求。

3.2.3 分水閘及灌溉出水設(shè)計

B=1 000 mm分水閘最大過流能力為0.716 7 m3/s，＞0.3 m3/s。

B=800 mm分水閘最大過流能力為0.395 3 m3/s，＞0.246 71 m3/s。

閘門過流能力可滿足過水需求。

根據(jù)現(xiàn)場與需要，本次新建閘門13座，其中1 000mm分水閘7座，800 mm分水閘6座，閘門為鋼板結(jié)構(gòu)，采用C20混凝土閘墩，C20鋼筋混凝土II型梁，啟閉采用LQ-0.3C手動螺桿啟閉機。

預(yù)留灌溉出口44處，每處位于灌溉田中心處，灌溉口為磚砌體結(jié)構(gòu)，不設(shè)閘門。

3.2.4 過路涵管設(shè)計

管道選用直徑1 000 mm鋼筋混凝土管與直徑800 mm鋼筋混凝土管，根據(jù)《水力計算手冊》，計算采用圓形斷面無壓均勻流的水力計算公式。

過水?dāng)嗝嫒鐖D所示：

不同充滿度時管道過水流量值見表3、表4。由表3可知直徑1 000鋼筋混凝土管流量，大于項目區(qū)耕地日最大需水量0.3 m3/s，可滿足用水需求。

表3 直徑1 000鋼筋混凝土管過流能力特征值

由表4可知直徑800鋼筋混凝土管流量，大于項目區(qū)耕地日最大需水量0.246 71 m3/s，可滿足用水需求。

表4 直徑800鋼筋混凝土管過流能力特征值

渠道共有6處過路涵管，第1、第2過路涵管為直徑1 000 mm混凝土管，長度分別為6 m和8 m；第3過路涵管采用原有過路涵管，長度為8 m；第4過路涵管為直徑1 000 mm混凝土管，長度為10 m；第5、第6過路涵管為直徑800 mm混凝土管，長度分別為12 m和10 m。過路涵管共46 m，其中直徑1 000 mm過路鋼筋混凝土管24 m，直徑800 mm過路鋼筋混凝土管22 m。

4 結(jié)語

以典型作物玉米計算，項目實施前與實施后年經(jīng)濟效益明顯提高，每年可增加收益7.8萬元。詳見表5。

表5 項目實施前后玉米作物經(jīng)濟效益

通過項目實施，恢復(fù)灌溉面積80 hm2，增強了耕地的保水、保肥、抗災(zāi)能力，從而極大地改善了項目區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

項目實施后，有效緩解了區(qū)域水資源緊缺的矛盾，為生活環(huán)境改善提供了充沛的水源，改善了區(qū)域農(nóng)田小氣候，增加了地下水補給能力，對改善生態(tài)環(huán)境具有積極的作用。