新密市刘寨镇刘沃村提灌站工程建设浅议

□耿攀攀 □郭晓芸 □刘 照（河南方正水利工程咨询有限公司）

1 项目区情况及建设内容

项目区情况：刘沃村提灌站工程位于新密市刘寨镇刘沃村，项目区主要种植作物为小麦、玉米等农业作物，毗邻五星水库南侧，上世纪60年代人力修建的一座提灌站由于年代久远破坏严重，已经报废，村中耕地现缺乏灌溉设施，严重影响农作物的生长和产量。

建设内容：浆砌石井一座，建站房15m2，建各类阀门井30个，出水口19个。配套潜水泵1套，架设低压线路296m，铺设引水管32.24m，输水管网2620m，配套移动软管950m。

2 提灌站水源灌溉工程设计

2.1 设计灌水定额

根据《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》（GB/T20203-2006）并依据当地以往灌溉试验资料，灌水定额由式（1）计算。

式中：m—设计净灌水定额 （m3/hm2）；γs—土壤干容重（kN/m3），取 γs=14.50kN/m3h—计划湿润层深（m），根据小麦、玉米抽穗开花期生长情况，取0.70m；β1—土壤适宜含水量上限,取0.90；β2—土壤适宜含水量下限，取0.60；β田—田间持水量（重量比%）,取25%。

根据项目区土壤情况和作物种植情况，上式计算得设计净灌水定额为761.25m3/hm2，符合河南省地方标准《用水定额》（DB41/T385-2009）中郑州市（豫中区）灌溉用水要求，折合50.75m3/hm2，设计取值51m3/hm2，合灌水水深76.50mm。

2.2 设计灌水周期

该灌区在4月下旬至5月上旬需水高峰时期（拔节、孕穗和抽穗、开花期）的需水强度EP为6mm/d，灌水周期可由式（2）计算：

式中：T—设计灌水周期（d）；m—设计净灌水定额（mm）；EP—作物临界期日均需水强度(mm/d)。

设计净灌水定额为76.50mm，计算得作物灌水周期为12.70d,考虑土壤的保水性和实际生产需要取T=13d。

2.3 工作制度

根据田块及出水口的布置情况，同时考虑管理方便和可能出现的集中供水，灌溉采用分组轮灌方式，支管总长约1600m，根据项目区情况并结合规范，共布置21个出水口，分3组轮灌，每组轮灌中同时工作的出水口为7个。

根据当地耕作习惯，系统日灌水时间取为12h。

2.4 提灌站设计流量的确定

根据《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》（GB/T20203-2006）灌溉系统的设计流量由式（3）计算。

式中：Q0—灌溉系统的设计流量（m3/h）；αi—灌水高峰期第i种作物的种植比例；mi—灌水高峰期第i种作物的灌水定额（m3/hm2）；T—灌水高峰期第i种作物的一次灌水延续时间（d）；A—设计灌溉面积（hm2）,700/15=46.67hm2；t—系统日工作小时数（h/d）；η—灌溉水利用系数；取0.90；e—灌水高峰期同时灌水的作物种类。

Q0=254m3/h，根据工作制度，采用分组轮灌，每组轮灌需设计流量254/3=85m3/h。

2.5 压力管道直径的确定

2.5.1 干管管径

采用计算工作量较小的经济流速法确定管径，

式中：D—管道直径（mm）；Q—通过管路的流量，m3/h；v—管中流速，m/s，根据规范，经济流速取1.20m/s。

代入公式中，则D=158mm。干管选取DN200球墨铸铁管，内径209.40mm。

按照高程最大处且最长支管（380m）同时开启4个出水口计算，Q支=4/7×85=48.6m3/h，代入公式中，则D=119.60mm，支管选取DN125PVC-U管,内径119mm。

2.6 水头损失

2.6.1 管道沿程水头损失，应按下式计算

式中 hf—沿程水头损失，m；Q-管道设计流量，（m3/h）;f—管材摩阻系数L—管长，m；D—管道内径，mm；m—流量指数；b—管径指数。

各种管材的f、m、b值，可按表1取用。

表1 各种管材的f、m、b值表

2.6.2 管道局部水头损失

根据规范规定，为简化局部水头损失的计算，管道局部水头损失可以按照沿程损失的一定比例计入，比例取12%。水头损失计算见表2所示。

表2 水头损失计算表

2.7 设计水头

2.7.1 管道系统最大和最小工作水头，应分别按式（6）、（7）计算

式中：Hmax—管道系统最大工作水头，单位为m；Hmin—管道系统最小工作水头，单位为m；ZO—管道系统进口高程，单位为m；Z1—参考点1地面高程；在平原井区，参考点1一般为距水源最近的出水口，单位为m；Z2—参考点2地面高程；在平原地区，参考点2一般为距水源最远的出水口，单位为m；△Z1、△Z2—分别为参考点1与参考点2处出水口中心线与地面的高差，单位为m，给水栓出口中心线高程应为所控制的田间最高地面高程加0.15m；∑hf1、∑hj1—分别为管道系统进口至参考点1的管路沿程水头损失与局部水头损失，单位为m；∑hf2、∑hj2—分别为管道系统进口至参考点2的管路沿程水头损失与局部水头损失，单位为m；ho—给水栓工作水头，单位为m，给水栓的工作水头按0.50m选用。

2.7.2 管道灌溉系统设计工作水头，宜按最大和最小工作水头的平均值近似取用

式中：Ho—管道系统设计工作水头，单位为m；Hmax—管道系统最大作用水头，单位为m；Hmin—管道系统最小作用水头，单位为m。

经计算Ho=39.85m。

2.7.3 灌溉系统水泵设计扬程，应按式（9）计算

式中：HP—灌溉系统水泵设计扬程，单位为m；HO—管道系统设计工作扬程，单位为m；ZO—管道系统进口高程，单位为m；Zd—机井动水位，单位为m；∑hfo、∑hjo—分别为水泵吸水管进口至管道系统进口之间的管道沿程水头损失与局部水头损失，单位为米，经计算10m长无缝钢管水头损失为1.30m。

经计算Hp=39.85+219.28-209+1.3=51.43m。为了保障供水可靠，一般取井泵的总扬程H=1.15Hp=59.14m。

2.8 水泵选型及动力机配套

按“低压灌溉输水灌溉管网设计扬程”计算结果选择水泵型号，具体结果见表3。

表3 水泵型号结果表

2.9 提灌站布置

提灌站设在刘沃村五星水库南岸，首部枢纽设置在机井管理房内，管理房内设控制、保护和测量设备，包括控制阀、空气阀、逆止阀、水表、配电柜等。

2.10 管网、管件及连接

工程建设低压管道节水灌溉面积46.67hm2，结合1:500地形图，经现场查勘和分析论证，管系布置采用干支二级管路，干管由泵房向南沿村道布设，施工按照测量时现场所留桩号铺设，支管根据项目区现场布置，给水栓间距80m。

水泵的进出水管、阀件连接段采用DN100无缝钢管，总长15m；结合现场调查情况，村道有大型运输车辆通行，地面车辆荷载较大，输水管网干管选球墨铸铁管DN150，总长1050m；支管选用硬聚氯乙烯硬塑料（PVC-U）管DN110，总长1555m；支管每隔80m设给水装置一套，包含连接三通、立管、给水栓，给水栓采用G1Y5-S型球阀移动式A型,共计19个；每个给水栓配套聚乙烯薄膜塑料软管（LLDPE）50m,共计950m。

PVC-U管及管件均采用加弹性密封圈承插连接；铸铁管采用承插连接，用橡胶圈密封止水；钢管、阀门、水表均采用法兰连接，给水栓采用承插连接，不同材料的管道均采用法兰连接。

2.11 管槽开挖和管道系统安装

管道铺设采用沟埋式，管槽开挖应按照现场设置的测量控制网店进行，断面采用梯形，槽底挖成弧形管床，保证密实平直。管底管顶均铺设粗砂，管顶及两侧20cm范围内回填土中不应有石块、碎石及其它坚硬物。

管道按照前，清除管内杂物，先干管后支管，承插口在上游，承口在下游，依次施工，管线应平直，管底和槽底贴合良好。带有承插口的塑料管按照厂家要求连接，随后除接头外应迅速覆土25cm进行初始回填。

2.12 试水回填

管道系统铺设安装完毕后，必须进行水压试验，符合设计要求后方可回填。管道系统试水前应做好下列准备工作：①安装好测压仪表；②认真检查被测管道系统；③认真检查被测管段覆土固定情况；试水压力应为管道系统的设计工作压力，保压时间不应＜1h。试水不合格时应对管道采取修补措施，并在修补处达到预期强度后重新试水，直至合格。试水过程中，如未发生管道破坏，且渗漏量符合要求，即认为试水合格，可回填。回填应按设计要求和程序进行。采用分层压实法时，回填密实度应不低于最大夯实密度的90%

2.13 设备的使用与维护

①应建立管理组织或明确专管人员，制定运行操作规程和管理制度；操作人员应经培训合格后持证上岗；②灌水时，管道输水灌溉系应先开启给水栓和排气阀，后启动水泵并缓慢开启水泵出水管上的闸阀充水，管道充满水后，缓慢关闭排气口；改换给水栓时，应先开后关；停灌时应先关闭启动器，后拉电闸，然后关给水栓，同时借助进气阀、安全阀或逆止阀防止产生水锤。分组轮灌时，当第一组完成输水灌溉任务后，应先缓慢打开第二组给水栓，在缓慢关闭第一组给水栓；③各类阀门的开、闭应均匀缓慢；管道运行时，严禁突然关闭出水口，以防爆管和毁泵；④电气设备操作维修应符合有关安全规定。

3 结语

提灌站工程的实施，既避免大水漫灌，也将在很大程度上减少地下水的过量开采，有效地防止地下水位逐年下降的趋势，维持地下水位在适宜埋深范围，避免引发环境地质灾害，还可涵养水源，使地下水位回升，给作物的生长提供充足的水源保证。

提灌站工程的实施，对缓解当地水资源供需矛盾，提高灌溉保证率和农产品品质，促进农业结构调整和农村经济发展具有重要作用。对改善项目区的生态环境、水资源环境、土地环境和生活环境、优化水资源配置都将起到巨大的促进作用，不会对环境产生不利影响，其环境效益十分显著。