山东聊城郑家镇后管屯地下水开采泵站设计浅析

刘铭栋

（山东省聊城市东昌府区水务局，山东 聊城 252000）

0 前言

郑家镇位于聊城市东昌府区西南高亢区，为东昌府区、冠县、莘县交界处，地理位置偏僻，地下水位埋深在20 m 左右。全镇下辖54 个行政村，农业人口4.2 万，耕地面积6.2 万亩。农业灌溉主要以黄河水和机井灌溉为主，黄河水主要依靠张炉集和康营两座区管泵站输送，其中纯井灌面积1.5 万亩，非宜井区纯黄灌面积0.8 万亩，黄灌、井灌相结合面积3.9 万亩。

近几年来，由于黄河水日益紧缺，张炉集、康营两座泵站的输水能力得不到完全发挥，直接导致郑家镇的农业灌溉用水异常紧张。长期过度开采地下水进行农业灌溉，地下水得不到应有的补充，水位连年下降，已被省水利厅划定为浅层地下水超采区[1]。

为缓解当前的灌溉用水困难，防止地下水过度超采，计划在郑家镇后管屯村马颊河右岸新建泵站1 座，为聊郑路以北大部分及郑家西部的部分耕地提供灌溉补充水源。

1 工程概况

1.1 区域地质条件

马颊河位于聊城西部，从属于鲁西黄河冲积平原，地势平坦。泵站泵房顶海拔标高为35.04 m。泵站处于暖温带季风气候区，具有明显的季风气候特征，为半干旱大陆性气候，春夏秋冬四季分明[2]。

1.2 区域水文条件

场区地下水类型主要为潜水，其流向与地表倾斜方向基本一致。据钻孔水位观测，目前地下水位埋深一般在20 m 左右，多年平均水位变化幅度在2.0 m～3.0 m 左右。降水入渗补给是浅层地下水的主要补给来源，约占浅层地下水总补给量的70%～80%。但由于降水在年内和年际间变化较大，使其入渗补给在时间分配上十分悬殊。一般年份，地下水接受降水入渗补给的时间与降水季节基本一致，以每年的6 月～9 月份为主，其他月份时段入渗补给很少。形成了汛期降水集中而大强度补给，枯水期补给量很少或无补给的特点。

2 泵站设计指标

后管屯泵站位于郑家镇后管屯村，靠近马颊河右岸，控制灌溉面积3 万亩，设计流量2.4 m3/s，配套2 台700ZLB1.3-7.2型轴流泵；新建1 孔2.0 m×2.0 m 平面铸铁闸门，配备QL-5-s 手摇螺杆式启闭机1 台；新建管理房3 间；根据需要配置250 kVA 变压器一台，架设高压线路1.2 km。

后管屯支渠设计底宽2 m，边坡1∶1.5，深度2.6 m。

3 泵站工程设计

3.1 进水闸水力计算

闸孔净宽按无压流采用公式（1）、（2）计算（《水闸设计规范》SL265-2001）：

式中：μ0为淹没堰流综合流量系数；B0为过流断面计算宽度（m），对矩形断面即为洞宽；H0为上游总水头（m）；hs为下游水深。

经计算得闸孔净宽为1.87 m，可选用1 孔2.0 m×2.0 m（宽×高）。

3.2 泵室稳定计算

3.2.1 计算工况及荷载组合

完建期地下水位在泵室以下的荷载组合为结构自重+土压力；正常运用期荷载组合为结构自重+扬压力+水重+土压力+水压力；检修期荷载组合为结构自重+扬压力+土压力+水压力；地震期荷载组合为结构自重+扬压力+水重+土压力+水压力+水平地震惯性力+地震动土压力+地震动水压力。

3.2.2 计算结果根据各工况所得计算结果见表1。

表1 泵室稳定计算成果表

计算结果满足规范要求。

3.3 引水涵闸闸室稳定计算

3.3.1 计算工况及荷载组合

施工完建期工程竣工，土建及设备安装完成，闸上、下游均无水，地下水位低于闸底板以下的荷载组合为结构自重；正常运用期为自重+扬压力+水重+水压力；特殊运用期为自重+

扬压力+水重+水压力+水平地震惯性力。

3.3.2 计算结果

根据各工况所得计算结果见表2。

表2 闸室稳定计算成果表

计算结果均满足规范要求。

3.4 水力机械及金属结构

3.4.1 水力机械设计

后管屯泵站设计流量为2.4 m3/s；泵站最低运行水位为30.593 m，最高运行水位为32.04 m；出水池灌溉水位34.29 m。泵站的设计扬程为34.29-30.593+0.8=4.5 m。根据以往工程经验，对轴流泵、潜水轴流泵、潜水贯流泵进行比较[3]。经比选，选用2 台700ZLB1.3-7.2 型轴流泵，配套电机功率80 KW。

3.4.2 金属结构设计

泵站的金属结构包括进口拦污栅、引水涵闸闸门、水泵的起吊设备等。具体数量和型号见表3。

表3 金属结构设计一览表

4 效益分析

4.1 经济效益

项目完成后，项目区农田灌溉条件将有很大改善，农田质量、农业生产管理水平也随之提高，种植结构更加优化、合理。根据项目区作物产量分析，粮食作物增产以22 kg/亩计，单价按2.0 元/kg 计，年灌溉增产效益为132 万元，考虑水利分摊系数取0.4 计算，则实际灌溉增产效益为52.8 万元。

4.2 社会效益

项目实施后，降低了灌溉成本，节约了大量人力物力，有效地提高了项目区域内农业综合生产能力，增加了农民收入，提高了人民生活质量，对构建和谐社会、建设社会主义新农村起到重要的作用。

4.3 环境效益

项目实施后，地表水得到合理开发利用，每年为郑家镇提供约500 万m3的可用水源，可供3 万亩耕地灌溉；补充地下水200 万m3，减少了地下水的开采量，使得地下水生态得到改善。

5 结语

项目实施后，工程区域内不仅降低了灌溉成本，节约了大量的人力物力，而且有效地提高项目区内农业综合生产能力，增加了农民的收入，对构建和谐社会、建设社会主义新农村起到重要的作用。此外，输水过程中，沿程渗漏水可间接补充地下水，对抬高地下水位，缓解项目区周边地下水位下降速度也起到积极作用，有效防止了土壤沙化和水土流失，地下水生态得到逐步改善。