天祝县松山镇高效节水喷灌工程设计

李佳瞳

（甘肃省庆阳水文水资源勘测局，甘肃庆阳745000）

1 概况

1.1 水源工程运行状况

天祝县已建水源工程有7 座小型水库，分别为石门水库、二道墩水库、龙潭河水库、鞍子山水库、柏林水库、科拉水库、直岔水库。截至2016 年对上述水库全部进行了排险加固，目前工程运行顺利，起到了很好的灌溉以及防洪效果。该水源工程是甘肃省发改委以甘发改农经〔2013〕1650 号文件批复的一项维护当地稳定、治理生态环境的富民工程。工程投资总额度高达4.15 亿元，同时修建有1 处引水枢纽，3 级提水泵站，配套总装机12 000 kW 的机电设备12 套。

2015 年修建了石门河调蓄工程，随后正式运行，每年供水量高达1 420 万m3，确保了周边工业园区、居民、牲畜及650 hm2草地的用水需求。该工程是甘肃省发改委以甘发改农经〔2012〕840 号文件批复的一项藏区重点工程，同时也是最近几年全面促进当地经济发展的大工程。

2015 年开始修建的二道墩水库工程，第二年建成后正式运行，每年供水量约为2 795 万m3，周边居民供水率至少在95%以上，灌溉用水保证率至少在84%以上，社会效益显著。该工程是甘肃省发改委以甘发改农经〔2015〕178 号文件批复的一项提高当地抗旱能力的工程，建成总库容146 万m3的小（1）型水库1 座。

1.2 农业综合水价改革

按照农业综合水价改革计划，在已实施的和正在实施的高效节水建设区融合开展农业水价综合改革，对地表水计量设施进行升级改造，同步建立了计量设施控制系统，通过水费核算和征收使农业综合水价改革落到实处。

2 输配水管网设计

2.1 管网设计

喷灌区支管管道上设置给水栓与中心支轴式喷灌机连接；地埋管道首端安装排气阀，末端安装排水阀，以防管道冬季冻坏；管道埋设深度根据灌区最大冻土深度确定。

2.2 喷头（喷灌机）选型

移动软管式喷灌设备与绞盘式喷灌机均采用相同的喷头，喷头直径10 mm，喷洒半径23 m。机压绞盘式喷灌机牵引速度为4.47 m/h，喷洒角度270°，有效喷幅宽度36 m；移动软管式喷灌的喷头工作行间距20 m，列间距25 m。

2.3 水锤压力验算及防护

自压管道的阀门被关闭或者开启时会影响水流速度，导致动水压强在短时间之内迅速降低或增大，因此需要验算水击压强，并采取有效措施对其进行防护。

2.3.1 水击波传播速度 水击波传播速度的计算公式：

式中，αw为均质圆形管水击波传播速度（m/s）、D 为管径（m）、e 为管壁厚度（m）、K 为水体积对应的弹性模数（K=2.025 GPa）、E 为管材在纵向方向的弹性模数（U-PVC 管 E=3.0 GPa）、c 为管材系数（本设计中c=1）、L 为管长 (m)。计算可知 αw=859.3 m/s、Ts=124.7 s，与阀门正常关闭时间相比数值偏大，因此一定要进行水锤演算。

2.3.2 水击类别判断 在判断水击类别的时候，关键要确定管道里面水击波的传播时间。计算公式：

式中，Tt为往返一次的总耗时，L为管道总长度。

2.3.3 水击水头 计算公式：

式中，Ht为间接水击水头（m）、V0为水源流动速度（m/s）、Tg为阀门关闭时间（s）、g 为重力加速度。

2.3.4 避免水击的防护手段 主管道安装水锤消除器，避免运行过程中管道内部受到过大压力；所有钢管控制区在运行过程中至少开启一个以上出水口；分水口运行顺序为先开后关，严禁先关后开；管道运行时严禁突然关闭出水口，以防爆管。

3 土建工程设计

3.1 水源工程设计

该项目水源主要来自于柏林水库，主管道入口处需设置沉沙池。

3.2 管槽开挖设计

3.2.1 纵断面设计 地下埋设管道的埋设深度要超过最大冻土层2 m，坡度与地面保持一致。为了确保管道正常工作，需要在支管上安装竖管和三通管，同时在竖管上专门开设出水口。为了便于排水和维护，分别在干管和支管末端设渗水井。

3.2.2 设计横断面 主要以梯形断面为主，边坡坡度为1∶0.35～1∶0.5；管线通过河床时管沟深度不可小于2 m。

3.3 检查（分水、控制、排水）井设计

井圈采用预制C25 砼，壁厚15 cm、高40 cm、内径80 cm。由于主管道直径比较大，因此主管闸阀井长、宽、高全部设计为1.8 m；其他子系统井体长、宽设计为1.5 m，高设计为1.8 m；排水井长宽高与闸阀井保持一致。

3.4 出水口设计

根据相关管理措施，将给水栓分水之后可能引起的冲刷考虑在内，在给水栓位置设置弯头直接将水放入就近渠道内进行灌溉。

4 投资概算

喷灌工程总投资额度为943 万元，灌溉规模为546.7 hm2，平均投资指标为 17 250 元 /hm2。