德州市陵城区2020年高标准农田建设项目小型水源工程设计分析

2020-06-08高卫国

陕西水利 2020年1期

高卫国

（山东省德州市陵城区农业农村局，山东德州 253500）

1 工程概况及设施现状概况

1.1 工程概况

2020年陵城区高标准农田建设项目区2片，位于于集乡1.9878万亩和边临镇2.0122万亩。项目总投资为5200万元。其中申请省以上财政资金4000万元，地方配套1200万元。规划于集乡建设高标准管道输水灌溉面积1.9878万亩，新建泵站77处；规划边临镇建设高标准管道输水灌溉面积2.0122万亩新建固定式小型提水泵站72处。

1.2 工程区设施现状

陵城区属德州市引黄灌区下游，全区灌溉以引黄水源为主，引水方式是节制闸蓄水、提水进入输水沟网后再二级提水进行灌溉。陵城区现有耕地面积117万亩，有效灌溉面积84.09万亩，中型灌区灌溉水利用系数约0.55，小型灌区灌溉水利用系数不足0.5。至2017年底，全区共建节水灌溉面积59.61万亩，占有效灌溉面积的70.8%，其中，高效节水灌溉面积47.13万亩，灌溉水利用系数0.86；灌溉供水量23269.62万 m3，实际灌溉需水量 24845.77万 m3，缺水1576.14万m3。陵城区现有坑塘616座，机井11353眼，中型灌溉排水泵站1处，小型灌溉泵站共有18座，现有末级灌溉渠道1561 km，配套建筑物1092个。

根据灌区现状，此次建设的重点是小型水源工程建设，从实际出发,充分考虑本地自然、气候条件和社会经济发展水平,结合灌溉水源条件,因地制官发展管道输水灌湘工程,提高灌水效率和水的利用率。

2 工程形式选择

2.1 水源形式选择

项目区为典型的平原引黄灌区，区内引黄灌排沟渠纵横交错，灌溉季节引黄资源较为丰富，但由于缺乏水源工程及灌溉工程，项目区灌溉保证率低，因此项目区规划以地表水（黄河水）为水源。

2.2 节水灌溉模式选择

由于项目区地处超采区，渠道防渗占地面积大、节水效率低，且项目区为引黄灌区，沟渠来水不及时，所以项目区全部选择采用“分散式小型引水泵站+高标准管道输水灌溉”的高效节水灌溉模式。

3 小型水源工程设计分析

项目区泵站灌溉农作物种植主要以冬小麦和夏玉米轮作为主，田间实行了窄短畦种植。泵站控制面积100亩～500亩，由于泵站主要分布在各干支流上，泵站的布置较为分散，故项目区灌溉规划以单个泵站为水源成立独立的灌溉系统。在此基础上，结合泵站所处的位置，按节水灌溉技术规范要求，规划管道输水灌溉工程配水斗管之间的距离不大于150 m，配水斗管上放水口的间距不大于60 m。放水口以下的田间配套使用软管灌溉，替代田间的毛渠输水和实现田间均匀灌水。

根据工程的规模和数量，选择具有代表性的孙国庄村1号泵站工程进行典型设计。

3.1 建筑物等级

孙国庄村1号泵站控制灌溉面积462亩，泵站设干管3条，每条干管控制灌溉面积分别为193亩、184亩、85亩，考虑到灌溉季节的泵站使用的灵活性和管理方便的因素，每条干管均配备一套潜污泵，总设计流量172.5 m3/h。根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288-2018）的有关规定，工程规模确定为小（2）型；工程等别为V等，主要建筑物5级，次要建筑物5级。

3.2 泵站总体构造

潜污泵站的主体工程包括进水建筑物和阀井组成。进水池开口设在河道内，采用喇叭口型设计，采用C25混凝土护底，两岸为M10浆块石挡土墙，进水池口设密目钢网拦污，焊接在拦污栅上。工程选用立式潜污泵，将水泵固定在进水池内。

提水泵房：采用预制泵房，首部设置逆止阀、安全阀、进排气阀、水表等。

3.3 泵的扬程确定

式中：hf为输水管道沿程总水头损失，m；ΔZ为水面到泵站最高出水口的水头差；hf首为首部枢纽和泵管水头损失。

经计算：控制灌溉面积为193亩时，H=8.62+1.1×5+7.5=21.62 m；控制灌溉面积为184亩时，H=9.48+1.1×5+7.5=22.48 m；控制灌溉面积为85亩时，H=4.59+1.1×5+7.5=17.59 m。

3.4 泵站主要设备型号

根据每个机组所控制的灌溉面积计算设计流量及总扬程，选用潜污泵，参数见表1。

表1 水泵参数表

3.5 泵室地基应力计算

式中：a为垂直于水流方向的底板宽度，m；b为顺水流方向的底板宽度，m；∑G为作用于基底面上的总垂直力，kN；e为合力距底板中心轴的偏心距，m。

经计算泵室最大基底应力＜1.2[P]＝139.2 kPa，不均匀系数 1.02＜[2.0]。均满足《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288-2018）的规定规范要求。

3.6 进水前池稳定计算

泵站抗滑稳定计算及地基应力计算采用《泵站设计规范》（GB/T b50265-2010）中公式 6.3.4-1、6.3.8-1。

（1）基础底面的抗滑稳定安全系数计算公式

式中：∑G为作用在闸室上的全部竖向荷载，kN；∑H为作用在闸室上的全部水平向荷载，kN；f为建筑物与地基的摩擦系数，f=0.25。

（2）基础底面应力计算公式

计算成果见表2。

表2 前池稳定计算成果表

由表2可知，各种工况下计算结果均满足《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288-2018）的规定规范要求。

3.7 电气设计

泵站主要在灌溉时运行，不是全年运行确定为三级负荷，采用单电源供电。

（1）接入电力系统方式

农村电网经过建设改造后，10 kV架空线路已经覆盖所有村庄，且供电质量有较大提高，供电容量充足。本工程选择供电电压等级为10 kV。变压器距离供电电源较近时由附近10 kV架空线引来；距离较远时，架设一段距离的10 kV架空线引来。

（2）变电站方案选择及电气主接线

本工程按照“配电变压器一般安装在其供电范围的负荷中心，并满足线路末端电压质量的要求，以减少线路的损耗”的原则确定变压器的位置，一般每个台区供3～8座小型灌溉泵站用电，从配电变压器的低压侧到每个泵站，按辐射式和链式向四周延伸，供电半径不宜超过1000 m。

本工程以于集乡孙国庄村小型泵站电气设计作为典型设计，孙国庄村变压器供电范围为孙国庄村1～6号泵站，每座泵均配备潜污泵1～2台，见表3。

表3 于集乡孙国庄村变压器负荷统计表

经过比较择优，确定6台小型泵站配备变压器1台。其所需电容量按下式计算：

式中：S为变压器容量，kVA；P为电动机额定功率，kVA；P1为照明用电总功率，kVA。

经计算，S=160 kVA。

根据计算结果，结合项目区情况于集乡孙国庄村设变压器1台，采用SC11系列低损耗节能变压器，容量为160 kVA，变比为(10±5%)/0.4。主接线采用高、低压母线均为单母线不分段接线方式，小型泵站用电均自变压器低压侧引接。

为降低成本，经当地电业部门同意，本工程用变电站采用杆上变压器台。

（3）低压电缆选择

为做到供电上的安全、可靠、经济和技术合理，同时考虑到本工程用电设备较分散，负荷电流大、线路长，电压损失是主要矛盾。因此本工程按正常工作时的允许电压损失初选其截面并按其它条件进行校验。最终确定低压电缆采用YJLV22-1型交联铝芯聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铠装电力电缆。尽量沿地边、路边、渠边地中直埋敷设，电缆直埋敷设深度不应小于0.7 m。

（4）机组启动方式

采用经验公式估算法计算电动机端电压降均为小于15%，满足规范要求，采用全压直接起动方式。每台水泵设1台射频卡控制器作为水泵的控制设备。