下宽井村农田水利灌溉输水工程设计探讨

李博阳

（乡宁县水利局，山西 乡宁042100）

乡宁县位于吕梁山的最南端，辖5镇5乡。下宽井村地势较高，虽与鄂河相邻，但区域内无提水泵站，村内耕地无法利用鄂河水灌溉，村内耕地均为旱地，农作物产量不高，若遇到干旱年份，农作物大面积减产，严重影响农民收入，村民迫切要求建设提水工程，解决耕地灌溉问题。

1 工程概况

乡宁县下宽井农田水利工程，自鄂河取水，灌溉面积46.67 hm2，泵站提水流量0.016 m3/s。根据《调水工程设计导则》（SL 430-2008）及《泵站设计规范》（GB/T 50265-2010）确定工程等别为Ⅴ等。主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。防洪标准，设计洪水10年一遇，校核洪水30年一遇。

根据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB 18306-2001）中图A1及《中国地震动反应谱特征周期区划图》（GB 18306-2001）中图B1，工程区地震动峰值加速度为0.10 g，反应谱特征周期为0.45 s，地震基本烈度为Ⅶ度。

建设任务：鄂河上新建提水泵站工程1处，将河水输送至下宽井村垣面，发展灌溉面积46.67 hm2。配套潜水泵1台套，安装变压器1台，建300 m3蓄水池1座，并配套水表井1座，出水口防冲池76座。

2 泵站设计

泵站在下宽井村下的鄂河上取水，将鄂河水经水泵输送到村北高程929.7 m的垣上蓄水池（出水池），由蓄水池调节，经636 m长的直径110 mm UPVC管道和3 220 m长的直径90 mm的UPVC管道,将水送至田面，并每隔50 m设置出水口一个，配套出水口防冲池进行灌溉，共计需设置出水口防冲池76个，输水过程中设置补气排气阀门井4座（提水管道1座，灌溉管道3座），并设置高杆截止阀3个。下宽井村泵站，由引水渠、进出水池、输水管道、泵房组成。

2.1 引水渠

引水渠位于鄂河右岸现漫水桥后，渠长71 m，为C20混凝土矩形暗渠，渠深0.65 m，宽0.4 m，侧墙顶宽0.15 m，底宽0.4 m；渠上设C25钢筋混凝土盖板，盖板长0.6 m，宽0.5 m，厚0.12 m。引水渠渠首设进水闸1座，闸孔尺寸为0.6 m×0.4 m，进水闸采用C20混凝土浇筑。

2.2 进水池

进水池位于引水渠末端，为C25 F100 W6钢筋混凝土结构，池顶高程735.2 m，平面尺寸5 m×3 m（长×宽），池深4.5 m，池底高程730.7 m，底板厚500 mm，侧墙厚500 mm，进水池地基设0.1 m厚C 15混凝土垫层。为防止洪水淹没进水池和保障人员安全，在池周围设高2 m重力式挡墙，墙顶宽0.5 m，挡墙两侧各设1∶0.2坡。

2.3 泵站输水管道设计

2.3.1 管径确定

根据《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》，管道管径D根据下式计算：

式中：D——经济管径，m。

Q——管道设计流量，m3/s。

V——经济流速，取1.5 m/s。

经计算，管道管径为117 mm，根据市场规格选DN 125钢管。对钢管内外壁进行防腐处理，管外壁采用环氧煤沥青涂料，厚度不小于400 μm，内壁喷涂无毒环氧类涂料防腐。

2.3.2 扬程确定及水泵选型

进水池水位为734.1 m，蓄水池水位930.0 m，地形高差为195.9 m，根据地形布置，管长1 562 m，管径125 mm。管道水头损失计算公式：

式中：hw——总水头损失

hf——沿程水头损失

hj——局部水头损失，按沿程水头的10%计算。

沿程水头损失公式：

式中：λ——沿程损失系数（λ=8g/C2=8g/［（1/n）R1/6］2；n为糙率，n=0.012；R为水力半径，m）。

L——管道长度，m；

d——管径，m；

V——管内流速，m/s；

g——重力加速度。

经计算，沿程损失水头52.0 m，局部水头损失约为5.2 m，考虑富余水头2 m，地形高差为195.9 m，总扬程为255.1 m。根据流量和扬程，选择型号为200QJ63-273/12的潜水泵。水泵的各项参数见表1。

表1 水泵参数表

2.3.3 管道工作压力

管道设计工作压力，依据《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》，取各段管道系统最大工作压力的1.4倍，根据本工程实际情况，管道工作压力为3段。管道各项参数见表2。

表2 管道各项参数表

2.3.4 管线纵横断设计

（1）管道埋深

本工程输水管线所处地区最大冻土深度为1.0 m。为保证输水管线的安全，满足其正常工作要求，将输水管线埋置于冰冻线以下，确定管线的管顶覆土厚度最小为1.0 m。

（2）管道敷设与地基处理

输水管道大部分随地势铺设，管槽开挖边坡根据铺设管道沿线的地质资料，土基段为1∶0.75，岩基段为1∶0.25，土基段管床要求夯实，岩基段管床铺设10 cm砂子并压密实，管道铺设完成后进行回填，管顶以上覆土厚度不小于1.0 m，回填土要求压实，粘性土压实度不小于92%，非粘性土相对密度不小于0.7。

（3）管道建筑物设计

根据管线布置情况，在提水管道桩号0+940处设置补气排气阀井1座，在管线拐点处设镇墩，共19个。

为了确保管道能够安全运行，在管线的隆起处设置补气排气阀，并设阀门井。补气排气阀、排气阀型号直径20 mm。补气、排气阀井采用砖混结构，断面为圆筒形，阀井内径1.5 m。底板为300 mm厚C20混凝土，侧墙为240 mm厚的M7.5水泥砂浆砌砖。地基处理，夯实后换填300 mm厚的3∶7灰土。基坑开挖边坡1∶1。井口设20 cm厚C25钢筋混凝土盖板，盖板上设0.7 m×0.7 m进人孔，进人孔加设自制钢盖板。

本输水管线地形起伏较大，为保证管道稳定，在水平或竖向拐角大于8°的弯管处，设镇墩，共布置19个，均采用C20混凝土结构。

2.4 蓄水池

蓄水池建在压力管道末端，采用C25 F100 W6钢筋混凝土浇筑，池体全部外露，地面高程929.0 m，池容积为300 m3，为圆形结构，直径11.1 m，池深3.5 m，池壁厚0.2 m，池底板厚0.2 m，地基为0.3 m厚的M7.5水泥砂浆砌石。

2.5 泵房及管理房

在进水池附近设泵房，蓄水池附近设管理房，本工程提水设备为潜水泵，水泵直接放入进水池中，进水池的泵房内设配电设施和值班人员临时休息使用，蓄水池附近的管理房内设分水阀，泵房及管理房尺寸相同，房进深4 m，宽3.8 m，建筑面积15.2 m2，为砖混结构，两处建筑面积共计30.4 m2。

蓄水池旁设置水表井对蓄水池出水进行调控，水表井采用矩形砖砌结构，尺寸为2 m×2 m，高1.2 m，底板为C20混凝土浇筑，盖板通过2块C20钢筋混凝土预制盖板，跟1块不锈钢盖板搭配构建而成，井内设置闸阀2个，排气阀1个，水表1块。

3 灌溉输水管道设计

3.1 管径选择

灌溉输水管道从蓄水池取水，沿西南方向山脊上布置管道，长3 856 m。管道输水流量为60 m3/h，管材采用UPVC塑料管，管径100 mm，根据规格选用外径为110 mm管道。

3.2 管道压力计算

管道压力，按《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》计算，采用0.6 MPa的UPVC塑料管，干管管径为110 mm，长度636 m，支管管径为90 mm，长度3 220 m。

根据管道水平或竖向拐角大于8°的弯管处均设镇墩1个的原则，共布置镇墩6个，镇墩均采用C20混凝土结构。

4 变压器容量计算

经实地踏勘，距提灌站0.5 km处有高压线经过，在该处引高压线0.5 km至提灌站，安装变压器1台。

配电变电器容量选择，供电系统的高峰负荷时的有效功率，采用下式计算：

式中：S——供电变压器容量，kVA；

cosφ——供电系统的平均功率因数，取0.8。

P——供电系统的高峰负荷时的有功功率，kW；

k1——各用电设备之间的用电同时系数，取1.0；

k2——配电变压器和配电线路的损失补偿系数，取1.02；

Pi——各用电设备的额定容量，kW。

根据水泵功率为90 kW，计算得S=114.75 kVA。考虑到照明等其他用电，选配型号为S11-125/10 kVA的变压器1台。

5 结语

项目建成后，下宽井村农田水利化程度明显提高，减少了水资源的消耗与浪费，缓解了下宽井村的灌溉水资源的消耗与浪费，缓解了下宽井村的灌溉水资源供需矛盾；有助于农业产业结构调整，提高农业综合生产能力，增加农业产值和农民收入；有利于改善示范区投资环境，促进当地其他产业的发展。总之，项目的建设保障了农民收入，有效改善了农民生产、生活条件，为当地发展节水型农业和农业循环经济奠定了基础。