三原县陵前镇南塬灌溉供水项目工程设计及水泵定型浅析

杨春艳

（陕西省泾惠渠灌溉中心，陕西 三原 713800）

1 项目区概况

三原县位于关中平原腹地，素有八百里秦川“白菜心”之美誉。地理条件优越，区位优势突出，南距西安、西距咸阳、北距铜川、东距闫良等省内大中城市均约30 km，处于得天独厚的“弧心”位置。三原县总面积576.9 km2，耕地面积53.7 万亩，辖10镇4 个发展服务中心141 个行政村，是陕西关中“一线两带”建设的经济腹地和省会西安的北大门，同时也是陕西省重要的粮、棉、菜、果产区之一。

三原县陵前镇南塬灌溉供水项目区位于陵前镇，地处三原县城以北20 km 处，三马公路、张陵路、安陵路与镇干路纵横交错，交通便捷，区位优越。东隔赵氏河与富平县淡村镇相望，南与西阳镇毗邻，总面积15 km2，涉及柴窑、口外、铁家、五泉东村等4 个行政村14 个村民小组，总人口6698 人，总耕地面积11006 亩。

2 项目区存在的主要问题

旱灾一直居三原县气象灾害之首,且多发生在水利设施条件薄弱及水资源贫乏地带，如嵯峨镇天齐塬、新兴镇南部、陵前镇西部、南部和四十里塬坡地带。陵前镇南塬项目区位于白鹿塬塬边地段,因排泄强烈,深部断层集漏,为贫水地段。地下水位于深层水位在120 m 或250 m以下的中下更新统黄土层及洪积湖相岩层中，单井涌量10 m3/h 左右,除满足人畜饮水外，仅能满足少量耕地灌溉需求，一遇大旱，农作物因无法灌溉而遭受减产损失，甚至绝收。

3 设计方案的确定

综合当地自然条件、耕种条件和社会发展情况，合理确定灌溉标准和供水规模，以解决项目区8000 亩农田灌溉，同时兼顾长远发展的需要，确保抗旱应急工程长期有效发挥效益，以合理的建设投资，后期运行费用，确定供水方案。

根据现场勘查，确定在泾惠渠一支渠15+300 处修建引水闸，向北引至泵站区，修建前池，水泵（输水管桩号0+000 处）抽水向北输至朱洪路以南（输水管桩号1+260 处），然后东拐至桩号1+580 处向北，2+230 处开始上塬，至2+375 处铺至塬顶；输水管上塬后，继续向北输水至5+910 处输水管结束。输水管3+070～5+910 期间，根据灌溉实际情况，埋设支管，支管根据实际布置出水口，工程布置示意图见图1。

图1 工程布置示意图

（1）设计抽水流量

因泾惠渠水质仅能满足大田玉米、小麦的灌溉要求，根据设计水平年项目区灌溉制度表（表1）查得玉米在播种、抽穗开花期用水集中，时间较短，所以流量计算：

表1 设计水平年项目区灌溉制度表（2016年、设计保证率75%）

式中：Q 为规定时间内需要的流量，m3/s；m 为灌水定额；25 m3/亩；A 为灌溉面积，8000 亩；b 为作物种植比例；90%；η 为斗渠以下灌溉水利用系数，泾惠灌区一般取0.8；t1为规定的天数，取18 天；t2为每天运行的时间，h，取22 h。

经计算，Q=25×8000×0.9/（0.8×18×22×3600）≈0.16m3/s=576m3/h。

（2）机组数量及管道布设

考虑到资金预算、建成后管理方便程度，及三原县其他抽水泵站运行经验，抽水站按两台泵设置，每台泵抽水流量Q=288 m3/h。双泵并管，铺设管线1 条。

（3）轮灌组划分

图2 管网平面布置图

根据管道布置实际情况，为保证水泵能够在高效区工作，支管采取轮灌的方式，双泵运行时，同时开启4 条支管，开启顺序为最上游和最下游分别开启两条支管，依次向中区轮灌；每条支管每次仅开一个出水口，支管流量为144 m3/h。

灌溉时按照相应的轮灌组打开支管进口阀门，灌溉结束后关闭支管进口阀门，严禁支管进口阀门在不灌溉时段打开，以免支管在静压水头作用下出现爆管。

（4）管材的选择

经勘察测量，泾惠渠一支渠15+300 处设计渠底416.631 m。40 m 长D60“U”型渠道引至泵站前池，已知引渠比降1/300，故引水闸至引水渠末端高程下降0.133 m；D60“U”型渠流量0.16 m3/s，比降为1/300，所以引水渠水深0.33 m；由此得出泵站前池水位高程为：416.631+0.33-0.133=416.828 m。

新兴塬底地面高程为443.86 m，塬顶地面高程501.93 m，最远出水口水面高程553.5 m，即前池水面至最远出水口水面高程相差553.5-416.828=136.672 m；前池水面至新兴塬顶地形高差为501.93-416.828=85.102 m。

表2 双泵轮灌组划分及工况分析表

经综合比较，本工程的输配水管泵站至塬顶输水管采用钢管；其余采用de200～de400 的UPVC 管，在过路处套大一个或两个级别钢套管。

（5）管径的确定

式中：D 为管道内径，mm；Q 为设计流量，m3/s，输水干管0.16 m3/s、0.08 m3/s；支管0.04 m3/s；V 为管内流速，m/s，取1.5 m/s。

经计算得：D=185 mm～369 mm。经设计优化，0+000～2+435段输水管道采用DN400×11mm 无缝碳钢管（Q235A20）；上塬后2+435～4+690 段铺设de400×15.3 mm、PN=1.0 MPa 的UPVC 管；4+690～5+910 段铺设de315×9.2 mm、PN=0.63 MPa 的UPVC 管；3+070～5+910 区间铺设de200×5.9 mm、PN=0.63 MPa 的UPVC管20 条，其中20 支管管长1000 m。

（6）水泵选型

1）扬程确定

①地势高差H

由上述可知泵站前池水面高程与最远出水口水面高程相差为136.672 m。

②管道沿程损失hf

根据设计方案，灌溉轮灌组确定为：双泵运行时，同时开启4 条支管，开启顺序为最上游和最下游分别开启两条支管，依次向中区轮灌；每条支管只开一个出水口；单泵运行时，开启顺序为最上游和最下游分别开启一条支管，依次向中区轮灌；每条支管只开一个出水口。

管道沿程损失公式：

式中：f 为摩阻系数，钢管采用6.25×105，UPVC 管采用0.948×105；L 为管长，m；Q 为流量，m3/h；双泵运行576 m3/h；m 为流量指数，钢管采用1.9，UPVC 管采用1.77；b 为管径指数，钢管采用5.1，UPVC 管采用4.77；d 为管道内径，mm。

按双泵运行时，水力损失最大的①轮灌组进行计算，输水管沿程损失情况为：0+000～2+435 段DN400 无缝碳钢管2435m，流量576m3/h，hf钢=19.15m。上塬后，2+435～3+070段de400UPV输水管长635m，流量576m3/h，hf1=2.62m；3+070～3+270段de400UPVC输水管长200m，流量432 m3/h，hf2=0.5m；2 支管至19 支管间分为两段：3+270～4+690段de400UPVC输水管长1420m，流量288m3/h，hf3=1.72 m；4+690～5+910 段de315UPVC 输水管长1220m，流量288 m3/h，hf4=4.21m；20 支管de200UPVC 管长hf5=8.85m。所以双泵运行时，管道沿程损失hf=19.15+2.62+0.5+1.72+4.21+8.85=37.05 m。

表3 泵性能参数表

③管道的局部水头损失hj

管道的局部水头损失按沿程损失的10%计算，故：hj=37.05×0.1=3.7m。

所以，泵所需扬程=H+hf+hj=136.672+37.05+3.705=177.422m。

2）确定泵型

经筛选比较，水泵型号采用D280-43/84×4型卧式多级离心泵，电机型号为Y355M-4/200，见表3。

3）水泵工况分析

由图3 可知，双泵并联时的工作点为流量Q=506 m3/s,扬程H=168.8 m，根据同比例法推算水泵运行效率η=77.9%。即水泵选型合适。

图3 水泵工况分析图

（7）水锤的防护措施

确定在水泵泵房首部安装多功能控制阀保护机组安全，在管路2+230 处安装一台DN400、JD745X-25 的多功能控制阀，在2+430 处安装一台DN400、HH44W、压力等级PN=1.6 MPa 的逆止阀，并配置相应的空气阀。

4 结语

本文仅对双泵运行时的工况进行了分析，其实还可以对单泵运行进行分析。我们往往通过地势高差+沿程损失+局部水头损失所计算的扬程来选择水泵，但是水泵的额定流量、扬程并不是工程水泵运行时真正的数据反映，而是要进行水泵工况分析，通过供水系统在需水量不同时所对应的Q-H 曲线与水泵的额定曲线的交点，才更接近于水泵运行时真正的数据状态。三原县2015年抗旱项目实施后，不仅可以改善农业生态环境和生产条件，实现增产增收，带动和促进全县农业经济又好又快的发展，还可以使群众生产生活水平得到显著提高，有力地推动全县农业的快速发展，促进全县农村经济的快速发展和新农村建设；另外对改善生态环境发挥具有重要的作用，农田水利工程建设使农业单产有了较大提高，传统的广种薄收开始让位于精耕细作，促进当地的荒地还耕，这对促进当地的生态环境走向良性循环具有不可替代的作用。