某水库灌区改造项目设计分析

王利永

（河南科平工程检测咨询有限公司，河南 封丘 453300）

0 项目概况

某水库灌区节水配套改造工程总投资16 920.97 万元，其中土建投资12 848.55 万元。计划总工期12 个月，于2014 年7月开工，2015年6月底工程全部完工。经水土保持分析评价修正后的工程总占地面积126.19 hm2，其中干渠改造工程占地105.71 hm2（利用原有渠道铺设管道段占地52.28 hm2，管沟开挖段占地53.43 hm2），调蓄池占地5.58 hm2，施工临时道路占地12.50 hm2，施工生产生活区占地2.40 hm2。

该水库灌区节水配套改造工程干渠改造压力管道铺设开挖方8.70万m3，回填方8.70万m3，附属设施和调蓄池开挖回填后的零星弃方就近利用或就近平铺于梯田内。

1 干渠改造管网输水系统设计

水库灌区节水配套干渠改造工程主要包括：总干渠（桩号15+100～16+600）段、东干渠、西干渠、中干渠及和平分干改造工程，全部用压力管道铺设，共81.22 km，其中西干管23.06 km、中干管13.85 km、总干管（桩号15+100～16+600）1.50 km 及东干管27.51 km、和平分干管15.30 km。

1.1 管材、管径选择

各管材综合比较分析，预应力钢套筒混凝土管及加砂玻璃钢管价格较为便宜，使用寿命长，安装方便，特别适合于长距离输水。硬塑料管造价最低，最适合田间低压管道工程。鉴于水库灌区节水配套干渠改造工程干管为大落差重力式管道，而田间为低压管道系统。因此，本着经济可行的原则，总干管（15+100～16+500）段、东、西干管均采用预应力钢套筒混凝土管，跨渡槽段采用钢管，中干管、和平分干管及田间支管采用PVC管道。管径计算后干管、分干管：从总干渠末端开始，管材选用D800～D200 的预应力钢套筒混凝土管。中干管、和平分干管及支管：选用D400～250的PVC-U管。

1.2 管网系统布置及断面设计

1.2.1 管网总体布置

该水库灌区节水配套改造工程项目区以水库控制范围为一个灌溉系统，以东、西干为主脉，在不改变现状条田、林、沟、路布局的条件下，按照原灌溉体系布置，即干管及其支管均按照原东、中、西干渠及其支渠渠线布置。

1.2.2 压力管道纵断面设计

水库灌区节水配套改造工程根据压力管道布置方案，灌溉输水管道纵向依据沿线地形条件，比降基本与管线地面坡降保持一致。现状渠道护砌段，管道埋深以现状渠底高程进行控制，其他需新开挖管沟段，管道平均埋深依沿线地形条件和管沟开挖深公式计算确定。

式中：B-管沟底部宽度，m；D—管道外径，m；H—管沟开挖深度，m；h冻—最大冻土深度，0.60 m。经计算，管沟平均开挖深度按1.20 m进行控制。

1.2.3 管道基础及横断面设计

该水库灌区节水配套改造工程项目设计总干管（桩号15+100～16+600）段、东、西干管供水管道采用预应力钢筒混凝土管，采用柔性接口，基础采用粗砂垫层，管底砂垫层厚度为20 cm。管道敷设方式采用地埋方式，管道平均埋深1.20 m。施工开挖边坡设计为1.00∶1.25。

2 管道附属工程设计

管网附属设施详见表1。

表1 管道附属设施汇总成果表

2.1 压力前池

可研报告设计通过新建压力前池将总干渠与西干管连接。压力前池采用钢筋混凝土结构，正方形，根据水力计算，压力前池设计水位为651.86 m，压力水头4.36 m。根据对压力的要求，井深为5 m，尺寸为6 m×6 m，进水管通过阀门与总干渠连接，出水管位于前池下端，通过三通分别与总东、西干管连接。

2.2 阀件井布置

为了保证输水线路上阀件安全，阀件均布置在阀件井内，为了减少阀件井的数量和占地，多种阀件可紧凑的布置在同一井内。阀件井布置满足各种阀件装卸、操作及维修，根据阀件井不同的类型及功能，采用不同的断面形式和结构尺寸。

2.2.1 调压井

调压井为钢筋混凝土结构，正方形，与大气相通，井内水面为自由水面，根据对压力的要求，井深为5 m，尺寸为6 m×6 m，进水管位于减压井下端，支管固定，管口朝下，水垫后约为2 m，减压井上端设为无缝钢管，管径为DN250 钢管，粗糙率为1.10×10-2m，可承压0.60～1.80 MPa。共设置调压井1座。

2.2.2 控制阀井

控制阀井一般布置在重力流管线的进口、叉管上下游和末端处。控制阀井为方形C25 钢筋混凝土结构，根据管径不同，井内尺寸也不同，井深视管道埋深而定，壁厚由井口尺寸和井深而定，井底板下部铺设0.10 m厚素混凝土垫层，井底设0.50 m深的集水坑，井内对应进人孔处设置爬梯，控制阀井四周设栏杆，共布置控制阀井4座。

2.2.3 检修阀井

检修阀门的间距应根据管道复杂情况、管材强度、事故排水难易等情况确定，一般每5～10 km 宜设置1处；穿越大型河道、铁路、公路进出口也考虑设置检修阀，在安装流量计等水力控制阀时也布置检修阀，为了减少阀件井数量，检修阀可与其他阀件结合布置在检修阀井内。

东、西干管检修阀井尺寸为3 m×3 m，中干管及和平分干管检修井尺寸为2 m×2 m，根据沿线地形条件，井底高程低于管底高程0.80 m，检查阀井进口高出地面30 cm。检查阀井基础采用C25钢筋混凝土浇筑，厚30 cm，井四周采用C20现浇混凝土浇筑，厚25 cm，井盖采用20 cm 厚的C20 预置混凝土板。共布置检修阀井17座。

2.2.4 空气阀井

为了满足管线系统在启动、检修和正常运行过程中的进排气要求，在管线纵断面的上坡度变化凸顶点、长水平段等位置分别设置空气阀井，进气排气阀井间距按500～800 m控制。

东、西干管空气阀井尺寸为2 m×2 m，中干管及和平分干管空气阀井尺寸为1.50 m×1.50 m，根据沿线地形条件，井口高出地面20 cm。排气阀井基础采用C25钢筋混凝土浇筑，厚25 cm，井四周采用C20 现浇混凝土浇筑，厚20 cm，井盖20 cm 厚的C20预制混凝土板。共设置空气阀井135座。

2.2.5 排空阀井

运行检修或事故工况时，为减少管道中的排水量，拟在管线的低洼处、主要沟、河处设置排水管、泄水阀及相应的排水设施。泄水阀间距根据排水时间及排水量计算确定，口径取输水管道直径的1/5～1/4。在穿越重要铁路、公路处分别设置泄水阀以便建筑物的检修排水。共设置排空阀井16 座、排泥井11 座。

2.2.6 流量计井

流量计井布置在管道的进出口和分岔口处，以方便、准确地计量干支管和各分水口分出的水量，为动态控制提供数据支持。工程在各级输水管线进口设置流量计1套，采用电磁流量计。为便于安装检修，加装置与其规格、压力相同的伸缩器，共设置流量计井13座。

3 调蓄池工程设计

3.1 工程布置

根据水库兴利调节计算成果可知，由于受水库兴利库容的限制，水库最大年可供水量为1 342.98 万m3，需水量1 359 万m3，缺水16 万m3，供水能力不足。因此，可研报告设计采用“长藤结瓜”的方式在项目区内修建调蓄池，和水库联合调度，在丰水期蓄水，在灌溉供水不足期放水灌溉，以满足灌区用水需求。设计在东、西、中干管及和平分干管沿线每个村设置1 座，共62 座。每座调蓄池通过压力管道和阀门与灌区干管或支管连接。

3.2 结构形式

调节蓄水池拟建蓄水量500 m3，建设内容包括：调蓄水池、控制阀井、溢水井共三部分。

3.2.1 蓄水池

工程采用开敞的圆形井式钢筋混凝土结构，混凝土型号为C25。结构尺寸：内直径10 m，高6.60 m，上部的侧墙为等厚0.40 m的直墙段，高3 m；下部的侧墙迎水面为直面，背水面为斜面，厚度从0.40 m渐变到0.80 m，高3.60 m；底板厚0.60 m，其下C10混凝土垫层厚0.10 m；在底板上距离侧墙0.60 m布置深1 m，直径1.50 m的吸水坑；侧墙内外侧布置一座钢梯。

蓄水池埋深考虑工程地质条件、工程布置、工程量以及工程安全等因素，经综合分析确定埋深4.20 m，上部顶端超出地面3 m。

蓄水池在吸水坑内通过直径250 mm的钢管做为进出水管进行调节，进出水口采用喇叭口DN250×375，钢管架设在底板上0.15 m处，穿过侧墙与蓄水池外部的控制阀井相连；吸水坑下底边沿设置DN100 的钢管泄水管。蓄水池侧墙距离顶部200设置溢水管，采用钢管将多余水排进溢水井内。

3.2.2 控制阀井

控制阀井采用封闭的矩形井式钢筋混凝土结构，混凝土型号为C25。结构尺寸：内长1.80 m，宽1.80 m，高2 m，四周侧墙等厚0.20 m，顶板采用0.15 m一块进人孔盖板和两块吊物孔盖板覆盖，底板厚0.30 m，其下C10混凝土垫层厚0.10 m；在距离底板上0.30 m架设直径250 mm的钢管，阀井内设置支墩，阀井至干渠压力管道段采用直径250 mm的PVC管连接。控制阀井埋置于地下，上部顶端超出地面0.10 m。

3.2.3 溢流井

溢流井采用封闭的矩形井式钢筋混凝土结构，混凝土型号为C25。结构尺寸：内长2 m，宽1.80 m，高2.80 m，四周侧墙等厚0.20 m，顶板采用厚度0.10 的玻璃钢顶盖，底板厚0.25 m，其下C10 混凝土垫层厚0.10 m。进口通过溢水钢管在距离底板上部0.15 m进入溢流井，通过溢流井内溢流堰调节，在距离底板上部0.15 m通过钢管排入雨水系统。

溢流井埋深考虑工程地质条件、工程量以及工程安全等因素，经综合分析确定埋深2 m，顶端超出地面1 m。

4 结语

该水库灌区节水配套改造工程项目干渠改造压力管道铺设开挖方8.70万m3，回填方8.70万m3，附属设施和调蓄池开挖回填后的零星弃方就近利用或就近平铺于梯田内。节水配套改造工程实施后，可保证3 253.33 hm2农田灌溉用水（其中烟叶面积2 000 hm2），水利用系数提高到0.80，灌溉保证率由现状的不足10%提高到50%，新增节水能力489.21 万m3，新增粮食和烟叶生产能力1.02万t，年新增总效益2 202.95万元。