清徐县恢复农田灌溉新建抽水站工程设计分析

2022-10-26罗玉

山西水利 2022年7期

罗玉

（清徐县河湖管理中心，山西清徐 030400）

1 工程概况

山西省重点工程——清徐特色食品产业集聚区的建设，征用了清徐县柳小路以北孟封镇杨房、西营村的部分土地，阻断了两村路南耕地灌溉。为了恢复灌溉，孟封镇人民政府在征得山西省汾河灌溉管理局汾东分局的同意后，计划在东干渠西营桥下游修建抽水站及配套灌溉工程。通过恢复灌溉工程，可有效解决西营、杨房两村80 hm2农田的灌溉问题。

工程内容：（1）新建抽水站1座：站内新建泵房1座，泵房配水泵250HW-5泵混流泵2台（1用1备）和出水池1座；泵房附近配套变台1座，变台含80KVA变压器1台、配电柜1套及配套电线杆4根及电缆电线190 m；门前硬52.58m2。（2）拆除旧混凝土渠207.92 m3，新建U型渠1 470 m，其中D100U型渠920 m，D80U型渠550 m，配置分水闸13座，预留灌溉口44处。（3）新建Φ1 000过路钢筋混凝土管24 m，新建Φ600过路钢筋混凝土管22 m。

2 灌溉水量供需平衡分析

2.1 工程设计标准

2.1.1 工程等级及建筑物标准

根据《泵站设计规范》（GB 50265-2010）及《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288-2018），泵站为V等小（二）型，渠道及其建筑物均为5级。

2.1.2 防洪标准

根据《防洪标准》（GB 50201-2014），灌区防洪标准取10年一遇（P=10%），不再考虑校核洪水。

2.2 灌溉设计保证率和灌溉定额

2.2.1 灌溉设计保证率

结合当地缺水的实际情况，确定灌溉设计保证率为75%，渠系水利用系数为0.68，田间水利用系数为0.85，灌溉水利用系数达0.57。

2.2.2 作物组成及种植比例

项目区灌溉面积80 hm2，均为玉米，灌溉方式采用渠道输水灌溉，种植比例为100%。

2.2.3 作物需水量和灌溉定额

根据《山西省用水定额》（DB14/T 1049.1-2020）中的规定，结合当地缺水的实际情况，查得玉米灌溉用水为2 250 m3/hm2，由于本项目采用渠道灌溉，选择调节系数0.96，可得灌溉定额为2 160 m3/hm2。P=75%时灌溉定额及灌水次数统计表见表1。

表1 P=75%时灌溉定额及灌水次数统计表

设计中采取定额为2 160 m3/hm2，灌溉3次，每次灌水天数为10 d，每天延续灌溉时间为24 h。

2.2.4 灌水率设计

根据上述选定的作物复种指数、75%干旱年份的灌水定额及灌水次数，计算出作物各次灌水的净灌水率。灌水率计算公式如下：

式中：qik——第i种植物第k次灌水的万亩灌水率，m3/s；

αi——第i种作物的种植比例，%；

mik——第i种作物第k次灌水的灌水定额，m3/hm2；

tik——第i种作物第k次灌水一天的延续时间，本工程取24 h；

Tik——第i种作物第k次灌水的延续时间，d。由以上计算可知，75%偏旱年时，灌区设计最大净万亩灌水率值为0.578 7 m3/s。

2.2.5 灌溉用水量

灌溉年需水量与灌溉面积、计划作物组成、灌溉制度相关，可采用以下公式计算：

式中：M毛、M净——毛、净灌溉用水量，m3；

η——灌溉水利用系数，本工程取0.57；

m——综合灌溉定额，m3/hm2；

A——灌溉面积，hm2。

设计保证率P=75%时的综合灌溉定额为2160m3/hm2，则作物年需水量为31.58万m3。

2.3 供需水量

2.3.1 需水量

灌区采用明渠灌溉，实施渠道防渗，达到节水灌溉。按照规范要求，灌溉水利用系数按0.57考虑，则项目区年需水量为31.58万m3。项目区80 hm2耕地的日最大需水量为10 526 m3/d。

2.3.2 供水量

工程取水水源为汾河东干渠，采用水泵抽水方式取水，配泵型号为250HW-5混流泵，泵流量为540 m3/h，按每日24 h供水计算可得每天最大可供水量为12 960 m3/d。

2.3.3 水量平衡分析

项目区80 hm2耕地的日最大需水量为10 526 m3/d，抽水站按每日24 h供水计算，每天最大可供水量为12 960 m3/d。供水能力可满足用水需求。

3 工程设计

3.1 抽水站设计

在东干渠西营桥附近修建抽水站，站内新建泵房1座，泵房配水泵和出水池，泵房附近配套变台1座。

3.1.1 泵房设计

泵房建筑面积为20 m2，规格为4 m×5 m（长×宽），泵房采用砖混结构，房顶为C25现浇混凝土屋面和挑檐，砖女儿墙。房地面以上高3.40 m，房内顶高2.75 m，现浇屋顶厚0.15 m，女儿墙高0.5 m。内墙及顶棚采用混合砂浆抹灰刷涂料，外墙为1∶2水泥砂浆抹面刷涂料，屋面防水采用丙仑布防水层，水泥地面，泵台2座，屋内设台阶，屋外设散水。安装塑钢窗3樘，双开钢门1樘。

泵房地面以下深度为1.60 m，主泵间下部采用C30混凝土地圈梁结构，地圈梁上砌砖，基础为0.3 m片石垫层、C25混凝土垫层0.1 m。

3.1.2 水泵选型

水泵从东干渠内抽水，根据地形状况，高差很小，项目区80 hm2耕地的日最大需水量为10 526 m3/d，抽水站按每日24 h供水计算，根据扬程及流量，配泵为250HW-5混流泵，扬程5m，日最大供水量为12960m3/d，配套电机功率20 kW，1备1用。进水口位于距离地面-1.8 m处，当水位高于-1.7 m处允许启泵，若水位低于-1.7 m时应及时停泵。出水管安装钢管支架一套。

3.1.3 出水池设计

出水池为地埋式露天设计，C25钢筋混凝土结构，规格为：1.8 m×1.7 m×1.65 m（长×宽×深），地面以下1.10 m，池壁厚0.2 m。池底为C20混凝土垫层0.10 m厚。蓄水池一侧接分水口，接口处宽1.0 m。

3.1.4 供配电设计

本工程用电负荷主要包括泵房用电和变压器用电。本次设计用电引自抽水站东南方向已有变台，从已有变台通过4根电杆架设电线190 m接至新建变台。

变台采用钢筋混凝土电杆3根，高12m，埋地1.8m，基础为0.3 m片石垫层，0.5 m混凝土。变台配套变压器1台和配电柜1台，变压器容量为80 kVA，满足用电需求。

3.2 渠道设计

3.2.1 渠道设计流量计算

渠道设计流量可按水泵每日抽水量与抽水持续时间直接推算。项目区渠道采用混凝土防渗。渠道长度1 470 m，控制面积为80 hm2。经计算可得水泵抽水流量为0.30 m3/s。

3.2.2 渠道横断面设计

根据渠道纵断面及地形图确定农渠纵坡比降为1/2 000。渠道设计采用U型混凝土结构，取糙率系数n=0.015。外侧边坡进行夯实加固。

式中：Q——渠道设计流量，m3/s；

A——渠道过水断面面积，m2；

C——谢才系数；谢才系数计算公式：

式中：n——渠道糙率系数；

R——水力半径，m；

i——渠底比降。

按以上计算公式，渠顶超高参照《灌溉与排水工程设计标准》（GB 50288-2018），并结合当地灌溉习惯及项目需求，流量采用抽水泵流量计算，渠顶超高0.20 m。U型渠水利计算表见表2。

表2 U型渠水利计算表

根据项目区的实际情况和当地农民的意愿，并结合项目区的远期规划，本次设计渠道为U型断面，方便配套设施，以及便于施工和后期的运行管理。

经计算渠道满足用水需求。

3.2.3 分水闸及灌溉出水设计

B=1 000 mm分水闸最大过流能力为0.716 7 m3/s，＞0.3 m3/s。

B=800 mm分水闸最大过流能力为0.395 3 m3/s，＞0.246 71 m3/s。

闸门过流能力可满足过水需求。

根据现场与需要，本次新建闸门13座，其中1 000mm分水闸7座，800 mm分水闸6座，闸门为钢板结构，采用C20混凝土闸墩，C20钢筋混凝土II型梁，启闭采用LQ-0.3C手动螺杆启闭机。

预留灌溉出口44处，每处位于灌溉田中心处，灌溉口为砖砌体结构，不设闸门。

3.2.4 过路涵管设计

管道选用直径1 000 mm钢筋混凝土管与直径800 mm钢筋混凝土管，根据《水力计算手册》，计算采用圆形断面无压均匀流的水力计算公式。

过水断面如图所示：

不同充满度时管道过水流量值见表3、表4。由表3可知直径1 000钢筋混凝土管流量，大于项目区耕地日最大需水量0.3 m3/s，可满足用水需求。

表3 直径1 000钢筋混凝土管过流能力特征值

由表4可知直径800钢筋混凝土管流量，大于项目区耕地日最大需水量0.246 71 m3/s，可满足用水需求。

表4 直径800钢筋混凝土管过流能力特征值

渠道共有6处过路涵管，第1、第2过路涵管为直径1 000 mm混凝土管，长度分别为6 m和8 m；第3过路涵管采用原有过路涵管，长度为8 m；第4过路涵管为直径1 000 mm混凝土管，长度为10 m；第5、第6过路涵管为直径800 mm混凝土管，长度分别为12 m和10 m。过路涵管共46 m，其中直径1 000 mm过路钢筋混凝土管24 m，直径800 mm过路钢筋混凝土管22 m。