张掖市甘州区水资源管理龙首调蓄池工程分析

2023-08-31吴之宝

陕西水利 2023年8期

吴之宝

（武威市水利工程建设质量技术中心,甘肃武威 733000）

1 工程概况

张掖市甘州区位于河西走廊中部,南依祁连山,北邻内蒙古阿拉善右旗。龙首调蓄池选址于张掖市甘州区西南部龙渠乡,北临龙首村五队,西靠新庙滩,距张掖市区21 km。龙首调蓄池规划修建于上三灌区（见图1）,规划库容为150 万m3,规划从龙洞干渠引水至调蓄池作为新水源,来替换项目区地下水源。上三灌区辖龙渠乡,灌溉水源主要来自于黑河水,由龙首总干渠引水到龙洞干渠给龙洞灌区56580 亩耕地灌溉,由东干渠引水至马子干渠为马子灌区49514 亩耕地灌溉。工程拟在龙洞干渠设闸分水,引水至甘州区西南部龙渠乡调蓄池,通过配套供水管线输送给现状渠系引至龙洞灌区和马子灌区灌溉5.08 万亩农田,水池总容积为147 万m3。

图1 龙首调蓄池位置

2 项目区现状

项目区大部分农田为河水灌溉,由于近年来农业种植结构和灌溉周期的改变,农业用水较为集中,加之无任何调蓄设施,不能满足农田灌溉高峰期用水需求。在调水期内部分农田因无法引水进行适时灌溉而减产,给受益区群众造成一定的经济损失,同时加剧了灌溉用水与集中调水之间的矛盾。通过修建调蓄设施,可以对调水期内部分农作物提供应急用水,确保适时灌溉,有效解决灌溉内局部地区来水时空分布不均、水资源供需不平衡的矛盾。因此,调蓄水池工程的建设,将有效提高农业灌溉供水保证率,并解决黑河集中调水与灌区灌溉高峰期用水矛盾,有利于推进灌区现代化。

3 工程选址及选线

3.1 蓄水池选址及选线

初步匡算调蓄水池建设用地约500 亩,经现场踏勘,初选池址位于张掖市甘州区龙渠乡南侧的滩地上。此处原地面高程1682 m,覆盖灌区的地面高程为1620 m,可满足后期自流灌溉的需求。根据实际情况,引水管线的起始点位于龙洞干渠。根据选定的池址,在池址北侧方向的龙洞干渠上设置取水口。

调蓄水池池址海拔1682 m,可覆盖龙洞灌区及马子灌区部分地区,龙洞干渠的渠底高程为1675.3 m,马子干渠的渠底高程为1619 m,与池址地面高程相比,高差均满足重力流供水的条件。管线自调蓄池东侧以坝下埋管的形式穿过坝体,而后向东北方向延伸至龙洞干渠,在龙洞干渠处设置分水阀门,利用现有渠道和管网,以满足龙洞灌区的灌溉需求,此段长575 m。然后管线以下穿的方式穿越龙洞干渠后,沿着“田间道路”向“余家庄”方向敷设,末端与马子干渠相接,利用现有渠道和管网,满足马子灌区（高庙村、黑城村）的供水需求,此段长3255 m。工程沿线穿越坝基、龙洞干渠、农田等,全长3.83 km。

3.2 取水口及泵站选型

本工程水源为张掖市甘州区龙渠乡上三灌区龙洞干渠的渠水,引水管线起始点位于龙洞干渠（图2）。参照类似工程,选择开敞式节制分水闸。在干渠上增设闸门作为节制闸,节制闸上游设置分水口,新建分水闸控制分水流量,分水闸前设置拦污栅,防止其他物质进入进水池,影响泵站运行安全。分水闸下游连接矩形引渠,引渠后设置泵站进水池,由于龙洞干渠含沙量较低,并且设置有拦污栅,因此进水池淤积量较小,提水泵站可直接从进水池取水。参考类似工程,考虑到后期维护检修方便,泵站采用干式泵站。

图2 龙洞干渠横断面（单位：mm）

3.3 输水方式选择

工程引水管道线路总长约0.19 km。管道起点处地面高程 1679.40 m,管道末端处蓄水池正常蓄水位1692.67 m,落差13.27 m,因此,引水管道采用有压机械流供水方式,引水管道的根数是根据泵站的装机台数和水泵单机出水流量确定,由于本泵站非全年运行,可完全满足输水管道检修、运行维护等需要,同时管线布置在荒滩地上,维修方便,结合实际情况,本泵站引水管道选择单管输水,压力管道采用沟埋式。

工程供水管道线路总长约3.83 km。管道起点处调蓄水池正常蓄水位1692.67 m,管道末端处地面高程1620 m 左右,落差72.67 m,因此采用重力流供水,压力管道采用沟埋式。

4 主要建筑物设计

4.1 节制分水闸及引水渠设计

本工程水源为张掖市甘州区龙渠乡上三灌区龙洞干渠的渠水,引水管线起始点位于龙洞干渠,在干渠上增设闸门作为节制闸,节制闸上游设置分水口,新建分水闸控制分水流量。节制闸闸底板同渠底高程一致,闸底板高程1675.3 m,闸顶高程为1677.5 m,闸室总长2.5 m,设一道平板钢闸门（图3）,孔口尺寸宽×高为3 m×2.2 m。闸室底板及边墙厚度均为0.6 m,采用C25 现浇钢筋砼结构,顶部设闸房和启闭设备。为了与原渠道连接顺畅,节制闸上下游各设5 m 长的C20 现浇砼渐变段。

图3 节制闸横断面（单位：mm）

在节制闸上游渠道右侧设分水闸（图4）,最大分水流量为1 m3/s,分水闸总长2.5 m,闸底板高程1675.3 m,闸顶高程为1677.5 m,设一道平板钢闸门,在闸门上游设置拦污栅,孔口尺寸宽×高为2 m×2.2 m,闸室底板及边墙厚度均为0.6 m,采用C25 现浇钢筋砼结构,顶部设闸房和启闭设备。

图4 分水闸横断面（单位：mm）

引水渠宽度设计为2 m,高1.2 m（图5）。为防止意外事故发生,并且方便检修,在引渠顶部铺设20 cm 厚盖板。

图5 引水渠道横断面（单位：mm）

4.2 泵站及厂房设计

为保证水泵有良好的吸水条件,要求进水池中的水流平稳、无漩涡、无回流等,进水池水下部分必须有适当的容积,保证水泵启动过程中的正常运行。经计算,泵站进水池长×宽×高为5 m×16 m×3 m。

根据机电设备安装、检修的要求,高度满足吊运要求,考虑泵房内通风、散热和采光要求,并符合防火、防潮、防噪声等技术要求。本泵站布设2 台机组,根据水泵横向长度、进出水管路、阀件的长度,安装检修及操作必需的空间,并考虑进出侧走道宽度等要求,泵房长度由机组台数、机组间距、机组端部到泵房墙体的距离、并考虑上下交通、集水井等的布置最终确定主厂房结构尺寸为,长×宽为16 m×8 m,底板高程为1673.51 m,上层采用框架结构,外墙采用300 mm厚非承重空心砖,贴60 mm 厚挤塑聚苯板保温。厂房分为上下两层,上层为检修间及巡视平台,下层为水泵电机层,水泵电机均置于砼墩台上。水泵机组采用单列式布置,靠左侧水下墙内侧布置楼梯,连通安装间与机组运行层,方便以后运行管理及机组检修。

4.3 调蓄池设计

根据工程区地形地质条件,水池地基岩性主要为冲洪积砂卵砾石,调蓄水池为平原型水池,考虑工程的经济性,本水池拟采用半填半挖型水池,筑坝材料就地取材,选用基础开挖砂卵砾石料,坝型采用均质砂卵砾石坝。池体填筑方式采用振动碾分层碾压,砂卵砾石层填筑指标：相对密度≥0.80。

调蓄水池池体坝坡应根据坝型、坝高、坝的等级、坝体和坝基材料性质、施工和运用条件等因素确定。本工程调蓄水池等级为4 级,池体坝型为非土质材料土工膜防渗体坝,填筑材料为砂卵砾石。考虑土工膜施工,并参照省内同类工程经验,拟定上游坝坡为1∶2.75,下游坝坡填方段为1∶2.5、挖方段为1∶2.0。坝顶考虑交通、运行巡检管理等要求,坝顶宽度设计为6.0 m,采用透水砖路面,上游侧设防攀爬护栏,下游侧设路缘石。为方便排水,坝顶路面向外侧作成2%的坡度。

调蓄水池基本位于干渣子沟道场地上,场地岩性主要为砂卵砾石土,场地主要工程地质问题是渗漏、渗透变形。坝型设计为土工膜防渗体坝。根据工程区建筑材料、施工、造价等因素,坝体防渗土工膜防护层设计为混凝土板。上垫层和下垫层材料均选用M10 水泥砂浆,厚度设计为5 cm,防渗体采用两布一膜复合土工膜防渗（见图6）。由于当地建筑材料块石运距较远,工程区为严寒地区,坝体采用混凝土护坡。护坡设计为混凝土现浇整体式大块护面板,拟定护坡混凝土板结构尺寸4.0 m×4.0 m,混凝土C25F200。计算护坡混凝土板板厚为15 cm,下游坝坡采用碎石护坡。

图6 防渗结构设计

调蓄池位于龙渠乡龙洞干渠南侧池底平面尺寸530 m×290 m（最大长度×最大宽度）,池底面积11.24 万m2,水池底高程1982.00 m。池体顶设计高程为1995.50 m,正常蓄水位为1692.67 m,死水位为1982.31 m,最大设计水深为10.67 m,最大坝高15.5 m,池体轴线长1420 m。坝上游边坡1∶2.75,下游边坡1∶2.5,采用碎石护坡。池底铺复合土工膜防渗,自上而下铺设60 cm 砂砾石盖重,20 cm 厚细砂垫层,采用复合土工膜,膜下设20 cm 厚细砂垫层。并沿库底周边做C25 混凝土圈梁,梁宽0.8 m,高1.0 m。为有效放空、出水,降低出水管安装高程,在调蓄水池内设出水池,出水池采用C25 钢筋砼衬砌。池底高程1980.0 m,池底宽、长均为8.0 m,池深2.50 m,池壁设计边坡为1∶1.5,为了便于检修出水放空管,池顶修建1.5 m 宽的C25 砼踏步至出水池池顶,并在出水池池壁设踏步至出水池池底。