湄江水库中型灌区改造工程机电及金属结构设计

吴文海

（湄潭县水务局，贵州 湄潭 564100）

0 引言

随着农业现代化的加速和农田水利基础设施的老化，中型灌区的改造升级成为了确保粮食安全和提高灌溉效率的关键措施。湄江水库中型灌区改造工程旨在通过机电及金属结构设计的优化与更新，提高灌区的灌溉能力和水资源的利用效率。通过本次改造，预期达到提高灌溉面积、改善灌溉条件、提升水资源利用效率和增强农田抵御自然灾害能力的目的，为地区农业的可持续发展奠定坚实基础[1]。

1 工程概况

湄江水库灌区位于贵州省遵义市湄潭县中北部，设计灌溉面积5.71万亩，现状灌溉面积4.60万亩。灌区部分输配水骨干工程、渠系建筑物、管理体制机制、信息化工程等由于资金有限，加之物价上涨，灌区工作状况仍然存在较大短板，灌区内仍有未防渗渠道或防渗不达标渠道，亟待维修改造。针对上述情况，进行湄江水库中型灌区改造工程的建设，灌区以湄江水库为水源，本次规划恢复灌溉面积11 131 亩、改善灌溉面积46 000 亩。灌区通过现状湄江水库总干渠、东干渠、西干渠、支渠等骨干渠道输水至田间进行灌溉[2]。湄江水库总干渠、东干渠、西干渠、西十支渠现状均有不同程度损坏，沿线渠道渗漏。本阶段通过对湄江水库总干渠、东干渠、西干渠、西十支渠损坏段进行节水改造，配套改造渠系建筑物，完善灌区配水设施、量水设施及管理设施。项目实施后，湄江水库灌区有效灌面达到5.71 万亩，实施改造后灌区骨干灌排设施基本完善，可实现单个灌区整体性改造，即达到改造一个成一个的总体目标要求。

改造工程建设内容：①渠首（水源）工程，更换DN900 电动闸阀3 套，更换DN600 电动闸阀1套；②骨干输配水工程，骨干渠道改造4 条，合计64.989 km；③骨干排水工程，骨干排水沟改造6 条，合计5.452 km；④骨干渠（沟）系建筑物及配套设施，改造渠系建筑物合计119 座（改造107 座、新建12座），更新改造信息管理中心1 处，更新改造应急物资库房1 处。

2 机电设备

2.1 水力机械

本项目不涉及灌溉排水泵站。本次设计84 处分水闸改造为管道放水，设闸阀84 套；里村输水管（里村支渠渠改管）各分水节点设置闸阀8 套；狮子垭输水管（狮子垭支渠渠改管）管道低凹处设置泄水排沙阀2 套，各分水节点设置闸阀30 套；河村输水管（河村支渠渠改管）管道低凹处设置泄水排沙阀2 套，各分水节点设置闸阀28 套；新建永兴输水管管道低凹处设置泄水排沙阀2 套，各分水节点设置闸阀7 套；改造浦水河倒虹吸管，倒虹吸管现状为铸铁管，排沙阀损坏，本次改造更换DN200 铸铁闸阀（1 MPa）泄水排沙阀一套[3]。

2.2 电气设备

经现场调查，项目不涉及灌溉排水泵站及新建强电改造，湄江水库东、西干渠分水闸及干渠泄水闸现状均采用手、电两用螺杆式启闭机，本次拟建闸门远程控制站点现均有220 V 输电线路接入启闭室。

闸门远程控制系统主要是通过计算机监控系统监测闸门启闭状态与开度，达到能够在调度指挥中心远程控制闸门启闭以及实现闸门自动控制和系统联动，同时通过视频传输的实时图像可以直观了解闸门的运行工况以及周边环境。现场通过PLC 来控制闸门启闭设备，通过闸位计实时确定闸门的开度，提高自动化控制程度，减少人工误差。通过设立保护装置，能对执行过程中发生的意外情况进行技术处理[4]。

本次设置闸门采用远程控制设备进行闸门控制，闸门现场进行本地控制，调度指挥中心通过有线（光纤）或4G 传输对闸门进行远程控制与查看。闸门远程控制将通过闸门管理站所控制软件下发指令实现远程控制，数据将储存于闸控服务器中，贵州省省级管理平台可以调取调度中心闸控服务器中的数据进行查看。

根据现场调查，本次拟建闸门远程控制站点均有220 V 输电线路接入启闭室，故市电供电水工闸门遥控终端设备主要是用在现场具备市电供电能力和通信距离较远的渠道闸门的遥控和现场控制，现场控制优先级高于遥控。

3 金属结构设计

该工程项目中水工金属结构设备主要设置在渠系建筑物上，本次改造各类水闸合计102 座，其中：泄水闸9 座、分水闸93 座。湄江水库东、西干渠分水闸及干渠泄水闸闸门现状为铸铁闸门，运行正常，闸门不作改造，仅对启闭机进行更换；分水闸中茅坝支渠、汪家寨支渠、茅坪支渠、天棚支渠、上坝支渠、马义支渠、双塘支渠新建机门一体式铸铁闸门控制放水，合计7 处；其余分水闸采用闸阀控制。分水闸门均采用铸铁闸门，配备手动螺杆式启闭机，运行条件为动水启闭。

3.1 泄水闸改造

本次改造泄水闸9 座（总干渠泄水闸、坪江泄水闸、金家桥泄水闸、张家大土泄水闸、朝阳泄水闸、流河渡泄水闸、鱼岔口泄水闸、界溪泄水闸、浦水河泄水闸），现状骨干渠道上泄水闸布置分散，闸门运行正常，启闭设施均存在不同程度的启闭故障，造成汛期渠道正常运行存在较大安全隐患。本次泄水闸改造主要进行启闭设备更换，采用手、电两用螺杆式启闭机。泄水闸改造情况如表1 所示。

表1 泄水闸改造情况表

3.2 分水闸改造

本次设计改造分水闸合计93 座，其中：新建分水闸12 座，改造分水闸81 座。

（1）干渠分水闸改造

西干渠分水闸和东干渠分水闸闸门运行正常，启闭设施存在不同程度的启闭故障。西干渠分水闸启闭设施采用QL-100-SD 进行更新，东干渠分水闸启闭设施采用QL-80-SD 进行更新。

（2）支渠分水闸改造

分水闸中茅坝支渠、汪家寨支渠、茅坪支渠、天棚支渠、上坝支渠、马义支渠、双塘支渠新建机门一体式铸铁闸门控制放水，合计7 处，分水闸门均采用铸铁闸门，配备手动螺杆式启闭机，运行条件为动水启闭。其余分水闸采用闸阀控制。分水闸改造情况如表2 所示。

表2 分水闸改造情况表

3.3 防腐蚀措施

上述所有门体及埋件外露部分的金属结构件都要进行防腐处理，先对金属结构件表面进行脱脂净化，喷射处理后表面清洁度等级不低于Sa2.5 级，底层采用环氧富锌防锈底漆，厚度为80 µm，中间层采用环氧云铁防锈漆，厚度为100 μm，涂层采用各色氯化橡胶面漆，厚度为70 μm，埋设件外露部分采用涂料防腐。具体参照SL 105-2007《水工金属结构防腐蚀规范》的有关规定执行。

3.4 制造、运输、安装和检修条件

上述所有门体及埋件均由有制作、加工资质的生产厂家在工厂里按照设计样图、文件和相关规范进行加工、制作等工序。根据运输公路和现场的交通条件，该工程闸及埋件在厂里制作、加工、验收完成后，整体运输至施工现场。门体及埋件的安装应编制施工技术方案和安全技术措施，按照SL 400-2007《水利水电工程金属结构与机电设备安装安全技术规程》相关技术要求进行安装。

4 采暖通风设计

工程属亚热带温和湿润气候区，具有明显的大陆性季风气候特征，气候温和，冬无严寒，夏无酷暑，水热同季，无霜期长，日照偏少，随海拔高度及地貌类型的不同，气候差异较为明显。本阶段暖通的主要设计内容为总干渠湄江管理房、西干渠朝阳管理房内采暖与通风系统设计。

项目中管理房采用自然通风与局部空调相结合的方式。根据当地的气候条件，管理房采用造价较高的中央空调方案无必要，但是对于办公室、会议室等房间采用局部空调则是必要的。由于空调冷负荷很小，从经济实用的角度出发，管理房办公室、会议室等房间空调机采用分体式空调器。管理房办公室、会议室等以外房间通过可开外窗进行自然通风即可满足房间通风换气的效果。

5 总结

当前湄江水库中型灌区改造工程机电及金属结构设计已完成，泄水闸、分水闸等设备已投入运行当中，有效地完善了项目区内农田水利基础设施及维修了已损坏水利设施，提高了灌区灌溉保证率和灌溉效益，增强抵抗自然灾害的能力，从而达到提高项目区的粮食综合生产能力。改造后灌区有效灌溉面积达到5.71 万亩，骨干渠系水利用系数达到0.68，灌溉水利用系数达到0.64，年灌溉用水量为2 312.79 万m3，骨干渠系水利用系数提高18.2%，灌溉水利用系数提高16.9%。工程项目实施前后灌溉水利用系数计算得年节水量为786.35 万m3。湄江水库中型灌区改造工程机电及金属结构设计完全符合工程的要求。机电及金属结构设计充分体现了布局科学、设计先进、运行可靠、经济合理的设计理念。