鎮巴縣余家埡抽水灌溉工程水毀修復設計探討

吳祥朗

（鎮巴縣水保站 陜西 鎮巴 723600）

1 工程概況

鎮巴縣位于陜西省南部，漢中市東南隅，介于東徑 107°25′30″～108°16′42″,北緯 30°08′54″～32°50′42″之間，距漢中市 184km。東鄰安康市紫陽、漢陰兩縣，南、西毗連四川省通江縣和萬源市，西北與西鄉縣接壤。全縣地處大巴山西部、米倉山東段，境內山巒重疊，河溝縱橫，山高坡陡。巴山主脈自西北向東南縱貫全縣，海拔高度在425m～2534m之間，平均海拔1231m，相對高差2109m。

鎮巴縣地處陜西最南部，是陜西省的暴雨中心，洪澇災害頻繁發生。2010年7月24日，縣境內發生特大暴雨洪澇災害，造成交通中斷、水利設施沖毀、農田被淹沒等重大損失。位于縣境內觀音鎮的余家埡抽水灌溉工程受到嚴重損毀，其中：攔水壩1座、抽水站1座、蓄水池1座全部毀壞。灌區300畝茶園受到干旱威脅，茶葉產量嚴重下降，茶葉品質低，當地經濟收入受損嚴重，急需修建攔水壩、抽水站和蓄水池，恢復灌溉設施。

2 工程布局與建設內容

2.1 工程布局

2.1.1 布局原則

（1）基本維持原灌區平面布置、設計流量、渠道比降等不變；

（2）盡量在原有工程的基礎上修復和加固；

（3）在保證工程安全的前提下，因地制宜，減少工程造價，力爭費省效宏。

2.1.2 工程布局

該工程在林場溝修建攔水壩一座，在溝道右岸修建抽水站一座，抽水至山頂蓄水池，進行茶葉灌溉。田間灌溉設施完好，按原布局，不再進行設計。

2.2 工程建設內容

①引水低壩：建攔水壩1座；②建抽水站：建一級抽水站1座（泵房、管理房一處各一間、輸電線路1.1km）；③蓄水池：建蓄水池1座。

3 工程設計

3.1 設計流量的確定

（1）灌溉保證率與灌溉定額

水源：林場溝常流水，最枯流量0.008m3/s。

灌溉保證率確定為75%。

灌溉定額：茶園灌溉定額120m3/畝計。

灌溉方式：抽水站抽水至蓄水池，用φ20管道進行灌溉。

利用系數：管道水利用系數采用0.90。

灌溉面積300畝。

（2）抽水站流量的確定

抽水站流量按下式確定：

式中，Q——抽水站抽水流量，m3/s；

T——灌溉周期，天，T=15；

T——日灌溉時間，h，t=18；

η——灌溉水有效利用系數，η=0.9；

A——灌溉面積，畝；

M——灌水定額，m3/畝，M=12 m3/畝次；經計算，Q=0.00412m3/s。

3.2 設計方案

3.2.1 攔水壩修復

為保證灌溉引水，在林場溝修復引水低壩1座，根據原壩體，仍采用漿砌石重力壩。

（1）壩址選擇

依據項目區地形、河溝斷面及相關地質資料，壩址選在林場溝上游，溝道斷面最窄處。

（2）攔水壩壩頂高程的確定

根據灌溉引水要求及已成壩的蓄水情況，溝道新建攔水壩址的蓄水容積的大小確定壩高為3.0m（即785.40m）。

（3）攔水壩壩型與體形尺寸

根據引水水位要求，壩址地質、地形條件和引水流量等因素，攔水壩有效高度（攔水面高度）2.0m。壩長20.0m，頂寬1.0m。坡比1∶1，基礎深1.0m，壩后消力池長1.0m，深0.4m。采用M10漿砌片石，M10水泥砂漿抹面。

3.2.2 抽水站設計

該工程抽水站建于溝道右岸，在溝道中央修建攔水壩，從水壩抽水至山頂蓄水池，進行茶葉灌溉。該抽水站地形揚程為228.6m，根據該泵站地形條件及運行情況，確定采用一級抽水方案。

（1）抽水站流量的確定

表1 水泵安裝高度計算表

表2 水泵特性表

Q=0.00412m3/s

（2）抽水站管道確定

①吸水管管徑確定

吸水管管徑根據允許流速計算，采用設計流速v=1.0m/s,=0.0724mm=72.4mm，決定選用80mm。

式中，D——出水管管徑，mm；

Q——水泵的設計流量，m3/s。

②壓力管道管徑確定

壓力管道管徑由經濟流速確定，按下式計算。

式中，D——出水管管徑，m；

Q——水泵的設計流量，m3/s；

X——系數，取1.0。

D=XQ0.42=0.004120.42=0.0996m=99.6mm

計算得管徑D=99.6mm,故確定選用管道外徑為D=110mm。由于該抽水站地形揚程較高，泵站地形揚程為228.6m，故選用熱軋無縫鋼管，管道壁厚為5mm，耐壓強度大于2.0MPa。

（3）水泵安裝高程的確定

①根據設計流量及地形揚程，初選泵型為：D25-50×5臥式多級D型泵,汽蝕余量為2.0m，允許吸上真空高度 Hs為10m-2m=8m。

水泵安裝地點海拔高程約786.45m,則允許吸上真空高度修正值為：

式中，Hs′——修正后允許吸上真空高度，m；

Hs——水泵允許吸上真空高度，m，Hs=8m；

Pa——標準大氣壓力，Pa=10.3；

Pa′——水泵安裝地點實際大氣壓力,查得Pa/=9.4；

R——水的比重，kg/m3；

故計算得Hs'/=7.1m。

②水泵安裝高度計算計算公式：

式中，hs——水泵安裝高度，m；

λ——沿程阻力系數；

L1——吸水管長度，m；

V——管道流速，V=Q/ω；

ξ——局部阻力系數。

計算參數與安裝高度計算結果如表1。

設計該抽水站水泵安裝高程為786.45m，推算進水池最低蓄水位為786.45m-6.8m=779.65m。根據水壩實際地形，水壩正常蓄水位均大于該高程，故水泵安裝高程滿足水泵抽水要求。

（4）水泵揚程計算

根據鎮（鄉）村給水工程技術規程（CJ123-2008）鋼管道水力損失

Δh=15%H沿程

H=凈揚程+H沿程+15%H沿程

采用熱軋無縫鋼管 D外=110mm，d=5mm

h沿程=20m/km

H總=凈揚程+H沿程+15%H沿程

H總=228.6+12.20+1.83=242.63m。

（5）水泵機組選型

根據上述計算結果Q1=14.815m3/h，總揚程242.63m，泵站選擇臥式多級水泵，型號為D25-50×5,設計揚程250m，設計流量25m3/h，配用電機功率37kW。水泵特性見表2。

（6）抽水站布置型式

抽水站為渠岸式抽水站。在河道中修建攔水壩抬高河道水位，用引水渠道引水至進水池，在河道右岸修建抽水站，水泵機組將水從進水池中抽水至山頂蓄水池進行灌溉。

抽水站水泵安裝為地面式，泵室地板高程786.45m，水泵安裝高程786.90m。水泵前分別安裝閘閥（型號Z41,公稱壓力2.5MPa）、緩閉止回閥（型號 HH48H，公稱壓力2.5MPa）及鋼制活接頭。檢修時用放空排水管放空壓水管中存水。

（7）抽水站泵房、管理房各為一間磚混結構房屋，開間4.5m，進深4.5m，建筑面積均為22.47m2。室內地面高程為786.45m。磚混結構，墻體為磚砌，基礎為漿砌石，屋頂為空心樓板覆蓋，頂部防滲處理。外墻壁面拉毛處理，內墻面、頂棚采用水泥砂漿抹灰，涂料粉刷兩遍，門窗采用陜西省民建用圖 集 M1025、C1215、C1206， 后 窗 底 高2.5m，門窗過梁采用預制砼板。

（8）壓力管道設計

壓力管道選用DN110熱軋無縫鋼管，管道壁厚=5mm，承壓≥2.5MPa，管道長度610m。管道基礎為天然基礎，必要時對基礎進行夯實基礎，管道外露。管道在水平和豎直轉彎處均設置C20砼鎮墩，共設置6處鎮墩。

（9）電氣設計

該抽水站泵站安裝D25—50×5臥式式多級泵一臺，配套電機功率37kW，在泵站處安裝變壓器1臺，型號為S11-M-63 kVA/10kV-0.4，采用室外桿上安裝，在變壓器高壓側均設有跌落絲具和避雷器。泵站由附近村莊架設約1.1km10kV線路供電。

抽水站設PGL計量配電柜1面，S1N-125型空氣開關1個，刀開關1組，電動機采用DFK-S18.5J啟動柜，啟動方式為星三角降壓啟動。

接地利用抽水站地圈梁內主筋通焊一周，引至配電柜PGL，接地電阻要求小于10歐。

3.2.3 蓄水池設計

在灌區最高處山頭上布設蓄水池1座，蓄水容量均為70m3。蓄水池內徑6.0m，池深2.8m，正常需水深2.5m，池壁砌石厚0.5m，池底砌石厚度0.4m，池基礎處理為3:7灰土，厚0.4m。采用M7.5漿砌片石，M10水泥砂漿抹面。為滿足灌溉需要，設置3座出水閘閥井，以便用支管道放水進行灌溉。

4 結論

余家埡抽水灌溉工程水毀修復設計，技術先進，經濟合理可行，通過本次修復改造，輸水能力、灌溉利用系數和灌溉保證率都相應提高。

工程的實施，對提高灌區抗御自然災害的能力，促進灌區經濟農業和農村經濟的發展，項目直接經濟效益主要為灌溉后增產效益，項目工程建成后，年增產茶葉9000kg，增加收入27.00萬元，人均增收200元。

項目建成后，充分利用水土資源，綜合布設“攔、蓄、引”灌溉系統，發展特色產業，集約化經營，產業化發展，同時把大量閑置的勞動力轉移到農業綜合開發與產業結構調整中去，促進多種經營的發展，增加農民收入，提高了群眾文化生活水平，推動社會進步，為農業增效、農民增收、農村發展做出貢獻，社會效益顯著。陜西水利

[1]鎮（鄉）村給水工程技術規程（C J123-2008）[S].