天祝縣松山鎮高效節水噴灌工程設計

李佳瞳

（甘肅省慶陽水文水資源勘測局，甘肅慶陽745000）

1 概況

1.1 水源工程運行狀況

天祝縣已建水源工程有7 座小型水庫，分別為石門水庫、二道墩水庫、龍潭河水庫、鞍子山水庫、柏林水庫、科拉水庫、直岔水庫。截至2016 年對上述水庫全部進行了排險加固，目前工程運行順利，起到了很好的灌溉以及防洪效果。該水源工程是甘肅省發改委以甘發改農經〔2013〕1650 號文件批復的一項維護當地穩定、治理生態環境的富民工程。工程投資總額度高達4.15 億元，同時修建有1 處引水樞紐，3 級提水泵站，配套總裝機12 000 kW 的機電設備12 套。

2015 年修建了石門河調蓄工程，隨后正式運行，每年供水量高達1 420 萬m3，確保了周邊工業園區、居民、牲畜及650 hm2草地的用水需求。該工程是甘肅省發改委以甘發改農經〔2012〕840 號文件批復的一項藏區重點工程，同時也是最近幾年全面促進當地經濟發展的大工程。

2015 年開始修建的二道墩水庫工程，第二年建成后正式運行，每年供水量約為2 795 萬m3，周邊居民供水率至少在95%以上，灌溉用水保證率至少在84%以上，社會效益顯著。該工程是甘肅省發改委以甘發改農經〔2015〕178 號文件批復的一項提高當地抗旱能力的工程，建成總庫容146 萬m3的小（1）型水庫1 座。

1.2 農業綜合水價改革

按照農業綜合水價改革計劃，在已實施的和正在實施的高效節水建設區融合開展農業水價綜合改革，對地表水計量設施進行升級改造，同步建立了計量設施控制系統，通過水費核算和征收使農業綜合水價改革落到實處。

2 輸配水管網設計

2.1 管網設計

噴灌區支管管道上設置給水栓與中心支軸式噴灌機連接；地埋管道首端安裝排氣閥，末端安裝排水閥，以防管道冬季凍壞；管道埋設深度根據灌區最大凍土深度確定。

2.2 噴頭（噴灌機）選型

移動軟管式噴灌設備與絞盤式噴灌機均采用相同的噴頭，噴頭直徑10 mm，噴灑半徑23 m。機壓絞盤式噴灌機牽引速度為4.47 m/h，噴灑角度270°，有效噴幅寬度36 m；移動軟管式噴灌的噴頭工作行間距20 m，列間距25 m。

2.3 水錘壓力驗算及防護

自壓管道的閥門被關閉或者開啟時會影響水流速度，導致動水壓強在短時間之內迅速降低或增大，因此需要驗算水擊壓強，并采取有效措施對其進行防護。

2.3.1 水擊波傳播速度 水擊波傳播速度的計算公式：

式中，αw為均質圓形管水擊波傳播速度（m/s）、D 為管徑（m）、e 為管壁厚度（m）、K 為水體積對應的彈性模數（K=2.025 GPa）、E 為管材在縱向方向的彈性模數（U-PVC 管 E=3.0 GPa）、c 為管材系數（本設計中c=1）、L 為管長 (m)。計算可知 αw=859.3 m/s、Ts=124.7 s，與閥門正常關閉時間相比數值偏大，因此一定要進行水錘演算。

2.3.2 水擊類別判斷 在判斷水擊類別的時候，關鍵要確定管道里面水擊波的傳播時間。計算公式：

式中，Tt為往返一次的總耗時，L為管道總長度。

2.3.3 水擊水頭 計算公式：

式中，Ht為間接水擊水頭（m）、V0為水源流動速度（m/s）、Tg為閥門關閉時間（s）、g 為重力加速度。

2.3.4 避免水擊的防護手段 主管道安裝水錘消除器，避免運行過程中管道內部受到過大壓力；所有鋼管控制區在運行過程中至少開啟一個以上出水口；分水口運行順序為先開后關，嚴禁先關后開；管道運行時嚴禁突然關閉出水口，以防爆管。

3 土建工程設計

3.1 水源工程設計

該項目水源主要來自于柏林水庫，主管道入口處需設置沉沙池。

3.2 管槽開挖設計

3.2.1 縱斷面設計 地下埋設管道的埋設深度要超過最大凍土層2 m，坡度與地面保持一致。為了確保管道正常工作，需要在支管上安裝豎管和三通管，同時在豎管上專門開設出水口。為了便于排水和維護，分別在干管和支管末端設滲水井。

3.2.2 設計橫斷面 主要以梯形斷面為主，邊坡坡度為1∶0.35～1∶0.5；管線通過河床時管溝深度不可小于2 m。

3.3 檢查（分水、控制、排水）井設計

井圈采用預制C25 砼，壁厚15 cm、高40 cm、內徑80 cm。由于主管道直徑比較大，因此主管閘閥井長、寬、高全部設計為1.8 m；其他子系統井體長、寬設計為1.5 m，高設計為1.8 m；排水井長寬高與閘閥井保持一致。

3.4 出水口設計

根據相關管理措施，將給水栓分水之后可能引起的沖刷考慮在內，在給水栓位置設置彎頭直接將水放入就近渠道內進行灌溉。

4 投資概算

噴灌工程總投資額度為943 萬元，灌溉規模為546.7 hm2，平均投資指標為 17 250 元 /hm2。