關于聊城王鋪灌區(qū)李莊泵站設計技術淺析

張梅霞

（聊城市東昌府區(qū)排灌工程服務中心，山東 聊城 252000）

1 工程背景

王鋪灌區(qū)位于聊城市東昌府區(qū)西北高亢區(qū)，涉及梁水、斗虎屯兩個鎮(zhèn)，涉及灌溉面積23.64 萬畝，為東昌府區(qū)的農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)豐收起到了基礎性作用。王鋪分干渠跨越兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，長度達18 km2。灌區(qū)由于歷史與客觀原因，灌區(qū)內(nèi)工程配套程度差，農(nóng)田灌溉技術較低，上游引水條件相對便利，在灌溉方式上仍沿用傳統(tǒng)的大水漫灌，嚴重浪費了水資源；灌區(qū)下游引水條件相對較差，且由于分水口處缺乏控制性建筑物，不能滿足水資源的優(yōu)化調(diào)度，導致農(nóng)田不能適時灌溉。由于用水不均，使灌區(qū)有限的水資源不能得到充分合理的利用，用水矛盾日益突出，急需新建泵站合理調(diào)配水資源，積極發(fā)展節(jié)水灌溉。

2 工程概況

李莊泵站控制灌溉面積3 萬畝（即20 km2），設四個機組，設計流量為3.6 m3/s。根據(jù)《泵站設計規(guī)范》（GB/T 50265-97）的有關規(guī)定，工程規(guī)模確定為小（一）型；工程等別：Ⅳ等。泵站主體工程包括進水建筑物、泵房、出水建筑物組成。

李莊泵站位于薛王劉節(jié)制閘上游，馬頰河薛王劉節(jié)制閘閘底高程26.20 m，閘門高度5.0 m，為5 m×10 m（孔數(shù)×跨徑），正常蓄水量430 萬m3，最大蓄水量520 萬m3，年調(diào)蓄水量2000 萬m3，可見李莊泵站水源是有保證的。

3 泵站工程設計

李莊泵站位于馬頰河與聊臨路交叉處東北角，包括自流引水涵洞，引水涵閘、泵站前池、進水池、主廠房、出水管、出水池、出口灌排兩用涵閘及穿堤涵洞等部分。當水泵引水灌溉時，灌溉孔閘門開啟，排澇孔閘門關閉；當汛期排澇時，排澇孔閘門開啟，灌溉孔閘門關閉。泵站各部分呈直線排列，與馬頰河大堤正交。結構型式見圖1。

3.1 斷面結構型式

3.1.1 泵站設計

采用M10 漿砌塊石蓋板涵進行灌溉引水和排水，蓋板涵邊墻為重力式擋土墻結構，凈寬2.5 m，長163.5 m，底高程27.86 m，與泵站進水池連接。泵站進水池采用蓋板涵蓋板涵結構形式的斜坡段，底高程27.86 m～26.86 m，凈寬2.5 m，長6.88 m，與主廠房進水閘連接。進水閘底高程26.86 m，為胸墻式鋼筋砼結構，閘墩厚0.8 m，設2.5 m×2.5 m（寬×高，下同）平面鑄鐵閘門、攔污柵各一扇，配套QL-100kN-SD 啟閉機和5 t 電動葫蘆各一臺。

3.1.2 泵室設計

采用鋼筋混凝土結構，總寬16.40 m，橫向布置四臺機組。分別為700ZLB-70D 軸流泵兩臺，配套電機功率80 kW；500ZLB-125G 軸流泵兩臺，配套電機功率45 kW。水泵層高程27.46 m，電機層高程33.08 m；為方便機組的安裝、拆卸與檢修，配套150 kN 電動葫蘆及行走裝置一套。水泵穿墻后接30°鋼制彎頭后與出水鋼管連接至出水池，出水管中心線高程為31.06 m。泵室一端與自流穿堤涵洞連接，設2.5 m×2.0 m 平面鑄鐵閘門一道進行控制。流涵洞長30 m，共3 個洞節(jié)，底高程為29.88 m～29.70 m。涵洞入口與上游M10 漿砌塊石蓋板涵連接，蓋板涵凈寬3.0 m，底高程29.88 m。

3.1.3 出水池設計

采用鋼筋混凝土底板+重力式側(cè)墻結構，底板高程為30.06 m，池總長18.12 m，寬11.12 m。出水池兩側(cè)接排澇涵洞、U 型槽，排澇涵洞采用2.5 m×2.0 m 鋼筋砼箱涵，長30.64 m，共3 個洞節(jié)，底高程為29.88 m～30.06 m；U 型槽凈寬2.50 m，高2.0 m，上設0.2 m 厚鋼筋砼預制蓋板。在出水池兩端的側(cè)墻上設2.5 m×2.0 m 平面鑄鐵閘門各一扇，配套QL-100kN-SD啟閉機各一臺。

3.1.4 泵站入口設計

泵站進口設5 m 長M10 漿砌塊石護坡，坡比1∶2。后接凈寬3.0 mM10 漿砌塊石蓋板涵，長36.60 m。蓋板涵分別與灌溉和排澇穿堤涵洞連接。泵站出口由7.5 mM10 漿砌塊石八字墻護砌段與5 m 長干拋石護底組成，設計底高程27.86 m。

3.2 引水閘水力計算

閘孔凈寬按無壓流計算，采用《水閘設計規(guī)范》（SL 265-2001）公式：

式中：μ0為淹沒堰流的綜合流量系數(shù)；B0為過流斷面計算寬度對矩形斷面即為洞寬，2.5 m；H0為上游總水頭，27.86 m；為下游水深，26.86 m。

經(jīng)計算得閘孔凈寬為2.21 m，選用1 孔2.5 m×2.5 m（寬×高）。

3.3 泵室穩(wěn)定計算

3.3.1 計算工況

（1）完建期：地下水位在泵室以下。

（2）正常運用期：進水池水位29.86 m，地下水位28.66 m。

（3）檢修期:進水池內(nèi)無水，地下水位27.34 m。

（4）地震期:進水池水位29.86 m，地下水位28.66 m，遭遇Ⅶ度地震。

3.3.2 荷載組合

（1）完建期：結構自重+土壓力。

（2）正常運用期：結構自重+揚壓力+水重+土壓力+水壓力。

（3）檢修期：結構自重+揚壓力+土壓力+水壓力。

（4）地震期：結構自重+揚壓力+水重+土壓力+水壓力+水平地震慣性力+地震動土壓力+地震動水壓力。

計算結果見表1，滿足工程規(guī)范要求。

表1 泵室穩(wěn)定計算成果表

3.4 引水涵閘閘室穩(wěn)定計算

3.4.1 計算工況

（1）施工完建期：工程竣工，土建及設備安裝完成，閘上、下游均無水，地下水位低于閘底板以下。

（2）正常運用期：上游擋水位29.86 m，下游無水。

（3）特殊運用期：正常運用期+Ⅶ度地震。

3.4.2 荷載組合

（1）施工完建期：結構自重。

（2）正常運用期：自重+揚壓力+水重+水壓力。

（3）特殊運用期：自重+揚壓力+水重+水壓力+水平地震慣性力。

計算結果見表2，計算結果均滿足規(guī)范要求。

表2 閘室穩(wěn)定計算成果表

3.5 水泵的選型

泵站前池最高水位為29.86 m，最低水位為28.34 m；出水池灌溉水位32.00 m，水頭損失按照0.8 m 計，故泵站的設計揚程為32.00-28.34+0.8=4.46 m。

根據(jù)以往工程經(jīng)驗，對單基礎立式長軸泵、潛水軸流泵、潛水貫流泵進行比較。選用潛水軸流泵和潛水貫流泵，雖然能減少上部工程投資，但水泵本身造價高，總投資并不降低，且這兩種泵型使用年限短，僅為10 a，大大增加泵站使用過程中機電設備投資；選用單基礎立式長軸泵，雖然需要建設泵房、檢修間等上部結構，但水泵價格低，為潛水泵價格的1/2～1/3，工程總投資與采用潛水泵相差不多，而且軸流泵使用年限為30 a，在泵站使用年限內(nèi)不需再增加機電設備投資。因此本設計推薦采用單基礎立式長軸泵。

如選用單機流量大的水泵機組，雖然機組數(shù)量減少，廠房規(guī)模減小，但單機設備功率增大，同時機組數(shù)量減少，不利于渠道流量變化時機組的調(diào)節(jié)運用；如選用單機流量過小的水泵機組，則水泵數(shù)量增多，廠房及出水池規(guī)模增大，投資大大增加。經(jīng)比選，選用4 臺單基礎立式長軸泵，分別為：700ZLB-70D 型軸流泵兩臺，配套電機功率80 kW；500ZLB-125G 型軸流泵兩臺，配套電機功率45 kW。

3.6 泵站電氣設計

泵站用電負荷主要為水泵、啟閉機、LD 電動單梁起重機及管理設施等。根據(jù)其用電性質(zhì)，泵站按三級負荷供電設計。采用10 kV 單回路向泵站供電。

泵站主要負荷為2 臺軸流泵，配套電機80 kW；2 臺軸流泵，配套電機45 kW；啟閉機房閘門3 個，啟閉機配套功率3 kW；LD 電動單梁橋式起重機一臺，配套電機功率13 kW；電動葫蘆一套，配套電機功率13 kW。

計算負荷：Ps1=80kW×2=160kW；Ps2=45kW×2=90kW；Ps3=13kW×2=26kW；Kx=0.8。

功率因數(shù)按0.85 計。根據(jù)《泵站設計規(guī)范》：

因此選用額定容量為一臺S11-M-10/0.4 500 kVA；照明及其他用電選用一臺S11-M-10/0.4 50 kVA。

4 結語

李莊泵站總投資492.56 萬元，從綜合效益和投入上考慮，工程投資見效快。2016 年底王鋪灌區(qū)節(jié)水配套改造工程全面竣工后，當年即投入了使用并取得了良好的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。

（1）改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件

王鋪灌區(qū)是一個以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)田灌溉為主的灌區(qū)，農(nóng)業(yè)是整個灌區(qū)乃至東昌府區(qū)的基礎與支柱產(chǎn)業(yè)，在東昌府區(qū)的國民經(jīng)濟發(fā)展中起著舉足輕重的作用，農(nóng)業(yè)用水占灌區(qū)全部用水的80%以上。通過該項目的實施，渠系水的利用系數(shù)得到大幅提高。年灌溉定額由346 m3/畝減少到276 m3/畝，灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)從0.52 提高到0.63，年增節(jié)水353 萬m3，可降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高灌溉保證率，促進灌區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會經(jīng)濟水平的不斷提高，使灌區(qū)內(nèi)群眾安居樂業(yè)。

（2）新增農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力和產(chǎn)值

泵站建成后新增糧食產(chǎn)量165 萬kg。按有無項目對其效益進行綜合分析。灌溉規(guī)劃農(nóng)作物的種植比例，依灌區(qū)規(guī)劃及設計灌溉制度確定。產(chǎn)品價格采用當?shù)厥袌鰞r格，經(jīng)計算，本項目實施后年均灌溉增產(chǎn)效益為329.02 萬元。

（3）社會效益和生態(tài)環(huán)境效益

節(jié)約了水資源，改善了灌溉條件，在規(guī)劃期各項事業(yè)用水量大幅度增加的情況下，滿足了農(nóng)作物的用水，為農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)奠定了基礎。另外灌水條件的改善，也給當?shù)厝罕姲l(fā)展經(jīng)濟作物和庭院經(jīng)濟創(chuàng)造了有利條件。這將促進灌區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展。