雙王城水庫壩坡灌溉系統升級改造方案

呂曉理，呂鴻翔，呂寧江

（1.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南250109；2.山東省水利科學研究院，山東 濟南250014）

雙王城水庫是南水北調東線膠東干線工程的重要調蓄水庫，主要建筑物包括圍壩入庫涵洞出水閘、壽光放水洞、泄水洞等建筑物。水庫圍壩軸線長9 636 m，最大庫容6 150萬m3。水庫圍壩表層土料以沙壤土為主，為防止圍壩水土流失，壩坡及壓重平臺采用草坡護坡，在壓重平臺上套種植間距2.5～3 m，樹高2～5 m，胸徑3～7 cm的白蠟、松柏等苗木，總面積46.5 hm2。工程投入運行后，按照相關規范規程要求，設計選擇了JP50-90型卷盤式噴灌機，每臺噴灌流量9.1 m3/h，接入水壓0.4 MPa，共設置12臺，利用潛水電泵自庫區取水，取水點分別設在入庫閘、泄水洞及壽光供水洞等3處，每段配4臺噴灌機，即每段流量為36.4 m3/h。潛水泵固定于庫內建筑物鋪蓋上，接鋼管沿壩坡、工作橋引至壩頂，在壩頂管溝內兩側敷設供水管，共設置供水栓65個。在圍壩直線段每間隔180 m設置給水栓，彎道段每間隔100 m、150 m設置給水栓。給水栓通過接頭連接卷盤式噴灌機。供水管從取水點至防浪墻位置采用114 mm×5 mm鋼管；其他供水管采用PE管（110 mm×5.3 mm），布置在電纜溝內。PE管設置6個排空閘閥和9個閘閥。潛水泵揚程65 m，流量40 m3/h，功率11 kW，共3臺。

1 壩后噴灌系統運行現狀及存在問題

1.1 壩后噴灌系統運行現狀

經過近3年的運行，每次澆水組織4人，24 h不停澆灌，全部圍壩澆灌需要7 d左右。基本操作程序如下：用皮卡車將卷盤噴灌機牽引到壩頂道路給水栓處，接上水源。將纏繞在主機的輸水管以及連接在輸水管上的噴水行車拖至另一端。打開給水栓供給壓力水，這樣噴水小車通過噴槍或懸臂開始向壩坡進行噴水；卷盤機利用水壓力通過水力蝸輪、變速箱以及傳動系統的工作產生一定的機械動能轉動卷盤，卷盤的轉動帶動輸水管向卷盤機方向回卷，而噴水車在設定的速度下勻速往回行走，邊行走邊噴水，直退至卷盤車處即停車。將噴灌機轉動180°，將噴頭車及管道牽引至該水栓的另一側，重復上述步驟。該水栓兩側全部噴完后，將噴灌機牽引到另一條水栓處，繼續以上順序進行噴灌。

1.2 運行過程中存在問題

每次噴灌強度高，受圍壩上的風力影響也大，這一點在文獻[1]中對卷盤式噴灌機的優缺點也有闡述。卷盤式噴灌機在壩頂道路上行走，每次灌溉只能噴到9.0 m高程以上，9.0 m高程以下至地面3.5 m高程以上灌溉不到，灌溉不能全覆蓋，這一部分都是自溢出流，很不均勻，影響了草皮及苗木的生長，導致部分護坡草皮及苗木生長枯萎或者局部過旺，達不到很好的護坡作用。

充水的管道在使用過程中在壩頂道路上拖動，易出現磨損，尤其是在供水栓連接段管道受到供水壓力的影響經常出現管道滲水，使得壩頂道路上經常出現明顯集水。

原實施過程中供水管道布置在壩頂電纜溝內，與電纜、光纖等混合交織在一起運行，存在較大的安全隱患。

2 系統改造設計方案選擇

2.1 設計方案選擇

噴灌系統類型主要包括固定式噴灌系統、移動式噴灌系統和半固定式噴灌系統。其中固定式噴灌系統需要大量管材，單位面積投資雖然高，但運行管理方便，極為省工，運行成本低，地形適應性強，便于自動化控制，灌溉效率高。移動式噴灌系統和半固定式噴灌系統設備利用率相對較高，可降低單位面積投資，操作也相對靈活，但與固定式噴灌系統相比管理強度大，用工多，工作時占地也較多。綜上分析，本工程改造采用固定式噴灌系統方案。

2.2 固定式噴灌系統方案

綜合工程現場實際需要和當前卷盤式噴灌機使用情況，依據相關文獻對該水庫圍壩的噴灌系統進行升級改造，設計參數選用如下：草坪設計日耗水強度為Ea=4.0 mm/d；土壤濕潤比為100%；計劃濕潤層深度為0.4 m；設計灌水均勻度為Cu=98%；灌溉水利用系數為η=0.83；灌溉保證率為85%；草坪霧化指標為2 000～3 000。

由于壩坡斜長約18.9 m，噴頭均布置于壩頂外側，噴頭采用等間距布置，噴頭間距為18.0 m，區內耕層土壤為砂壤土類，取允許噴灌強度為15 mm/h，確定所選噴頭的噴水量，并根據大多數植物為草類和樹木抗水滴擊打強度強等特性選用中壓強度噴頭。按現有噴頭規格性能，初步選擇可控角全圓噴頭。每個泵站控制范圍內ZY-2噴頭共350～378個，每個輪灌組ZY-2噴頭共42個，輪灌組定為9個。

取水點仍設置在原有基礎上，只需更換水泵即可。根據系統設計揚程計算，水泵選用250QJ100-72潛水泵，裝機功率30 kW。管網布置根據主干管自3個取水點引出，共分為3個片區，沿壩體壓重平臺向兩側布置干管2條，分干管垂直于干管布置，支管垂直于分干管（戧臺和壓重平臺處，平行于壩軸線）布置。該固定式噴灌區為帶狀，長9 790 m，寬35.4 m。區內布置分干管80條，每條分干管上布置2根支管，支管間距為18 m，通過干管輸水。

管網計算選擇各管型如下：支管選擇PE80-DN75-0.8 M P a管材，分干管選擇PE100-DN110-0.8 M P a材，干管選擇PE100-DN200-0.8 M P a管材，主干管選擇PE100-DN200-0.8 M P a管材。

2.3 方案實施的配套項目

1）主干管道閘閥井。主干管道閘閥井主要用于安放兩個泵站相鄰干管間連接閘閥，以及檢修閘閥使用。主閘閥井采用組裝式閥門井，包含井底、井體和井蓋3部分。井體是由4片獨立的分體組合件組合而成。井體頂端是具有井蓋支座功能的結構，組合后頂端呈圓形，安放樹脂輕型井蓋，井口外澆筑強度指標為C25混凝土。獨立底板于外側封堵井底。水表井底部直徑1.0 m，井蓋直徑0.6 m，高1.0 m。

井材為熱固性模壓樹脂復合材料，樹脂輕型井蓋，施工現場用螺栓組裝，井身拼縫處和管道通道口用玻璃膠密封防水。

2）分干管電磁閥井。主要用于安放分干管管首的電磁閥和閘閥，閥井采用組裝式，包含井底、井體和井蓋3部分。井體是由4片獨立的分體組合件組合而成。井體頂端是具有井蓋支座功能的結構，組合后頂端呈圓形，安放樹脂輕型井蓋，井口外澆筑混凝土。獨立底板于外側封堵井底。水表井底部直徑1.2 m，井蓋直徑0.7 m，高1.4 m。井材為熱固性模壓樹脂復合材料，樹脂輕型井蓋，施工現場用螺栓組裝，井身拼縫處和管道通道口用玻璃膠密封防水。

3）進排氣閥井。為減少管道里空氣積蓄過量里會產生氣阻，影響流量，壩頂處分干管網高點安裝自動進排氣閥，采用0.4 m成品閥井。底部長度0.53 m，底部寬度0.4 m，頂部長度0.44 m，頂部寬度0.33 m，高度0.335 m。

4）泄水井。為方便管網排水檢修，在分干管最低點安裝泄水閥，閥門井井深1.19 m，凈長度和寬度為0.8 m、井壁用M10漿砌磚厚0.24 m，池底鋪設0.3 m厚礫石透水體，池蓋采用8 cm厚C25預制混凝土井蓋，井蓋預留鋼筋提手。

5）給水栓。為便于臨時取水，或對噴灌不易控制的邊角地段進行人工輔助噴灌，在主干管道上一般需安裝一定數量的DN75鋁制給水栓，每隔50 m安裝1套。

6）鎮墩。各支管及噴頭需砌筑鎮墩，以防管線充水時發生位移。鎮墩的尺寸：管道為0.5 m×0.5 m×0.5 m，噴頭點為0.3 m×0.3 m×0.3 m。

2.4 信息化工程

為了采集護坡墑情、灌溉水管壓力，實現對土壤墑情、管道壓力等數據的實時采集和監控、隨時掌握護坡植被的灌溉需求，新建護坡灌溉綜合信息化控制系統，主要分為護坡墑情、灌溉水管壓力采集、灌溉視頻監控、灌溉自動控制等部分。操作員通過監控計算機編制輪灌分組、輪灌組灌溉開始時間、輪灌組灌溉水量（時長），灌溉計劃編制完成并確認后，通過對水源泵站、輪灌閥門的遠程控制，完成對護坡所有片區的自動輪灌，并可實現灌溉區的分區灌溉、定時定量灌溉，實現了科學灌溉，減少水資源及電力能源的浪費，達到節能增效的目的。

3結語

升級后的噴灌工程實施尊重科學，自動化程度高，適時適量進行灌溉，不僅便于管理，節省了人力，也充分發揮工程節水作用和圍壩草皮的護坡效果，從而有效保護圍壩工程水土流失。