盱眙縣姬莊灌區節水配套一級站改造設計研究

李 卉，趙 燕，雷 寧，楊 濤，茆福文

（淮安市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 淮安 223001）

1 工程概況

姬莊灌區位于盱眙縣西北部丘陵區，北濱洪澤湖，西接橋口灌區，南至仙墩湖，西至下草灣，總面積98.0 km2，總耕地面積7 666.67 hm2，設計灌溉面積4 880 hm2，現狀有效灌溉面積3 933.33 hm2。灌區涉及管仲、淮河2 個鎮、31 個村，人口9.66 萬人，其中農業人口5.84 萬人。灌區地面高程在12.5～44.2 m，崗沖交錯，高崗地起伏較大，沿河、湖周邊地勢平坦，土質多為黏土，適宜種植水稻、小麥、玉米等多種作物。灌區為提水灌區，水源主要是經一、二級提水泵站引洪澤湖水灌溉以及南部部分地區經興隆水庫和陡湖引水灌溉。灌區現有干渠5 條，總長度15.3 km；支渠19 條，總長度35.64 km；斗渠共121 條，總長度61 km。灌區現有灌溉建筑物共168 座、排水建筑物共82 座。

盱眙縣姬莊灌區原隸屬于盱眙縣鮑管灌區，1979 年建成姬莊一、二級站后，自成一套獨立灌溉體系，現為江蘇省重點中型灌區之一。經過多年的治理建設，灌區灌排渠系已形成，發揮了工程效益，促進了灌區的農業生產和當地的經濟發展。但隨著農村產業結構的調整和高新農業的發展以及灌區工情、水情、農情的不斷變化，原灌排工程缺乏更新改造，工程老化損壞，建筑物設計標準偏低，尤其是姬莊一、二級2 座提水泵站損壞嚴重，已無法正常運行，難以滿足灌區農業生產發展和工程安全運行的要求[1-3]。

2 灌區骨干工程存在的問題

由于工程年久失修、配套殘缺，致使工程保證率和灌溉效益逐年衰減。目前，灌區存在的主要問題如下。

（1）工程設計標準低，建筑物的引、排水能力不能滿足要求。姬莊灌區投入運行已40 a，現有建筑物大多建于20世紀70年代前后，當時大多按集體方式進行農田生產，水稻栽插以村組分塊，灌溉制度大多采用續灌模式。農村實行聯產承包責任制后，農村產業化進程不斷加快，水稻栽插期由原來的40 d左右縮短到10 d左右、泡田期縮短至4～7 d，水稻栽插高峰期用水量顯著增加，建筑物的引排水能力無法滿足要求。

（2）水源泵站年久失修，引水能力嚴重不足。目前，灌區主要有6 座提水泵站，機泵設備老化，損壞嚴重，能耗大、效率低，根據調查，姬莊一、二級站提水能力僅為原設計流量的40%左右。其中，姬莊一級站現狀泵型為離心泵，電機總功率920 kW，共7 臺機組，現僅有3 臺機組可用，原設計流量為3.5 m3/s，現實際流量僅為1.2 m3/s。

（3）渠道未護砌，坍塌、淤積嚴重。由于部分渠道比降較大，且現狀渠道均為土渠，根據本公司的地勘資料，土質穩定性差，且現狀渠道邊坡沖刷坍塌嚴重，導致渠道淤積嚴重，輸水能力下降，水土流失嚴重，渠系水利用系數低，目前灌區渠系水利用系數為0.62左右。

（4）工程年久失修，配套不全，工程效益衰減，正常運行困難。灌區大部分骨干工程都已老化、損壞，不能正常運作，發揮不了設計效益，嚴重影響了灌區的正常灌溉。渠系配套建筑物整體完好率只有30%左右，干、支渠兩級建筑物完好率為30%，斗渠以下僅有30%左右。

（5）灌區水費收繳困難，難以維持正常運行。由于渠首泵站灌溉引水量及水位的嚴重不足，農戶紛紛打井抽取地下水進行灌溉，一方面使得該地區地下水開采過量，影響了生態環境，另一方面導致水費收繳困難。根據姬莊灌區管理所近幾年管理狀況，每年正常收繳水費面積僅為333.33 hm2，管理經費嚴重短缺，致使工程得不到應有的維護，難以維持灌區的正常運行管理。

（6）管理手段落后，管理設施破舊。目前，灌區配水、量水和水情監測全部采用人工手工操作，監測設備缺乏，管理手段相當落后。灌區群眾慣用“大鍋水”，節水意識淡薄，偷水、漏水現象嚴重，大大降低灌區的灌溉效益。灌區管理房屋破舊，部分房屋墻裂屋漏，不能適應水利現代化的需要。

3 改造設計

3.1 工程等級及設計標準

本灌區灌溉面積小于2 萬hm2，符合中型灌區標準，按中型灌區標準進行以節水灌溉為中心的續建配套與節水改造。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017），本灌區工程屬中型Ⅲ等工程。灌區相關渠道工程設計流量均小于5 m3/s，工程等級均為5 級。姬莊一、二級站設計流量分別為4.77、3.36 m3/s，工程等級為Ⅳ級，屬?。?）型建筑物。其余配套建筑物均為Ⅴ級，屬?。?）型建筑物。排澇標準為10 a一遇。

3.2 水位與流量

姬莊一級站為姬莊灌區的渠首泵站，通過姬莊引河抽洪澤湖水至姬莊一級干渠進行灌溉。姬莊引河與一級站之間設有隔堤及進水閘。姬莊一級干渠灌溉流量為4.77 m3/s，補水流量為1.63 m3/s，灌溉期姬莊一級站可提前幾天向興隆水庫補水，考慮灌溉和補水不遭遇，則姬莊一級站設計流量為4.77 m3/s。

根據蔣壩站近20 a 灌溉期實測水位分析，85%保證率水位為11.45 m、95%保證率水位為10.98 m。一級站進水池上游側為一進水涵洞，考慮過洞水頭差15 cm，確定一級站進水池設計水位（85%保證率）為11.3 m、最低水位（95%保證率）為10.83 m。出水池水位根據田間典型點高程及渠道沿程損失推算確定，姬莊一級站出水池水位為25.30 m。

3.3 泵站設計

3.3.1 泵站總體布置

姬莊一級站為拆建泵站，由引河引洪澤湖水，通過進水涵閘引水至進水池。進水閘為1 孔2 m×2.5 m混凝土箱涵，設計流量5.5 m3/s，滿足一級站的設計流量要求。進水閘閘門采用鋼閘門配用螺桿啟閉機，攔污柵、洞身、閘門及啟閉機運行狀況良好。進水池為漿砌石結構，結構功能完好。故本次設計保留原有進水涵閘及進水池，拆建站身及出水池部分。拆建姬莊一級站中心線與原泵站中心線一致，泵站為原址拆建[4，5]。

泵站采用干室型泵房結構型式，水泵選用4 臺700-580B 型雙吸臥式離心泵，配套315 kW 電機4臺，機組呈一列式布置（需要揚程曲線作于水泵流量揚程曲線圖上，如圖1所示）。站身底板順水流向長12.10 m、垂直水流向寬26.50 m（含檢修間），站底板頂面高程為11.50 m，水泵安裝高程為10.26 m（葉輪中心高程），喇叭口中心高程為9.00 m，進水池底板面高程為8.00 m。泵站主廠房長26.50 m（含檢修間）、寬12.10 m，配電房長17.00 m、寬12.40 m，泵房地面高程15.00 m，屋面大梁下緣高程為23.80 m。

圖1 需要流量—揚程曲線

泵站主廠房北側設置檢修間，南側設置主變電室和高、低壓配電室以及辦公室和總控制室。泵站廠房檢修設備選用1 臺10 t 電動單梁起重機，凈跨10.50 m。機組檢修時，可以通過電動單梁起重機直接進入布置在站身一側檢修間；另外在檢修間內配備1 臺5 t 手動葫蘆和2 臺3 t 千斤頂。泵站進水池采用原泵站進水池，受施工影響的現狀消力池擋墻采用鋼筋混凝土扶壁式擋墻型式恢復，擋墻底板頂高程8.00 m，墻頂高程14.60 m。扶壁墻底寬7.10 m，墻后設置排水孔。泵站進水采用DN800 mm 鋼管輸水，管道共計長約44 m；出水采用DN800 mm 鋼管輸水，管道共計長約152 m。出水池采用直立式鋼筋混凝土結構，底板頂面高程為21.50 m，頂高程為26.00 m，長11.80 m，寬20.40 m，接姬莊一級干渠。

3.3.2 泵站穩定計算

（1）站身穩定計算。姬莊一級站站身共計2 塊，穩定計算取單塊底板站身整體作為計算對象，底板順水流向長度為12.10 m、垂直水流向寬度為14.50 m。站身穩定計算成果，詳見表1。由表1 可知，姬莊一級站地基反力不滿足規范要求，需進行地基處理。泵站底板落在素土層上，采用12%水泥土換填。

表1 泵站穩定計算成果

（2）站身抗浮計算。站身抗浮計算成果，詳見表2。由表2 可知，姬莊一級站G向下＞G向上，故抗浮滿足規范要求。

表2 站身抗浮計算成果

（3）進水側翼墻穩定計算。取進水池翼墻設計斷面為研究對象進行翼墻穩定計算，考慮墻前墻后水頭差為0.50 m，計算成果詳見表3。由表3 可知，翼墻的抗滑、抗傾穩定均滿足規范要求，底板落在黏土或粉質黏土層上，承載力滿足規范要求。

表3 進水側翼墻穩定計算成果

4 結論

本次工程實施后，姬莊一級站出水池水位達到設計水位，可滿足灌區的自流灌溉要求，現狀眾多小型泵站將不再需要開機提水。同時，姬莊一級站的老舊機組得到改造，效率提高，經姬莊灌區管理所統計測算，每年可節省電費5 萬元。項目區內渠系水利用系數由原0.62 提高至0.69，農田灌溉保證率達到85%，取得了較好的經濟效益。