下寬井村農田水利灌溉輸水工程設計探討

李博陽

（鄉寧縣水利局，山西 鄉寧042100）

鄉寧縣位于呂梁山的最南端，轄5鎮5鄉。下寬井村地勢較高，雖與鄂河相鄰，但區域內無提水泵站，村內耕地無法利用鄂河水灌溉，村內耕地均為旱地，農作物產量不高，若遇到干旱年份，農作物大面積減產，嚴重影響農民收入，村民迫切要求建設提水工程，解決耕地灌溉問題。

1 工程概況

鄉寧縣下寬井農田水利工程，自鄂河取水，灌溉面積46.67 hm2，泵站提水流量0.016 m3/s。根據《調水工程設計導則》（SL 430-2008）及《泵站設計規范》（GB/T 50265-2010）確定工程等別為Ⅴ等。主要建筑物級別為5級，次要建筑物級別為5級。防洪標準，設計洪水10年一遇，校核洪水30年一遇。

根據《中國地震動峰值加速度區劃圖》（GB 18306-2001）中圖A1及《中國地震動反應譜特征周期區劃圖》（GB 18306-2001）中圖B1，工程區地震動峰值加速度為0.10 g，反應譜特征周期為0.45 s，地震基本烈度為Ⅶ度。

建設任務：鄂河上新建提水泵站工程1處，將河水輸送至下寬井村垣面，發展灌溉面積46.67 hm2。配套潛水泵1臺套，安裝變壓器1臺，建300 m3蓄水池1座，并配套水表井1座，出水口防沖池76座。

2 泵站設計

泵站在下寬井村下的鄂河上取水，將鄂河水經水泵輸送到村北高程929.7 m的垣上蓄水池（出水池），由蓄水池調節，經636 m長的直徑110 mm UPVC管道和3 220 m長的直徑90 mm的UPVC管道,將水送至田面，并每隔50 m設置出水口一個，配套出水口防沖池進行灌溉，共計需設置出水口防沖池76個，輸水過程中設置補氣排氣閥門井4座（提水管道1座，灌溉管道3座），并設置高桿截止閥3個。下寬井村泵站，由引水渠、進出水池、輸水管道、泵房組成。

2.1 引水渠

引水渠位于鄂河右岸現漫水橋后，渠長71 m，為C20混凝土矩形暗渠，渠深0.65 m，寬0.4 m，側墻頂寬0.15 m，底寬0.4 m；渠上設C25鋼筋混凝土蓋板，蓋板長0.6 m，寬0.5 m，厚0.12 m。引水渠渠首設進水閘1座，閘孔尺寸為0.6 m×0.4 m，進水閘采用C20混凝土澆筑。

2.2 進水池

進水池位于引水渠末端，為C25 F100 W6鋼筋混凝土結構，池頂高程735.2 m，平面尺寸5 m×3 m（長×寬），池深4.5 m，池底高程730.7 m，底板厚500 mm，側墻厚500 mm，進水池地基設0.1 m厚C 15混凝土墊層。為防止洪水淹沒進水池和保障人員安全，在池周圍設高2 m重力式擋墻，墻頂寬0.5 m，擋墻兩側各設1∶0.2坡。

2.3 泵站輸水管道設計

2.3.1 管徑確定

根據《農田低壓管道輸水灌溉工程技術規范》，管道管徑D根據下式計算：

式中：D——經濟管徑，m。

Q——管道設計流量，m3/s。

V——經濟流速，取1.5 m/s。

經計算，管道管徑為117 mm，根據市場規格選DN 125鋼管。對鋼管內外壁進行防腐處理，管外壁采用環氧煤瀝青涂料，厚度不小于400 μm，內壁噴涂無毒環氧類涂料防腐。

2.3.2 揚程確定及水泵選型

進水池水位為734.1 m，蓄水池水位930.0 m，地形高差為195.9 m，根據地形布置，管長1 562 m，管徑125 mm。管道水頭損失計算公式：

式中：hw——總水頭損失

hf——沿程水頭損失

hj——局部水頭損失，按沿程水頭的10%計算。

沿程水頭損失公式：

式中：λ——沿程損失系數（λ=8g/C2=8g/［（1/n）R1/6］2；n為糙率，n=0.012；R為水力半徑，m）。

L——管道長度，m；

d——管徑，m；

V——管內流速，m/s；

g——重力加速度。

經計算，沿程損失水頭52.0 m，局部水頭損失約為5.2 m，考慮富余水頭2 m，地形高差為195.9 m，總揚程為255.1 m。根據流量和揚程，選擇型號為200QJ63-273/12的潛水泵。水泵的各項參數見表1。

表1 水泵參數表

2.3.3 管道工作壓力

管道設計工作壓力，依據《農田低壓管道輸水灌溉工程技術規范》，取各段管道系統最大工作壓力的1.4倍，根據本工程實際情況，管道工作壓力為3段。管道各項參數見表2。

表2 管道各項參數表

2.3.4 管線縱橫斷設計

（1）管道埋深

本工程輸水管線所處地區最大凍土深度為1.0 m。為保證輸水管線的安全，滿足其正常工作要求，將輸水管線埋置于冰凍線以下，確定管線的管頂覆土厚度最小為1.0 m。

（2）管道敷設與地基處理

輸水管道大部分隨地勢鋪設，管槽開挖邊坡根據鋪設管道沿線的地質資料，土基段為1∶0.75，巖基段為1∶0.25，土基段管床要求夯實，巖基段管床鋪設10 cm砂子并壓密實，管道鋪設完成后進行回填，管頂以上覆土厚度不小于1.0 m，回填土要求壓實，粘性土壓實度不小于92%，非粘性土相對密度不小于0.7。

（3）管道建筑物設計

根據管線布置情況，在提水管道樁號0+940處設置補氣排氣閥井1座，在管線拐點處設鎮墩，共19個。

為了確保管道能夠安全運行，在管線的隆起處設置補氣排氣閥，并設閥門井。補氣排氣閥、排氣閥型號直徑20 mm。補氣、排氣閥井采用磚混結構，斷面為圓筒形，閥井內徑1.5 m。底板為300 mm厚C20混凝土，側墻為240 mm厚的M7.5水泥砂漿砌磚。地基處理，夯實后換填300 mm厚的3∶7灰土。基坑開挖邊坡1∶1。井口設20 cm厚C25鋼筋混凝土蓋板，蓋板上設0.7 m×0.7 m進人孔，進人孔加設自制鋼蓋板。

本輸水管線地形起伏較大，為保證管道穩定，在水平或豎向拐角大于8°的彎管處，設鎮墩，共布置19個，均采用C20混凝土結構。

2.4 蓄水池

蓄水池建在壓力管道末端，采用C25 F100 W6鋼筋混凝土澆筑，池體全部外露，地面高程929.0 m，池容積為300 m3，為圓形結構，直徑11.1 m，池深3.5 m，池壁厚0.2 m，池底板厚0.2 m，地基為0.3 m厚的M7.5水泥砂漿砌石。

2.5 泵房及管理房

在進水池附近設泵房，蓄水池附近設管理房，本工程提水設備為潛水泵，水泵直接放入進水池中，進水池的泵房內設配電設施和值班人員臨時休息使用，蓄水池附近的管理房內設分水閥，泵房及管理房尺寸相同，房進深4 m，寬3.8 m，建筑面積15.2 m2，為磚混結構，兩處建筑面積共計30.4 m2。

蓄水池旁設置水表井對蓄水池出水進行調控，水表井采用矩形磚砌結構，尺寸為2 m×2 m，高1.2 m，底板為C20混凝土澆筑，蓋板通過2塊C20鋼筋混凝土預制蓋板，跟1塊不銹鋼蓋板搭配構建而成，井內設置閘閥2個，排氣閥1個，水表1塊。

3 灌溉輸水管道設計

3.1 管徑選擇

灌溉輸水管道從蓄水池取水，沿西南方向山脊上布置管道，長3 856 m。管道輸水流量為60 m3/h，管材采用UPVC塑料管，管徑100 mm，根據規格選用外徑為110 mm管道。

3.2 管道壓力計算

管道壓力，按《農田低壓管道輸水灌溉工程技術規范》計算，采用0.6 MPa的UPVC塑料管，干管管徑為110 mm，長度636 m，支管管徑為90 mm，長度3 220 m。

根據管道水平或豎向拐角大于8°的彎管處均設鎮墩1個的原則，共布置鎮墩6個，鎮墩均采用C20混凝土結構。

4 變壓器容量計算

經實地踏勘，距提灌站0.5 km處有高壓線經過，在該處引高壓線0.5 km至提灌站，安裝變壓器1臺。

配電變電器容量選擇，供電系統的高峰負荷時的有效功率，采用下式計算：

式中：S——供電變壓器容量，kVA；

cosφ——供電系統的平均功率因數，取0.8。

P——供電系統的高峰負荷時的有功功率，kW；

k1——各用電設備之間的用電同時系數，取1.0；

k2——配電變壓器和配電線路的損失補償系數，取1.02；

Pi——各用電設備的額定容量，kW。

根據水泵功率為90 kW，計算得S=114.75 kVA。考慮到照明等其他用電，選配型號為S11-125/10 kVA的變壓器1臺。

5 結語

項目建成后，下寬井村農田水利化程度明顯提高，減少了水資源的消耗與浪費，緩解了下寬井村的灌溉水資源的消耗與浪費，緩解了下寬井村的灌溉水資源供需矛盾；有助于農業產業結構調整，提高農業綜合生產能力，增加農業產值和農民收入；有利于改善示范區投資環境，促進當地其他產業的發展。總之，項目的建設保障了農民收入，有效改善了農民生產、生活條件，為當地發展節水型農業和農業循環經濟奠定了基礎。