楊長林 YANG Chang-lin

（原州區(qū)水務(wù)局，固原 756000）

（Yuanzhou District Water Authority，Guyuan 756000，China）

0 引言

為實(shí)現(xiàn)西北部山區(qū)退耕還林退得下，穩(wěn)得住，不反彈，退耕而不減產(chǎn)的目的，確保國家和地方糧食安全，根據(jù)中央對鞏固退耕還林還草成果項(xiàng)目有關(guān)政策，在有條件的地方發(fā)展水澆地灌溉技術(shù)，增加退耕農(nóng)戶糧食產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)收入，由是提出骨干壩配套工程建設(shè)。由于西北部山區(qū)多屬于黃土丘陵溝壑區(qū)，山高溝深，地形復(fù)雜，水資源匱乏，利用骨干壩水對周邊灌區(qū)進(jìn)行灌溉有諸多不便，因此，如何針對這些特點(diǎn)，因地制宜，揚(yáng)長避短，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高水泵運(yùn)行效率和水資源利用率。這里以具有代表性的典型骨干壩即寧夏固原市原州區(qū)長溝骨干壩揚(yáng)水灌區(qū)配套工程設(shè)計(jì)為例，簡要介紹一下工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)和相關(guān)技術(shù)。

1 工程概況

長溝骨干壩位于距固原城46km的張易鎮(zhèn)上馬泉村，屬葫蘆河流域，是典型的黃土丘陵溝壑區(qū)，多年平均降水量428mm，多年平均水面蒸發(fā)量1200mm，最大凍土層深度1.5m。長溝骨干壩控制流域面積3.02km2，總庫容50.1萬m3，有效庫容26.1萬m3，年蓄水量7.8萬m3。該骨干壩建成后，由于受經(jīng)濟(jì)條件的制約，當(dāng)?shù)刂車?00畝耕地沒有進(jìn)行配套建設(shè)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民迫切希望能利用骨干壩水實(shí)現(xiàn)旱地改水澆地，增加收成。當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀作物種植結(jié)構(gòu)比較單一，種植比例是：夏糧（主要以小麥為主）占種植總面積的60%左右，油料經(jīng)濟(jì)類作物占10%，秋糧作物（馬鈴薯、糜谷等）占種植總面積的30%。規(guī)劃保持現(xiàn)狀作物種植結(jié)構(gòu)不變。

2 工程規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 工程總體規(guī)劃布置 根據(jù)實(shí)地勘察，規(guī)劃在長溝骨干壩水源工程左岸某一建設(shè)條件較好的地方建揚(yáng)水小泵站1座，水由泵站通過320m長揚(yáng)水管道輸送至左岸地勢較高的灌溉區(qū)，再輸送至田間各級管道進(jìn)行灌溉。田間采用占地少，施工和管理方便的管道輸水節(jié)灌技術(shù)。按地埋干、支兩級管道布設(shè)，干管基本平行等高線布置，長510m，支管沿干管基本垂直等高線布置，其余間距約100m，末端支管長150m，其余支管長200m左右，沿支管每隔50m左右設(shè)垂直地面豎管及給水栓進(jìn)行灌溉。干支管結(jié)合處設(shè)閘閥井，井內(nèi)安裝水表及支管控制閥和節(jié)制閥等設(shè)備。管材均選用PVC管，田間采小畦灌溉。

2.2 設(shè)計(jì)灌溉定額 灌溉定額是灌區(qū)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。查寧夏區(qū)域統(tǒng)一灌溉定額表知：灌溉區(qū)主要作物凈灌溉定額分別為：小麥：M凈=175m3/畝。胡麻：M凈=120m3/畝，馬鈴薯：M凈=120m3/畝，則綜合凈灌溉定額為：0.6×175+0.1×120+0.3×120=153（m3/畝）。

灌溉區(qū)采用兩級管道輸水，灌溉水利用系數(shù)按經(jīng)驗(yàn)值η水取 0.85，則綜合毛灌溉定額：M綜，毛=M綜，凈/η水=153/0.85=180（m3/畝）。200畝灌區(qū)年總灌溉需水量為3.6萬m3。

不同作物在生長關(guān)鍵期灌水次數(shù)和時(shí)間有所不同，小麥全生育期分4次灌水，即冬灌、撥節(jié)水、抽穗水、灌漿水，平均凈灌水定額為175/4=43.8（m3/畝）。胡麻和洋芋年灌水3次，其中播前灌溉1次，生長期灌溉2次，每次約40m3/畝。

2.3 機(jī)泵選型及配套 機(jī)泵選擇要根據(jù)設(shè)計(jì)流量及最大揚(yáng)程確定。設(shè)計(jì)時(shí)要注意：①揚(yáng)水管道盡量選用比經(jīng)濟(jì)流速計(jì)算管徑偏大，以減少水頭損失，降低水泵揚(yáng)程；②在計(jì)算水頭損失時(shí)一定要按照選用管徑的內(nèi)徑而非外徑計(jì)算，否則計(jì)算水頭損失偏小，可能造成揚(yáng)程不夠現(xiàn)象；③配套的電機(jī)功率宜略大于選用的水泵軸功率，使水泵在正常運(yùn)行時(shí)盡量能在高效區(qū)工作，且滿足最大、最小揚(yáng)程時(shí)都能運(yùn)行。

2.3.1 設(shè)計(jì)流量 機(jī)泵設(shè)計(jì)流量按公式Q=mAα/Ttη確定，為方便計(jì)算，選擇主要作物小麥灌溉所需流量為水泵設(shè)計(jì)流量。式中：凈灌水定額m=43.8m3/畝，灌溉面積A=200畝，種植比例α=0.6，灌水延續(xù)時(shí)間按T=8（d），機(jī)泵每天工作時(shí)間按t=16h，灌溉水利用系數(shù)取η=0.85，則設(shè)計(jì)流量計(jì)算結(jié)果為Q=48.3（m3/h）。

2.3.2 設(shè)計(jì)揚(yáng)程

①管徑的確定。管徑計(jì)算根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速公式d=1.13（Q/V）1/2進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，水泵進(jìn)水管管徑選取ф110的鋼絲膠管，出水管選取直徑為Φ140的PVC管，干管和支管分別為 Φ125和Φ110的PVC管，壓力等級均為0.6MPa，見表 1。

②管道水頭損失計(jì)算。管道水頭損失包括管段的沿程水頭損失和局部水頭損失，沿程水頭損失按公式（1）計(jì)算：

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計(jì)。各級管道水力計(jì)算成果詳見表1。

表1 各級管道水力計(jì)算成果表

③設(shè)計(jì)揚(yáng)程的確定。機(jī)泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程按公式H設(shè)=hf+hj+△h+0.2進(jìn)行計(jì)算，一般選擇灌溉最不利點(diǎn)計(jì)算設(shè)計(jì)揚(yáng)程，在干管末端連接的支管末端供水點(diǎn)為本灌區(qū)最不利灌溉點(diǎn)（地面高程2125.5m），最低取水位2077.5m。

式中：hf=11.18m，hj=1.12m，△h=2125.5-2077.5=48m。計(jì)算得：H設(shè)＝60.3m。

2.3.3 機(jī)泵選型及電機(jī)配套 根據(jù)設(shè)計(jì)流量Q＝48.3m3/h和設(shè)計(jì)揚(yáng)程H設(shè)＝60.3m，選用1臺80-50-250A型水泵，根據(jù)水泵的轉(zhuǎn)速、軸功率和動力等系數(shù)選用1臺Y160L-2型電動機(jī)，配套的電機(jī)功率宜略大于選用的水泵軸功率。

2.4 管道設(shè)計(jì) 管道縱斷面設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)水壓線，管道中心線，地面線。一般要求地面線高于管道中心線（溝涵處除外），設(shè)計(jì)水壓線高于管道中心線，否則不合理，需要調(diào)整管路。管道橫斷面設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)管溝開挖深1.5m（最大凍土層下），底寬0.4m，口寬1.3m，邊坡1：0.3，地埋管道以上填土必須夯實(shí)。在管道的轉(zhuǎn)彎處或起伏變化較大處設(shè)混凝土鎮(zhèn)墩，以便穩(wěn)定管道。同時(shí)，可根據(jù)需要，在管道隆起部位設(shè)自動排氣閥，管路最低處（如溝道）設(shè)泄水閘，以防水錘等現(xiàn)象發(fā)生，確保管道正常運(yùn)行。

2.5 泵房設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)泵房為磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積32m2，水泵基座采用防滲效果較好鋼筋砼整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，泵房長7.52m，寬4.68m，凈高3m，內(nèi)部分工作房及配電房。泵房內(nèi)水泵安裝高程為2081.4m，設(shè)計(jì)進(jìn)水池最低水位2077.5m，池底高程2076.00m，泵房進(jìn)水池為圓形，進(jìn)水池前設(shè)引水渠，均采用鋼筋砼整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語

骨干壩配套小型灌區(qū)工程設(shè)計(jì)要針對山區(qū)骨干壩特點(diǎn)，因地制宜選擇配套方案，同時(shí)綜合考慮灌區(qū)地形、地質(zhì)、水文及水力、工程投資和費(fèi)用等各方面，優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高水泵運(yùn)行效率和水資源利用率。對可能出現(xiàn)水錘等不良環(huán)節(jié)應(yīng)及時(shí)考慮，提早預(yù)防，將管路的排氣排水、地基的防滲處理等一并納入設(shè)計(jì)范疇，確保工程設(shè)計(jì)合理，經(jīng)濟(jì)可行。

[1]GB50288-99，灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]SL/T 153-95，低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范（井灌區(qū)部分）[S].

[3]李龍昌，王彥軍，李永順，等編著.灌溉輸水工程技術(shù)[M].中國水利水電出版社，1998.