程斌斌

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730070）

1 項目概況

該教學(xué)實(shí)習(xí)基地占地面積24.107 hm2，總灌溉面積20 hm2，有效灌溉面積16.667 hm2，地勢平坦，耕地集中。為了更好地適應(yīng)學(xué)校發(fā)展需求，提高教學(xué)實(shí)習(xí)基地內(nèi)土地、房屋和設(shè)施等資源的使用效益，更好地體現(xiàn)科研與教學(xué)相結(jié)合的規(guī)劃原則，保證科研灌溉用水，提高試驗(yàn)站作物產(chǎn)量，對教學(xué)實(shí)習(xí)基地的低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。

2 灌溉制度及方法

2.1 灌溉制度

灌溉制度根據(jù)區(qū)域降水量及作物的需水要求、生長規(guī)律，參考當(dāng)?shù)毓喔仍囼?yàn)資料及周邊地區(qū)管灌試驗(yàn)成果綜合制定（表1）。灌區(qū)主要種植小麥、玉米等糧食作物。灌區(qū)灌水延續(xù)時間10～50 d，灌水14 h/d，灌水3～9 次，凈灌溉定額3 510 m3/hm2，灌溉水利用系數(shù)0.65，毛灌溉定額5 400 m3/hm2。

2.2 灌溉方式

設(shè)計灌溉流量較大，采用輪灌方式[1]。經(jīng)計算確定輪灌組數(shù)為3 組，同時工作的出水口為16 個。編組：支1 為第1 輪灌組，支2 為第2 輪灌組，支3 為第3 輪灌組。

3 工程規(guī)劃

3.1 目標(biāo)

改進(jìn)灌溉方式，提高作物產(chǎn)量和科研教學(xué)質(zhì)量；通過平整田塊，修建道路、林帶及深耕、培肥等土壤改良工程使土壤肥力大幅度提高，改善耕作條件，提高耕地質(zhì)量；優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，提高土地利用效率和產(chǎn)出率；結(jié)合項目區(qū)實(shí)際條件，因地制宜地實(shí)施田、水、路、林綜合治理，配套、完善項目區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件；增加林地面積，提高項目區(qū)綠化率，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

3.2 工程設(shè)計

項目區(qū)設(shè)計凈灌溉面積16.4 hm2，采用低壓管道灌水方式。以之前修建的水池為灌溉水源，水池池底高程1 761.8 m，共布設(shè)干管3 條1 310.4 m，支管11 條1 341.9 m，豎管48 條長48 m，出水口48 座。

3.2.1 管網(wǎng)布局 布局原則：以新建蓄水池為核心，統(tǒng)一規(guī)劃，合理布局，全面配套，統(tǒng)一管理，高效發(fā)揮工程效益。依據(jù)地形、地塊、道路等情況布置管道系統(tǒng)，力求線路最短、控制面積最大，便于機(jī)耕及管理。管道盡可能雙向分水，以節(jié)省管材，沿路邊及地塊等高線布置。為方便澆地、節(jié)水，采用小畦灌溉。管線盡量平順，減少起伏和折點(diǎn)。

布置形式：根據(jù)項目區(qū)地地形條件和輸水管網(wǎng)布置原則，在項目南北區(qū)各布置1 條干管，分別控制南北2 個灌溉片區(qū)。干管從項目區(qū)西南側(cè)蓄水池開始，沿主干道分為兩路，經(jīng)支管連接各田塊，沿線分別向各地供水。項目區(qū)共分干、支2 級固定管道輸水，管道全部埋設(shè)，埋深1 m。

管、支管2 級管道均實(shí)行續(xù)灌[1]，主要技術(shù)參數(shù)參考相應(yīng)規(guī)范[2]。

3.2.2 管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計

3.2.2.1 灌溉系統(tǒng)運(yùn)行管理。綜合考慮項目區(qū)作物灌溉制度、灌溉水源、供水量等因素，1 干管控制支管3 條，出水口18 座；2 干管控制支管4 條，出水口19 座，3 干管控制支管4 條，出水口11 座。管網(wǎng)系統(tǒng)布置及材料用量見表2。灌溉系統(tǒng)干管、支管固定，支管上每隔30 米設(shè)置1 個出水口，出水口采用雙向控制，兩側(cè)沿田埂方向灌水。

為了保證管道系統(tǒng)的安全，水泵開機(jī)前須先打開出水口進(jìn)行排氣，以防憋壞管道；灌完一個控制點(diǎn)后，出水口關(guān)閉前應(yīng)先開啟下一個要灌的出水口；整個系統(tǒng)全部灌完后，先關(guān)閉水泵，再關(guān)閉出水口閥蓋。

3.2.2.2 管道設(shè)計流量根據(jù)式（1）確定。

式（1）中Q 設(shè)為灌溉設(shè)計流量，m 設(shè)為灌水定額，A 為灌溉面積，T 為灌水周期，t 為日工作時間，η 為灌溉水利用系數(shù)。由表3 可知，系統(tǒng)設(shè)計流量為5.6～18.2 m3/h，為保證灌水效率支管流量確定為20 為m3/h，干管流量確定為60 m3/h。

表2 管網(wǎng)系統(tǒng)布置及材料用量

表3 各管道系統(tǒng)設(shè)計流量計算結(jié)果

3.2.2.3 管材比選?？捎糜诠艿垒斔墓懿妮^多，按管道材料可分為塑料管材、金屬管材和水泥管材等。水泥管材的優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕、使用壽命長，但性脆易斷裂、管壁厚、重量大、運(yùn)輸安裝不便。金屬管材主要有鋼管和鑄鐵管，優(yōu)點(diǎn)是能承受較高的工作壓力，耐壓大于1.0 MPa，鋪設(shè)簡便；缺點(diǎn)是重量大、價格高、易生銹，使用壽命短（鋼管不超過20 年，鑄鐵管不超過30 年），鋼管埋設(shè)在地下時需進(jìn)行防腐處理。常用的塑料管有聚氯乙烯管（PVC）、聚乙烯管（PE）和改性聚丙烯管（PP）等，優(yōu)點(diǎn)是重量輕、便于搬運(yùn)、容易施工、能適應(yīng)一定的不均勻沉降、內(nèi)壁光滑、不生銹、耐腐蝕、水頭損失小、容易維護(hù)，缺點(diǎn)是存在老化脆裂問題，隨溫度升降變形大。經(jīng)綜合比較，設(shè)計選用PVC 管。

3.2.2.4 管徑選擇。管徑計算方法參考文獻(xiàn)[3]。經(jīng)計算支管管徑為76.8 mm，可選用110 mm 的薄壁PVC管。干管管徑為132.9 mm，可采用160 mm 的薄壁PVC 管。

3.2.2.5 工程等別和標(biāo)準(zhǔn)。該工程為Ⅴ等?。?）型工程，主要建筑物按5 級設(shè)計，次要建筑物按5 級設(shè)計，防洪標(biāo)準(zhǔn)按10 年一遇洪水設(shè)計，建筑物按7 度設(shè)防。

3.2.2.6 管網(wǎng)水力計算。管道系統(tǒng)最大工作水頭、最小工作水頭和沿程水頭損失參考趙振興[3]的計算方法。灌溉系統(tǒng)的管路較平順，局部損失主要由進(jìn)口、三通、彎頭等局部阻力產(chǎn)生，按沿程水頭損失的10%計算。經(jīng)計算，Hmax=9.01 m，Hmin=5.04 m。

3.2.2.7 附屬設(shè)施。放水口：放水口由連接三通、豎管、給水栓、分水池4 部分組成，連接三通采用鑄鐵雙袖套三通，將地下管道與豎管連接，把水引出地面，豎管采用DN90 的PVC 管，管頂超出地面20 cm安裝給水栓，分池設(shè)在進(jìn)地一側(cè)，采用C15 砼現(xiàn)澆，長50 cm、寬40 cm、凈高22 cm。

給水栓：根據(jù)設(shè)計流量、壓力及半固定式管灌系統(tǒng)的特點(diǎn)，多功能給水栓全部采用上下分體裝置，下體固定，上體可接軟管，規(guī)格為DN90。

閘閥：自流區(qū)在分水閘下游設(shè)置進(jìn)（排）氣閥，型號為P724W-4T。根據(jù)工程需要，按不同管徑設(shè)置閘閥，規(guī)格為DN90～160，型號Z45T-10。固定管道在安裝各類閥件的部位均設(shè)置閘閥井，閥井較深，且多閥混裝在1 個井內(nèi)，所以閘閥井設(shè)計成2 種尺寸。大管道分水閥及排氣閥混裝在一起，閘閥井為大閥井，小管道分水閥井及排氣閥井均為小閥井。管灌區(qū)共布置閘閥井15 座，其中大閥井3 座、小閥井12 座。閥井、檢查井均為圓形，采用M7.5 水泥砂漿磚砌，大閥井內(nèi)徑200 cm，小閥井內(nèi)徑150 cm，壁厚均為24 cm，高度根據(jù)地形確定，底板采用C15 砼現(xiàn)澆，厚15 cm。井蓋為預(yù)制C20 砼鋼絲網(wǎng)水泥板，厚5 cm。為防止冬季井內(nèi)閘閥凍壞，應(yīng)在井蓋上敷土0.5 m。

鎮(zhèn)支墩：壓力管道豎直方向的坡度大于1∶3，水平方向的偏角大于10°時設(shè)置鎮(zhèn)墩。鎮(zhèn)墩用C15砼現(xiàn)澆，長×寬×高為（1.1～1.4 m）×（1.0～1.2 m）×（1.1～1.4 m）。支墩在閘閥底部及給水豎管下部設(shè)置，尺寸0.3 m×0.3 m×0.3 m。

蓄水池：實(shí)習(xí)基地南片區(qū)有2.5 萬m3的矩形蓄水池1 座，長180 m、寬60 m、凈深3 m。經(jīng)維修改造，基礎(chǔ)為C15 砼墊層，厚10 cm；下設(shè)10%水泥土墊層，厚50 cm，其下原土夯實(shí)100 cm，要求干密度不小于1.60 g/cm3。

管道埋設(shè)：實(shí)習(xí)基地項目區(qū)灌溉面積16.4 hm2，劃分為2 個區(qū)域，北片區(qū)面積6.667 hm2，南片區(qū)面積9.733 hm2，都從蓄水池取水，分3 條干管，干管上按“T”字形接2 條分干管，支管垂直于分干管按“E”字形布置。固定式管道分為干、支2 級布置，全部采用埋設(shè)，埋深大于1 m，支管間距100 m。支管設(shè)出地三通、豎管和給水栓控制灌溉，給水栓多為雙向分水，間距30 m，地面采用地頭溝輸水進(jìn)地[4]。共鋪設(shè)干管3 條1 310.4 m，支管11 條1 341.9 m，設(shè)計管道承壓等級為0.63 Mpa，安裝給水栓48 個，各類閥件63 個，布設(shè)閘閥井15 座。

3.2.3 水利設(shè)施設(shè)計

3.2.3.1 泵站設(shè)計。原有泵房年久失修、損壞嚴(yán)重。經(jīng)計算在蓄水池東南角重新建造一座泵站，并配套相應(yīng)的機(jī)組。

泵房土建：根據(jù)泵站設(shè)計規(guī)范要求和機(jī)組、配電設(shè)備情況，設(shè)計泵房2 間，其中水泵間1 間、配電間1 間。泵房結(jié)構(gòu)形式采用條形磚基，埋深1.5 m，基礎(chǔ)座落在黃土層上，原土翻夯1.0 m，壓實(shí)系數(shù)不小于0.95，其上鋪設(shè)厚0.5 m 的10%水泥土墊層。外墻體厚0.3 m，內(nèi)墻體厚0.20 m，節(jié)點(diǎn)設(shè)0.30 m×0.30 m的構(gòu)造柱，頂、底圈梁截面尺寸（0.20～0.30）m×0.3 m，屋面用C25 鋼筋混凝土現(xiàn)澆，厚0.12 m，按保溫防水屋面處理。散水及室內(nèi)地坪采用C15 砼現(xiàn)澆，厚10 cm。

機(jī)組選型：項目區(qū)采用農(nóng)灌水泵2 套，機(jī)組型號為ISW80-100(I)A/ISW80-100(I)，水泵流量89 m3/h，揚(yáng)程10 m，配套電機(jī)功率4 kW，1 備1 用。水泵提水流量應(yīng)大于管網(wǎng)最高日最高時供水流量，考慮到工程有2.5 萬m3調(diào)蓄水池1 座，因此水泵提水流量可根據(jù)實(shí)際情況加大，以減少水泵機(jī)組的運(yùn)行時間。

進(jìn)水池設(shè)計：進(jìn)水池利用原有泵站旁的蓄水池。

3.2.3.2 閘閥井設(shè)計。閘閥井分為分水閥井和控制閥井2 種，分水閥井布置在干管與支管連接處，控制閥井布置在支管上。閥井間距150 m，共設(shè)計閘閥井44 座，其中分水閥井15 座、控制閥井29 座。閥井均采用M7.5 水泥砂漿磚砌，井底采用現(xiàn)澆C15 砼，厚度0.15 m，內(nèi)徑2.0 m，深1.6～1.95 m。基礎(chǔ)原土翻夯處理，厚1.0 m，干容重不小于1.60 t/m3，其上用水泥土夯填。

3.2.3.3 其他水利設(shè)施設(shè)計。灌溉結(jié)束后，為方便維修、防止凍害，需排空管內(nèi)存水，因此每個支管末端設(shè)置1 個泄水閥，后接泄水井。

3.2.4 排水工程 由于項目區(qū)年降雨量僅為300 mm，蒸發(fā)量極大，土壤干燥，下滲強(qiáng)度較大，降雨時難以形成地表徑流，因此不再單獨(dú)規(guī)劃排水系統(tǒng)。