骨干壩揚水灌區配套工程設計要點

楊長林 YANG Chang-lin

（原州區水務局，固原 756000）

（Yuanzhou District Water Authority，Guyuan 756000，China）

0 引言

為實現西北部山區退耕還林退得下，穩得住，不反彈，退耕而不減產的目的，確保國家和地方糧食安全，根據中央對鞏固退耕還林還草成果項目有關政策，在有條件的地方發展水澆地灌溉技術，增加退耕農戶糧食產量和經濟收入，由是提出骨干壩配套工程建設。由于西北部山區多屬于黃土丘陵溝壑區，山高溝深，地形復雜，水資源匱乏，利用骨干壩水對周邊灌區進行灌溉有諸多不便，因此，如何針對這些特點，因地制宜，揚長避短，通過優化設計，提高水泵運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長溝骨干壩揚水灌區配套工程設計為例，簡要介紹一下工程設計要點和相關技術。

1 工程概況

長溝骨干壩位于距固原城46km的張易鎮上馬泉村，屬葫蘆河流域，是典型的黃土丘陵溝壑區，多年平均降水量428mm，多年平均水面蒸發量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，由于受經濟條件的制約，當地周圍200畝耕地沒有進行配套建設，當地農民迫切希望能利用骨干壩水實現旱地改水澆地，增加收成。當地現狀作物種植結構比較單一，種植比例是：夏糧（主要以小麥為主）占種植總面積的60%左右，油料經濟類作物占10%，秋糧作物（馬鈴薯、糜谷等）占種植總面積的30%。規劃保持現狀作物種植結構不變。

2 工程規劃設計要點

2.1 工程總體規劃布置 根據實地勘察，規劃在長溝骨干壩水源工程左岸某一建設條件較好的地方建揚水小泵站1座，水由泵站通過320m長揚水管道輸送至左岸地勢較高的灌溉區，再輸送至田間各級管道進行灌溉。田間采用占地少，施工和管理方便的管道輸水節灌技術。按地埋干、支兩級管道布設，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左右設垂直地面豎管及給水栓進行灌溉。干支管結合處設閘閥井，井內安裝水表及支管控制閥和節制閥等設備。管材均選用PVC管，田間采小畦灌溉。

2.2 設計灌溉定額 灌溉定額是灌區設計的主要依據。查寧夏區域統一灌溉定額表知：灌溉區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）。

灌溉區采用兩級管道輸水，灌溉水利用系數按經驗值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畝灌區年總灌溉需水量為3.6萬m3。

不同作物在生長關鍵期灌水次數和時間有所不同，小麥全生育期分4次灌水，即冬灌、撥節水、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 機泵選型及配套 機泵選擇要根據設計流量及最大揚程確定。設計時要注意：①揚水管道盡量選用比經濟流速計算管徑偏大，以減少水頭損失，降低水泵揚程；②在計算水頭損失時一定要按照選用管徑的內徑而非外徑計算，否則計算水頭損失偏小，可能造成揚程不夠現象；③配套的電機功率宜略大于選用的水泵軸功率，使水泵在正常運行時盡量能在高效區工作，且滿足最大、最小揚程時都能運行。

2.3.1 設計流量 機泵設計流量按公式Q=mAα/Ttη確定，為方便計算，選擇主要作物小麥灌溉所需流量為水泵設計流量。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，灌水延續時間按T=8（d），機泵每天工作時間按t=16h，灌溉水利用系數取η=0.85，則設計流量計算結果為Q=48.3（m3/h）。

2.3.2 設計揚程

①管徑的確定。管徑計算根據經濟流速公式d=1.13（Q/V）1/2進行計算。經計算，水泵進水管管徑選取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）計算：

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計。各級管道水力計算成果詳見表1。

表1 各級管道水力計算成果表

③設計揚程的確定。機泵設計揚程按公式H設=hf+hj+△h+0.2進行計算，一般選擇灌溉最不利點計算設計揚程，在干管末端連接的支管末端供水點為本灌區最不利灌溉點（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。計算得：H設＝60.3m。

2.3.3 機泵選型及電機配套 根據設計流量Q＝48.3m3/h和設計揚程H設＝60.3m，選用1臺80-50-250A型水泵，根據水泵的轉速、軸功率和動力等系數選用1臺Y160L-2型電動機，配套的電機功率宜略大于選用的水泵軸功率。

2.4 管道設計 管道縱斷面設計包括設計水壓線，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），設計水壓線高于管道中心線，否則不合理，需要調整管路。管道橫斷面設計：設計管溝開挖深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。在管道的轉彎處或起伏變化較大處設混凝土鎮墩，以便穩定管道。同時，可根據需要，在管道隆起部位設自動排氣閥，管路最低處（如溝道）設泄水閘，以防水錘等現象發生，確保管道正常運行。

2.5 泵房設計 設計泵房為磚混結構，建筑面積32m2，水泵基座采用防滲效果較好鋼筋砼整體現澆結構，泵房長7.52m，寬4.68m，凈高3m，內部分工作房及配電房。泵房內水泵安裝高程為2081.4m，設計進水池最低水位2077.5m，池底高程2076.00m，泵房進水池為圓形，進水池前設引水渠，均采用鋼筋砼整體現澆結構。

3 結語

骨干壩配套小型灌區工程設計要針對山區骨干壩特點，因地制宜選擇配套方案，同時綜合考慮灌區地形、地質、水文及水力、工程投資和費用等各方面，優化設計，提高水泵運行效率和水資源利用率。對可能出現水錘等不良環節應及時考慮，提早預防，將管路的排氣排水、地基的防滲處理等一并納入設計范疇，確保工程設計合理，經濟可行。

[1]GB50288-99，灌溉與排水工程設計規范[S].

[2]SL/T 153-95，低壓管道輸水灌溉工程技術規范（井灌區部分）[S].

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