新密市劉寨鎮劉沃村提灌站工程建設淺議

□耿攀攀 □郭曉蕓 □劉 照（河南方正水利工程咨詢有限公司）

1 項目區情況及建設內容

項目區情況：劉沃村提灌站工程位于新密市劉寨鎮劉沃村，項目區主要種植作物為小麥、玉米等農業作物，毗鄰五星水庫南側，上世紀60年代人力修建的一座提灌站由于年代久遠破壞嚴重，已經報廢，村中耕地現缺乏灌溉設施，嚴重影響農作物的生長和產量。

建設內容：漿砌石井一座，建站房15m2，建各類閥門井30個，出水口19個。配套潛水泵1套，架設低壓線路296m，鋪設引水管32.24m，輸水管網2620m，配套移動軟管950m。

2 提灌站水源灌溉工程設計

2.1 設計灌水定額

根據《農田低壓管道輸水灌溉工程技術規范》（GB/T20203-2006）并依據當地以往灌溉試驗資料，灌水定額由式（1）計算。

式中：m—設計凈灌水定額 （m3/hm2）；γs—土壤干容重（kN/m3），取 γs=14.50kN/m3h—計劃濕潤層深（m），根據小麥、玉米抽穗開花期生長情況，取0.70m；β1—土壤適宜含水量上限,取0.90；β2—土壤適宜含水量下限，取0.60；β田—田間持水量（重量比%）,取25%。

根據項目區土壤情況和作物種植情況，上式計算得設計凈灌水定額為761.25m3/hm2，符合河南省地方標準《用水定額》（DB41/T385-2009）中鄭州市（豫中區）灌溉用水要求，折合50.75m3/hm2，設計取值51m3/hm2，合灌水水深76.50mm。

2.2 設計灌水周期

該灌區在4月下旬至5月上旬需水高峰時期（拔節、孕穗和抽穗、開花期）的需水強度EP為6mm/d，灌水周期可由式（2）計算：

式中：T—設計灌水周期（d）；m—設計凈灌水定額（mm）；EP—作物臨界期日均需水強度(mm/d)。

設計凈灌水定額為76.50mm，計算得作物灌水周期為12.70d,考慮土壤的保水性和實際生產需要取T=13d。

2.3 工作制度

根據田塊及出水口的布置情況，同時考慮管理方便和可能出現的集中供水，灌溉采用分組輪灌方式，支管總長約1600m，根據項目區情況并結合規范，共布置21個出水口，分3組輪灌，每組輪灌中同時工作的出水口為7個。

根據當地耕作習慣，系統日灌水時間取為12h。

2.4 提灌站設計流量的確定

根據《農田低壓管道輸水灌溉工程技術規范》（GB/T20203-2006）灌溉系統的設計流量由式（3）計算。

式中：Q0—灌溉系統的設計流量（m3/h）；αi—灌水高峰期第i種作物的種植比例；mi—灌水高峰期第i種作物的灌水定額（m3/hm2）；T—灌水高峰期第i種作物的一次灌水延續時間（d）；A—設計灌溉面積（hm2）,700/15=46.67hm2；t—系統日工作小時數（h/d）；η—灌溉水利用系數；取0.90；e—灌水高峰期同時灌水的作物種類。

Q0=254m3/h，根據工作制度，采用分組輪灌，每組輪灌需設計流量254/3=85m3/h。

2.5 壓力管道直徑的確定

2.5.1 干管管徑

采用計算工作量較小的經濟流速法確定管徑，

式中：D—管道直徑（mm）；Q—通過管路的流量，m3/h；v—管中流速，m/s，根據規范，經濟流速取1.20m/s。

代入公式中，則D=158mm。干管選取DN200球墨鑄鐵管，內徑209.40mm。

按照高程最大處且最長支管（380m）同時開啟4個出水口計算，Q支=4/7×85=48.6m3/h，代入公式中，則D=119.60mm，支管選取DN125PVC-U管,內徑119mm。

2.6 水頭損失

2.6.1 管道沿程水頭損失，應按下式計算

式中 hf—沿程水頭損失，m；Q-管道設計流量，（m3/h）;f—管材摩阻系數L—管長，m；D—管道內徑，mm；m—流量指數；b—管徑指數。

各種管材的f、m、b值，可按表1取用。

表1 各種管材的f、m、b值表

2.6.2 管道局部水頭損失

根據規范規定，為簡化局部水頭損失的計算，管道局部水頭損失可以按照沿程損失的一定比例計入，比例取12%。水頭損失計算見表2所示。

表2 水頭損失計算表

2.7 設計水頭

2.7.1 管道系統最大和最小工作水頭，應分別按式（6）、（7）計算

式中：Hmax—管道系統最大工作水頭，單位為m；Hmin—管道系統最小工作水頭，單位為m；ZO—管道系統進口高程，單位為m；Z1—參考點1地面高程；在平原井區，參考點1一般為距水源最近的出水口，單位為m；Z2—參考點2地面高程；在平原地區，參考點2一般為距水源最遠的出水口，單位為m；△Z1、△Z2—分別為參考點1與參考點2處出水口中心線與地面的高差，單位為m，給水栓出口中心線高程應為所控制的田間最高地面高程加0.15m；∑hf1、∑hj1—分別為管道系統進口至參考點1的管路沿程水頭損失與局部水頭損失，單位為m；∑hf2、∑hj2—分別為管道系統進口至參考點2的管路沿程水頭損失與局部水頭損失，單位為m；ho—給水栓工作水頭，單位為m，給水栓的工作水頭按0.50m選用。

2.7.2 管道灌溉系統設計工作水頭，宜按最大和最小工作水頭的平均值近似取用

式中：Ho—管道系統設計工作水頭，單位為m；Hmax—管道系統最大作用水頭，單位為m；Hmin—管道系統最小作用水頭，單位為m。

經計算Ho=39.85m。

2.7.3 灌溉系統水泵設計揚程，應按式（9）計算

式中：HP—灌溉系統水泵設計揚程，單位為m；HO—管道系統設計工作揚程，單位為m；ZO—管道系統進口高程，單位為m；Zd—機井動水位，單位為m；∑hfo、∑hjo—分別為水泵吸水管進口至管道系統進口之間的管道沿程水頭損失與局部水頭損失，單位為米，經計算10m長無縫鋼管水頭損失為1.30m。

經計算Hp=39.85+219.28-209+1.3=51.43m。為了保障供水可靠，一般取井泵的總揚程H=1.15Hp=59.14m。

2.8 水泵選型及動力機配套

按“低壓灌溉輸水灌溉管網設計揚程”計算結果選擇水泵型號，具體結果見表3。

表3 水泵型號結果表

2.9 提灌站布置

提灌站設在劉沃村五星水庫南岸，首部樞紐設置在機井管理房內，管理房內設控制、保護和測量設備，包括控制閥、空氣閥、逆止閥、水表、配電柜等。

2.10 管網、管件及連接

工程建設低壓管道節水灌溉面積46.67hm2，結合1:500地形圖，經現場查勘和分析論證，管系布置采用干支二級管路，干管由泵房向南沿村道布設，施工按照測量時現場所留樁號鋪設，支管根據項目區現場布置，給水栓間距80m。

水泵的進出水管、閥件連接段采用DN100無縫鋼管，總長15m；結合現場調查情況，村道有大型運輸車輛通行，地面車輛荷載較大，輸水管網干管選球墨鑄鐵管DN150，總長1050m；支管選用硬聚氯乙烯硬塑料（PVC-U）管DN110，總長1555m；支管每隔80m設給水裝置一套，包含連接三通、立管、給水栓，給水栓采用G1Y5-S型球閥移動式A型,共計19個；每個給水栓配套聚乙烯薄膜塑料軟管（LLDPE）50m,共計950m。

PVC-U管及管件均采用加彈性密封圈承插連接；鑄鐵管采用承插連接，用橡膠圈密封止水；鋼管、閥門、水表均采用法蘭連接，給水栓采用承插連接，不同材料的管道均采用法蘭連接。

2.11 管槽開挖和管道系統安裝

管道鋪設采用溝埋式，管槽開挖應按照現場設置的測量控制網店進行，斷面采用梯形，槽底挖成弧形管床，保證密實平直。管底管頂均鋪設粗砂，管頂及兩側20cm范圍內回填土中不應有石塊、碎石及其它堅硬物。

管道按照前，清除管內雜物，先干管后支管，承插口在上游，承口在下游，依次施工，管線應平直，管底和槽底貼合良好。帶有承插口的塑料管按照廠家要求連接，隨后除接頭外應迅速覆土25cm進行初始回填。

2.12 試水回填

管道系統鋪設安裝完畢后，必須進行水壓試驗，符合設計要求后方可回填。管道系統試水前應做好下列準備工作：①安裝好測壓儀表；②認真檢查被測管道系統；③認真檢查被測管段覆土固定情況；試水壓力應為管道系統的設計工作壓力，保壓時間不應＜1h。試水不合格時應對管道采取修補措施，并在修補處達到預期強度后重新試水，直至合格。試水過程中，如未發生管道破壞，且滲漏量符合要求，即認為試水合格，可回填。回填應按設計要求和程序進行。采用分層壓實法時，回填密實度應不低于最大夯實密度的90%

2.13 設備的使用與維護

①應建立管理組織或明確專管人員，制定運行操作規程和管理制度；操作人員應經培訓合格后持證上崗；②灌水時，管道輸水灌溉系應先開啟給水栓和排氣閥，后啟動水泵并緩慢開啟水泵出水管上的閘閥充水，管道充滿水后，緩慢關閉排氣口；改換給水栓時，應先開后關；停灌時應先關閉啟動器，后拉電閘，然后關給水栓，同時借助進氣閥、安全閥或逆止閥防止產生水錘。分組輪灌時，當第一組完成輸水灌溉任務后，應先緩慢打開第二組給水栓，在緩慢關閉第一組給水栓；③各類閥門的開、閉應均勻緩慢；管道運行時，嚴禁突然關閉出水口，以防爆管和毀泵；④電氣設備操作維修應符合有關安全規定。

3 結語

提灌站工程的實施，既避免大水漫灌，也將在很大程度上減少地下水的過量開采，有效地防止地下水位逐年下降的趨勢，維持地下水位在適宜埋深范圍，避免引發環境地質災害，還可涵養水源，使地下水位回升，給作物的生長提供充足的水源保證。

提灌站工程的實施，對緩解當地水資源供需矛盾，提高灌溉保證率和農產品品質，促進農業結構調整和農村經濟發展具有重要作用。對改善項目區的生態環境、水資源環境、土地環境和生活環境、優化水資源配置都將起到巨大的促進作用，不會對環境產生不利影響，其環境效益十分顯著。