山東省德州市陵城區農田水利項目技術設計方案研究

許春芳

（德州市陵城區水利局,山東 德州 253500）

隨著三農政策的不斷深化推進，農業經濟得到迅猛發展，和農業生產的機械化發展相比，農業水利設施建設相對滯后。相關部門需提高對農田水利工程的重視，為農業生產提供基礎保障。

1 山東省德州市陵城區農田水利項目概況

陵城區位于山東省德州市西北部，共有48.6 萬農業人口，耕地面積117 萬畝。為保障糧食安全、增加農民收入、推動農業經濟發展、改善農村生態環境，陵城區從2010 年開始，開展大量農田水利工程項目建設，取得較為理想的經濟效益、社會效益及生態效益。陵城區于2018 年投入大量資金開展農田水利項目建設，宋家鎮、糜鎮、鄭家寨鎮被選為農田水利項目縣專項資金項目。項目區域的地質條件為黃河沖擊平原孔隙水文地質區，區域的水層巖性以粉細砂及細砂為主，是主要糧食種植區，農田水利項目的開展，可切實解決“最后1 km”的問題，全面提升全區小型農田水利工程的建設水平，改善農田灌排條件，為糧食生長提供保障，發揮陵城區作為山東省糧食生產基地的功能[1]。

為強化農田水利項目的整體效益，相關單位在專項補助資金項目建設中，優化工程總體規劃與技術方案。總體規劃包括首部樞紐布置、管網布局及排水、建筑物布置三項工作，計劃設計三個高效節水灌溉工程、獨立灌溉系統及水情信息化系統。

2 農田水利項目技術設計方案

結合項目總體規劃，陵城區農田水利項目包括六個部分，分別是小型水源工程、高效節水灌溉工程、排水溝、生產橋、閘涵、信息化工程。

2.1 小型水源工程設計方案

以農田水利項目中小陳家村1 號泵站為例，分析小型水源工程設計方案。該泵站覆蓋的農田灌溉面積為204 畝，總設計流量為78.4 m3/h，配置一條干管及一套潛水泵。泵站工程以進水建筑物和閥井為主，設計人員將在河道區域設置進水池的開口，開口呈喇叭口型，并在進水池內配置立式潛水泵。為保障結構的穩定性，選擇C25 混凝土作為基礎，配置M10 漿砌石擋土墻。根據施工現場的各項參數，按照下式計算揚程：

經計算，H=7.33+1.1×5+6.5=20.84 m。根據揚程要求及泵站的灌溉面積要求，選擇200QJ100-36 型號的水泵，設計揚程為20.84 m，設計流量為78.4 m3/h，電機功率為15 kW。

同時，為保障泵站的穩定可靠運行，設計人員進行相應電氣設計，結合機電井運行需求，將泵站的負荷確定為三級，選擇10 kV的架空線供電，每六臺小型泵站配置一臺變壓器，計算所得的變壓器電容量為76.8 kVA。基于該要求，選擇SC11系列變壓器，容量為80 kVA，變壓器的接線方式設計為單母線不分段。為確保水泵運行參數符合規范要求，將水泵機組的啟動方式設計為全壓直接啟動，在每臺水泵中配置一臺射頻卡控制器，實現水泵運行參數的有效控制。

2.2 高效節水灌溉工程設計方案

以小陳家1#泵站的管網為例，將四分干作為水源，灌溉覆蓋面積為204 畝，為保障泵站灌溉效率，將泵站管網設計為干管和支管兩個等級，在泵站南部區域，布設干管，在干管下以垂直方式布設支管，支管間距離控制在120 m～150 m；在支管中設置給水栓，給水栓間的距離控制在40 m～50 m。

結合項目施工區域的農作物用水要求，根據小麥日需水量計算灌水定額及灌水周期，灌水定額設定為40 m3/畝，灌水周期為8 d；結合水源的地理位置、農作物種植狀況、地面坡度等因素，按照梳齒形布置灌溉管網，給水栓雙向分水，以干支管續灌、斗管輪灌方式灌溉；結合上述布置條件，計算干管的流量為78.4 m3/h，毛灌水定額為50.29 m3/畝，一次灌水延續時間為12.6 h；結合灌溉系統參數，將干管的直徑設定為Φ160 mm，支管直徑設定為Φ125 mm。在明確管道的各項參數后，需合理選材。常用管材包括鋼管、鑄鐵管及PVC管等，前兩者的成本較高，且抗腐蝕性較低，適用于山丘陡坡等區域；后者的適用性更強，成本較低，且抗腐蝕性強，便于運輸與安裝，所以該農田水利項目選擇PVC管材[2]。

另外，在高效節水灌溉工程設計中，需做好田間配套工程設計，主要設計內容有以下幾點：（1）官網排水口與排水閥池。在管網分干管的尾部設置放水口，配置同樣管徑的閘閥，用于排空管道內的水，避免冬季降溫管道內的水凍結成冰，導致管道膨脹；（2）閥門保護池。在閥門位置配置預制鋼筋混凝土保護池，避免閥門受破壞；（3）給水栓保護池。選擇Φ125 出水口，選擇與閥門保護池同樣的保護結構；（4）鎮墩。在管網中干管的出口和轉彎部位設置鎮墩，選擇C25混凝土作為施工材料，對于管道和溝壁間的空隙，需使用同樣強度的混凝土填充，混凝土的填充高度至少大于管道外徑20 cm，寬度至少大于接口外側20 cm。

2.3 排水溝設計方案

本項目選用明溝排水系統，溝渠不僅用于排水，還用于灌溉，設計人員根據排澇設計流量進行設計。在農田水利工程建設區域中，當地農戶自發挖掘農溝，設計人員將其為基礎，垂直設計斗溝，按照當地的地形條件和灌溉覆蓋面積，長度控制在1500 m左右，間距控制在500 m～600 m內。排水溝的形式設計為梯形斷面土質渠，在周圍種植林草作為護坡。按照5年一遇，一日暴雨，2 天排出的標準，收集山東省暴雨徑流關系分區圖，計算排水溝的徑流深，其數值為79.5 m，再根據平原排澇模數法計算排水溝的排水流量，結果見表1。

表1 農田水利項目排水溝的排水參數

另外，對于不同類型的排水溝，均采用恒定均勻流公式進行排水溝的斷面設計，設計時農溝水位和田面差值為0.8 m；農溝和斗溝、斗溝和支溝連接位置的水位跌差按照0.1 m計算；邊坡系數設計為1.5；糙率按照0.025 計算；縱坡坡降為1/3000；底寬取值為0.5 m。

2.4 生產橋設計方案

在該農田水利項目區，共有9 座生產橋，運行時間超過40 年，存在嚴重破損現象，為保障生產橋作用的有效發揮，該項目對生產橋進行改建處理。設計人員結合河道寬度等參數，重新設計4 座6 m跨砌石拱橋、3 座8 m跨砌石拱橋、1 座1 m管涵橋及1 座樁基礎板橋。

拱橋設計：不同跨度的拱橋橋面寬度均為6 m，荷載遵循農橋-Ⅱ級設計，矢跨比為1/4；拱圈厚度均設計為等截面圓弧拱，厚度為50 cm，選擇C30 鋼筋混凝土結構。6 m跨砌石拱橋的橋面設橫坡1%；8 m跨砌石拱橋的橋面設橫坡1.5%。

樁基礎板橋設計：橋梁的樁號為21+650，河底高程為8.78 m，排澇水位為11.48 m，橋長為52 m；橋梁的凈寬為6 m，兩側護輪帶為0.5 m，配置防撞護欄。橋梁基礎選用鋼筋混凝土樁柱式墩臺，橋臺選擇GYZF4-200×37 圓形四氟滑板橡膠支座，共鋪設三層橋面，分別為瀝青混凝土細粒、粗粒及現澆混凝土。

2.5 閘涵設計方案

以農田水利項目中糜鎮大孫家新建排水閘為例，分析閘涵設計要點。該排水閘的規格為2.5 m×2.7 m，包括上游段、鋪蓋段、閘室、洞身、消力池、海漫及防沖槽等部分。整個涵閘設計為開敞式模式，僅1 孔，凈寬設計為2.5 m，配置重力式墩墻；在閘室內部配置2.5 m×2.7 m的鑄鐵閘門，通過80 kN螺桿式啟閉機控制；在閘室上游配置長5 m、厚0.5 m的M 10漿砌石，邊坡比設計為1∶1.5；在閘室下游配置兩道消力坎，下游位置的邊坡和海漫均選用M10 漿砌石；海漫后方設置防沖槽，槽深設計為1 m。

2.6 信息化工程設計方案

為保障農田水利項目中灌溉水量和相關費用的準確計算，開展信息化工程設計，構建水情信息化系統，在水泵中配置取水計量一體機，與陵城區水務局內的控制中心連接，實現水泵灌溉信息的實時傳輸。水情信息化系統主要包括計算機、管理機、水電雙計智能灌溉控制器（取水計量一體機）、流量計、IC卡、無線傳輸網絡等部分。在農田水利項目覆蓋區域的所有水泵中，配置取水計量一體機，該設備具備語音提示、自動停泵、用水信息存儲、一機多卡、遠程監控、故障報警、定時上報等功能，有效提高水情監控的全面性及有效性。

水情信息化系統的邏輯結構見圖1，設計人員利用開放式協議語言設計系統平臺，引入OPP及圖形化可編程技術，將微軟作為系統的運行環境。同時，為農戶及主管部門使用便利，開發專屬手機APP，實現各項信息的實時獲取[3]。

3 結論

綜上所述，農田水利項目技術設計方案關系到工程作用的發揮，相關單位需做好工體規劃與單項工程設計工作。在陵城區農田水利項目中，設計單位結合工程狀況，進行小型水源工程、高效節水灌溉工程、排水溝、生產橋、閘涵、信息化工程的設計，為工程建設與管理提供有效指導。