盱眙縣姬莊灌區(qū)節(jié)水配套一級站改造設(shè)計研究

李 卉，趙 燕，雷 寧，楊 濤，茆福文

（淮安市水利勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇 淮安 223001）

1 工程概況

姬莊灌區(qū)位于盱眙縣西北部丘陵區(qū)，北濱洪澤湖，西接橋口灌區(qū)，南至仙墩湖，西至下草灣，總面積98.0 km2，總耕地面積7 666.67 hm2，設(shè)計灌溉面積4 880 hm2，現(xiàn)狀有效灌溉面積3 933.33 hm2。灌區(qū)涉及管仲、淮河2 個鎮(zhèn)、31 個村，人口9.66 萬人，其中農(nóng)業(yè)人口5.84 萬人。灌區(qū)地面高程在12.5～44.2 m，崗沖交錯，高崗地起伏較大，沿河、湖周邊地勢平坦，土質(zhì)多為黏土，適宜種植水稻、小麥、玉米等多種作物。灌區(qū)為提水灌區(qū)，水源主要是經(jīng)一、二級提水泵站引洪澤湖水灌溉以及南部部分地區(qū)經(jīng)興隆水庫和陡湖引水灌溉。灌區(qū)現(xiàn)有干渠5 條，總長度15.3 km；支渠19 條，總長度35.64 km；斗渠共121 條，總長度61 km。灌區(qū)現(xiàn)有灌溉建筑物共168 座、排水建筑物共82 座。

盱眙縣姬莊灌區(qū)原隸屬于盱眙縣鮑管灌區(qū)，1979 年建成姬莊一、二級站后，自成一套獨立灌溉體系，現(xiàn)為江蘇省重點中型灌區(qū)之一。經(jīng)過多年的治理建設(shè)，灌區(qū)灌排渠系已形成，發(fā)揮了工程效益，促進了灌區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。但隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和高新農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及灌區(qū)工情、水情、農(nóng)情的不斷變化，原灌排工程缺乏更新改造，工程老化損壞，建筑物設(shè)計標準偏低，尤其是姬莊一、二級2 座提水泵站損壞嚴重，已無法正常運行，難以滿足灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和工程安全運行的要求[1-3]。

2 灌區(qū)骨干工程存在的問題

由于工程年久失修、配套殘缺，致使工程保證率和灌溉效益逐年衰減。目前，灌區(qū)存在的主要問題如下。

（1）工程設(shè)計標準低，建筑物的引、排水能力不能滿足要求。姬莊灌區(qū)投入運行已40 a，現(xiàn)有建筑物大多建于20世紀70年代前后，當(dāng)時大多按集體方式進行農(nóng)田生產(chǎn)，水稻栽插以村組分塊，灌溉制度大多采用續(xù)灌模式。農(nóng)村實行聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制后，農(nóng)村產(chǎn)業(yè)化進程不斷加快，水稻栽插期由原來的40 d左右縮短到10 d左右、泡田期縮短至4～7 d，水稻栽插高峰期用水量顯著增加，建筑物的引排水能力無法滿足要求。

（2）水源泵站年久失修，引水能力嚴重不足。目前，灌區(qū)主要有6 座提水泵站，機泵設(shè)備老化，損壞嚴重，能耗大、效率低，根據(jù)調(diào)查，姬莊一、二級站提水能力僅為原設(shè)計流量的40%左右。其中，姬莊一級站現(xiàn)狀泵型為離心泵，電機總功率920 kW，共7 臺機組，現(xiàn)僅有3 臺機組可用，原設(shè)計流量為3.5 m3/s，現(xiàn)實際流量僅為1.2 m3/s。

（3）渠道未護砌，坍塌、淤積嚴重。由于部分渠道比降較大，且現(xiàn)狀渠道均為土渠，根據(jù)本公司的地勘資料，土質(zhì)穩(wěn)定性差，且現(xiàn)狀渠道邊坡沖刷坍塌嚴重，導(dǎo)致渠道淤積嚴重，輸水能力下降，水土流失嚴重，渠系水利用系數(shù)低，目前灌區(qū)渠系水利用系數(shù)為0.62左右。

（4）工程年久失修，配套不全，工程效益衰減，正常運行困難。灌區(qū)大部分骨干工程都已老化、損壞，不能正常運作，發(fā)揮不了設(shè)計效益，嚴重影響了灌區(qū)的正常灌溉。渠系配套建筑物整體完好率只有30%左右，干、支渠兩級建筑物完好率為30%，斗渠以下僅有30%左右。

（5）灌區(qū)水費收繳困難，難以維持正常運行。由于渠首泵站灌溉引水量及水位的嚴重不足，農(nóng)戶紛紛打井抽取地下水進行灌溉，一方面使得該地區(qū)地下水開采過量，影響了生態(tài)環(huán)境，另一方面導(dǎo)致水費收繳困難。根據(jù)姬莊灌區(qū)管理所近幾年管理狀況，每年正常收繳水費面積僅為333.33 hm2，管理經(jīng)費嚴重短缺，致使工程得不到應(yīng)有的維護，難以維持灌區(qū)的正常運行管理。

（6）管理手段落后，管理設(shè)施破舊。目前，灌區(qū)配水、量水和水情監(jiān)測全部采用人工手工操作，監(jiān)測設(shè)備缺乏，管理手段相當(dāng)落后。灌區(qū)群眾慣用“大鍋水”，節(jié)水意識淡薄，偷水、漏水現(xiàn)象嚴重，大大降低灌區(qū)的灌溉效益。灌區(qū)管理房屋破舊，部分房屋墻裂屋漏，不能適應(yīng)水利現(xiàn)代化的需要。

3 改造設(shè)計

3.1 工程等級及設(shè)計標準

本灌區(qū)灌溉面積小于2 萬hm2，符合中型灌區(qū)標準，按中型灌區(qū)標準進行以節(jié)水灌溉為中心的續(xù)建配套與節(jié)水改造。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017），本灌區(qū)工程屬中型Ⅲ等工程。灌區(qū)相關(guān)渠道工程設(shè)計流量均小于5 m3/s，工程等級均為5 級。姬莊一、二級站設(shè)計流量分別為4.77、3.36 m3/s，工程等級為Ⅳ級，屬小（1）型建筑物。其余配套建筑物均為Ⅴ級，屬小（2）型建筑物。排澇標準為10 a一遇。

3.2 水位與流量

姬莊一級站為姬莊灌區(qū)的渠首泵站，通過姬莊引河抽洪澤湖水至姬莊一級干渠進行灌溉。姬莊引河與一級站之間設(shè)有隔堤及進水閘。姬莊一級干渠灌溉流量為4.77 m3/s，補水流量為1.63 m3/s，灌溉期姬莊一級站可提前幾天向興隆水庫補水，考慮灌溉和補水不遭遇，則姬莊一級站設(shè)計流量為4.77 m3/s。

根據(jù)蔣壩站近20 a 灌溉期實測水位分析，85%保證率水位為11.45 m、95%保證率水位為10.98 m。一級站進水池上游側(cè)為一進水涵洞，考慮過洞水頭差15 cm，確定一級站進水池設(shè)計水位（85%保證率）為11.3 m、最低水位（95%保證率）為10.83 m。出水池水位根據(jù)田間典型點高程及渠道沿程損失推算確定，姬莊一級站出水池水位為25.30 m。

3.3 泵站設(shè)計

3.3.1 泵站總體布置

姬莊一級站為拆建泵站，由引河引洪澤湖水，通過進水涵閘引水至進水池。進水閘為1 孔2 m×2.5 m混凝土箱涵，設(shè)計流量5.5 m3/s，滿足一級站的設(shè)計流量要求。進水閘閘門采用鋼閘門配用螺桿啟閉機，攔污柵、洞身、閘門及啟閉機運行狀況良好。進水池為漿砌石結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)功能完好。故本次設(shè)計保留原有進水涵閘及進水池，拆建站身及出水池部分。拆建姬莊一級站中心線與原泵站中心線一致，泵站為原址拆建[4，5]。

泵站采用干室型泵房結(jié)構(gòu)型式，水泵選用4 臺700-580B 型雙吸臥式離心泵，配套315 kW 電機4臺，機組呈一列式布置（需要揚程曲線作于水泵流量揚程曲線圖上，如圖1所示）。站身底板順水流向長12.10 m、垂直水流向?qū)?6.50 m（含檢修間），站底板頂面高程為11.50 m，水泵安裝高程為10.26 m（葉輪中心高程），喇叭口中心高程為9.00 m，進水池底板面高程為8.00 m。泵站主廠房長26.50 m（含檢修間）、寬12.10 m，配電房長17.00 m、寬12.40 m，泵房地面高程15.00 m，屋面大梁下緣高程為23.80 m。

圖1 需要流量—揚程曲線

泵站主廠房北側(cè)設(shè)置檢修間，南側(cè)設(shè)置主變電室和高、低壓配電室以及辦公室和總控制室。泵站廠房檢修設(shè)備選用1 臺10 t 電動單梁起重機，凈跨10.50 m。機組檢修時，可以通過電動單梁起重機直接進入布置在站身一側(cè)檢修間；另外在檢修間內(nèi)配備1 臺5 t 手動葫蘆和2 臺3 t 千斤頂。泵站進水池采用原泵站進水池，受施工影響的現(xiàn)狀消力池擋墻采用鋼筋混凝土扶壁式擋墻型式恢復(fù)，擋墻底板頂高程8.00 m，墻頂高程14.60 m。扶壁墻底寬7.10 m，墻后設(shè)置排水孔。泵站進水采用DN800 mm 鋼管輸水，管道共計長約44 m；出水采用DN800 mm 鋼管輸水，管道共計長約152 m。出水池采用直立式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板頂面高程為21.50 m，頂高程為26.00 m，長11.80 m，寬20.40 m，接姬莊一級干渠。

3.3.2 泵站穩(wěn)定計算

（1）站身穩(wěn)定計算。姬莊一級站站身共計2 塊，穩(wěn)定計算取單塊底板站身整體作為計算對象，底板順水流向長度為12.10 m、垂直水流向?qū)挾葹?4.50 m。站身穩(wěn)定計算成果，詳見表1。由表1 可知，姬莊一級站地基反力不滿足規(guī)范要求，需進行地基處理。泵站底板落在素土層上，采用12%水泥土換填。

表1 泵站穩(wěn)定計算成果

（2）站身抗浮計算。站身抗浮計算成果，詳見表2。由表2 可知，姬莊一級站G向下＞G向上，故抗浮滿足規(guī)范要求。

表2 站身抗浮計算成果

（3）進水側(cè)翼墻穩(wěn)定計算。取進水池翼墻設(shè)計斷面為研究對象進行翼墻穩(wěn)定計算，考慮墻前墻后水頭差為0.50 m，計算成果詳見表3。由表3 可知，翼墻的抗滑、抗傾穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求，底板落在黏土或粉質(zhì)黏土層上，承載力滿足規(guī)范要求。

表3 進水側(cè)翼墻穩(wěn)定計算成果

4 結(jié)論

本次工程實施后，姬莊一級站出水池水位達到設(shè)計水位，可滿足灌區(qū)的自流灌溉要求，現(xiàn)狀眾多小型泵站將不再需要開機提水。同時，姬莊一級站的老舊機組得到改造，效率提高，經(jīng)姬莊灌區(qū)管理所統(tǒng)計測算，每年可節(jié)省電費5 萬元。項目區(qū)內(nèi)渠系水利用系數(shù)由原0.62 提高至0.69，農(nóng)田灌溉保證率達到85%，取得了較好的經(jīng)濟效益。