三原縣陵前鎮(zhèn)南塬灌溉供水項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)及水泵定型淺析

楊春艷

（陜西省涇惠渠灌溉中心，陜西 三原 713800）

1 項(xiàng)目區(qū)概況

三原縣位于關(guān)中平原腹地，素有八百里秦川“白菜心”之美譽(yù)。地理?xiàng)l件優(yōu)越，區(qū)位優(yōu)勢(shì)突出，南距西安、西距咸陽(yáng)、北距銅川、東距閆良等省內(nèi)大中城市均約30 km，處于得天獨(dú)厚的“弧心”位置。三原縣總面積576.9 km2，耕地面積53.7 萬(wàn)畝，轄10鎮(zhèn)4 個(gè)發(fā)展服務(wù)中心141 個(gè)行政村，是陜西關(guān)中“一線兩帶”建設(shè)的經(jīng)濟(jì)腹地和省會(huì)西安的北大門，同時(shí)也是陜西省重要的糧、棉、菜、果產(chǎn)區(qū)之一。

三原縣陵前鎮(zhèn)南塬灌溉供水項(xiàng)目區(qū)位于陵前鎮(zhèn)，地處三原縣城以北20 km 處，三馬公路、張陵路、安陵路與鎮(zhèn)干路縱橫交錯(cuò)，交通便捷，區(qū)位優(yōu)越。東隔趙氏河與富平縣淡村鎮(zhèn)相望，南與西陽(yáng)鎮(zhèn)毗鄰，總面積15 km2，涉及柴窯、口外、鐵家、五泉東村等4 個(gè)行政村14 個(gè)村民小組，總?cè)丝?698 人，總耕地面積11006 畝。

2 項(xiàng)目區(qū)存在的主要問(wèn)題

旱災(zāi)一直居三原縣氣象災(zāi)害之首,且多發(fā)生在水利設(shè)施條件薄弱及水資源貧乏地帶，如嵯峨鎮(zhèn)天齊塬、新興鎮(zhèn)南部、陵前鎮(zhèn)西部、南部和四十里塬坡地帶。陵前鎮(zhèn)南塬項(xiàng)目區(qū)位于白鹿塬塬邊地段,因排泄強(qiáng)烈,深部斷層集漏,為貧水地段。地下水位于深層水位在120 m 或250 m以下的中下更新統(tǒng)黃土層及洪積湖相巖層中，單井涌量10 m3/h 左右,除滿足人畜飲水外，僅能滿足少量耕地灌溉需求，一遇大旱，農(nóng)作物因無(wú)法灌溉而遭受減產(chǎn)損失，甚至絕收。

3 設(shè)計(jì)方案的確定

綜合當(dāng)?shù)刈匀粭l件、耕種條件和社會(huì)發(fā)展情況，合理確定灌溉標(biāo)準(zhǔn)和供水規(guī)模，以解決項(xiàng)目區(qū)8000 畝農(nóng)田灌溉，同時(shí)兼顧長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需要，確?？购祽?yīng)急工程長(zhǎng)期有效發(fā)揮效益，以合理的建設(shè)投資，后期運(yùn)行費(fèi)用，確定供水方案。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，確定在涇惠渠一支渠15+300 處修建引水閘，向北引至泵站區(qū)，修建前池，水泵（輸水管樁號(hào)0+000 處）抽水向北輸至朱洪路以南（輸水管樁號(hào)1+260 處），然后東拐至樁號(hào)1+580 處向北，2+230 處開始上塬，至2+375 處鋪至塬頂；輸水管上塬后，繼續(xù)向北輸水至5+910 處輸水管結(jié)束。輸水管3+070～5+910 期間，根據(jù)灌溉實(shí)際情況，埋設(shè)支管，支管根據(jù)實(shí)際布置出水口，工程布置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 工程布置示意圖

（1）設(shè)計(jì)抽水流量

因涇惠渠水質(zhì)僅能滿足大田玉米、小麥的灌溉要求，根據(jù)設(shè)計(jì)水平年項(xiàng)目區(qū)灌溉制度表（表1）查得玉米在播種、抽穗開花期用水集中，時(shí)間較短，所以流量計(jì)算：

表1 設(shè)計(jì)水平年項(xiàng)目區(qū)灌溉制度表（2016年、設(shè)計(jì)保證率75%）

式中：Q 為規(guī)定時(shí)間內(nèi)需要的流量，m3/s；m 為灌水定額；25 m3/畝；A 為灌溉面積，8000 畝；b 為作物種植比例；90%；η 為斗渠以下灌溉水利用系數(shù)，涇惠灌區(qū)一般取0.8；t1為規(guī)定的天數(shù)，取18 天；t2為每天運(yùn)行的時(shí)間，h，取22 h。

經(jīng)計(jì)算，Q=25×8000×0.9/（0.8×18×22×3600）≈0.16m3/s=576m3/h。

（2）機(jī)組數(shù)量及管道布設(shè)

考慮到資金預(yù)算、建成后管理方便程度，及三原縣其他抽水泵站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，抽水站按兩臺(tái)泵設(shè)置，每臺(tái)泵抽水流量Q=288 m3/h。雙泵并管，鋪設(shè)管線1 條。

（3）輪灌組劃分

圖2 管網(wǎng)平面布置圖

根據(jù)管道布置實(shí)際情況，為保證水泵能夠在高效區(qū)工作，支管采取輪灌的方式，雙泵運(yùn)行時(shí)，同時(shí)開啟4 條支管，開啟順序?yàn)樽钌嫌魏妥钕掠畏謩e開啟兩條支管，依次向中區(qū)輪灌；每條支管每次僅開一個(gè)出水口，支管流量為144 m3/h。

灌溉時(shí)按照相應(yīng)的輪灌組打開支管進(jìn)口閥門，灌溉結(jié)束后關(guān)閉支管進(jìn)口閥門，嚴(yán)禁支管進(jìn)口閥門在不灌溉時(shí)段打開，以免支管在靜壓水頭作用下出現(xiàn)爆管。

（4）管材的選擇

經(jīng)勘察測(cè)量，涇惠渠一支渠15+300 處設(shè)計(jì)渠底416.631 m。40 m 長(zhǎng)D60“U”型渠道引至泵站前池，已知引渠比降1/300，故引水閘至引水渠末端高程下降0.133 m；D60“U”型渠流量0.16 m3/s，比降為1/300，所以引水渠水深0.33 m；由此得出泵站前池水位高程為：416.631+0.33-0.133=416.828 m。

新興塬底地面高程為443.86 m，塬頂?shù)孛娓叱?01.93 m，最遠(yuǎn)出水口水面高程553.5 m，即前池水面至最遠(yuǎn)出水口水面高程相差553.5-416.828=136.672 m；前池水面至新興塬頂?shù)匦胃卟顬?01.93-416.828=85.102 m。

表2 雙泵輪灌組劃分及工況分析表

經(jīng)綜合比較，本工程的輸配水管泵站至塬頂輸水管采用鋼管；其余采用de200～de400 的UPVC 管，在過(guò)路處套大一個(gè)或兩個(gè)級(jí)別鋼套管。

（5）管徑的確定

式中：D 為管道內(nèi)徑，mm；Q 為設(shè)計(jì)流量，m3/s，輸水干管0.16 m3/s、0.08 m3/s；支管0.04 m3/s；V 為管內(nèi)流速，m/s，取1.5 m/s。

經(jīng)計(jì)算得：D=185 mm～369 mm。經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，0+000～2+435段輸水管道采用DN400×11mm 無(wú)縫碳鋼管（Q235A20）；上塬后2+435～4+690 段鋪設(shè)de400×15.3 mm、PN=1.0 MPa 的UPVC 管；4+690～5+910 段鋪設(shè)de315×9.2 mm、PN=0.63 MPa 的UPVC 管；3+070～5+910 區(qū)間鋪設(shè)de200×5.9 mm、PN=0.63 MPa 的UPVC管20 條，其中20 支管管長(zhǎng)1000 m。

（6）水泵選型

1）揚(yáng)程確定

①地勢(shì)高差H

由上述可知泵站前池水面高程與最遠(yuǎn)出水口水面高程相差為136.672 m。

②管道沿程損失hf

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，灌溉輪灌組確定為：雙泵運(yùn)行時(shí)，同時(shí)開啟4 條支管，開啟順序?yàn)樽钌嫌魏妥钕掠畏謩e開啟兩條支管，依次向中區(qū)輪灌；每條支管只開一個(gè)出水口；單泵運(yùn)行時(shí)，開啟順序?yàn)樽钌嫌魏妥钕掠畏謩e開啟一條支管，依次向中區(qū)輪灌；每條支管只開一個(gè)出水口。

管道沿程損失公式：

式中：f 為摩阻系數(shù)，鋼管采用6.25×105，UPVC 管采用0.948×105；L 為管長(zhǎng)，m；Q 為流量，m3/h；雙泵運(yùn)行576 m3/h；m 為流量指數(shù)，鋼管采用1.9，UPVC 管采用1.77；b 為管徑指數(shù)，鋼管采用5.1，UPVC 管采用4.77；d 為管道內(nèi)徑，mm。

按雙泵運(yùn)行時(shí)，水力損失最大的①輪灌組進(jìn)行計(jì)算，輸水管沿程損失情況為：0+000～2+435 段DN400 無(wú)縫碳鋼管2435m，流量576m3/h，hf鋼=19.15m。上塬后，2+435～3+070段de400UPV輸水管長(zhǎng)635m，流量576m3/h，hf1=2.62m；3+070～3+270段de400UPVC輸水管長(zhǎng)200m，流量432 m3/h，hf2=0.5m；2 支管至19 支管間分為兩段：3+270～4+690段de400UPVC輸水管長(zhǎng)1420m，流量288m3/h，hf3=1.72 m；4+690～5+910 段de315UPVC 輸水管長(zhǎng)1220m，流量288 m3/h，hf4=4.21m；20 支管de200UPVC 管長(zhǎng)hf5=8.85m。所以雙泵運(yùn)行時(shí)，管道沿程損失hf=19.15+2.62+0.5+1.72+4.21+8.85=37.05 m。

表3 泵性能參數(shù)表

③管道的局部水頭損失hj

管道的局部水頭損失按沿程損失的10%計(jì)算，故：hj=37.05×0.1=3.7m。

所以，泵所需揚(yáng)程=H+hf+hj=136.672+37.05+3.705=177.422m。

2）確定泵型

經(jīng)篩選比較，水泵型號(hào)采用D280-43/84×4型臥式多級(jí)離心泵，電機(jī)型號(hào)為Y355M-4/200，見(jiàn)表3。

3）水泵工況分析

由圖3 可知，雙泵并聯(lián)時(shí)的工作點(diǎn)為流量Q=506 m3/s,揚(yáng)程H=168.8 m，根據(jù)同比例法推算水泵運(yùn)行效率η=77.9%。即水泵選型合適。

圖3 水泵工況分析圖

（7）水錘的防護(hù)措施

確定在水泵泵房首部安裝多功能控制閥保護(hù)機(jī)組安全，在管路2+230 處安裝一臺(tái)DN400、JD745X-25 的多功能控制閥，在2+430 處安裝一臺(tái)DN400、HH44W、壓力等級(jí)PN=1.6 MPa 的逆止閥，并配置相應(yīng)的空氣閥。

4 結(jié)語(yǔ)

本文僅對(duì)雙泵運(yùn)行時(shí)的工況進(jìn)行了分析，其實(shí)還可以對(duì)單泵運(yùn)行進(jìn)行分析。我們往往通過(guò)地勢(shì)高差+沿程損失+局部水頭損失所計(jì)算的揚(yáng)程來(lái)選擇水泵，但是水泵的額定流量、揚(yáng)程并不是工程水泵運(yùn)行時(shí)真正的數(shù)據(jù)反映，而是要進(jìn)行水泵工況分析，通過(guò)供水系統(tǒng)在需水量不同時(shí)所對(duì)應(yīng)的Q-H 曲線與水泵的額定曲線的交點(diǎn)，才更接近于水泵運(yùn)行時(shí)真正的數(shù)據(jù)狀態(tài)。三原縣2015年抗旱項(xiàng)目實(shí)施后，不僅可以改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)條件，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收，帶動(dòng)和促進(jìn)全縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)又好又快的發(fā)展，還可以使群眾生產(chǎn)生活水平得到顯著提高，有力地推動(dòng)全縣農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，促進(jìn)全縣農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)；另外對(duì)改善生態(tài)環(huán)境發(fā)揮具有重要的作用，農(nóng)田水利工程建設(shè)使農(nóng)業(yè)單產(chǎn)有了較大提高，傳統(tǒng)的廣種薄收開始讓位于精耕細(xì)作，促進(jìn)當(dāng)?shù)氐幕牡剡€耕，這對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境走向良性循環(huán)具有不可替代的作用。