武威市某教學實習基地管灌工程設計

程斌斌

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅 蘭州 730070）

1 項目概況

該教學實習基地占地面積24.107 hm2，總灌溉面積20 hm2，有效灌溉面積16.667 hm2，地勢平坦，耕地集中。為了更好地適應學校發展需求，提高教學實習基地內土地、房屋和設施等資源的使用效益，更好地體現科研與教學相結合的規劃原則，保證科研灌溉用水，提高試驗站作物產量，對教學實習基地的低壓管道輸水灌溉系統進行了設計。

2 灌溉制度及方法

2.1 灌溉制度

灌溉制度根據區域降水量及作物的需水要求、生長規律，參考當地灌溉試驗資料及周邊地區管灌試驗成果綜合制定（表1）。灌區主要種植小麥、玉米等糧食作物。灌區灌水延續時間10～50 d，灌水14 h/d，灌水3～9 次，凈灌溉定額3 510 m3/hm2，灌溉水利用系數0.65，毛灌溉定額5 400 m3/hm2。

2.2 灌溉方式

設計灌溉流量較大，采用輪灌方式[1]。經計算確定輪灌組數為3 組，同時工作的出水口為16 個。編組：支1 為第1 輪灌組，支2 為第2 輪灌組，支3 為第3 輪灌組。

3 工程規劃

3.1 目標

改進灌溉方式，提高作物產量和科研教學質量；通過平整田塊，修建道路、林帶及深耕、培肥等土壤改良工程使土壤肥力大幅度提高，改善耕作條件，提高耕地質量；優化土地利用結構，提高土地利用效率和產出率；結合項目區實際條件，因地制宜地實施田、水、路、林綜合治理，配套、完善項目區農業生產基礎設施，改善農業生產條件；增加林地面積，提高項目區綠化率，改善區域生態環境。

3.2 工程設計

項目區設計凈灌溉面積16.4 hm2，采用低壓管道灌水方式。以之前修建的水池為灌溉水源，水池池底高程1 761.8 m，共布設干管3 條1 310.4 m，支管11 條1 341.9 m，豎管48 條長48 m，出水口48 座。

3.2.1 管網布局 布局原則：以新建蓄水池為核心，統一規劃，合理布局，全面配套，統一管理，高效發揮工程效益。依據地形、地塊、道路等情況布置管道系統，力求線路最短、控制面積最大，便于機耕及管理。管道盡可能雙向分水，以節省管材，沿路邊及地塊等高線布置。為方便澆地、節水，采用小畦灌溉。管線盡量平順，減少起伏和折點。

布置形式：根據項目區地地形條件和輸水管網布置原則，在項目南北區各布置1 條干管，分別控制南北2 個灌溉片區。干管從項目區西南側蓄水池開始，沿主干道分為兩路，經支管連接各田塊，沿線分別向各地供水。項目區共分干、支2 級固定管道輸水，管道全部埋設，埋深1 m。

管、支管2 級管道均實行續灌[1]，主要技術參數參考相應規范[2]。

3.2.2 管網系統設計

3.2.2.1 灌溉系統運行管理。綜合考慮項目區作物灌溉制度、灌溉水源、供水量等因素，1 干管控制支管3 條，出水口18 座；2 干管控制支管4 條，出水口19 座，3 干管控制支管4 條，出水口11 座。管網系統布置及材料用量見表2。灌溉系統干管、支管固定，支管上每隔30 米設置1 個出水口，出水口采用雙向控制，兩側沿田埂方向灌水。

為了保證管道系統的安全，水泵開機前須先打開出水口進行排氣，以防憋壞管道；灌完一個控制點后，出水口關閉前應先開啟下一個要灌的出水口；整個系統全部灌完后，先關閉水泵，再關閉出水口閥蓋。

3.2.2.2 管道設計流量根據式（1）確定。

式（1）中Q 設為灌溉設計流量，m 設為灌水定額，A 為灌溉面積，T 為灌水周期，t 為日工作時間，η 為灌溉水利用系數。由表3 可知，系統設計流量為5.6～18.2 m3/h，為保證灌水效率支管流量確定為20 為m3/h，干管流量確定為60 m3/h。

表2 管網系統布置及材料用量

表3 各管道系統設計流量計算結果

3.2.2.3 管材比選?？捎糜诠艿垒斔墓懿妮^多，按管道材料可分為塑料管材、金屬管材和水泥管材等。水泥管材的優點是耐腐蝕、使用壽命長，但性脆易斷裂、管壁厚、重量大、運輸安裝不便。金屬管材主要有鋼管和鑄鐵管，優點是能承受較高的工作壓力，耐壓大于1.0 MPa，鋪設簡便；缺點是重量大、價格高、易生銹，使用壽命短（鋼管不超過20 年，鑄鐵管不超過30 年），鋼管埋設在地下時需進行防腐處理。常用的塑料管有聚氯乙烯管（PVC）、聚乙烯管（PE）和改性聚丙烯管（PP）等，優點是重量輕、便于搬運、容易施工、能適應一定的不均勻沉降、內壁光滑、不生銹、耐腐蝕、水頭損失小、容易維護，缺點是存在老化脆裂問題，隨溫度升降變形大。經綜合比較，設計選用PVC 管。

3.2.2.4 管徑選擇。管徑計算方法參考文獻[3]。經計算支管管徑為76.8 mm，可選用110 mm 的薄壁PVC管。干管管徑為132.9 mm，可采用160 mm 的薄壁PVC 管。

3.2.2.5 工程等別和標準。該工程為Ⅴ等小（2）型工程，主要建筑物按5 級設計，次要建筑物按5 級設計，防洪標準按10 年一遇洪水設計，建筑物按7 度設防。

3.2.2.6 管網水力計算。管道系統最大工作水頭、最小工作水頭和沿程水頭損失參考趙振興[3]的計算方法。灌溉系統的管路較平順，局部損失主要由進口、三通、彎頭等局部阻力產生，按沿程水頭損失的10%計算。經計算，Hmax=9.01 m，Hmin=5.04 m。

3.2.2.7 附屬設施。放水口：放水口由連接三通、豎管、給水栓、分水池4 部分組成，連接三通采用鑄鐵雙袖套三通，將地下管道與豎管連接，把水引出地面，豎管采用DN90 的PVC 管，管頂超出地面20 cm安裝給水栓，分池設在進地一側，采用C15 砼現澆，長50 cm、寬40 cm、凈高22 cm。

給水栓：根據設計流量、壓力及半固定式管灌系統的特點，多功能給水栓全部采用上下分體裝置，下體固定，上體可接軟管，規格為DN90。

閘閥：自流區在分水閘下游設置進（排）氣閥，型號為P724W-4T。根據工程需要，按不同管徑設置閘閥，規格為DN90～160，型號Z45T-10。固定管道在安裝各類閥件的部位均設置閘閥井，閥井較深，且多閥混裝在1 個井內，所以閘閥井設計成2 種尺寸。大管道分水閥及排氣閥混裝在一起，閘閥井為大閥井，小管道分水閥井及排氣閥井均為小閥井。管灌區共布置閘閥井15 座，其中大閥井3 座、小閥井12 座。閥井、檢查井均為圓形，采用M7.5 水泥砂漿磚砌，大閥井內徑200 cm，小閥井內徑150 cm，壁厚均為24 cm，高度根據地形確定，底板采用C15 砼現澆，厚15 cm。井蓋為預制C20 砼鋼絲網水泥板，厚5 cm。為防止冬季井內閘閥凍壞，應在井蓋上敷土0.5 m。

鎮支墩：壓力管道豎直方向的坡度大于1∶3，水平方向的偏角大于10°時設置鎮墩。鎮墩用C15砼現澆，長×寬×高為（1.1～1.4 m）×（1.0～1.2 m）×（1.1～1.4 m）。支墩在閘閥底部及給水豎管下部設置，尺寸0.3 m×0.3 m×0.3 m。

蓄水池：實習基地南片區有2.5 萬m3的矩形蓄水池1 座，長180 m、寬60 m、凈深3 m。經維修改造，基礎為C15 砼墊層，厚10 cm；下設10%水泥土墊層，厚50 cm，其下原土夯實100 cm，要求干密度不小于1.60 g/cm3。

管道埋設：實習基地項目區灌溉面積16.4 hm2，劃分為2 個區域，北片區面積6.667 hm2，南片區面積9.733 hm2，都從蓄水池取水，分3 條干管，干管上按“T”字形接2 條分干管，支管垂直于分干管按“E”字形布置。固定式管道分為干、支2 級布置，全部采用埋設，埋深大于1 m，支管間距100 m。支管設出地三通、豎管和給水栓控制灌溉，給水栓多為雙向分水，間距30 m，地面采用地頭溝輸水進地[4]。共鋪設干管3 條1 310.4 m，支管11 條1 341.9 m，設計管道承壓等級為0.63 Mpa，安裝給水栓48 個，各類閥件63 個，布設閘閥井15 座。

3.2.3 水利設施設計

3.2.3.1 泵站設計。原有泵房年久失修、損壞嚴重。經計算在蓄水池東南角重新建造一座泵站，并配套相應的機組。

泵房土建：根據泵站設計規范要求和機組、配電設備情況，設計泵房2 間，其中水泵間1 間、配電間1 間。泵房結構形式采用條形磚基，埋深1.5 m，基礎座落在黃土層上，原土翻夯1.0 m，壓實系數不小于0.95，其上鋪設厚0.5 m 的10%水泥土墊層。外墻體厚0.3 m，內墻體厚0.20 m，節點設0.30 m×0.30 m的構造柱，頂、底圈梁截面尺寸（0.20～0.30）m×0.3 m，屋面用C25 鋼筋混凝土現澆，厚0.12 m，按保溫防水屋面處理。散水及室內地坪采用C15 砼現澆，厚10 cm。

機組選型：項目區采用農灌水泵2 套，機組型號為ISW80-100(I)A/ISW80-100(I)，水泵流量89 m3/h，揚程10 m，配套電機功率4 kW，1 備1 用。水泵提水流量應大于管網最高日最高時供水流量，考慮到工程有2.5 萬m3調蓄水池1 座，因此水泵提水流量可根據實際情況加大，以減少水泵機組的運行時間。

進水池設計：進水池利用原有泵站旁的蓄水池。

3.2.3.2 閘閥井設計。閘閥井分為分水閥井和控制閥井2 種，分水閥井布置在干管與支管連接處，控制閥井布置在支管上。閥井間距150 m，共設計閘閥井44 座，其中分水閥井15 座、控制閥井29 座。閥井均采用M7.5 水泥砂漿磚砌，井底采用現澆C15 砼，厚度0.15 m，內徑2.0 m，深1.6～1.95 m?；A原土翻夯處理，厚1.0 m，干容重不小于1.60 t/m3，其上用水泥土夯填。

3.2.3.3 其他水利設施設計。灌溉結束后，為方便維修、防止凍害，需排空管內存水，因此每個支管末端設置1 個泄水閥，后接泄水井。

3.2.4 排水工程 由于項目區年降雨量僅為300 mm，蒸發量極大，土壤干燥，下滲強度較大，降雨時難以形成地表徑流，因此不再單獨規劃排水系統。