某水庫灌區改造項目設計分析

王利永

（河南科平工程檢測咨詢有限公司，河南 封丘 453300）

0 項目概況

某水庫灌區節水配套改造工程總投資16 920.97 萬元，其中土建投資12 848.55 萬元。計劃總工期12 個月，于2014 年7月開工，2015年6月底工程全部完工。經水土保持分析評價修正后的工程總占地面積126.19 hm2，其中干渠改造工程占地105.71 hm2（利用原有渠道鋪設管道段占地52.28 hm2，管溝開挖段占地53.43 hm2），調蓄池占地5.58 hm2，施工臨時道路占地12.50 hm2，施工生產生活區占地2.40 hm2。

該水庫灌區節水配套改造工程干渠改造壓力管道鋪設開挖方8.70萬m3，回填方8.70萬m3，附屬設施和調蓄池開挖回填后的零星棄方就近利用或就近平鋪于梯田內。

1 干渠改造管網輸水系統設計

水庫灌區節水配套干渠改造工程主要包括：總干渠（樁號15+100～16+600）段、東干渠、西干渠、中干渠及和平分干改造工程，全部用壓力管道鋪設，共81.22 km，其中西干管23.06 km、中干管13.85 km、總干管（樁號15+100～16+600）1.50 km 及東干管27.51 km、和平分干管15.30 km。

1.1 管材、管徑選擇

各管材綜合比較分析，預應力鋼套筒混凝土管及加砂玻璃鋼管價格較為便宜，使用壽命長，安裝方便，特別適合于長距離輸水。硬塑料管造價最低，最適合田間低壓管道工程。鑒于水庫灌區節水配套干渠改造工程干管為大落差重力式管道，而田間為低壓管道系統。因此，本著經濟可行的原則，總干管（15+100～16+500）段、東、西干管均采用預應力鋼套筒混凝土管，跨渡槽段采用鋼管，中干管、和平分干管及田間支管采用PVC管道。管徑計算后干管、分干管：從總干渠末端開始，管材選用D800～D200 的預應力鋼套筒混凝土管。中干管、和平分干管及支管：選用D400～250的PVC-U管。

1.2 管網系統布置及斷面設計

1.2.1 管網總體布置

該水庫灌區節水配套改造工程項目區以水庫控制范圍為一個灌溉系統，以東、西干為主脈，在不改變現狀條田、林、溝、路布局的條件下，按照原灌溉體系布置，即干管及其支管均按照原東、中、西干渠及其支渠渠線布置。

1.2.2 壓力管道縱斷面設計

水庫灌區節水配套改造工程根據壓力管道布置方案，灌溉輸水管道縱向依據沿線地形條件，比降基本與管線地面坡降保持一致。現狀渠道護砌段，管道埋深以現狀渠底高程進行控制，其他需新開挖管溝段，管道平均埋深依沿線地形條件和管溝開挖深公式計算確定。

式中：B-管溝底部寬度，m；D—管道外徑，m；H—管溝開挖深度，m；h凍—最大凍土深度，0.60 m。經計算，管溝平均開挖深度按1.20 m進行控制。

1.2.3 管道基礎及橫斷面設計

該水庫灌區節水配套改造工程項目設計總干管（樁號15+100～16+600）段、東、西干管供水管道采用預應力鋼筒混凝土管，采用柔性接口，基礎采用粗砂墊層，管底砂墊層厚度為20 cm。管道敷設方式采用地埋方式，管道平均埋深1.20 m。施工開挖邊坡設計為1.00∶1.25。

2 管道附屬工程設計

管網附屬設施詳見表1。

表1 管道附屬設施匯總成果表

2.1 壓力前池

可研報告設計通過新建壓力前池將總干渠與西干管連接。壓力前池采用鋼筋混凝土結構，正方形，根據水力計算，壓力前池設計水位為651.86 m，壓力水頭4.36 m。根據對壓力的要求，井深為5 m，尺寸為6 m×6 m，進水管通過閥門與總干渠連接，出水管位于前池下端，通過三通分別與總東、西干管連接。

2.2 閥件井布置

為了保證輸水線路上閥件安全，閥件均布置在閥件井內，為了減少閥件井的數量和占地，多種閥件可緊湊的布置在同一井內。閥件井布置滿足各種閥件裝卸、操作及維修，根據閥件井不同的類型及功能，采用不同的斷面形式和結構尺寸。

2.2.1 調壓井

調壓井為鋼筋混凝土結構，正方形，與大氣相通，井內水面為自由水面，根據對壓力的要求，井深為5 m，尺寸為6 m×6 m，進水管位于減壓井下端，支管固定，管口朝下，水墊后約為2 m，減壓井上端設為無縫鋼管，管徑為DN250 鋼管，粗糙率為1.10×10-2m，可承壓0.60～1.80 MPa。共設置調壓井1座。

2.2.2 控制閥井

控制閥井一般布置在重力流管線的進口、叉管上下游和末端處。控制閥井為方形C25 鋼筋混凝土結構，根據管徑不同，井內尺寸也不同，井深視管道埋深而定，壁厚由井口尺寸和井深而定，井底板下部鋪設0.10 m厚素混凝土墊層，井底設0.50 m深的集水坑，井內對應進人孔處設置爬梯，控制閥井四周設欄桿，共布置控制閥井4座。

2.2.3 檢修閥井

檢修閥門的間距應根據管道復雜情況、管材強度、事故排水難易等情況確定，一般每5～10 km 宜設置1處；穿越大型河道、鐵路、公路進出口也考慮設置檢修閥，在安裝流量計等水力控制閥時也布置檢修閥，為了減少閥件井數量，檢修閥可與其他閥件結合布置在檢修閥井內。

東、西干管檢修閥井尺寸為3 m×3 m，中干管及和平分干管檢修井尺寸為2 m×2 m，根據沿線地形條件，井底高程低于管底高程0.80 m，檢查閥井進口高出地面30 cm。檢查閥井基礎采用C25鋼筋混凝土澆筑，厚30 cm，井四周采用C20現澆混凝土澆筑，厚25 cm，井蓋采用20 cm 厚的C20 預置混凝土板。共布置檢修閥井17座。

2.2.4 空氣閥井

為了滿足管線系統在啟動、檢修和正常運行過程中的進排氣要求，在管線縱斷面的上坡度變化凸頂點、長水平段等位置分別設置空氣閥井，進氣排氣閥井間距按500～800 m控制。

東、西干管空氣閥井尺寸為2 m×2 m，中干管及和平分干管空氣閥井尺寸為1.50 m×1.50 m，根據沿線地形條件，井口高出地面20 cm。排氣閥井基礎采用C25鋼筋混凝土澆筑，厚25 cm，井四周采用C20 現澆混凝土澆筑，厚20 cm，井蓋20 cm 厚的C20預制混凝土板。共設置空氣閥井135座。

2.2.5 排空閥井

運行檢修或事故工況時，為減少管道中的排水量，擬在管線的低洼處、主要溝、河處設置排水管、泄水閥及相應的排水設施。泄水閥間距根據排水時間及排水量計算確定，口徑取輸水管道直徑的1/5～1/4。在穿越重要鐵路、公路處分別設置泄水閥以便建筑物的檢修排水。共設置排空閥井16 座、排泥井11 座。

2.2.6 流量計井

流量計井布置在管道的進出口和分岔口處，以方便、準確地計量干支管和各分水口分出的水量，為動態控制提供數據支持。工程在各級輸水管線進口設置流量計1套，采用電磁流量計。為便于安裝檢修，加裝置與其規格、壓力相同的伸縮器，共設置流量計井13座。

3 調蓄池工程設計

3.1 工程布置

根據水庫興利調節計算成果可知，由于受水庫興利庫容的限制，水庫最大年可供水量為1 342.98 萬m3，需水量1 359 萬m3，缺水16 萬m3，供水能力不足。因此，可研報告設計采用“長藤結瓜”的方式在項目區內修建調蓄池，和水庫聯合調度，在豐水期蓄水，在灌溉供水不足期放水灌溉，以滿足灌區用水需求。設計在東、西、中干管及和平分干管沿線每個村設置1 座，共62 座。每座調蓄池通過壓力管道和閥門與灌區干管或支管連接。

3.2 結構形式

調節蓄水池擬建蓄水量500 m3，建設內容包括：調蓄水池、控制閥井、溢水井共三部分。

3.2.1 蓄水池

工程采用開敞的圓形井式鋼筋混凝土結構，混凝土型號為C25。結構尺寸：內直徑10 m，高6.60 m，上部的側墻為等厚0.40 m的直墻段，高3 m；下部的側墻迎水面為直面，背水面為斜面，厚度從0.40 m漸變到0.80 m，高3.60 m；底板厚0.60 m，其下C10混凝土墊層厚0.10 m；在底板上距離側墻0.60 m布置深1 m，直徑1.50 m的吸水坑；側墻內外側布置一座鋼梯。

蓄水池埋深考慮工程地質條件、工程布置、工程量以及工程安全等因素，經綜合分析確定埋深4.20 m，上部頂端超出地面3 m。

蓄水池在吸水坑內通過直徑250 mm的鋼管做為進出水管進行調節，進出水口采用喇叭口DN250×375，鋼管架設在底板上0.15 m處，穿過側墻與蓄水池外部的控制閥井相連；吸水坑下底邊沿設置DN100 的鋼管泄水管。蓄水池側墻距離頂部200設置溢水管，采用鋼管將多余水排進溢水井內。

3.2.2 控制閥井

控制閥井采用封閉的矩形井式鋼筋混凝土結構，混凝土型號為C25。結構尺寸：內長1.80 m，寬1.80 m，高2 m，四周側墻等厚0.20 m，頂板采用0.15 m一塊進人孔蓋板和兩塊吊物孔蓋板覆蓋，底板厚0.30 m，其下C10混凝土墊層厚0.10 m；在距離底板上0.30 m架設直徑250 mm的鋼管，閥井內設置支墩，閥井至干渠壓力管道段采用直徑250 mm的PVC管連接。控制閥井埋置于地下，上部頂端超出地面0.10 m。

3.2.3 溢流井

溢流井采用封閉的矩形井式鋼筋混凝土結構，混凝土型號為C25。結構尺寸：內長2 m，寬1.80 m，高2.80 m，四周側墻等厚0.20 m，頂板采用厚度0.10 的玻璃鋼頂蓋，底板厚0.25 m，其下C10 混凝土墊層厚0.10 m。進口通過溢水鋼管在距離底板上部0.15 m進入溢流井，通過溢流井內溢流堰調節，在距離底板上部0.15 m通過鋼管排入雨水系統。

溢流井埋深考慮工程地質條件、工程量以及工程安全等因素，經綜合分析確定埋深2 m，頂端超出地面1 m。

4 結語

該水庫灌區節水配套改造工程項目干渠改造壓力管道鋪設開挖方8.70萬m3，回填方8.70萬m3，附屬設施和調蓄池開挖回填后的零星棄方就近利用或就近平鋪于梯田內。節水配套改造工程實施后，可保證3 253.33 hm2農田灌溉用水（其中煙葉面積2 000 hm2），水利用系數提高到0.80，灌溉保證率由現狀的不足10%提高到50%，新增節水能力489.21 萬m3，新增糧食和煙葉生產能力1.02萬t，年新增總效益2 202.95萬元。