張掖市甘州區水資源管理龍首調蓄池工程分析

吳之寶

（武威市水利工程建設質量技術中心,甘肅 武威 733000）

1 工程概況

張掖市甘州區位于河西走廊中部,南依祁連山,北鄰內蒙古阿拉善右旗。龍首調蓄池選址于張掖市甘州區西南部龍渠鄉,北臨龍首村五隊,西靠新廟灘,距張掖市區21 km。龍首調蓄池規劃修建于上三灌區（見圖1）,規劃庫容為150 萬m3,規劃從龍洞干渠引水至調蓄池作為新水源,來替換項目區地下水源。上三灌區轄龍渠鄉,灌溉水源主要來自于黑河水,由龍首總干渠引水到龍洞干渠給龍洞灌區56580 畝耕地灌溉,由東干渠引水至馬子干渠為馬子灌區49514 畝耕地灌溉。工程擬在龍洞干渠設閘分水,引水至甘州區西南部龍渠鄉調蓄池,通過配套供水管線輸送給現狀渠系引至龍洞灌區和馬子灌區灌溉5.08 萬畝農田,水池總容積為147 萬m3。

圖1 龍首調蓄池位置

2 項目區現狀

項目區大部分農田為河水灌溉,由于近年來農業種植結構和灌溉周期的改變,農業用水較為集中,加之無任何調蓄設施,不能滿足農田灌溉高峰期用水需求。在調水期內部分農田因無法引水進行適時灌溉而減產,給受益區群眾造成一定的經濟損失,同時加劇了灌溉用水與集中調水之間的矛盾。通過修建調蓄設施,可以對調水期內部分農作物提供應急用水,確保適時灌溉,有效解決灌溉內局部地區來水時空分布不均、水資源供需不平衡的矛盾。因此,調蓄水池工程的建設,將有效提高農業灌溉供水保證率,并解決黑河集中調水與灌區灌溉高峰期用水矛盾,有利于推進灌區現代化。

3 工程選址及選線

3.1 蓄水池選址及選線

初步匡算調蓄水池建設用地約500 畝,經現場踏勘,初選池址位于張掖市甘州區龍渠鄉南側的灘地上。此處原地面高程1682 m,覆蓋灌區的地面高程為1620 m,可滿足后期自流灌溉的需求。根據實際情況,引水管線的起始點位于龍洞干渠。根據選定的池址,在池址北側方向的龍洞干渠上設置取水口。

調蓄水池池址海拔1682 m,可覆蓋龍洞灌區及馬子灌區部分地區,龍洞干渠的渠底高程為1675.3 m,馬子干渠的渠底高程為1619 m,與池址地面高程相比,高差均滿足重力流供水的條件。管線自調蓄池東側以壩下埋管的形式穿過壩體,而后向東北方向延伸至龍洞干渠,在龍洞干渠處設置分水閥門,利用現有渠道和管網,以滿足龍洞灌區的灌溉需求,此段長575 m。然后管線以下穿的方式穿越龍洞干渠后,沿著“田間道路”向“余家莊”方向敷設,末端與馬子干渠相接,利用現有渠道和管網,滿足馬子灌區（高廟村、黑城村）的供水需求,此段長3255 m。工程沿線穿越壩基、龍洞干渠、農田等,全長3.83 km。

3.2 取水口及泵站選型

本工程水源為張掖市甘州區龍渠鄉上三灌區龍洞干渠的渠水,引水管線起始點位于龍洞干渠（圖2）。參照類似工程,選擇開敞式節制分水閘。在干渠上增設閘門作為節制閘,節制閘上游設置分水口,新建分水閘控制分水流量,分水閘前設置攔污柵,防止其他物質進入進水池,影響泵站運行安全。分水閘下游連接矩形引渠,引渠后設置泵站進水池,由于龍洞干渠含沙量較低,并且設置有攔污柵,因此進水池淤積量較小,提水泵站可直接從進水池取水。參考類似工程,考慮到后期維護檢修方便,泵站采用干式泵站。

圖2 龍洞干渠橫斷面（單位：mm）

3.3 輸水方式選擇

工程引水管道線路總長約0.19 km。管道起點處地面高程 1679.40 m,管道末端處蓄水池正常蓄水位1692.67 m,落差13.27 m,因此,引水管道采用有壓機械流供水方式,引水管道的根數是根據泵站的裝機臺數和水泵單機出水流量確定,由于本泵站非全年運行,可完全滿足輸水管道檢修、運行維護等需要,同時管線布置在荒灘地上,維修方便,結合實際情況,本泵站引水管道選擇單管輸水,壓力管道采用溝埋式。

工程供水管道線路總長約3.83 km。管道起點處調蓄水池正常蓄水位1692.67 m,管道末端處地面高程1620 m 左右,落差72.67 m,因此采用重力流供水,壓力管道采用溝埋式。

4 主要建筑物設計

4.1 節制分水閘及引水渠設計

本工程水源為張掖市甘州區龍渠鄉上三灌區龍洞干渠的渠水,引水管線起始點位于龍洞干渠,在干渠上增設閘門作為節制閘,節制閘上游設置分水口,新建分水閘控制分水流量。節制閘閘底板同渠底高程一致,閘底板高程1675.3 m,閘頂高程為1677.5 m,閘室總長2.5 m,設一道平板鋼閘門（圖3）,孔口尺寸寬×高為3 m×2.2 m。閘室底板及邊墻厚度均為0.6 m,采用C25 現澆鋼筋砼結構,頂部設閘房和啟閉設備。為了與原渠道連接順暢,節制閘上下游各設5 m 長的C20 現澆砼漸變段。

圖3 節制閘橫斷面（單位：mm）

在節制閘上游渠道右側設分水閘（圖4）,最大分水流量為1 m3/s,分水閘總長2.5 m,閘底板高程1675.3 m,閘頂高程為1677.5 m,設一道平板鋼閘門,在閘門上游設置攔污柵,孔口尺寸寬×高為2 m×2.2 m,閘室底板及邊墻厚度均為0.6 m,采用C25 現澆鋼筋砼結構,頂部設閘房和啟閉設備。

圖4 分水閘橫斷面（單位：mm）

引水渠寬度設計為2 m,高1.2 m（圖5）。為防止意外事故發生,并且方便檢修,在引渠頂部鋪設20 cm 厚蓋板。

圖5 引水渠道橫斷面（單位：mm）

4.2 泵站及廠房設計

為保證水泵有良好的吸水條件,要求進水池中的水流平穩、無漩渦、無回流等,進水池水下部分必須有適當的容積,保證水泵啟動過程中的正常運行。經計算,泵站進水池長×寬×高為5 m×16 m×3 m。

根據機電設備安裝、檢修的要求,高度滿足吊運要求,考慮泵房內通風、散熱和采光要求,并符合防火、防潮、防噪聲等技術要求。本泵站布設2 臺機組,根據水泵橫向長度、進出水管路、閥件的長度,安裝檢修及操作必需的空間,并考慮進出側走道寬度等要求,泵房長度由機組臺數、機組間距、機組端部到泵房墻體的距離、并考慮上下交通、集水井等的布置最終確定主廠房結構尺寸為,長×寬為16 m×8 m,底板高程為1673.51 m,上層采用框架結構,外墻采用300 mm厚非承重空心磚,貼60 mm 厚擠塑聚苯板保溫。廠房分為上下兩層,上層為檢修間及巡視平臺,下層為水泵電機層,水泵電機均置于砼墩臺上。水泵機組采用單列式布置,靠左側水下墻內側布置樓梯,連通安裝間與機組運行層,方便以后運行管理及機組檢修。

4.3 調蓄池設計

根據工程區地形地質條件,水池地基巖性主要為沖洪積砂卵礫石,調蓄水池為平原型水池,考慮工程的經濟性,本水池擬采用半填半挖型水池,筑壩材料就地取材,選用基礎開挖砂卵礫石料,壩型采用均質砂卵礫石壩。池體填筑方式采用振動碾分層碾壓,砂卵礫石層填筑指標：相對密度≥0.80。

調蓄水池池體壩坡應根據壩型、壩高、壩的等級、壩體和壩基材料性質、施工和運用條件等因素確定。本工程調蓄水池等級為4 級,池體壩型為非土質材料土工膜防滲體壩,填筑材料為砂卵礫石。考慮土工膜施工,并參照省內同類工程經驗,擬定上游壩坡為1∶2.75,下游壩坡填方段為1∶2.5、挖方段為1∶2.0。壩頂考慮交通、運行巡檢管理等要求,壩頂寬度設計為6.0 m,采用透水磚路面,上游側設防攀爬護欄,下游側設路緣石。為方便排水,壩頂路面向外側作成2%的坡度。

調蓄水池基本位于干渣子溝道場地上,場地巖性主要為砂卵礫石土,場地主要工程地質問題是滲漏、滲透變形。壩型設計為土工膜防滲體壩。根據工程區建筑材料、施工、造價等因素,壩體防滲土工膜防護層設計為混凝土板。上墊層和下墊層材料均選用M10 水泥砂漿,厚度設計為5 cm,防滲體采用兩布一膜復合土工膜防滲（見圖6）。由于當地建筑材料塊石運距較遠,工程區為嚴寒地區,壩體采用混凝土護坡。護坡設計為混凝土現澆整體式大塊護面板,擬定護坡混凝土板結構尺寸4.0 m×4.0 m,混凝土C25F200。計算護坡混凝土板板厚為15 cm,下游壩坡采用碎石護坡。

圖6 防滲結構設計

調蓄池位于龍渠鄉龍洞干渠南側池底平面尺寸530 m×290 m（最大長度×最大寬度）,池底面積11.24 萬m2,水池底高程1982.00 m。池體頂設計高程為1995.50 m,正常蓄水位為1692.67 m,死水位為1982.31 m,最大設計水深為10.67 m,最大壩高15.5 m,池體軸線長1420 m。壩上游邊坡1∶2.75,下游邊坡1∶2.5,采用碎石護坡。池底鋪復合土工膜防滲,自上而下鋪設60 cm 砂礫石蓋重,20 cm 厚細砂墊層,采用復合土工膜,膜下設20 cm 厚細砂墊層。并沿庫底周邊做C25 混凝土圈梁,梁寬0.8 m,高1.0 m。為有效放空、出水,降低出水管安裝高程,在調蓄水池內設出水池,出水池采用C25 鋼筋砼襯砌。池底高程1980.0 m,池底寬、長均為8.0 m,池深2.50 m,池壁設計邊坡為1∶1.5,為了便于檢修出水放空管,池頂修建1.5 m 寬的C25 砼踏步至出水池池頂,并在出水池池壁設踏步至出水池池底。

5 結論

根據項目區無法引水灌溉農田的現狀,本文對甘州區水資源管理項目龍首調蓄池工程進行了分析,并制定有效的工程方案,可得如下結論：

（1）調蓄池選址于甘州區龍渠鄉南側的灘地上,在池址北側方向的龍洞干渠上設置取水口。引水管線的起始點位于龍洞干渠,經泵站后,自調蓄池東側以壩下埋管的形式穿過壩體,而后延伸至龍洞干渠,并以下穿的方式穿越龍洞干渠后,末端與馬子干渠相接。

（2）引水管道起點與末端處落差13.27 m,采用有壓機械流供水方式,根據實際情況,引水管道選擇單管輸水,壓力管道采用溝埋式。供水管道起點與末端處落差72.67 m,采用重力流供水,壓力管道采用溝埋式。

（3）在龍洞干渠增設閘門作為節制閘,節制閘上游設置分水口。新建分水閘控制分水流量,分水閘后接引水渠。

（4）根據地形條件,調蓄池池底設計面積為11.24 萬m2,池底鋪復合土工膜防滲,池體壩型為非土質材料土工膜防滲體壩。壩頂寬度設計為6.0 m,上游側設防攀爬護欄,下游側設路緣石。護坡為混凝土現澆整體式大塊護面板,下游壩坡采用碎石護坡。