富平縣張橋鎮鐵門洼地應急排澇工程實施方案淺析

馬光標

（西安景天水利水電勘測設計咨詢有限公司,陜西 西安 710018）

0 前言

富平縣張橋鎮由于2021 年9 月～10 月暴雨災害,部分低洼地區遭受內澇,田間積水至今無法消除,致使田間農作物無法收獲,也導致今年冬播無法進行,當地農業生產遭受巨大影響,嚴重影響了當地居民的生產生活。

項目區位于交口抽渭灌區與東雷二期抽黃灌區兩大灌區末端,內部灌溉設施配套完善,但無排水設施,由于項目區位置地勢低,地表降雨及周邊灌溉水常常匯聚于此,地表水常年無法排出,地下水位埋深淺,致使項目區經常遭受內澇、漬害的影響,具有土壤鹽堿化的風險。存在的隱患較多,已嚴重威脅當地的生態環境和農作物生產安全。

1 工程級別及設計標準

根據《灌溉與排水工程設計標準》（GB 50288-2018）、《防洪標準》（GB 50201-2014）和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017）,富平縣張橋鎮鐵門洼地應急排澇工程排水受益面積共計5.10 km2即2382 畝,工程建設區共計1.58 km2即2382 畝,工程等別為Ⅴ等。其永久性建筑物按其工程等別劃分為：主要建筑物為5 級,次要建筑物為5 級；臨時建筑物按照5 級設計。

依據《防洪標準》（GB 50201-2014）和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017）,確定工程建筑物洪水標準為：主要建筑物設計洪水標準按10 年一遇設計,校核洪水標準按20 年一遇校核。

抗震設計符合《建筑抗震設計規范》（GB 500111-2010）以及《構筑物抗震設計規范》（GB 50191-2012）的規定。建（構）筑物按本地區抗震設防烈度按Ⅷ度采取抗震措施,設計地震動峰值加速度為0.20g,地震動反應譜特征周期為0.40 s。

2 應急排澇工程設計方案

2.1 田間排水工程設計

（1）田間排水系統

結合工程易澇區范圍形狀,現狀灌溉渠道、道路的布置情況,在不改變原有田塊耕作方式的情況下,田間排水工程分為田間排水明溝和排水暗管,排水主溝道兩級布設。末級排水采用排水明溝與吸水管間隔布置,每隔兩道吸水管設置一道排水明溝。

（2）田間排水明溝深度和田間吸水管埋深

根據《灌溉與排水設計標準》（GB 50288-2018）和《農田排水工程技術規范》（SL/T 4-2020）中的規定,調控地下水位的末級固定排水溝深度按下式計算：

式中：hd為調控地下水位的末級固定排水溝深度,m；h 為排漬深度或防治鹽堿化要求的地下水深度,m； H 為剩余水頭或滯留水頭,一般采用0.2 m～0.3 m；h0為排地下水時的溝中水深,一般采用0.1 m～0.2 m。

根據本工程地質勘查報告,本工程易澇區地下水臨界深度為1.20 m,剩余水頭取0.2 m,溝中水深取0.1 m,確定排水明溝設計深度為1.5 m。

集水管埋深應低于集水管與吸水管連接處的吸水管埋深0.1 m～0.2 m。最終確定田間吸水管最小埋深為1.30 m。

（3）田間排水明溝和吸水管間距

管溝間距與土壤滲透性有關,宜通過田間試驗確定。由于暫無項目區內相關實驗資料,借鑒交口灌區實驗站20 世紀70 年代明溝排水有關實驗資料。參考確定田間排水明溝和吸水管間距。

根據交口灌區實驗站有關實驗資料,在壤質土、粘質土地區,分別選擇了溝深為1.5 m、2.4 m、2.5 m 和3.0 m 的四條排水溝,進行了較長時間的地下水位觀測,其作用半徑分別為150 m、250 m、350 m。考慮到項目區土壤情況與上述試驗區基本一致,明溝與暗管排水略有不同,設計田間排水明溝和吸水管間距設計為150 m～250 m。田間排水明溝和吸水管長度結合易澇區范圍形狀和集水管平面布置,長度為100 m～500 m。

（4）排水明溝斷面設計

排水明溝采用梯形斷面,根據地質勘查報告,排水明溝邊坡坡比設計為1∶1,為滿足機械施工需求,底寬1.0 m,底坡坡降為1/2000。

（5）田間管道管材比選

田間排水管道采用開槽施工,田間排水暗管長度4998 m,管線較長,但工程范圍內地形平坦,地質情況不復雜,便于管道開槽施工。綜合選取,田間排水暗管采用打孔聚乙烯雙壁波紋管敷設。既能有效節約成本,也降低了施工難度。

（6）水力計算

根據《灌溉與排水工程設計標準》（GB 50288-2018）的規定,排水暗管實際選用內徑不得小于50 mm,排水暗管采用同一內徑,排水暗管設計比降應滿足管內流速不小于0.3 m/s的要求。排水暗管的內徑按下式計算：

式中：d1為排水暗管內徑,m；Qp為設計排水流量,m3/s；i 為管道水力比降,‰；n 為管內壁糙率,本工程選用雙壁波紋管,內壁糙率n=0.016；α為與管內水的充盈度有關的系數,本工程取α=1.497。

本次本著經濟,合理的原則,結合管道比降和充盈度確定最佳管徑,本工程田間排水管道管徑經計算確定全部選用DN200 雙壁波波紋管。

（7）管道橫斷面

管溝兩側開挖坡比1∶0.75,設計管溝底部開挖寬度按照當管徑小于等于DN400 時外壁兩側各預留0.3 m,管徑大于DN400 時外壁兩側各預留0.5 m 確定。管道下按照從下到上0.15 m 土墊層、0.3 m 厚3∶7 灰土墊層順序鋪設管道基礎。壓實度不小于90%,管道地段全部采用開挖土進行回填壓實。

（8）附屬構筑物

設計田間排水暗管與排水主溝道連接處設置混凝土防護,排水主溝末端設置沉淀池一座,防止泥沙進入排水主管道,沉淀池采用鋼筋混凝土結構,有效容積500 m3。

（9）機耕橋設計

為保證耕地機械耕作,排水溝道沿線共設置機耕橋15 座,機耕橋橋面寬4.0 m,跨度6 m,采用鋼筋混凝土平板橋設計,橋臺采用M7.5 漿砌石砌筑。

2.2 排水主管道設計

（1）排水主管道

工程易澇區范圍內田間積水及地下水由田間排水明溝和排水暗管收集之后,由排水主管道排至鹵泊灘。

（2）排水主管道埋深

排水主管埋深根據田間排水主溝道末端深度,結合排水主管道地形確定。

（3）管材比選

該項目地形不復雜,管道較長,管道占投資的比重大,管材選用不當會造成事故或增加不必要的資金投。本工程排水主管道長度3434 m,管線較長,但主管道沿線地形起伏,部分需采用頂管施工。綜合選取,本工程排水主管道開槽施工部分采用聚乙烯雙壁波紋管敷設,頂管施工部分采用鋼筋混凝土管道敷設。既能有效節約成本,也降低了施工難度。

（4）管道水力計算

根據《灌溉與排水工程設計標準》（GB 50288-2018）的規定,排水主管道內徑按下式計算：

式中：d1為集水管內徑,m；Qp為設計排水流量,m3/s；i 為管道水力比降,‰；n 為管內壁糙率,本工程選用雙壁波紋管內壁糙率n=0.016,混凝土管道內壁糙率n=0.013；α為與管內水的充盈度有關的系數,本工程取α=1.497。

本著經濟合理的原則,結合管道比降和充盈度確定最佳管徑,排水主管道管徑確定及水力計算見表1。

表1 排水主管道水力計算表

續表1

（5）管道橫斷面

設計排水主管道管徑全部為DN1000,開槽施工部分管溝兩側開挖坡比1∶0.75,設計管溝底部開挖寬度按照當管外壁兩側各預留0.5m。管道基礎按照從下到上0.15 m 土墊層、0.3 m 厚 3∶7 灰土墊層順序鋪設管道基礎。壓實度不小于90%,管道地段全部采用開挖土進行回填壓實。

（6）附屬構筑物

排水主管道根據平面布置和縱斷面共新建檢查井11 座,出水口1 座。

（7）頂管工作井

設計排水主管在部分深度較深區域采用頂管施工,頂管施工長度共計1034 m,分別在節點ZP-3、ZP-4、ZP-5、ZP-6、ZP-7、ZP-8、ZP-9、ZP-10 處共設置8 座頂管工作井。

頂管工作井設計內徑5.0 m,壁厚0.6 m,井深度分別為7.96 m、11.049 m、11.921 m 和14.774 m,采用沉井法施工,底板基礎采用0.3 m 厚砂礫石墊層,底板厚度0.6 m,頂管施工結束后,工作井底部砌筑流槽,頂板設置?1000 人孔,頂板覆土1.0 m,作為管道檢查井使用。

（8）排水主管道平面布置

根據上述排水主管道管徑、比降及管材,結合排水主管沿線地形條件,排水主管道沿現狀交口抽渭灌區北十渠直引斗渠由南向北布置,到達金溝村后沿路布置,最終排水至鹵泊灘。其中節點ZP-1 至ZP-3、ZP-10 至ZP-20 段采用開槽施工,管材選用聚乙烯雙壁波紋管,節點ZP-3 至ZP-10 段采用頂管施工,管材選用鋼筋混凝土管。

2.3 匯水池塘設計

工程區范圍內現有低洼常年積水地帶一處,位于鐵門村南側,此處常年積水無法耕作,結合該處地形條件,本次設計將其改造為匯水池塘,既可以匯集周邊田間積水和地下水,減輕內澇,亦可作為田間污水和農村生活污水的天然降解池,維護生態,防止污染。使本工程真正成為生態工程、綠色工程。

設置匯水池塘一處,位于鐵門村南側,設計池底高程372.50 m,正常蓄水位為374.00 m,匯水池塘正常庫容為22084 m3。池頂高程376.00 m,池頂外設置1.3 m 高防腐木圍欄,圍欄外設置3.0 m 寬人行步道,步道外設置2 m 寬綠化帶。

2.4 排灌機井設計

新建8 眼機井,機井間隔300 m～400 m 方格型布置。機井雨季抽水就近排入排澇暗管,降低地下水位,排澇防漬,旱季抽水就近排入田間灌溉渠道,用于補充灌溉用水。

2.5 工程管理站設計

新建管理站一座。管理站總占地面積為735 m2,新建管理房一座,管理房為地上一層,采用磚混結構,建筑面積為124.76 m2,管理站設置6 m 寬主入口一處,四周設置2.0 m 寬綠化,站內硬化地面面積為354 m2。

3 結語

通過在項目區低洼易澇處開挖集水塘,建設匯水池塘,利用排水暗管和排水明溝收集排出田間地下水,有效遏制土壤鹽堿化,新建抽排機井,控制地下水位,旱季亦可用于補充灌溉用水。通過排水主管道將田間集水及部分地下水排至鹵泊灘,以自排為主、抽排為輔、排灌結合的方式實現項目區的綜合治理,助力富平縣鄉村振興戰略的實施,改善農村生活環境,恢復生產秩序。