循化縣積石鎮(zhèn)羊圈溝提灌站工程設(shè)計(jì)

吳玉帥，陳笑彭，符鵬鵬，唐顯兵

1.青海大學(xué)水利電力學(xué)院，青海西寧 810016

2.青海大學(xué)土木工程學(xué)院，青海西寧 810016

3.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海西寧 810016

隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要和機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)能力的提高，我國(guó)的泵站工程得到了迅速發(fā)展。僅在機(jī)電排灌工程中，截止至2010年底，泵站總裝機(jī)容量已達(dá)7019.6kW。 循化縣積石鎮(zhèn)羊圈溝提灌站位于循化縣城東，為幫助農(nóng)民群眾解決農(nóng)田灌溉的水源問(wèn)題[2]，在該溝附近的黃河右岸修建一座提灌站。

1 工程建設(shè)任務(wù)與供水規(guī)模

1.1 工程建設(shè)任務(wù)

循化縣積石鎮(zhèn)羊圈溝提灌站的建設(shè)是解決草灘壩村在羊圈溝[1]開(kāi)發(fā)的500畝農(nóng)田灌溉的水源問(wèn)題。工程受益區(qū)隸屬積石鎮(zhèn)草灘壩村，居民以撒拉族為主[1]，開(kāi)發(fā)耕地面積500畝，以種植小麥為主，間作以辣椒等經(jīng)濟(jì)作物[2]，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》[4]，確定為Ⅴ等小(Ⅱ)型工程，建筑物均按5級(jí)設(shè)計(jì)。新建提灌站1座，包括泵站廠(chǎng)房及機(jī)電設(shè)備，上水壓力管道800m，出水池1座。

1.2 供水標(biāo)準(zhǔn)及供水量

依據(jù)國(guó)家《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T502—1997）[5]中的規(guī)定，干旱地區(qū)灌溉設(shè)計(jì)保證率為50%～75%。林地灌溉參照農(nóng)業(yè)用水進(jìn)行，由于年降水量少，且時(shí)空分布不均，年蒸發(fā)量大，屬干旱半干旱地區(qū)，故灌區(qū)設(shè)計(jì)保證率采用75%。

1）灌溉制度[3]

（1）經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，計(jì)劃種植農(nóng)作物為小麥，工程區(qū)實(shí)際控制面積為500畝。

（2）根據(jù)《青海省用水定額》并接和當(dāng)?shù)囟嗄甑墓喔冉?jīng)驗(yàn)，作物儲(chǔ)灌為冬灌，一般在11月1日至11月10日，作物灌溉從4月1日開(kāi)始，至7月8日結(jié)束，每天灌溉時(shí)間為18h。灌區(qū)小麥綜合凈灌溉定額為340m3/畝，毛灌溉定額為567m3/畝。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，并參考同類(lèi)工程情況，確定渠系水利用系數(shù)η管=0.95、η支=0.85、η斗=0.8、η田=0.9，則灌區(qū)控制面積的渠系水利用系數(shù)：η總=η管×η支×η斗×η田=0.95×0.85×0.8×0.9=0.58。灌區(qū)綜合渠系水利用系數(shù)η總=0.6。確定灌區(qū)凈灌水率為1.157m3/s/萬(wàn)畝，毛灌水率為1.157÷0.6=1.93m3/s/萬(wàn)畝。

表1 灌溉制度表

1.080 1 1/4～8/4 8 60 1.157 2 1/5～8/5 8 55 1.061 3 20/5～28/5 8 55 1.061 4 10/6～18/6 8 50 0.965 5 1/7～8/7 8 50 0.965冬灌1/11～10/11 10 70小麥100 500 340

（3）灌溉用水量

設(shè)計(jì)灌溉面積500畝，按灌區(qū)的灌溉面積、灌溉制度，可計(jì)算出灌區(qū)年灌溉用水量。總灌溉水量為567×500=28.4×104m3。

表2 灌溉需水量表

2）水資源供需分析

水源由黃河中提水，設(shè)計(jì)提水流量為1.93×0.05=0.097m3/s（即345.6m3/h）可滿(mǎn)足整個(gè)灌區(qū)的灌溉水量要求。

2 機(jī)組選型

根據(jù)農(nóng)作物生長(zhǎng)的需要，小麥每年需灌水6次，日灌水小時(shí)數(shù)18h，設(shè)計(jì)凈灌水率1.157，渠系利用系數(shù)為0.60。根據(jù)以上資料，該灌區(qū)的灌水流量為0.096m3/s。

1）吸水管管徑流速宜選用1.0 m/s～1.5m/s。根據(jù)鋼管標(biāo)準(zhǔn)管徑，采用管徑為Dg300mm無(wú)縫鋼管。當(dāng)Dg300mm時(shí)，管中流速為1.36m/s。

2）出水管管徑流速宜選用1.5m/s～2.5m/s。根據(jù)鋼管標(biāo)準(zhǔn)管徑，采用直徑為Dg300mm無(wú)縫鋼管。出水管管徑300mm。當(dāng)Dg300mm時(shí)，管中流速為1.36m/s。

3）吸水管道沿程水頭損失計(jì)算[7]得0.095m，局部水頭損失計(jì)算[7]得0.51m。

4）出水管道沿程水頭損失計(jì)算[7]得9.48m，局部水頭損失計(jì)算[7]得0.74m。

上水壓力管局部水頭損失按沿程損失的10%[7]計(jì)，hj出=9.48×10%=0.95m。管道的水頭損失h= hf進(jìn)+ hj進(jìn)+hf出+hj出 =0.095+0.51+9.48+0.74+0.95=11.77m。

5）水泵揚(yáng)程的確定

經(jīng)實(shí)測(cè)壓力管道地面高差為88m，故揚(yáng)程確定為99.77m。根據(jù)流量和水頭選用水泵型號(hào)為200DL280-30(I) ×4。

6）水泵安裝高程的確定

根據(jù)水泵性能知，汽蝕余量NPSHR =4.0m

其中：

為水泵安裝地點(diǎn)的大氣壓力水頭；

為水相應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓力水頭；

V為水泵吸入口流速；

NPSHR為必須汽蝕余量；

H進(jìn)損為吸水管管路損失；

安全起見(jiàn)，需對(duì) HS進(jìn)行修正，即：

考慮到地形條件，水泵安裝高程定為2262.70+1.92m=1853.92 m。

3 工程布置

3.1 泵房

根據(jù)《積石峽水電站》和《循化縣縣城黃河兩岸綜合治理工程》確定本工程中的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

表3 泵站特征水位

根據(jù)工程區(qū)的地形和選定的水源位置，泵房廠(chǎng)房位置布置在黃河右岸，由上水壓力鋼管輸水.泵房位置坐落在黃河右岸旁，直接從黃河提水，防洪墻采用M7.5漿砌石八字墻形式襯砌防護(hù)。

泵房長(zhǎng)11.8m，寬6.8m，建筑面積80.5m2，泵房?jī)?nèi)安裝2臺(tái)200DL280-30(I) ×4水泵及配套電機(jī)，機(jī)組為一字布置，水泵工作形式為一備一用，并設(shè)置有配電盤(pán)柜、起動(dòng)柜和真空泵。泵房為半地下式廠(chǎng)房，基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆廂式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地面以上采用磚砌結(jié)構(gòu)，泵房總高5.15m，基礎(chǔ)挖深2.15m，機(jī)組安裝在底部，電氣控制柜安裝在距基礎(chǔ)以上2.15m處9.8m×2.4m操作臺(tái)上，控制柜距墻0.8m。

3.2 壓力管道

壓力管線(xiàn)布置通過(guò)比較，管線(xiàn)由泵房接出后，在樁號(hào)0+080處穿過(guò)臨平公路橋，在垃圾場(chǎng)右邊的羊圈溝的右岸沿山坡而行至項(xiàng)目區(qū)。

上水壓力鋼管長(zhǎng)800m，采用直徑為Dg300mm無(wú)縫鋼管，壁厚為6.0mm，壓力鋼管內(nèi)的流速為1.36m/s，鋼管鋪設(shè)均為明敷方式，為了削除管道在正常運(yùn)行和事故停機(jī)時(shí)的振動(dòng)和位移，在管道轉(zhuǎn)彎處均設(shè)置鎮(zhèn)墩，來(lái)保證管道的穩(wěn)定，鎮(zhèn)墩與鎮(zhèn)墩之間每8米架一支墩 ，鎮(zhèn)、支墩均為C15混凝土，鎮(zhèn)墩與鎮(zhèn)墩之間設(shè)伸縮節(jié)，各設(shè)置在鎮(zhèn)墩之后，管道表面刷防銹漆，管道連接形式為法蘭連接。

3.3 出水池

壓力主管道出口設(shè)一矩形出水池，為M7.5漿砌石，長(zhǎng)為6m，寬2.2m，池深為2.2m，池壁厚度為0.5m，底板厚度為0.5m。

4 結(jié)論

本工程具有良好的項(xiàng)目建設(shè)條件，而且工程建成后具有良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益，是安民穩(wěn)民的大事。

提灌站工程的實(shí)施，可以解決積石鎮(zhèn)草灘壩村開(kāi)發(fā)的500畝封地的灌溉問(wèn)題。通過(guò)該工程的實(shí)施，使干旱山區(qū)營(yíng)造了一片綠地，黃河上游植被又增加了一點(diǎn)，氣候條件得到一定的改善。

該工程的實(shí)施不僅是西部大開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，對(duì)于增強(qiáng)民族團(tuán)結(jié)，大力發(fā)展區(qū)域民族經(jīng)濟(jì)具有很大的促進(jìn)作用，社會(huì)效益顯著[2]。

[1]循化縣水利化區(qū)劃報(bào)告.

[2]循化縣縣志.

[3]SL5021-93，水利水電工程可行性報(bào)告編制規(guī)程[S]：10-31.

[4]SL252-2000，水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S]：4-13.

[5]GB50288-99，灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范[M]：10-29.

[6]GB50201-94，防洪標(biāo)準(zhǔn)[S]：1-18.

[7]丘傳忻.泵站[M].中國(guó)水利水電出版社：2007，38-155.