天王鎮(zhèn)十二盤村抗旱應急水源工程設計淺析

王 磊

(寶雞市水利水電規(guī)劃勘測設計院，陜西 寶雞 721000)

2012年國務院審議通過并批復了《全國抗旱規(guī)劃》，并印發(fā)了《國務院關于全國抗旱規(guī)劃的批復》文件。為加快構建與經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展相適應的抗旱減災體系，逐步形成抗旱減災長效機制，全面提升我國抗旱減災的整體能力和綜合管理水平，保障城鄉(xiāng)居民生活用水安全和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，陜西省于2016年前后組織了一大批抗旱應急水源工程建設，取得了顯著的效果。本文結合天王鎮(zhèn)十二盤村抗旱應急水源工程建設，簡要談了談工程建設的主要內(nèi)容及經(jīng)驗和建議，可供類似工程參考。

1 工程概況

天王鎮(zhèn)隸屬于寶雞市陳倉區(qū)，位于陳倉區(qū)東南部渭河南岸，距陳倉區(qū)政府所在地10 km，西寶公路南線穿鎮(zhèn)而過。十二盤村隸屬于天王鎮(zhèn)，地處渭河南岸，位于秦嶺北麓山區(qū)，距天王鎮(zhèn)政府30 km，全村共有5個村民小組，220戶980人，耕地面積2250畝。十二盤村是天王鎮(zhèn)主要糧食和經(jīng)濟作物的主產(chǎn)區(qū)，人口密集、城鄉(xiāng)一體化發(fā)展較快。

2 工程設計

2.1 工程規(guī)模

(1)設計水平年

本次供水工程規(guī)劃基準年為2016年，規(guī)劃水平年為2026年。

(2)供水范圍

本次抗旱應急水源工程的供水對象為天王鎮(zhèn)十二盤村的一、三、四、五4個村民小組，二組不在本次設計范圍內(nèi)。通過本項目的實施，可解決860個居民1800畝基本口糧田的抗旱應急灌溉用水需求。供水對象統(tǒng)計表見表1。

(3)灌溉水利用系數(shù)

表1 供水對象統(tǒng)計表

根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)，利用公式：

η=ηs×ηf

式中：η為灌溉水利用系數(shù)，不低于0.75，旱作灌區(qū)田間利用系數(shù)不低于0.90；ηs為渠系水利用系數(shù)；ηf為田間水利用系數(shù)。

灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)η=0.75×0.9=0.675。

(4)常規(guī)年需水量預測

根據(jù)《規(guī)范》，利用公式：

M=A×n

式中：M為灌溉需水量，萬m3；A為工程區(qū)面積，畝；n綜合毛灌溉定額，m3/畝。

其中，設計灌溉面積為1800畝，根據(jù)工程區(qū)常規(guī)年農(nóng)作物灌溉制度(見表2)，計算分析并確定綜合毛灌溉定額為142.22 m3/畝。

常規(guī)年工程區(qū)灌溉需水量M常=1800×142.22=25.60萬m3。

(5)干旱年需水量預測

根據(jù)《規(guī)范》，利用公式：

M=A×n

式中：M為灌溉需水量，萬m3；A為工程區(qū)面積，畝；n為綜合毛灌溉定額，m3/畝。

其中，設計灌溉面積為1800畝，根據(jù)工程區(qū)抗旱應急年農(nóng)作物灌溉制度(見表3)，計算分析并確定綜合毛灌溉定額為118.52 m3/畝[1]。

表2 工程區(qū)常規(guī)年農(nóng)作物灌溉制度表(p=75%)

表3 工程區(qū)抗旱應急年農(nóng)作物灌溉制度表(p=90%)

干旱年工程區(qū)灌溉需水量M干=1800×118.52=21.33萬m3。

(6)灌水率計算

根據(jù)《規(guī)范》，利用公式：

q=αm/(Tt)

式中：q為灌水率，m3/(s·畝)；α為控制性作物種植比例；m為設計灌水定額，根據(jù)工程區(qū)農(nóng)作物灌溉制度，計算并分析確定控制性作物小麥種植比例為80%，設計灌水定額為45 m3/畝；T為設計灌水周期，10 d；t為日工作小時數(shù)，8.64 h。

灌水率計算表見表4。

表4 灌水率計算表

設計灌水率q=(80%×45)/(8.64×10)=0.417 m3/(s·畝)。

(7)供水規(guī)模確定

根據(jù)《規(guī)范》，利用公式：

Q=Aq/η

式中：Q為供水流量，m3/s；A為控制灌溉面積，1800畝；q為灌水率，0.417 m3/(s·畝)；η為灌溉水利用系數(shù)，0.675。

經(jīng)計算，供水流量Q=(1800×10-4×0.417)/0.675=0.12 m3/s。

考慮本項目供水的可靠性，加大10%流量確定本項目的供水流量為0.13 m3/s[2]。

2.2 水源選擇

經(jīng)過對工程區(qū)調(diào)查和論證，應急供水水源有地下水和地表水。

(1)地下水

工程區(qū)地處秦嶺北麓洪積扇黃土臺塬地貌單元，地下水按含水層巖性分為基巖裂隙水和第四系孔隙潛水。地下水主要由降水和河流側補給為主。淺層水埋深大于120 m，含水層厚度在8 m～20 m之間，出水量20 m3/h～30 m3/h，水質(zhì)良好，礦化度小于0.5 mg/L。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，村鎮(zhèn)需水量不斷加大，現(xiàn)有供水不能滿足村鎮(zhèn)發(fā)展需要，地下水常年開采，得不到有效補給，采用地下水作為應急供水水源其抵御特大干旱年份供水的可靠性較差，因此，工程區(qū)地下水不宜作為應急供水水源[3]。

(2)地表水

十二盤村地處秦嶺北麓山腳下，村域內(nèi)地表水資源以燕麥河和雨水徑流為主。

燕麥河發(fā)源于秦嶺北麓的水磨溝，屬于伐魚河右岸一級支流，流域面積18.88 km2，干流全長4.5 km，河道平均比降17.78%，流域海拔高程在1120 m～1920 m之間。燕麥河流域的徑流主要是由降雨形成，降雨和下墊面的特性決定著該河的徑流特性。河流的水量汛期主要由降雨補給，枯水季節(jié)主要依靠地下水補給，徑流具有年際變化較大，年內(nèi)分配不均的特點[4]。

由面積比擬和徑流深等值線圖兩種辦法計算并分析，凈流深等值線圖結果更能反應本區(qū)域徑流實際，因此選用徑流深等值線圖計算結果，即燕麥河多年平均徑流量661萬m3。

通過供需平衡分析，在灌溉設計75%保證率下，月內(nèi)分配用水都能滿足，常規(guī)情況下總需水量25.70萬m3，可供水量總443萬m3；抗旱應急情況下需水量總量21.33萬m3，可供水量總量337萬m3。

因此，實施這個工程的灌溉水源是有保證的。

2.3 工程總體布置

根據(jù)寶雞市抗旱應急總體規(guī)劃，結合當?shù)氐匦?、水源條件及管理水平，供水方式確定為集中引水方式，按供水到村組設計。本工程通過在燕麥河上游設置擋水壩用以抬高水位，壩頂溢流面設取水口取水，經(jīng)壩內(nèi)蓄水槽，側向接輸水管道，沿線重力供水到各村組供水點。

2.4 工程設計

(1)取水構筑物設計

取水構筑物設計，應在保證灌溉引水流量的前提下，做到長期穩(wěn)定高效運行，并且避免取水口的淤堵。本項目取水構筑物由大壩、壩體箱涵式蓄水槽、格賓網(wǎng)護坦三部分組成。

大壩為C20砼和M7.5漿砌石材料組成，大壩高2.45 m，寬18 m(壩址處天然河道寬18 m)，長5 m。大壩壩頂高出天然河道0.5 m，其余部分埋在河道以下。

蓄水槽設在壩體內(nèi)部，水池左邊深1.35 m，右邊深1.05 m，呈倒坡狀，引水管道設在右岸。該段壩體為C20砼，蓄水池頂板加蓋0.1 m厚的C20砼預制蓋板，預制蓋板打孔，孔徑100 mm，間距100 mm梅花樁布置。蓋板上回填0.5 m厚的反濾體，反濾體采用直徑由大到小由下到上的濾體填充[5]。大壩背水側部分采用M7.5漿砌石。蓄水池右邊設置一套1.1 m×1.1 m的鑄鐵閘門，采用QLS-3T的啟閉機一套。

壩體末端設置格賓網(wǎng)護坦消能，格賓網(wǎng)長3 m，厚0.5 m，寬18 m。

(2)輸水管道設計

經(jīng)實際測量，布設管道總長約7.8 km，沿地面以下0.8 m～1 m布設，水平和垂直折線由彎管銜接。管道間隔一定距離設排氣、減壓閥，并設檢查井以利檢修和事故排空。

綜合考慮技術、經(jīng)濟、管理等各項因素，管道采用PE100級聚乙烯管材。

管道全線采用地埋鋪設，管溝深最小0.8 m，管底寬0.7 m，開挖邊坡1∶0.3。

(3)附屬建筑物設計

本項目有三處較寬的跨溝，從技術、經(jīng)濟等方面對管橋和倒虹吸管兩方案進行比較，最終選擇管橋形式。

根據(jù)地形和工程需要在管道凸起點，設自動進(排)氣閥；長距離無凸起點的管段，每隔一定距離亦應設自動進(排)氣閥；管道低凹處，設排空閥；當?shù)匦胃卟钶^大并有富余水頭時，視管線壓力需要設置減壓設施。管網(wǎng)的末稍，視地形條件在適當位置設置泄水閥。干管上根據(jù)地形和需要設檢修閘閥井，各級支管在適宜位置設檢修閥。

3 結語

本工程于2019年初建成并投入使用。該工程設計可靠，施工可行，工程投資較小，實施后有效緩解了天王鎮(zhèn)十二盤村民的灌溉用水難題。該項目的順利實施可總結出以下經(jīng)驗：

1)選擇燕麥河作為灌溉供水水源，但燕麥河流域內(nèi)無實測水文資料，也無降水觀測資料。設計中對徑流和洪水采用了多種計算辦法，分別比較了各種計算辦法得出的成果，然后綜合選定。設計審批時有關專家對水源的選擇做了進一步的探討，確保本次設計水源選擇的合理性。

2)取水口的設計對本項目至關重要，如何在保證灌溉引水流量的前提下，做到長期穩(wěn)定高效運行，并且避免取水口的淤堵，是設計的關鍵。本次參照了類似工程的設計方案，并做了一定的優(yōu)化和改進，設計審批時有關專家對該方案的合理性做了進一步討論，最終確定該方案合理。

3)根據(jù)本工程建設條件，工程總體布置按照技術方案合理，投資節(jié)省、施工容易、運行管理方便等目標，對工程輸水線路進行了不同線路方案的比較，擇優(yōu)選取了施工條件好、線路較短、地形起伏相對較小的輸水線路，同時，結合輸水線路比選，對不同輸水管材、管徑方案進行了比較。因此，從工程總體布置及其各組成部分的工程布置看，均按照前述目標進行了優(yōu)選，工程的建設和運行都將會取得較好的節(jié)能效果。

4)工程完工后，管理單位要加強工程的管護，科學運行，規(guī)范管理。