史鹏飞

（山西省人民政府防汛抗旱指挥部办公室，山西 太原 030002）

临汾市尧都区贤庄村，属典型的半干旱大陆型气候，四季分明，冬夏温差悬殊，平均气温12.6℃，无霜期190 d，年平均降水量518.8 mm，降水量年内分配不均，且多集中在7～9月汛期。

贤庄村耕地基本为水浇地，由于输水管道破坏，原泵站失去功效，灌溉用水得不到保证。通过建设灌溉工程来解决项目村的灌溉问题，采用节水灌溉技术，提高水的利用率，减少灌溉过程各环节的水量损失，缓解地区水资源的供需矛盾。以提高农作物产量，扩大灌溉面积，促进农业种植结构调整，提高人民生活水平。

本项目共规划灌溉面积92.67 hm2，全部为低压管道灌溉，水源为涝河来水（涝河灌区）。

1 工程整体布局

贤庄泵站改造工程位于涝河水库下游2.5 km处，控制灌溉面积为92.67 hm2。灌溉控制农田分为涝河滩地和贤庄村周围耕地两部分，面积分别为26 hm2和66.67 hm2，主要为贤庄村控制范围。

工程从涝河右岸的涝河灌区干渠引水，分水设施处高程约为529.0 m，引水水位528.5 m。滩地片区高程493.0～510.0 m，采用引水自流灌溉；贤庄村周围片区高程为545～583 m，无法满足自流灌溉要求，采用泵站加压灌溉。

泵站设置在涝河渠道左岸，采用立式管道离心泵。涝河滩地片区与贤庄周围片区管线在泵站上游分开，两片区进行分组轮灌，各管道设置控制阀，以控制管道水流方向。两片区均采用一级干管布置，干管设给水管，田间为当地自备软管灌溉。

2 引水及管道流量计算

项目区内种植作物为小麦及经济作物等，种植比例、灌溉制度见表1。

表1 灌溉引水流量计算表

根据《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》（GB/T 20203-2006），计算灌溉系统的设计流量公式：

式中：Q0——灌溉系统设计流量，（m3/h）；

ai——灌水高峰期第i种作物种植比例；

mi——灌水高峰期第i种作物灌水定额；

Ti——灌水高峰期第i中作物一次灌水持续时间；

A——灌溉面积；

t——日工作小时数，取22 h；

η——灌溉水利用系数，η=η1×η2；

η1——管道系统水利用系数取0.95；

η2——田间水利用系数取0.9。

按上式计算项目区设计灌溉流量为184 m3/h。

3 引水及管道设计

3.1 引水首部设计

涝河灌区干渠现状为浆砌石结构，外表面采用水泥砂浆抹面，渠道为矩形断面，断面尺寸为1.8m×2.2m，渠道顶高程为530.0 m。为减少由于引水埋管对渠道的破坏，本次取水采用正虹吸形式。

取水工程分为取水真空泵房与控制阀井两部分。取水真空泵房布置于渠道岸边，尺寸为3.0m×3.0m×3.5m（长×宽×高），内布置真空泵、蝶阀等设备。阀井布置在真空泵下游侧的低洼处，断面净尺寸为1 m×2.5 m×1.5 m（长×宽×高），采用砌砖结构，控制阀井至引水口管材采用钢管。为防止杂物进入管道，影响运行，在渠道内设拦污栅，拦污栅采用直径12 mm钢筋焊接，栅格为100 mm×100 mm。

3.2 引水管道设计

3.2.1 管材确定

小型灌区管道输水灌溉工程常用的输水管，有钢管、普通聚氯乙烯（PVC）管、聚乙烯（PE）管、聚丙烯（PP）管和加筋聚氯乙烯管等。考虑到PVC管运行的安全可靠、维护工作量小，投资少，优先选用。

3.2.2 管网布局要求

原则：依据地形、地块、道路等情况布置管道系统，要求线路最短，控制面积最大，便于机耕，管理方便；管线尽量平顺，减少起伏和折点。

布置形式：根据布置原则，本工程管线采用“丰”字形布置；依据地势，管道采用地埋形式，原则上每300～400 m设一镇墩；管道的工作制度，采用滩地与贤庄村片区轮灌，每次轮灌组管道只开一个给水口。

3.2.3 管径的确定

项目区输水管道采用PVC管，管道经济流速的管径计算公式为：

式中：d——设计管道内径，m。

Q设——设计输水流量，干管为184 m3/h，支管设计流量为40～50 m3/h；

v——经济流速1.0～1.5 m/s，取1.3 m/s。

经计算，本次设计压力输水管道的管径223.7 mm，确定为DN 250 mm。

3.2.4 管道水力计算

管道输水损失计算采用《节水工程技术规范》（SL 103－95）公式：

式中：hf——干管沿程水头损失，m；

f——摩阻系数，为0.948×105；

Q——流量，重力输水管线为184 m3/h；

d——管内径，输水管线直径为225 mm；

m——流量指数，取1.77；

b——管径指数，取4.77；

L——管长，自引水口计算滩地干管为1 530 m，贤庄村片区干管为2 810 m。

局部水头损失采用沿程水头损失的10%计算。根据以上公式计算管道水头损失滩地片区为9.5 m，贤庄村片区为13.28 m。

3.2.5 管道压力计算

本工程外压力对管道等级影响较小，确定管道压力等级主要为管道内水压力。滩地片区管线最高点水位为529.1 m，最低点位于涝河河道，高程为497.5 m，高差为31.6 m。根据《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》（GB/T 20203-2006），管道压力为最大工作压力的1.4倍。管道内水压力为44.2 m，管道公称压力为0.4 MPa。项目区分为两个片区，分别为涝河滩地片区与贤庄片区。管道最大工作压力为管网灌溉系统进口压力Hin，管网进口压力计算如下：

式中：H——管中心高程；

Δh——给水拴剩余水头，取2.0 m；

ΔZ——地形水头。

泵站位置高程为506.2 m，压力管道出水口地形高程为583.5 m，管道地形扬程为77.3 m，考虑到输水损失等，最大工作压力为82.2 m，管道压力（1.4倍最大工作压力）为115.1 m，管道公称压力采用1.0 MPa。

4 提水泵站设计

本工程水泵采用管道泵，泵站地平高程为506.2m，管道进水口水面高程为528.5 m，最高出水口高程为583.5 m，设计流量为184 m3/h，设计条件需满足贤庄村高处地块灌溉流量计扬程需求。

4.1 泵型选择

根据项目区农业灌溉的工作条件，项目区加压采用离心泵。

4.1.1 设计扬程

设计扬程计算公式如下：

式中：Hp——水泵总扬程，m；

hf——沿程水头损失，m；

hj——局部水头损失，m；

ΔZ——泵站进水池与地块最高处高程差，m。

本工程输水管线水头损失为13.28 m，地形扬程为55 m，管道出水口考虑2.0 m剩余水头，因此本工程水泵扬程为70.28 m。

4.1.2 水泵选型

为减少建筑物规模，节省工程投资，项目区选用管道加压泵，不再设置泵站前池。根据设计流量和设计扬程，参考当地的实际经验，查水泵性能表，项目区水泵选型及参数见表2。

表2 水泵主要技术指标表

泵站灌溉地块高程范围为540.0～583.5 m，扬程范围较大，为节约电能，提高抽水效率，水泵设变频电机。

4.2 泵房设计

灌溉泵房采用地上结构，尺寸为5.0 m×6.0 m×3.2 m（长×宽×高）。泵房分为泵坑与检修平台两部分，泵坑内设水泵1台。检修平台主要为水泵检修，并设配电柜等设备。

5 设计方案复核

设计方案的复核主要是输水工程能力复核，主要为滩地输水能力与贤庄村片区选泵后输水能力复核计算。

滩地地块最高出水点高程为510.0 m，引水进水口水面高程为528.5 m，地形水头为18.5 m。管道水力损失为9.5 m，输水剩余水头为9 m，大于最不利位置给水栓所需的水头2.0 m，管道满足灌溉供水要求。

贤庄村片区水力主要是确定水泵型号后，管道输水能力的复核。选定水泵设计流量为192 m3/h。流量调整后管线的水头损失为14.2 m，管道地形沿程为55 m，考虑出水口剩余水头为2.0 m，确定调整流量后输水系统输水损失为71.2 m，小于水泵额定扬程73 m。

由以上复核确定工程选定管道管径、水泵扬程及流量均能满足项目要求。