镇巴县余家垭抽水灌溉工程水毁修复设计探讨

吴祥朗

（镇巴县水保站 陕西 镇巴 723600）

1 工程概况

镇巴县位于陕西省南部，汉中市东南隅，介于东径 107°25′30″～108°16′42″,北纬 30°08′54″～32°50′42″之间，距汉中市 184km。东邻安康市紫阳、汉阴两县，南、西毗连四川省通江县和万源市，西北与西乡县接壤。全县地处大巴山西部、米仓山东段，境内山峦重叠，河沟纵横，山高坡陡。巴山主脉自西北向东南纵贯全县，海拔高度在425m～2534m之间，平均海拔1231m，相对高差2109m。

镇巴县地处陕西最南部，是陕西省的暴雨中心，洪涝灾害频繁发生。2010年7月24日，县境内发生特大暴雨洪涝灾害，造成交通中断、水利设施冲毁、农田被淹没等重大损失。位于县境内观音镇的余家垭抽水灌溉工程受到严重损毁，其中：拦水坝1座、抽水站1座、蓄水池1座全部毁坏。灌区300亩茶园受到干旱威胁，茶叶产量严重下降，茶叶品质低，当地经济收入受损严重，急需修建拦水坝、抽水站和蓄水池，恢复灌溉设施。

2 工程布局与建设内容

2.1 工程布局

2.1.1 布局原则

（1）基本维持原灌区平面布置、设计流量、渠道比降等不变；

（2）尽量在原有工程的基础上修复和加固；

（3）在保证工程安全的前提下，因地制宜，减少工程造价，力争费省效宏。

2.1.2 工程布局

该工程在林场沟修建拦水坝一座，在沟道右岸修建抽水站一座，抽水至山顶蓄水池，进行茶叶灌溉。田间灌溉设施完好，按原布局，不再进行设计。

2.2 工程建设内容

①引水低坝：建拦水坝1座；②建抽水站：建一级抽水站1座（泵房、管理房一处各一间、输电线路1.1km）；③蓄水池：建蓄水池1座。

3 工程设计

3.1 设计流量的确定

（1）灌溉保证率与灌溉定额

水源：林场沟常流水，最枯流量0.008m3/s。

灌溉保证率确定为75%。

灌溉定额：茶园灌溉定额120m3/亩计。

灌溉方式：抽水站抽水至蓄水池，用φ20管道进行灌溉。

利用系数：管道水利用系数采用0.90。

灌溉面积300亩。

（2）抽水站流量的确定

抽水站流量按下式确定：

式中，Q——抽水站抽水流量，m3/s；

T——灌溉周期，天，T=15；

T——日灌溉时间，h，t=18；

η——灌溉水有效利用系数，η=0.9；

A——灌溉面积，亩；

M——灌水定额，m3/亩，M=12 m3/亩次；经计算，Q=0.00412m3/s。

3.2 设计方案

3.2.1 拦水坝修复

为保证灌溉引水，在林场沟修复引水低坝1座，根据原坝体，仍采用浆砌石重力坝。

（1）坝址选择

依据项目区地形、河沟断面及相关地质资料，坝址选在林场沟上游，沟道断面最窄处。

（2）拦水坝坝顶高程的确定

根据灌溉引水要求及已成坝的蓄水情况，沟道新建拦水坝址的蓄水容积的大小确定坝高为3.0m（即785.40m）。

（3）拦水坝坝型与体形尺寸

根据引水水位要求，坝址地质、地形条件和引水流量等因素，拦水坝有效高度（拦水面高度）2.0m。坝长20.0m，顶宽1.0m。坡比1∶1，基础深1.0m，坝后消力池长1.0m，深0.4m。采用M10浆砌片石，M10水泥砂浆抹面。

3.2.2 抽水站设计

该工程抽水站建于沟道右岸，在沟道中央修建拦水坝，从水坝抽水至山顶蓄水池，进行茶叶灌溉。该抽水站地形扬程为228.6m，根据该泵站地形条件及运行情况，确定采用一级抽水方案。

（1）抽水站流量的确定

表1 水泵安装高度计算表

表2 水泵特性表

Q=0.00412m3/s

（2）抽水站管道确定

①吸水管管径确定

吸水管管径根据允许流速计算，采用设计流速v=1.0m/s,=0.0724mm=72.4mm，决定选用80mm。

式中，D——出水管管径，mm；

Q——水泵的设计流量，m3/s。

②压力管道管径确定

压力管道管径由经济流速确定，按下式计算。

式中，D——出水管管径，m；

Q——水泵的设计流量，m3/s；

X——系数，取1.0。

D=XQ0.42=0.004120.42=0.0996m=99.6mm

计算得管径D=99.6mm,故确定选用管道外径为D=110mm。由于该抽水站地形扬程较高，泵站地形扬程为228.6m，故选用热轧无缝钢管，管道壁厚为5mm，耐压强度大于2.0MPa。

（3）水泵安装高程的确定

①根据设计流量及地形扬程，初选泵型为：D25-50×5卧式多级D型泵,汽蚀余量为2.0m，允许吸上真空高度 Hs为10m-2m=8m。

水泵安装地点海拔高程约786.45m,则允许吸上真空高度修正值为：

式中，Hs′——修正后允许吸上真空高度，m；

Hs——水泵允许吸上真空高度，m，Hs=8m；

Pa——标准大气压力，Pa=10.3；

Pa′——水泵安装地点实际大气压力,查得Pa/=9.4；

R——水的比重，kg/m3；

故计算得Hs'/=7.1m。

②水泵安装高度计算计算公式：

式中，hs——水泵安装高度，m；

λ——沿程阻力系数；

L1——吸水管长度，m；

V——管道流速，V=Q/ω；

ξ——局部阻力系数。

计算参数与安装高度计算结果如表1。

设计该抽水站水泵安装高程为786.45m，推算进水池最低蓄水位为786.45m-6.8m=779.65m。根据水坝实际地形，水坝正常蓄水位均大于该高程，故水泵安装高程满足水泵抽水要求。

（4）水泵扬程计算

根据镇（乡）村给水工程技术规程（CJ123-2008）钢管道水力损失

Δh=15%H沿程

H=净扬程+H沿程+15%H沿程

采用热轧无缝钢管 D外=110mm，d=5mm

h沿程=20m/km

H总=净扬程+H沿程+15%H沿程

H总=228.6+12.20+1.83=242.63m。

（5）水泵机组选型

根据上述计算结果Q1=14.815m3/h，总扬程242.63m，泵站选择卧式多级水泵，型号为D25-50×5,设计扬程250m，设计流量25m3/h，配用电机功率37kW。水泵特性见表2。

（6）抽水站布置型式

抽水站为渠岸式抽水站。在河道中修建拦水坝抬高河道水位，用引水渠道引水至进水池，在河道右岸修建抽水站，水泵机组将水从进水池中抽水至山顶蓄水池进行灌溉。

抽水站水泵安装为地面式，泵室地板高程786.45m，水泵安装高程786.90m。水泵前分别安装闸阀（型号Z41,公称压力2.5MPa）、缓闭止回阀（型号 HH48H，公称压力2.5MPa）及钢制活接头。检修时用放空排水管放空压水管中存水。

（7）抽水站泵房、管理房各为一间砖混结构房屋，开间4.5m，进深4.5m，建筑面积均为22.47m2。室内地面高程为786.45m。砖混结构，墙体为砖砌，基础为浆砌石，屋顶为空心楼板覆盖，顶部防渗处理。外墙壁面拉毛处理，内墙面、顶棚采用水泥砂浆抹灰，涂料粉刷两遍，门窗采用陕西省民建用图 集 M1025、C1215、C1206， 后 窗 底 高2.5m，门窗过梁采用预制砼板。

（8）压力管道设计

压力管道选用DN110热轧无缝钢管，管道壁厚=5mm，承压≥2.5MPa，管道长度610m。管道基础为天然基础，必要时对基础进行夯实基础，管道外露。管道在水平和竖直转弯处均设置C20砼镇墩，共设置6处镇墩。

（9）电气设计

该抽水站泵站安装D25—50×5卧式式多级泵一台，配套电机功率37kW，在泵站处安装变压器1台，型号为S11-M-63 kVA/10kV-0.4，采用室外杆上安装，在变压器高压侧均设有跌落丝具和避雷器。泵站由附近村庄架设约1.1km10kV线路供电。

抽水站设PGL计量配电柜1面，S1N-125型空气开关1个，刀开关1组，电动机采用DFK-S18.5J启动柜，启动方式为星三角降压启动。

接地利用抽水站地圈梁内主筋通焊一周，引至配电柜PGL，接地电阻要求小于10欧。

3.2.3 蓄水池设计

在灌区最高处山头上布设蓄水池1座，蓄水容量均为70m3。蓄水池内径6.0m，池深2.8m，正常需水深2.5m，池壁砌石厚0.5m，池底砌石厚度0.4m，池基础处理为3:7灰土，厚0.4m。采用M7.5浆砌片石，M10水泥砂浆抹面。为满足灌溉需要，设置3座出水闸阀井，以便用支管道放水进行灌溉。

4 结论

余家垭抽水灌溉工程水毁修复设计，技术先进，经济合理可行，通过本次修复改造，输水能力、灌溉利用系数和灌溉保证率都相应提高。

工程的实施，对提高灌区抗御自然灾害的能力，促进灌区经济农业和农村经济的发展，项目直接经济效益主要为灌溉后增产效益，项目工程建成后，年增产茶叶9000kg，增加收入27.00万元，人均增收200元。

项目建成后，充分利用水土资源，综合布设“拦、蓄、引”灌溉系统，发展特色产业，集约化经营，产业化发展，同时把大量闲置的劳动力转移到农业综合开发与产业结构调整中去，促进多种经营的发展，增加农民收入，提高了群众文化生活水平，推动社会进步，为农业增效、农民增收、农村发展做出贡献，社会效益显著。陕西水利

[1]镇（乡）村给水工程技术规程（C J123-2008）[S].