盱眙县姬庄灌区节水配套一级站改造设计研究

李 卉，赵 燕，雷 宁，杨 涛，茆福文

（淮安市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 淮安 223001）

1 工程概况

姬庄灌区位于盱眙县西北部丘陵区，北滨洪泽湖，西接桥口灌区，南至仙墩湖，西至下草湾，总面积98.0 km2，总耕地面积7 666.67 hm2，设计灌溉面积4 880 hm2，现状有效灌溉面积3 933.33 hm2。灌区涉及管仲、淮河2 个镇、31 个村，人口9.66 万人，其中农业人口5.84 万人。灌区地面高程在12.5～44.2 m，岗冲交错，高岗地起伏较大，沿河、湖周边地势平坦，土质多为黏土，适宜种植水稻、小麦、玉米等多种作物。灌区为提水灌区，水源主要是经一、二级提水泵站引洪泽湖水灌溉以及南部部分地区经兴隆水库和陡湖引水灌溉。灌区现有干渠5 条，总长度15.3 km；支渠19 条，总长度35.64 km；斗渠共121 条，总长度61 km。灌区现有灌溉建筑物共168 座、排水建筑物共82 座。

盱眙县姬庄灌区原隶属于盱眙县鲍管灌区，1979 年建成姬庄一、二级站后，自成一套独立灌溉体系，现为江苏省重点中型灌区之一。经过多年的治理建设，灌区灌排渠系已形成，发挥了工程效益，促进了灌区的农业生产和当地的经济发展。但随着农村产业结构的调整和高新农业的发展以及灌区工情、水情、农情的不断变化，原灌排工程缺乏更新改造，工程老化损坏，建筑物设计标准偏低，尤其是姬庄一、二级2 座提水泵站损坏严重，已无法正常运行，难以满足灌区农业生产发展和工程安全运行的要求[1-3]。

2 灌区骨干工程存在的问题

由于工程年久失修、配套残缺，致使工程保证率和灌溉效益逐年衰减。目前，灌区存在的主要问题如下。

（1）工程设计标准低，建筑物的引、排水能力不能满足要求。姬庄灌区投入运行已40 a，现有建筑物大多建于20世纪70年代前后，当时大多按集体方式进行农田生产，水稻栽插以村组分块，灌溉制度大多采用续灌模式。农村实行联产承包责任制后，农村产业化进程不断加快，水稻栽插期由原来的40 d左右缩短到10 d左右、泡田期缩短至4～7 d，水稻栽插高峰期用水量显著增加，建筑物的引排水能力无法满足要求。

（2）水源泵站年久失修，引水能力严重不足。目前，灌区主要有6 座提水泵站，机泵设备老化，损坏严重，能耗大、效率低，根据调查，姬庄一、二级站提水能力仅为原设计流量的40%左右。其中，姬庄一级站现状泵型为离心泵，电机总功率920 kW，共7 台机组，现仅有3 台机组可用，原设计流量为3.5 m3/s，现实际流量仅为1.2 m3/s。

（3）渠道未护砌，坍塌、淤积严重。由于部分渠道比降较大，且现状渠道均为土渠，根据本公司的地勘资料，土质稳定性差，且现状渠道边坡冲刷坍塌严重，导致渠道淤积严重，输水能力下降，水土流失严重，渠系水利用系数低，目前灌区渠系水利用系数为0.62左右。

（4）工程年久失修，配套不全，工程效益衰减，正常运行困难。灌区大部分骨干工程都已老化、损坏，不能正常运作，发挥不了设计效益，严重影响了灌区的正常灌溉。渠系配套建筑物整体完好率只有30%左右，干、支渠两级建筑物完好率为30%，斗渠以下仅有30%左右。

（5）灌区水费收缴困难，难以维持正常运行。由于渠首泵站灌溉引水量及水位的严重不足，农户纷纷打井抽取地下水进行灌溉，一方面使得该地区地下水开采过量，影响了生态环境，另一方面导致水费收缴困难。根据姬庄灌区管理所近几年管理状况，每年正常收缴水费面积仅为333.33 hm2，管理经费严重短缺，致使工程得不到应有的维护，难以维持灌区的正常运行管理。

（6）管理手段落后，管理设施破旧。目前，灌区配水、量水和水情监测全部采用人工手工操作，监测设备缺乏，管理手段相当落后。灌区群众惯用“大锅水”，节水意识淡薄，偷水、漏水现象严重，大大降低灌区的灌溉效益。灌区管理房屋破旧，部分房屋墙裂屋漏，不能适应水利现代化的需要。

3 改造设计

3.1 工程等级及设计标准

本灌区灌溉面积小于2 万hm2，符合中型灌区标准，按中型灌区标准进行以节水灌溉为中心的续建配套与节水改造。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017），本灌区工程属中型Ⅲ等工程。灌区相关渠道工程设计流量均小于5 m3/s，工程等级均为5 级。姬庄一、二级站设计流量分别为4.77、3.36 m3/s，工程等级为Ⅳ级，属小（1）型建筑物。其余配套建筑物均为Ⅴ级，属小（2）型建筑物。排涝标准为10 a一遇。

3.2 水位与流量

姬庄一级站为姬庄灌区的渠首泵站，通过姬庄引河抽洪泽湖水至姬庄一级干渠进行灌溉。姬庄引河与一级站之间设有隔堤及进水闸。姬庄一级干渠灌溉流量为4.77 m3/s，补水流量为1.63 m3/s，灌溉期姬庄一级站可提前几天向兴隆水库补水，考虑灌溉和补水不遭遇，则姬庄一级站设计流量为4.77 m3/s。

根据蒋坝站近20 a 灌溉期实测水位分析，85%保证率水位为11.45 m、95%保证率水位为10.98 m。一级站进水池上游侧为一进水涵洞，考虑过洞水头差15 cm，确定一级站进水池设计水位（85%保证率）为11.3 m、最低水位（95%保证率）为10.83 m。出水池水位根据田间典型点高程及渠道沿程损失推算确定，姬庄一级站出水池水位为25.30 m。

3.3 泵站设计

3.3.1 泵站总体布置

姬庄一级站为拆建泵站，由引河引洪泽湖水，通过进水涵闸引水至进水池。进水闸为1 孔2 m×2.5 m混凝土箱涵，设计流量5.5 m3/s，满足一级站的设计流量要求。进水闸闸门采用钢闸门配用螺杆启闭机，拦污栅、洞身、闸门及启闭机运行状况良好。进水池为浆砌石结构，结构功能完好。故本次设计保留原有进水涵闸及进水池，拆建站身及出水池部分。拆建姬庄一级站中心线与原泵站中心线一致，泵站为原址拆建[4，5]。

泵站采用干室型泵房结构型式，水泵选用4 台700-580B 型双吸卧式离心泵，配套315 kW 电机4台，机组呈一列式布置（需要扬程曲线作于水泵流量扬程曲线图上，如图1所示）。站身底板顺水流向长12.10 m、垂直水流向宽26.50 m（含检修间），站底板顶面高程为11.50 m，水泵安装高程为10.26 m（叶轮中心高程），喇叭口中心高程为9.00 m，进水池底板面高程为8.00 m。泵站主厂房长26.50 m（含检修间）、宽12.10 m，配电房长17.00 m、宽12.40 m，泵房地面高程15.00 m，屋面大梁下缘高程为23.80 m。

图1 需要流量—扬程曲线

泵站主厂房北侧设置检修间，南侧设置主变电室和高、低压配电室以及办公室和总控制室。泵站厂房检修设备选用1 台10 t 电动单梁起重机，净跨10.50 m。机组检修时，可以通过电动单梁起重机直接进入布置在站身一侧检修间；另外在检修间内配备1 台5 t 手动葫芦和2 台3 t 千斤顶。泵站进水池采用原泵站进水池，受施工影响的现状消力池挡墙采用钢筋混凝土扶壁式挡墙型式恢复，挡墙底板顶高程8.00 m，墙顶高程14.60 m。扶壁墙底宽7.10 m，墙后设置排水孔。泵站进水采用DN800 mm 钢管输水，管道共计长约44 m；出水采用DN800 mm 钢管输水，管道共计长约152 m。出水池采用直立式钢筋混凝土结构，底板顶面高程为21.50 m，顶高程为26.00 m，长11.80 m，宽20.40 m，接姬庄一级干渠。

3.3.2 泵站稳定计算

（1）站身稳定计算。姬庄一级站站身共计2 块，稳定计算取单块底板站身整体作为计算对象，底板顺水流向长度为12.10 m、垂直水流向宽度为14.50 m。站身稳定计算成果，详见表1。由表1 可知，姬庄一级站地基反力不满足规范要求，需进行地基处理。泵站底板落在素土层上，采用12%水泥土换填。

表1 泵站稳定计算成果

（2）站身抗浮计算。站身抗浮计算成果，详见表2。由表2 可知，姬庄一级站G向下＞G向上，故抗浮满足规范要求。

表2 站身抗浮计算成果

（3）进水侧翼墙稳定计算。取进水池翼墙设计断面为研究对象进行翼墙稳定计算，考虑墙前墙后水头差为0.50 m，计算成果详见表3。由表3 可知，翼墙的抗滑、抗倾稳定均满足规范要求，底板落在黏土或粉质黏土层上，承载力满足规范要求。

表3 进水侧翼墙稳定计算成果

4 结论

本次工程实施后，姬庄一级站出水池水位达到设计水位，可满足灌区的自流灌溉要求，现状众多小型泵站将不再需要开机提水。同时，姬庄一级站的老旧机组得到改造，效率提高，经姬庄灌区管理所统计测算，每年可节省电费5 万元。项目区内渠系水利用系数由原0.62 提高至0.69，农田灌溉保证率达到85%，取得了较好的经济效益。