天王镇十二盘村抗旱应急水源工程设计浅析

王 磊

(宝鸡市水利水电规划勘测设计院，陕西 宝鸡 721000)

2012年国务院审议通过并批复了《全国抗旱规划》，并印发了《国务院关于全国抗旱规划的批复》文件。为加快构建与经济社会可持续发展相适应的抗旱减灾体系，逐步形成抗旱减灾长效机制，全面提升我国抗旱减灾的整体能力和综合管理水平，保障城乡居民生活用水安全和经济社会可持续发展，陕西省于2016年前后组织了一大批抗旱应急水源工程建设，取得了显著的效果。本文结合天王镇十二盘村抗旱应急水源工程建设，简要谈了谈工程建设的主要内容及经验和建议，可供类似工程参考。

1 工程概况

天王镇隶属于宝鸡市陈仓区，位于陈仓区东南部渭河南岸，距陈仓区政府所在地10 km，西宝公路南线穿镇而过。十二盘村隶属于天王镇，地处渭河南岸，位于秦岭北麓山区，距天王镇政府30 km，全村共有5个村民小组，220户980人，耕地面积2250亩。十二盘村是天王镇主要粮食和经济作物的主产区，人口密集、城乡一体化发展较快。

2 工程设计

2.1 工程规模

(1)设计水平年

本次供水工程规划基准年为2016年，规划水平年为2026年。

(2)供水范围

本次抗旱应急水源工程的供水对象为天王镇十二盘村的一、三、四、五4个村民小组，二组不在本次设计范围内。通过本项目的实施，可解决860个居民1800亩基本口粮田的抗旱应急灌溉用水需求。供水对象统计表见表1。

(3)灌溉水利用系数

表1 供水对象统计表

根据《灌溉与排水工程设计规范》(以下简称《规范》)，利用公式：

η=ηs×ηf

式中：η为灌溉水利用系数，不低于0.75，旱作灌区田间利用系数不低于0.90；ηs为渠系水利用系数；ηf为田间水利用系数。

灌区灌溉水利用系数η=0.75×0.9=0.675。

(4)常规年需水量预测

根据《规范》，利用公式：

M=A×n

式中：M为灌溉需水量，万m3；A为工程区面积，亩；n综合毛灌溉定额，m3/亩。

其中，设计灌溉面积为1800亩，根据工程区常规年农作物灌溉制度(见表2)，计算分析并确定综合毛灌溉定额为142.22 m3/亩。

常规年工程区灌溉需水量M常=1800×142.22=25.60万m3。

(5)干旱年需水量预测

根据《规范》，利用公式：

M=A×n

式中：M为灌溉需水量，万m3；A为工程区面积，亩；n为综合毛灌溉定额，m3/亩。

其中，设计灌溉面积为1800亩，根据工程区抗旱应急年农作物灌溉制度(见表3)，计算分析并确定综合毛灌溉定额为118.52 m3/亩[1]。

表2 工程区常规年农作物灌溉制度表(p=75%)

表3 工程区抗旱应急年农作物灌溉制度表(p=90%)

干旱年工程区灌溉需水量M干=1800×118.52=21.33万m3。

(6)灌水率计算

根据《规范》，利用公式：

q=αm/(Tt)

式中：q为灌水率，m3/(s·亩)；α为控制性作物种植比例；m为设计灌水定额，根据工程区农作物灌溉制度，计算并分析确定控制性作物小麦种植比例为80%，设计灌水定额为45 m3/亩；T为设计灌水周期，10 d；t为日工作小时数，8.64 h。

灌水率计算表见表4。

表4 灌水率计算表

设计灌水率q=(80%×45)/(8.64×10)=0.417 m3/(s·亩)。

(7)供水规模确定

根据《规范》，利用公式：

Q=Aq/η

式中：Q为供水流量，m3/s；A为控制灌溉面积，1800亩；q为灌水率，0.417 m3/(s·亩)；η为灌溉水利用系数，0.675。

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

考虑本项目供水的可靠性，加大10%流量确定本项目的供水流量为0.13 m3/s[2]。

2.2 水源选择

经过对工程区调查和论证，应急供水水源有地下水和地表水。

(1)地下水

工程区地处秦岭北麓洪积扇黄土台塬地貌单元，地下水按含水层岩性分为基岩裂隙水和第四系孔隙潜水。地下水主要由降水和河流侧补给为主。浅层水埋深大于120 m，含水层厚度在8 m～20 m之间，出水量20 m3/h～30 m3/h，水质良好，矿化度小于0.5 mg/L。

随着社会经济的发展，村镇需水量不断加大，现有供水不能满足村镇发展需要，地下水常年开采，得不到有效补给，采用地下水作为应急供水水源其抵御特大干旱年份供水的可靠性较差，因此，工程区地下水不宜作为应急供水水源[3]。

(2)地表水

十二盘村地处秦岭北麓山脚下，村域内地表水资源以燕麦河和雨水径流为主。

燕麦河发源于秦岭北麓的水磨沟，属于伐鱼河右岸一级支流，流域面积18.88 km2，干流全长4.5 km，河道平均比降17.78%，流域海拔高程在1120 m～1920 m之间。燕麦河流域的径流主要是由降雨形成，降雨和下垫面的特性决定着该河的径流特性。河流的水量汛期主要由降雨补给，枯水季节主要依靠地下水补给，径流具有年际变化较大，年内分配不均的特点[4]。

由面积比拟和径流深等值线图两种办法计算并分析，净流深等值线图结果更能反应本区域径流实际，因此选用径流深等值线图计算结果，即燕麦河多年平均径流量661万m3。

通过供需平衡分析，在灌溉设计75%保证率下，月内分配用水都能满足，常规情况下总需水量25.70万m3，可供水量总443万m3；抗旱应急情况下需水量总量21.33万m3，可供水量总量337万m3。

因此，实施这个工程的灌溉水源是有保证的。

2.3 工程总体布置

根据宝鸡市抗旱应急总体规划，结合当地地形、水源条件及管理水平，供水方式确定为集中引水方式，按供水到村组设计。本工程通过在燕麦河上游设置挡水坝用以抬高水位，坝顶溢流面设取水口取水，经坝内蓄水槽，侧向接输水管道，沿线重力供水到各村组供水点。

2.4 工程设计

(1)取水构筑物设计

取水构筑物设计，应在保证灌溉引水流量的前提下，做到长期稳定高效运行，并且避免取水口的淤堵。本项目取水构筑物由大坝、坝体箱涵式蓄水槽、格宾网护坦三部分组成。

大坝为C20砼和M7.5浆砌石材料组成，大坝高2.45 m，宽18 m(坝址处天然河道宽18 m)，长5 m。大坝坝顶高出天然河道0.5 m，其余部分埋在河道以下。

蓄水槽设在坝体内部，水池左边深1.35 m，右边深1.05 m，呈倒坡状，引水管道设在右岸。该段坝体为C20砼，蓄水池顶板加盖0.1 m厚的C20砼预制盖板，预制盖板打孔，孔径100 mm，间距100 mm梅花桩布置。盖板上回填0.5 m厚的反滤体，反滤体采用直径由大到小由下到上的滤体填充[5]。大坝背水侧部分采用M7.5浆砌石。蓄水池右边设置一套1.1 m×1.1 m的铸铁闸门，采用QLS-3T的启闭机一套。

坝体末端设置格宾网护坦消能，格宾网长3 m，厚0.5 m，宽18 m。

(2)输水管道设计

经实际测量，布设管道总长约7.8 km，沿地面以下0.8 m～1 m布设，水平和垂直折线由弯管衔接。管道间隔一定距离设排气、减压阀，并设检查井以利检修和事故排空。

综合考虑技术、经济、管理等各项因素，管道采用PE100级聚乙烯管材。

管道全线采用地埋铺设，管沟深最小0.8 m，管底宽0.7 m，开挖边坡1∶0.3。

(3)附属建筑物设计

本项目有三处较宽的跨沟，从技术、经济等方面对管桥和倒虹吸管两方案进行比较，最终选择管桥形式。

根据地形和工程需要在管道凸起点，设自动进(排)气阀；长距离无凸起点的管段，每隔一定距离亦应设自动进(排)气阀；管道低凹处，设排空阀；当地形高差较大并有富余水头时，视管线压力需要设置减压设施。管网的末稍，视地形条件在适当位置设置泄水阀。干管上根据地形和需要设检修闸阀井，各级支管在适宜位置设检修阀。

3 结语

本工程于2019年初建成并投入使用。该工程设计可靠，施工可行，工程投资较小，实施后有效缓解了天王镇十二盘村民的灌溉用水难题。该项目的顺利实施可总结出以下经验：

1)选择燕麦河作为灌溉供水水源，但燕麦河流域内无实测水文资料，也无降水观测资料。设计中对径流和洪水采用了多种计算办法，分别比较了各种计算办法得出的成果，然后综合选定。设计审批时有关专家对水源的选择做了进一步的探讨，确保本次设计水源选择的合理性。

2)取水口的设计对本项目至关重要，如何在保证灌溉引水流量的前提下，做到长期稳定高效运行，并且避免取水口的淤堵，是设计的关键。本次参照了类似工程的设计方案，并做了一定的优化和改进，设计审批时有关专家对该方案的合理性做了进一步讨论，最终确定该方案合理。

3)根据本工程建设条件，工程总体布置按照技术方案合理，投资节省、施工容易、运行管理方便等目标，对工程输水线路进行了不同线路方案的比较，择优选取了施工条件好、线路较短、地形起伏相对较小的输水线路，同时，结合输水线路比选，对不同输水管材、管径方案进行了比较。因此，从工程总体布置及其各组成部分的工程布置看，均按照前述目标进行了优选，工程的建设和运行都将会取得较好的节能效果。

4)工程完工后，管理单位要加强工程的管护，科学运行，规范管理。