天镇县大众渠灌区续建配套工程设计分析

盛国利

（天镇县水务局，山西 天镇 038200）

天镇县大众渠灌区一、二、三干渠对天镇县农业灌溉生产具有举足轻重的地位和作用，其安全稳定高效运行对保障当地粮食安全意义重大。三个干渠均建于1912年，现已运行多年，渠道渗漏以及渠系配套建筑物严重损坏，大部分渠系坍塌和未经衬砌导致水量渗漏损失严重，实际灌溉面积逐年锐减，已经成为遏制灌区内经济发展的重要因素。实施灌区改造工程可以重新恢复灌区生态和灌区农业，是发展当地农业的重要举措。

1 灌区概况

1.1 自然条件

大众渠灌区位于山西省北部内外长城之间的天镇县最北部，是天镇县境内主要灌区之一，西、北以外长城与内蒙古自治区兴和县为界，东至三角沟与河北省怀安县毗邻，渠首以上流域面积333km2，灌区呈三角形状，西窄东宽，东西长9km，地处我国黄土高原东北角，属边山峪口倾斜平原区，是西洋河盆地的一部分。地表由上更新统和中更新统亚砂土、砂卵砾等洪积物组成，灌区内耕地属砂壤土，地势北高南低，由北向南土壤颗粒由粗渐细，地面坡度约1/20～1/25，海拔1000～1083m，地下水埋深15～50m之间。

1.2 水利设施现状

灌区共有三条干渠，总长47.839km，控制面积0.15万hm2。一干渠位于内蒙古兴和县古城乡古城村北，西洋河北岸，为无调节有坝取水清洪两用，设计引水量为4.0m3/s。二干渠渠首位于一干渠下游1.880km处，设计引水量为1.3m3/s，西洋河北岸为无调节无坝引水引洪渠道。原有水闸2孔3m，冲砂闸3孔5m（现已破坏）。

由于渠首在内蒙古兴和县境内，引水十分不便，尤其渠首以下均为土渠，有的村民在渠道南侧随意开口浇地，水越冲越大，多次造成淹地，导致损失。因此灌区亟需进行改造配套。

三干渠全长8.5km，输水能力为4.0m3/s。由于工程年久失修，工程水毁严重，加之配套工程不完善，致使工程不能有效发挥作用。

2 水资源工程

2.1 灌区水土资源利用现状分析

根据西洋河年径流量，结合大众渠灌区灌溉制度，平水年（P=50%）灌溉三次，灌水时间分别为4月1日至4月15日（播前），6月6日至6月20日（拔节期）和8月6日至8月20日（灌浆期），见表1。

表1 现状水源水资源量统计表

对应时段可利用径流量分别为89.01万m3、34.90万m3和128.90万m3，共252.81万m3。

对应三时段可利用地下水量均为44万m3，共132万m3。

对应时段地下水置换工程供水量（补充径流）为210万m3。平水年现状可用水总量为334.81万m3，实施后可用水总量为412.81万m3。

项目实施后供需平衡分析：当P=50%时，可用水资源总量、各灌水周期内可用水资源量均可满足需水量；供水总能力、各灌水周期内供水能力均可满足需水量，水量供需余21.52万m3。详见表2。

表2 实施后可用水量统计表

2.2 工程布置原则

工程总体布置要做到符合规范、高效运行，节水、节能、节地、增产、增收，能提高灌溉水的利用率及生产率。结合现代农业建设的总体要求和战略布局，以及灌区全面提升灌溉水平的要求，各项工程的具体布置原则为：

（1）一干渠和三干渠设计灌溉面积0.118万hm2，同用一个渠首。渠首设计在山西界与内蒙古界交界处山西境内西洋河上，新建拦水坝、输水管道、前水池、泵站厂房、出水池、护地坝、疏浚泵站段河道。

（2）二干渠设计灌溉面积0.032万hm2，渠首设计在一干渠、三干渠渠首下游1.880km处西洋河上，新建拦水坝、引渠、护地坝、疏浚渠首段河道。

（3）拦水坝设置在河道中央，两侧河岸采用护地坝砌筑，出水池、泵站需新征用地。

3 泵站工程

3.1 泵站工程设计

本项目泵站工程仅在一干渠、三干渠渠首设计，包括输水管道、前水池、泵站厂房、出水池、压力管道。引水采用DN2000钢筋混凝土管道，长50m。进水池和出水池采用钢筋混凝土结构，2个容积为50m3进水池，尺寸5m×10m×1m（长×宽×高）；2个100m3出水池，尺寸10m×10m×1m（长×宽×高）。泄水闸采用20m×2.5m（宽×高）液压闸门2套。

泵站特征水位及地形扬程见表3。

表3 泵站特征水位及地形扬程

3.2 泵站流量设计

泵站为一级提水泵站，流量计算公式如下：

式中：Q0——泵站计算流量，m3/s；

A——控制灌溉面积，万hm2；

η——灌溉水利用系数，η取0.63；

q——设计综合灌水率（m3/s/万hm2），q取0.021 m3/s·万hm2。

泵站设计流量详见表4。

表4 泵站设计流量计算表

3.3 水泵选型

3.3.1 扬程计算

泵站的扬程计算根据下列公式计算：

式中：H——设计泵站扬程，m；

Z——扬水高度即水泵入口处水面到出口处水面的高程差，取4m；

hy——水头损失，局部水头损失取沿程水头损失的10%；

q——设计流量，m3/s；

Ch——海曾·威廉系数，取130；

dj——管道内径。

经计算，一干渠水泵计算扬程为5.5m，三干渠水泵计算扬程为3.5m。

3.3.2 型号比选

经初筛泵型，水泵选型主要有两个方案。

方案一：WLI型排污泵，此种泵型泵体与电机直连同轴，结构紧凑，一体化程度高，流道尺寸大污物通过能力强，扬程低，效率高，节能效果好，进出口法兰规格相同，安装拆卸方便。输送介质为带颗粒、污物的污水或清水。

方案二：ISW卧式管道泵，其特点为流量扬程组合丰富，运行平稳，泵轴的绝对同心度及叶轮优异的动静平衡，无振动，噪音低，结构简单故障率低，更换密封、轴承，简易方便，维修方便，出口可向三个方向，便于管道布置安装，节省空间。输送介质主要为清水或杂质含量低的污水。

结合河流水质、厂房建设情况，针对水源流量偏大、扬程低的特点水泵、水质微含泥沙的特点，推荐采用WLI型立式排污泵（方案一），结果见表5。

表5 水泵选型表

4 渠道建设

4.1 渠道设计

4.1.1 设计流量计算

三条干渠各自从河道单独取水，互不影响，配水方式为干渠续灌，支渠分组轮灌。

4.1.2 渠道水力最佳断面确定

渠道纵断设计，尽量接近地面坡降，避免挖填方量过大，既满足渠道过水要求，又考虑对渠道造成冲刷、淤积。

渠道横断，对于维修渠段，尽量采用原有断面形式，改建与新建部分按经济合理原则选用新断面。

根据工程总体规划布置方案，以及当地的农业生产习惯，本项目一、三干渠采用底宽1.0m、坡比1∶0.25、底宽3.0m的复式渠，二干渠及所有支渠采用U型断面。一、三干渠复式渠断面如图1所示。

图1 复式渠断面图（单位：cm）

4.2 主要渠系建筑物改造设计

4.2.1 节制分水闸

本次设计三个干渠共设置节制闸76座，分水闸447座。301套规格1.5m×3.0m（宽×高）机闸一体闸门、152套规格0.8m×0.9m（宽×高）机闸一体闸门、70套规格0.6m×0.7m（宽×高）机闸一体闸门，基础埋深0.12m。节制分水闸闸室段的地基采用重夯处理，干容重≥1.6t/m3。闸室及交通桥均采用C25钢筋混凝土，迎水面、闸墩外侧裸露部分及封顶全部采用M10砂浆抹面。节制闸门、分水闸门均采用电动远程控制一体化闸门。工作桥板及交通桥板均采用预制C25钢筋混凝土。闸门框架用二期浇筑混凝土固定，分缝采用沥青砂浆止水。

4.2.2 交通建筑物

本灌区的灌溉交通建筑物主要有车桥、机耕桥。

本次设共设置车桥160座、机耕桥242座。新建交通桥为板式结构，桥面板为28cm厚钢筋混凝土结构，桥台为浆砌石结构，车桥桥面宽6m，机耕桥桥面宽4.0m。车桥设计荷载为30t、机耕桥5t。地基需夯实，干容重应达到1.6t/m3，浆砌石外露面用M10水泥砂浆勾缝。基础、墙身为M10浆砌石，桥板为C25钢筋混凝土预制，钢筋净保护层为2cm。桥两侧护栏断面10cm×10cm，为C25现浇混凝土。

4．3 用水量测、信息化工程设计

4.3.1 灌区信息化

一、二、三干渠目前均无信息化建设，节制闸和分水闸都是人工启闭，费时费力。设计以水量调配为主线，输水安全为重点，提高效率为目标的信息化决策管理平台，实现信息自动采集、传输、处理及办公自动化，打造现代化灌区。

在线监控实现用水在线计量、闸门自动控制、工程视频监控等。具体可以实现灌区干、支、斗渠口的灌溉用水自动计量；实现干支渠重要节制闸、分水闸的远程控制；实现重要节制闸、分水闸远程监控全覆盖。

4.3.2 信息化建设目标

通过信息技术，实现水资源管理的信息化、网络化、可视化，在此基础上逐步实现灌区水资源测、管、控的一体化，最终实现灌区“地上测、网上控、平台管”的灌区信息化管理“一张图”，有效提升灌区的科学管理水平，打造现代化智慧灌区。

5 结语

灌区面积较大，节制闸数量较多，泵站和输水渠系改造后，沿用传统管理方式需要的管理人员较多，根据现有条件结合信息化管理手段，进行信息化建设，能够实现水情、渠道及建筑物运行情况等信息的实时采集，为灌区水管理提供信息支持，提升灌区输水、配水效率和灌排保证率，提高灌区管理效率和现代化水平。