武威市某教学实习基地管灌工程设计

程斌斌

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730070）

1 项目概况

该教学实习基地占地面积24.107 hm2，总灌溉面积20 hm2，有效灌溉面积16.667 hm2，地势平坦，耕地集中。为了更好地适应学校发展需求，提高教学实习基地内土地、房屋和设施等资源的使用效益，更好地体现科研与教学相结合的规划原则，保证科研灌溉用水，提高试验站作物产量，对教学实习基地的低压管道输水灌溉系统进行了设计。

2 灌溉制度及方法

2.1 灌溉制度

灌溉制度根据区域降水量及作物的需水要求、生长规律，参考当地灌溉试验资料及周边地区管灌试验成果综合制定（表1）。灌区主要种植小麦、玉米等粮食作物。灌区灌水延续时间10～50 d，灌水14 h/d，灌水3～9 次，净灌溉定额3 510 m3/hm2，灌溉水利用系数0.65，毛灌溉定额5 400 m3/hm2。

2.2 灌溉方式

设计灌溉流量较大，采用轮灌方式[1]。经计算确定轮灌组数为3 组，同时工作的出水口为16 个。编组：支1 为第1 轮灌组，支2 为第2 轮灌组，支3 为第3 轮灌组。

3 工程规划

3.1 目标

改进灌溉方式，提高作物产量和科研教学质量；通过平整田块，修建道路、林带及深耕、培肥等土壤改良工程使土壤肥力大幅度提高，改善耕作条件，提高耕地质量；优化土地利用结构，提高土地利用效率和产出率；结合项目区实际条件，因地制宜地实施田、水、路、林综合治理，配套、完善项目区农业生产基础设施，改善农业生产条件；增加林地面积，提高项目区绿化率，改善区域生态环境。

3.2 工程设计

项目区设计净灌溉面积16.4 hm2，采用低压管道灌水方式。以之前修建的水池为灌溉水源，水池池底高程1 761.8 m，共布设干管3 条1 310.4 m，支管11 条1 341.9 m，竖管48 条长48 m，出水口48 座。

3.2.1 管网布局 布局原则：以新建蓄水池为核心，统一规划，合理布局，全面配套，统一管理，高效发挥工程效益。依据地形、地块、道路等情况布置管道系统，力求线路最短、控制面积最大，便于机耕及管理。管道尽可能双向分水，以节省管材，沿路边及地块等高线布置。为方便浇地、节水，采用小畦灌溉。管线尽量平顺，减少起伏和折点。

布置形式：根据项目区地地形条件和输水管网布置原则，在项目南北区各布置1 条干管，分别控制南北2 个灌溉片区。干管从项目区西南侧蓄水池开始，沿主干道分为两路，经支管连接各田块，沿线分别向各地供水。项目区共分干、支2 级固定管道输水，管道全部埋设，埋深1 m。

管、支管2 级管道均实行续灌[1]，主要技术参数参考相应规范[2]。

3.2.2 管网系统设计

3.2.2.1 灌溉系统运行管理。综合考虑项目区作物灌溉制度、灌溉水源、供水量等因素，1 干管控制支管3 条，出水口18 座；2 干管控制支管4 条，出水口19 座，3 干管控制支管4 条，出水口11 座。管网系统布置及材料用量见表2。灌溉系统干管、支管固定，支管上每隔30 米设置1 个出水口，出水口采用双向控制，两侧沿田埂方向灌水。

为了保证管道系统的安全，水泵开机前须先打开出水口进行排气，以防憋坏管道；灌完一个控制点后，出水口关闭前应先开启下一个要灌的出水口；整个系统全部灌完后，先关闭水泵，再关闭出水口阀盖。

3.2.2.2 管道设计流量根据式（1）确定。

式（1）中Q 设为灌溉设计流量，m 设为灌水定额，A 为灌溉面积，T 为灌水周期，t 为日工作时间，η 为灌溉水利用系数。由表3 可知，系统设计流量为5.6～18.2 m3/h，为保证灌水效率支管流量确定为20 为m3/h，干管流量确定为60 m3/h。

表2 管网系统布置及材料用量

表3 各管道系统设计流量计算结果

3.2.2.3 管材比选。可用于管道输水的管材较多，按管道材料可分为塑料管材、金属管材和水泥管材等。水泥管材的优点是耐腐蚀、使用寿命长，但性脆易断裂、管壁厚、重量大、运输安装不便。金属管材主要有钢管和铸铁管，优点是能承受较高的工作压力，耐压大于1.0 MPa，铺设简便；缺点是重量大、价格高、易生锈，使用寿命短（钢管不超过20 年，铸铁管不超过30 年），钢管埋设在地下时需进行防腐处理。常用的塑料管有聚氯乙烯管（PVC）、聚乙烯管（PE）和改性聚丙烯管（PP）等，优点是重量轻、便于搬运、容易施工、能适应一定的不均匀沉降、内壁光滑、不生锈、耐腐蚀、水头损失小、容易维护，缺点是存在老化脆裂问题，随温度升降变形大。经综合比较，设计选用PVC 管。

3.2.2.4 管径选择。管径计算方法参考文献[3]。经计算支管管径为76.8 mm，可选用110 mm 的薄壁PVC管。干管管径为132.9 mm，可采用160 mm 的薄壁PVC 管。

3.2.2.5 工程等别和标准。该工程为Ⅴ等小（2）型工程，主要建筑物按5 级设计，次要建筑物按5 级设计，防洪标准按10 年一遇洪水设计，建筑物按7 度设防。

3.2.2.6 管网水力计算。管道系统最大工作水头、最小工作水头和沿程水头损失参考赵振兴[3]的计算方法。灌溉系统的管路较平顺，局部损失主要由进口、三通、弯头等局部阻力产生，按沿程水头损失的10%计算。经计算，Hmax=9.01 m，Hmin=5.04 m。

3.2.2.7 附属设施。放水口：放水口由连接三通、竖管、给水栓、分水池4 部分组成，连接三通采用铸铁双袖套三通，将地下管道与竖管连接，把水引出地面，竖管采用DN90 的PVC 管，管顶超出地面20 cm安装给水栓，分池设在进地一侧，采用C15 砼现浇，长50 cm、宽40 cm、净高22 cm。

给水栓：根据设计流量、压力及半固定式管灌系统的特点，多功能给水栓全部采用上下分体装置，下体固定，上体可接软管，规格为DN90。

闸阀：自流区在分水闸下游设置进（排）气阀，型号为P724W-4T。根据工程需要，按不同管径设置闸阀，规格为DN90～160，型号Z45T-10。固定管道在安装各类阀件的部位均设置闸阀井，阀井较深，且多阀混装在1 个井内，所以闸阀井设计成2 种尺寸。大管道分水阀及排气阀混装在一起，闸阀井为大阀井，小管道分水阀井及排气阀井均为小阀井。管灌区共布置闸阀井15 座，其中大阀井3 座、小阀井12 座。阀井、检查井均为圆形，采用M7.5 水泥砂浆砖砌，大阀井内径200 cm，小阀井内径150 cm，壁厚均为24 cm，高度根据地形确定，底板采用C15 砼现浇，厚15 cm。井盖为预制C20 砼钢丝网水泥板，厚5 cm。为防止冬季井内闸阀冻坏，应在井盖上敷土0.5 m。

镇支墩：压力管道竖直方向的坡度大于1∶3，水平方向的偏角大于10°时设置镇墩。镇墩用C15砼现浇，长×宽×高为（1.1～1.4 m）×（1.0～1.2 m）×（1.1～1.4 m）。支墩在闸阀底部及给水竖管下部设置，尺寸0.3 m×0.3 m×0.3 m。

蓄水池：实习基地南片区有2.5 万m3的矩形蓄水池1 座，长180 m、宽60 m、净深3 m。经维修改造，基础为C15 砼垫层，厚10 cm；下设10%水泥土垫层，厚50 cm，其下原土夯实100 cm，要求干密度不小于1.60 g/cm3。

管道埋设：实习基地项目区灌溉面积16.4 hm2，划分为2 个区域，北片区面积6.667 hm2，南片区面积9.733 hm2，都从蓄水池取水，分3 条干管，干管上按“T”字形接2 条分干管，支管垂直于分干管按“E”字形布置。固定式管道分为干、支2 级布置，全部采用埋设，埋深大于1 m，支管间距100 m。支管设出地三通、竖管和给水栓控制灌溉，给水栓多为双向分水，间距30 m，地面采用地头沟输水进地[4]。共铺设干管3 条1 310.4 m，支管11 条1 341.9 m，设计管道承压等级为0.63 Mpa，安装给水栓48 个，各类阀件63 个，布设闸阀井15 座。

3.2.3 水利设施设计

3.2.3.1 泵站设计。原有泵房年久失修、损坏严重。经计算在蓄水池东南角重新建造一座泵站，并配套相应的机组。

泵房土建：根据泵站设计规范要求和机组、配电设备情况，设计泵房2 间，其中水泵间1 间、配电间1 间。泵房结构形式采用条形砖基，埋深1.5 m，基础座落在黄土层上，原土翻夯1.0 m，压实系数不小于0.95，其上铺设厚0.5 m 的10%水泥土垫层。外墙体厚0.3 m，内墙体厚0.20 m，节点设0.30 m×0.30 m的构造柱，顶、底圈梁截面尺寸（0.20～0.30）m×0.3 m，屋面用C25 钢筋混凝土现浇，厚0.12 m，按保温防水屋面处理。散水及室内地坪采用C15 砼现浇，厚10 cm。

机组选型：项目区采用农灌水泵2 套，机组型号为ISW80-100(I)A/ISW80-100(I)，水泵流量89 m3/h，扬程10 m，配套电机功率4 kW，1 备1 用。水泵提水流量应大于管网最高日最高时供水流量，考虑到工程有2.5 万m3调蓄水池1 座，因此水泵提水流量可根据实际情况加大，以减少水泵机组的运行时间。

进水池设计：进水池利用原有泵站旁的蓄水池。

3.2.3.2 闸阀井设计。闸阀井分为分水阀井和控制阀井2 种，分水阀井布置在干管与支管连接处，控制阀井布置在支管上。阀井间距150 m，共设计闸阀井44 座，其中分水阀井15 座、控制阀井29 座。阀井均采用M7.5 水泥砂浆砖砌，井底采用现浇C15 砼，厚度0.15 m，内径2.0 m，深1.6～1.95 m。基础原土翻夯处理，厚1.0 m，干容重不小于1.60 t/m3，其上用水泥土夯填。

3.2.3.3 其他水利设施设计。灌溉结束后，为方便维修、防止冻害，需排空管内存水，因此每个支管末端设置1 个泄水阀，后接泄水井。

3.2.4 排水工程 由于项目区年降雨量仅为300 mm，蒸发量极大，土壤干燥，下渗强度较大，降雨时难以形成地表径流，因此不再单独规划排水系统。