凉州区西营五干片调蓄水池工程设计初探

刘海宝

摘要：該文通过对西营灌区五干片区调蓄水池工程的设计，形成了以调蓄水池为骨干、受益村庄及企业为节点的水网体系。坚持走生态优先、绿色发展之路，全力打造生态美、产业优、百姓富的美丽武威。水资源作为基础性、战略性资源，水利作为重要基础设施和重要发展支撑，面临着更高、更新的发展要求。根据水利部水系连通与农村水系综合整治要求，牢固树立绿水青山就是金山银山的理念，结合水资源开发利用实际发挥效益提供水资源保障，为灌区经济发展提供助力;为河西地区同类工程的布置和设计提供有益的参考，便于同行进行学习共勉。

关键词：农田建设 高效节水 工程设计 调蓄水池

中图分类号：TV5  文献标识码：A

Preliminary Study on the Design of the Storage Tank Project in the Wugan Section of Xiying， Liangzhou District

LIU Haibao

（Liangzhou Xiying River Water Conservancy Management Office， Wuwei， Gansu Province， 733026 China）

Abstract： Through the design of the storage tank project in the Wugan section of Xiying Irrigation District， this paper has formed a water network system with storage tanks as backbones and beneficial villages and enterprises as nodes， adheres to the path of ecological priority and green development， and strives to build a beautiful Wuwei with ecological beauty， excellent industries and rich people. Water resources are a basic and strategic resource， water conservancy is an important infrastructure and development support， and they both are facing higher and newer development requirements. According to the requirements of the Ministry of Water Resources for the water system connectivity and comprehensive improvement of the rural water system， we must firmly establish the concept that green water and green mountains are golden mountains and silver mountains， and combine the actual benefits of the development and utilization of water resources to provide water resource protection， so as to provide assistance for the economic development of irrigation areas， provide a useful reference for the layout and design of similar projects in Hexi region， and is convenient for peer to learn and encourage together.

Key Words： Farmland construction; Efficient water saving; Engineering design; Regulating reservoir

1 工程概况

西营灌区设计灌溉面积为2.7万hm2，有效灌溉面积2.1万hm2。灌区现辖西营、丰乐等10个乡（镇）812 个村民小组，74 个农民用水户协会。灌区共有农户35 115户、农村人口 14.54 万人，水权面积1.8万hm2，农作物实际种植面积约2.7万hm2，粮食总产量 17.34 万t、蔬菜总产量 18.87万，农村居民人均可支配收13 025元。目前，西营灌区人口占凉州区的15.18%，面积占凉州区的33.34%，灌区在凉州区经济社会发展中具有十分重要的地位。

凉州区西营五干片区调蓄水池工程主要任务是新建调蓄水池2座，为区域经济发展提供水源支撑，同时在水量充沛的情况下，置换工程区下游部分地下水及为部分区域提供生态用水，从而为水生态环境的修复提供保障。

2 调蓄水池工程布置

该工程以调蓄水池为骨干、受益村庄及企业为节点，统一调配水资源、充分利用地表水，以达到置换保护地下水、修复水域、恢复生态的目的。工程计划在西营灌区二坝支干下游丰乐镇空心墩滩及西营专用输水渠左岸金色大道东侧380 m 废弃采料坑新建调蓄水池2座。

2.1水调蓄水池工程设计

2.1.1调蓄水池容积确定

该工程调蓄水池容积，在考虑西营河可利用弃水量的基础上，根据选择池址处可利用场地具体情况、引水渠高程、调蓄水池蓄水深度以及供水对象范围综合确定。根据各调蓄水池供水对象范围需水预测成果，结合池址处可利用场地面积、设计蓄水深度，确定西营五干片 1#调蓄水池设计容积为645.86万m?、2#调蓄水池设计容积为87.96万m?。经工程实施后地表水资源调节分析，平水年（P=50%）西营灌区所有拟建调蓄水池可蓄水3次，总蓄水量为3 496.44万m?，按设计容积比例，该工程总蓄水量为 2 204.28萬m?。蓄水量除为邻近的牧原养殖场项目提供生产用水、为金太阳工业集中区提供生态用水外，其余部分用于置换下游灌溉地下水和生态补水。蓄水 利用率高，调蓄水池蓄水水源水量有保障；布置范围基本为采料坑或荒滩，不占用国家基本农田；蓄水深度安全经济，调蓄水池设计容积较为合理。2.1.2   调蓄水池结构设计

调蓄水池工程布置于山前冲洪积倾斜平原，其工程地质条件具有相似性，表层为0.5～2.0 m的冲洪积粉质壤土，下部为冲洪积砂砾卵石层，厚度大于50 m，允许承载力0.3～0.4 MPa，渗透系数30～90 m/d，故调蓄水池均采用相同结构型式。调蓄水池池内坡取为1∶2.5，自下向上依次为砂砾石基础夯实、300 mm厚10%水泥土稳定层（要求设计压实度≥0.97）、250 g-PE0. 5 mm-250 g 复合土工膜防渗层、300 mm厚10%水泥土保护层、30 mm厚M10 水泥砂浆垫层、100 mm厚浆砌预制六边形C20砼板护面。蓄水池池底自下而上依次为砂砾石池基夯实、厚300 mm10%水泥土稳定层、250g-PE0.5mm-250g 复合土工膜防渗层、厚300 mm细沙保护层、厚500 mm砂砾碎石压重层。 池堤采用调蓄水池开挖料进行填筑，外边坡坡比1∶2.0，填筑控制相对密度不小于0.65，外边坡采用生态草皮护坡。池顶以上开挖边坡坡比为1∶3.0，修建1∶2.0台阶式花池。由于工程调蓄水池池深较大，池顶迎水面缘石设置防护网，并沿缘石每50 m设置一座太阳能照明灯。

2.1.3 引水系统设计

（1）引水流量确定。该工程1#调蓄水池计划在五干二坝支干渠引水，五干二坝支干渠设计流量为1.5 m?/s，为提高蓄水效率，引水流量与上级渠道设计流量一致，取为1.5 m?/s；2# 调蓄水池计划在西营专用输水渠引水，西营专用输水渠设计流量为22.0 m?/s，综合考虑蓄水时间、消能防冲等因素，引水流量取为 3.0 m?/s。

（2）引水闸室设计。该工程分别在1#调蓄水池及 2#调蓄水池首部新建节制引水闸 2 座。

1#调蓄水池节制引水闸：节制引水闸布设于五干渠二坝支干渠，设1孔引水节制。引水闸与节制闸宽度均为1.2 m，高1.2 m，采用现浇C25 钢筋砼整体结构，闸室底板厚40 cm，边墙厚40 cm，闸室长5.2 m，考虑冻胀及受力均匀，闸底板下设50 cm砂砾石垫层；闸室上部设启闭台，闸房采用砖砼结构，板梁柱采用现浇C25钢筋砼（W6、F200），闸门采用平板钢闸门，电动螺杆启闭机，闸门要求实时监控、流量监测、自动启闭；闸室前后设长度均为2.0 m渐变段，以保证与前后渠道断面顺畅衔接。

2#调蓄水池引水闸：节制引水闸布设于西营专用输水渠，设2孔引水2孔节制闸。引水闸闸孔宽1.5 m，高2.5 m；节制闸闸孔宽1.5 m，高2.5 m。闸室均采用现浇C25钢筋砼整体结构，底板厚70 cm，闸墩厚80 cm，闸室长6 m，考虑冻胀及受力均匀，闸底板下设50 cm砂砾石垫层；闸室上部设启闭台，闸房采用砖砼结构，板梁柱采用现浇C25钢筋砼，闸门采用平板钢闸门，电动螺杆启闭机，闸门要求实时监控、流量监测、自动启闭；闸室前后设渐变段，以保证与前后渠道断面顺畅衔接，其中，闸前渐变段长7.5 m，闸后渐变段长度5 m，渐变段后连接引水渠道。

（3）引水渠道设计：根据调蓄水池与上级渠道平面布置情况，该工程共需新建引水渠道0.378 km，其中，1#调蓄水池0.053 km，2#调蓄水池0.325 km。该工程调蓄水池引水线路较短，为便于同上游分水闸及下游消能设施衔接，引水渠采用矩形断面，以方便施工。

1#调蓄水池引水渠采用现浇C20砼重力挡墙式衬砌，设计底宽及净深均为1.2 m，边墙顶宽 0.25 m，背坡坡比1∶0.2，边墙墙底宽0.49 m，底板厚0.4 m。衬砌下设0.5 m厚砂砾石垫层。

2#调蓄水池引水渠采用现浇C20砼重力挡墙式衬砌，设计底宽及净深均为1.5 m，边墙顶宽 0.25 m，背坡坡比1∶0.2，边墙墙底宽0.55 m，底板厚0.5 m。衬砌下设0.5 m厚砂砾石垫层。

3 供水管道设计

该项目各调蓄水池计划配套供水管道，以便于为下游用水户供水，共计埋设供水管道30.3 km。根据管材比选结果，供水管道大管径（＞DN500 mm）采用螺旋钢管（SP），小管径（≤DN500 mm）采用聚乙烯管（PE100级）。供水管道管径根据各调蓄水池供水对象需水特性，选为 DN355～1 200 mm。

供水管道均采用埋管方式，管道均敷设于地下管槽中，管槽开挖考虑管道焊接安装要求，管底开挖宽度为管道两侧各加0.5 m，项目区最大冻土深度在1.42 m左右，考虑管道埋设于冻土层以下，防止管道冬季发生冻胀破坏，管沟开挖采用梯形断面，设计管顶最小覆土厚度1.5 m，最大覆土厚度10 m，管沟开挖边坡1∶0.5～1∶1.0。

4 泵站设计

根据各调蓄水池供水管道水力计算结果，西营五干片1#调蓄水池需要加压供水，2#调蓄水池可实现自流供水。该设计根据1#调蓄水池供水管道计算流量、泵站设计扬程，泵站矩形干室型泵房，厂房由主、副厂房和安装间组成。厂房布置均根据机电设备安装、检修的要求，高度满足吊运要求，考虑泵房内通风、散热和采光要求，并符合防火、防潮等技术要求。泵房内主要布置有主 机组、集水井、排水沟、交通道、排水系统等。

4.1 主厂房设计

主厂房为干室型泵房，分为上下两层，上层为检修间及巡视平台，下层为水泵电机层，下部采用整體式钢筋混凝土箱型结构。水泵电机均置于混凝土墩台上。

主厂房水泵机组采用单列式布置，靠右侧水下墙内侧布置“之”字形楼梯，连通安装间与机组运行层，方便以后运行管理及机组检修。出水管穿过下游侧水下墙，在副厂房后汇总成压力主管，管道转弯处设C25钢筋砼镇墩。靠主厂房左侧水下墙设集水井，集水井内安装潜水排污电泵。主厂房电缆敷设在下游侧水下墙的电缆支架上，穿过后墙入电缆沟内。为便于检修、安装，在主厂房内设置一台梁式起重机。厂房左侧设集水井，机组周边及进出水管道下设排水沟，沿厂房后墙汇总至集水井。

4.2 副厂房设计

副厂房设计，副厂房设置在主厂房后侧，采用变形缝与主厂房分开，设计为框架结构，副厂房内设有中控室、高低压开关柜室等。外墙采用300 mm厚非承重空心砖，贴60 mm厚挤塑聚苯板保温，内墙采用20 mm厚非承重空心砖；值班室、工具间地面选用铺砖地面，高压变频室、高压设备室、控制室、直流计算机室地面选用防静电水磨石地面；副厂房采用单框双玻铝合金推拉窗外加防护栏；值班室、工具间门选用防盗门，高压变频室、高压设备室、控制室、直流计算机室门选用乙级防火门；外墙面贴面砖勒脚，喷刷外墙漆，内墙面刷乳胶漆；屋面防水为二级，防水材料选用4 mm厚SBS防水卷材二道。

5 设备管理房设计

根据调蓄水池运行管理需求，需修建首部设备管理用房2座，单座187.15 m?，共374.3 m?。根据《民用建筑通则》的规定，设备管理房采用地面砖混结构，基础置于下部砂砾卵石层。设备管理房设计为一层砌体结构，平面尺寸为25.2 m×8 m，高2.8 m，建筑面积187.15 m?，基础为C25混凝土条形基础。屋面、柱、圈梁及女儿墙采用C25钢筋砼整体现浇。室外踏步、散水采用C15砼，宽度90 cm，每2.0 m设一横向伸缩缝。

6 机电及金属结构

6.1水力机械

该工程涉及水力机械主要有水泵及附属设备、调蓄水池溢水及放空设备和附属设备。有用电需求的首部控制设备及泵站。

6.2 水泵及其附属设备

凉州区西营五干片调蓄水池工程设计两处调蓄水池分别从就近二坝支干和西营河专用输水渠自流取水，引水工程不设提水系统。一期工程不涉及泵站建设，水力机械主要为2座I级水池的溢水及放空设施。溢水设备包括溢水管；放空设备包括放空管及控制闸门，溢水管在放空控制阀后并入放空管。为便于调度运行及施工安装，溢流管、放空管管径与末级池出水管管径保持一致。控制阀门采用电动闸阀。

6.3   管线附属设备

该工程2处调蓄水池均采用有压供水（输水）方式。根据工程总体布局，为确保各供水管道安全可靠运行，同时便于维修，依据各管道布置和初步水力计算具体情况，该阶段拟定在各管道上分别设置控制阀、进排气阀、泄空阀及水力监测装置等。

6.4  供电方案设计

该项目工程区内现有电网能满足工程供电要求。泵站为小型供水加压泵站，其余用电负荷较小，根据电力负荷等级的划分原则及对供电可靠性的要求，负荷等级划为三级供电负荷，设一回架空线供电。考虑泵站装机容量相对不大的特点，水泵电动机母线侧采用单母线接线方式。

1#调蓄水池泵站装机较小，供电按0.4 kV电压考虑，设计从就近的10 kV农用电网线路，“T”接一回10 kV架空線路，利用10/0.4 kV变压器为泵站提供电源。

2#调蓄水池首部设备及管理房用电主要是阀门、采暖通风、照明、操作及检修用电，用电负荷较小，设计从就近的10 kV农用电网线路，“T”接一回10 kV架空线路，利用10/0.4 kV变压器提供电源，主接线方式采用单母线接线方式。

7 金属结构

7.1 引水建筑物金属结构

西营五干片区共设2座引水枢纽，需修建3座节制闸，3孔进水闸。控制设备均采用平面钢闸门，闸门及拦污栅总重7.70 t，埋件总重6.16 t。闸门启闭设施采用手电两用螺杆式启闭机，单个启门力10～100 kN，共需启闭机6台三脚架及倒链2台套。

7.2 多级调蓄水池连通及溢水部分金属结构

多级调蓄水池之间的连通及溢水部分金属结构主要包括上级水池的放空钢管及附件和上级水池的溢水管及附件。一期工程空星墩调蓄水池共需D800 mm连通管及溢水管0.07 km，D1000 mm 连通管及溢水管0.07 km。五干片区空调蓄水池连通及溢水部分金属结构（钢管）总重量为32.12 t。牧原调蓄水池共需D1000 mm 连通管及溢水管1.00 km，拟在二期工程中建设。

7.3 放空及出水管金属结构

放空及出水管布置于末级水池，主要用于向河道输生态用水及向受水区供水。五干片区空星墩调蓄水池出水管总长0.24 km，钢管总重46.66 t，内防腐面积584.34 m2，外防腐面积600.17 m2。调蓄水池供水管总长22.9 km，金属管长度20.1 km，总重3 532.57 t，内防腐面积46 706 m2，外防腐面积48 011 m2。五干片区牧原调蓄水池主要向牧原一二场，专用输水渠北侧下游农田灌溉，均采用重力自流灌溉。供水管总长7.40 km，金属管长度2.4 km，全部为DN800mm 螺旋钢 管。金属结构总重1 802.26 t，内防腐面积188 850 m2，外防腐面积19 415 m2。蓄水池放空主要在末级水池中设置，一期工程不涉及放空管金属结构。

7.4 消防设计

该工程地处西北高原，日照时间长，光热资源充足，温差较大，降水稀少，蒸发量大，气候干旱，地表、地下水贫乏，属典型的干旱型大陆性气候。对泵站、管理房和机电设备，特别是电气设备的防火，主要采用隔离、设置阻燃材料和配置足够的灭火装置等措施。该工程灭火方式主要考虑配置消防泵及手提式灭火器，并在灭火器的选择上考虑灭火时不导电和不爆炸，灭火后不会造成任何污染和电气设备性能改变等因素。

8 工程效益

该工程通过在西营灌区新建调蓄水池 2 座，共 5 级，形成以西营河为网络、调蓄水池为骨干、受益村庄及企业为节点的水网体系，可有效地改善当地群众的生活条件；可以增加西营灌区地表水资源的调蓄能力，发生洪涝灾害时，通过合理调度，蓄滞洪水，形成错峰调节，变害为利，提高地表水的利用率。工程的实施对蓄丰济枯、抗旱应急、调蓄洪水，对缓解现状水资源短缺、防御水旱灾害、增强地表水调蓄能力、促进经济社会可持续发展具有重要意义。

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