富平县张桥镇铁门洼地应急排涝工程实施方案浅析

马光标

（西安景天水利水电勘测设计咨询有限公司,陕西 西安 710018）

0 前言

富平县张桥镇由于2021 年9 月～10 月暴雨灾害,部分低洼地区遭受内涝,田间积水至今无法消除,致使田间农作物无法收获,也导致今年冬播无法进行,当地农业生产遭受巨大影响,严重影响了当地居民的生产生活。

项目区位于交口抽渭灌区与东雷二期抽黄灌区两大灌区末端,内部灌溉设施配套完善,但无排水设施,由于项目区位置地势低,地表降雨及周边灌溉水常常汇聚于此,地表水常年无法排出,地下水位埋深浅,致使项目区经常遭受内涝、渍害的影响,具有土壤盐碱化的风险。存在的隐患较多,已严重威胁当地的生态环境和农作物生产安全。

1 工程级别及设计标准

根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB 50288-2018）、《防洪标准》（GB 50201-2014）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）,富平县张桥镇铁门洼地应急排涝工程排水受益面积共计5.10 km2即2382 亩,工程建设区共计1.58 km2即2382 亩,工程等别为Ⅴ等。其永久性建筑物按其工程等别划分为：主要建筑物为5 级,次要建筑物为5 级；临时建筑物按照5 级设计。

依据《防洪标准》（GB 50201-2014）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）,确定工程建筑物洪水标准为：主要建筑物设计洪水标准按10 年一遇设计,校核洪水标准按20 年一遇校核。

抗震设计符合《建筑抗震设计规范》（GB 500111-2010）以及《构筑物抗震设计规范》（GB 50191-2012）的规定。建（构）筑物按本地区抗震设防烈度按Ⅷ度采取抗震措施,设计地震动峰值加速度为0.20g,地震动反应谱特征周期为0.40 s。

2 应急排涝工程设计方案

2.1 田间排水工程设计

（1）田间排水系统

结合工程易涝区范围形状,现状灌溉渠道、道路的布置情况,在不改变原有田块耕作方式的情况下,田间排水工程分为田间排水明沟和排水暗管,排水主沟道两级布设。末级排水采用排水明沟与吸水管间隔布置,每隔两道吸水管设置一道排水明沟。

（2）田间排水明沟深度和田间吸水管埋深

根据《灌溉与排水设计标准》（GB 50288-2018）和《农田排水工程技术规范》（SL/T 4-2020）中的规定,调控地下水位的末级固定排水沟深度按下式计算：

式中：hd为调控地下水位的末级固定排水沟深度,m；h 为排渍深度或防治盐碱化要求的地下水深度,m； H 为剩余水头或滞留水头,一般采用0.2 m～0.3 m；h0为排地下水时的沟中水深,一般采用0.1 m～0.2 m。

根据本工程地质勘查报告,本工程易涝区地下水临界深度为1.20 m,剩余水头取0.2 m,沟中水深取0.1 m,确定排水明沟设计深度为1.5 m。

集水管埋深应低于集水管与吸水管连接处的吸水管埋深0.1 m～0.2 m。最终确定田间吸水管最小埋深为1.30 m。

（3）田间排水明沟和吸水管间距

管沟间距与土壤渗透性有关,宜通过田间试验确定。由于暂无项目区内相关实验资料,借鉴交口灌区实验站20 世纪70 年代明沟排水有关实验资料。参考确定田间排水明沟和吸水管间距。

根据交口灌区实验站有关实验资料,在壤质土、粘质土地区,分别选择了沟深为1.5 m、2.4 m、2.5 m 和3.0 m 的四条排水沟,进行了较长时间的地下水位观测,其作用半径分别为150 m、250 m、350 m。考虑到项目区土壤情况与上述试验区基本一致,明沟与暗管排水略有不同,设计田间排水明沟和吸水管间距设计为150 m～250 m。田间排水明沟和吸水管长度结合易涝区范围形状和集水管平面布置,长度为100 m～500 m。

（4）排水明沟断面设计

排水明沟采用梯形断面,根据地质勘查报告,排水明沟边坡坡比设计为1∶1,为满足机械施工需求,底宽1.0 m,底坡坡降为1/2000。

（5）田间管道管材比选

田间排水管道采用开槽施工,田间排水暗管长度4998 m,管线较长,但工程范围内地形平坦,地质情况不复杂,便于管道开槽施工。综合选取,田间排水暗管采用打孔聚乙烯双壁波纹管敷设。既能有效节约成本,也降低了施工难度。

（6）水力计算

根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB 50288-2018）的规定,排水暗管实际选用内径不得小于50 mm,排水暗管采用同一内径,排水暗管设计比降应满足管内流速不小于0.3 m/s的要求。排水暗管的内径按下式计算：

式中：d1为排水暗管内径,m；Qp为设计排水流量,m3/s；i 为管道水力比降,‰；n 为管内壁糙率,本工程选用双壁波纹管,内壁糙率n=0.016；α为与管内水的充盈度有关的系数,本工程取α=1.497。

本次本着经济,合理的原则,结合管道比降和充盈度确定最佳管径,本工程田间排水管道管径经计算确定全部选用DN200 双壁波波纹管。

（7）管道横断面

管沟两侧开挖坡比1∶0.75,设计管沟底部开挖宽度按照当管径小于等于DN400 时外壁两侧各预留0.3 m,管径大于DN400 时外壁两侧各预留0.5 m 确定。管道下按照从下到上0.15 m 土垫层、0.3 m 厚3∶7 灰土垫层顺序铺设管道基础。压实度不小于90%,管道地段全部采用开挖土进行回填压实。

（8）附属构筑物

设计田间排水暗管与排水主沟道连接处设置混凝土防护,排水主沟末端设置沉淀池一座,防止泥沙进入排水主管道,沉淀池采用钢筋混凝土结构,有效容积500 m3。

（9）机耕桥设计

为保证耕地机械耕作,排水沟道沿线共设置机耕桥15 座,机耕桥桥面宽4.0 m,跨度6 m,采用钢筋混凝土平板桥设计,桥台采用M7.5 浆砌石砌筑。

2.2 排水主管道设计

（1）排水主管道

工程易涝区范围内田间积水及地下水由田间排水明沟和排水暗管收集之后,由排水主管道排至卤泊滩。

（2）排水主管道埋深

排水主管埋深根据田间排水主沟道末端深度,结合排水主管道地形确定。

（3）管材比选

该项目地形不复杂,管道较长,管道占投资的比重大,管材选用不当会造成事故或增加不必要的资金投。本工程排水主管道长度3434 m,管线较长,但主管道沿线地形起伏,部分需采用顶管施工。综合选取,本工程排水主管道开槽施工部分采用聚乙烯双壁波纹管敷设,顶管施工部分采用钢筋混凝土管道敷设。既能有效节约成本,也降低了施工难度。

（4）管道水力计算

根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB 50288-2018）的规定,排水主管道内径按下式计算：

式中：d1为集水管内径,m；Qp为设计排水流量,m3/s；i 为管道水力比降,‰；n 为管内壁糙率,本工程选用双壁波纹管内壁糙率n=0.016,混凝土管道内壁糙率n=0.013；α为与管内水的充盈度有关的系数,本工程取α=1.497。

本着经济合理的原则,结合管道比降和充盈度确定最佳管径,排水主管道管径确定及水力计算见表1。

表1 排水主管道水力计算表

续表1

（5）管道横断面

设计排水主管道管径全部为DN1000,开槽施工部分管沟两侧开挖坡比1∶0.75,设计管沟底部开挖宽度按照当管外壁两侧各预留0.5m。管道基础按照从下到上0.15 m 土垫层、0.3 m 厚 3∶7 灰土垫层顺序铺设管道基础。压实度不小于90%,管道地段全部采用开挖土进行回填压实。

（6）附属构筑物

排水主管道根据平面布置和纵断面共新建检查井11 座,出水口1 座。

（7）顶管工作井

设计排水主管在部分深度较深区域采用顶管施工,顶管施工长度共计1034 m,分别在节点ZP-3、ZP-4、ZP-5、ZP-6、ZP-7、ZP-8、ZP-9、ZP-10 处共设置8 座顶管工作井。

顶管工作井设计内径5.0 m,壁厚0.6 m,井深度分别为7.96 m、11.049 m、11.921 m 和14.774 m,采用沉井法施工,底板基础采用0.3 m 厚砂砾石垫层,底板厚度0.6 m,顶管施工结束后,工作井底部砌筑流槽,顶板设置ø1000 人孔,顶板覆土1.0 m,作为管道检查井使用。

（8）排水主管道平面布置

根据上述排水主管道管径、比降及管材,结合排水主管沿线地形条件,排水主管道沿现状交口抽渭灌区北十渠直引斗渠由南向北布置,到达金沟村后沿路布置,最终排水至卤泊滩。其中节点ZP-1 至ZP-3、ZP-10 至ZP-20 段采用开槽施工,管材选用聚乙烯双壁波纹管,节点ZP-3 至ZP-10 段采用顶管施工,管材选用钢筋混凝土管。

2.3 汇水池塘设计

工程区范围内现有低洼常年积水地带一处,位于铁门村南侧,此处常年积水无法耕作,结合该处地形条件,本次设计将其改造为汇水池塘,既可以汇集周边田间积水和地下水,减轻内涝,亦可作为田间污水和农村生活污水的天然降解池,维护生态,防止污染。使本工程真正成为生态工程、绿色工程。

设置汇水池塘一处,位于铁门村南侧,设计池底高程372.50 m,正常蓄水位为374.00 m,汇水池塘正常库容为22084 m3。池顶高程376.00 m,池顶外设置1.3 m 高防腐木围栏,围栏外设置3.0 m 宽人行步道,步道外设置2 m 宽绿化带。

2.4 排灌机井设计

新建8 眼机井,机井间隔300 m～400 m 方格型布置。机井雨季抽水就近排入排涝暗管,降低地下水位,排涝防渍,旱季抽水就近排入田间灌溉渠道,用于补充灌溉用水。

2.5 工程管理站设计

新建管理站一座。管理站总占地面积为735 m2,新建管理房一座,管理房为地上一层,采用砖混结构,建筑面积为124.76 m2,管理站设置6 m 宽主入口一处,四周设置2.0 m 宽绿化,站内硬化地面面积为354 m2。

3 结语

通过在项目区低洼易涝处开挖集水塘,建设汇水池塘,利用排水暗管和排水明沟收集排出田间地下水,有效遏制土壤盐碱化,新建抽排机井,控制地下水位,旱季亦可用于补充灌溉用水。通过排水主管道将田间集水及部分地下水排至卤泊滩,以自排为主、抽排为辅、排灌结合的方式实现项目区的综合治理,助力富平县乡村振兴战略的实施,改善农村生活环境,恢复生产秩序。