高衛(wèi)國

（山東省德州市陵城區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 德州 253500）

1 工程概況及設(shè)施現(xiàn)狀概況

1.1 工程概況

2020年陵城區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目區(qū)2片，位于于集鄉(xiāng)1.9878萬畝和邊臨鎮(zhèn)2.0122萬畝。項目總投資為5200萬元。其中申請省以上財政資金4000萬元，地方配套1200萬元。規(guī)劃于集鄉(xiāng)建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)管道輸水灌溉面積1.9878萬畝，新建泵站77處；規(guī)劃邊臨鎮(zhèn)建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)管道輸水灌溉面積2.0122萬畝新建固定式小型提水泵站72處。

1.2 工程區(qū)設(shè)施現(xiàn)狀

陵城區(qū)屬德州市引黃灌區(qū)下游，全區(qū)灌溉以引黃水源為主，引水方式是節(jié)制閘蓄水、提水進(jìn)入輸水溝網(wǎng)后再二級提水進(jìn)行灌溉。陵城區(qū)現(xiàn)有耕地面積117萬畝，有效灌溉面積84.09萬畝，中型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)約0.55，小型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)不足0.5。至2017年底，全區(qū)共建節(jié)水灌溉面積59.61萬畝，占有效灌溉面積的70.8%，其中，高效節(jié)水灌溉面積47.13萬畝，灌溉水利用系數(shù)0.86；灌溉供水量23269.62萬 m3，實際灌溉需水量 24845.77萬 m3，缺水1576.14萬m3。陵城區(qū)現(xiàn)有坑塘616座，機井11353眼，中型灌溉排水泵站1處，小型灌溉泵站共有18座，現(xiàn)有末級灌溉渠道1561 km，配套建筑物1092個。

根據(jù)灌區(qū)現(xiàn)狀，此次建設(shè)的重點是小型水源工程建設(shè)，從實際出發(fā),充分考慮本地自然、氣候條件和社會經(jīng)濟發(fā)展水平,結(jié)合灌溉水源條件,因地制官發(fā)展管道輸水灌湘工程,提高灌水效率和水的利用率。

2 工程形式選擇

2.1 水源形式選擇

項目區(qū)為典型的平原引黃灌區(qū)，區(qū)內(nèi)引黃灌排溝渠縱橫交錯，灌溉季節(jié)引黃資源較為豐富，但由于缺乏水源工程及灌溉工程，項目區(qū)灌溉保證率低，因此項目區(qū)規(guī)劃以地表水（黃河水）為水源。

2.2 節(jié)水灌溉模式選擇

由于項目區(qū)地處超采區(qū)，渠道防滲占地面積大、節(jié)水效率低，且項目區(qū)為引黃灌區(qū)，溝渠來水不及時，所以項目區(qū)全部選擇采用“分散式小型引水泵站+高標(biāo)準(zhǔn)管道輸水灌溉”的高效節(jié)水灌溉模式。

3 小型水源工程設(shè)計分析

項目區(qū)泵站灌溉農(nóng)作物種植主要以冬小麥和夏玉米輪作為主，田間實行了窄短畦種植。泵站控制面積100畝～500畝，由于泵站主要分布在各干支流上，泵站的布置較為分散，故項目區(qū)灌溉規(guī)劃以單個泵站為水源成立獨立的灌溉系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合泵站所處的位置，按節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范要求，規(guī)劃管道輸水灌溉工程配水斗管之間的距離不大于150 m，配水斗管上放水口的間距不大于60 m。放水口以下的田間配套使用軟管灌溉，替代田間的毛渠輸水和實現(xiàn)田間均勻灌水。

根據(jù)工程的規(guī)模和數(shù)量，選擇具有代表性的孫國莊村1號泵站工程進(jìn)行典型設(shè)計。

3.1 建筑物等級

孫國莊村1號泵站控制灌溉面積462畝，泵站設(shè)干管3條，每條干管控制灌溉面積分別為193畝、184畝、85畝，考慮到灌溉季節(jié)的泵站使用的靈活性和管理方便的因素，每條干管均配備一套潛污泵，總設(shè)計流量172.5 m3/h。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50288-2018）的有關(guān)規(guī)定，工程規(guī)模確定為?。?）型；工程等別為V等，主要建筑物5級，次要建筑物5級。

3.2 泵站總體構(gòu)造

潛污泵站的主體工程包括進(jìn)水建筑物和閥井組成。進(jìn)水池開口設(shè)在河道內(nèi)，采用喇叭口型設(shè)計，采用C25混凝土護(hù)底，兩岸為M10漿塊石擋土墻，進(jìn)水池口設(shè)密目鋼網(wǎng)攔污，焊接在攔污柵上。工程選用立式潛污泵，將水泵固定在進(jìn)水池內(nèi)。

提水泵房：采用預(yù)制泵房，首部設(shè)置逆止閥、安全閥、進(jìn)排氣閥、水表等。

3.3 泵的揚程確定

式中：hf為輸水管道沿程總水頭損失，m；ΔZ為水面到泵站最高出水口的水頭差；hf首為首部樞紐和泵管水頭損失。

經(jīng)計算：控制灌溉面積為193畝時，H=8.62+1.1×5+7.5=21.62 m；控制灌溉面積為184畝時，H=9.48+1.1×5+7.5=22.48 m；控制灌溉面積為85畝時，H=4.59+1.1×5+7.5=17.59 m。

3.4 泵站主要設(shè)備型號

根據(jù)每個機組所控制的灌溉面積計算設(shè)計流量及總揚程，選用潛污泵，參數(shù)見表1。

表1 水泵參數(shù)表

3.5 泵室地基應(yīng)力計算

式中：a為垂直于水流方向的底板寬度，m；b為順?biāo)鞣较虻牡装鍖挾龋琺；∑G為作用于基底面上的總垂直力，kN；e為合力距底板中心軸的偏心距，m。

經(jīng)計算泵室最大基底應(yīng)力＜1.2[P]＝139.2 kPa，不均勻系數(shù) 1.02＜[2.0]。均滿足《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50288-2018）的規(guī)定規(guī)范要求。

3.6 進(jìn)水前池穩(wěn)定計算

泵站抗滑穩(wěn)定計算及地基應(yīng)力計算采用《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB/T b50265-2010）中公式 6.3.4-1、6.3.8-1。

（1）基礎(chǔ)底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算公式

式中：∑G為作用在閘室上的全部豎向荷載，kN；∑H為作用在閘室上的全部水平向荷載，kN；f為建筑物與地基的摩擦系數(shù)，f=0.25。

（2）基礎(chǔ)底面應(yīng)力計算公式

計算成果見表2。

表2 前池穩(wěn)定計算成果表

由表2可知，各種工況下計算結(jié)果均滿足《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50288-2018）的規(guī)定規(guī)范要求。

3.7 電氣設(shè)計

泵站主要在灌溉時運行，不是全年運行確定為三級負(fù)荷，采用單電源供電。

（1）接入電力系統(tǒng)方式

農(nóng)村電網(wǎng)經(jīng)過建設(shè)改造后，10 kV架空線路已經(jīng)覆蓋所有村莊，且供電質(zhì)量有較大提高，供電容量充足。本工程選擇供電電壓等級為10 kV。變壓器距離供電電源較近時由附近10 kV架空線引來；距離較遠(yuǎn)時，架設(shè)一段距離的10 kV架空線引來。

（2）變電站方案選擇及電氣主接線

本工程按照“配電變壓器一般安裝在其供電范圍的負(fù)荷中心，并滿足線路末端電壓質(zhì)量的要求，以減少線路的損耗”的原則確定變壓器的位置，一般每個臺區(qū)供3～8座小型灌溉泵站用電，從配電變壓器的低壓側(cè)到每個泵站，按輻射式和鏈?zhǔn)较蛩闹苎由?，供電半徑不宜超過1000 m。

本工程以于集鄉(xiāng)孫國莊村小型泵站電氣設(shè)計作為典型設(shè)計，孫國莊村變壓器供電范圍為孫國莊村1～6號泵站，每座泵均配備潛污泵1～2臺，見表3。

表3 于集鄉(xiāng)孫國莊村變壓器負(fù)荷統(tǒng)計表

經(jīng)過比較擇優(yōu)，確定6臺小型泵站配備變壓器1臺。其所需電容量按下式計算：

式中：S為變壓器容量，kVA；P為電動機額定功率，kVA；P1為照明用電總功率，kVA。

經(jīng)計算，S=160 kVA。

根據(jù)計算結(jié)果，結(jié)合項目區(qū)情況于集鄉(xiāng)孫國莊村設(shè)變壓器1臺，采用SC11系列低損耗節(jié)能變壓器，容量為160 kVA，變比為(10±5%)/0.4。主接線采用高、低壓母線均為單母線不分段接線方式，小型泵站用電均自變壓器低壓側(cè)引接。

為降低成本，經(jīng)當(dāng)?shù)仉姌I(yè)部門同意，本工程用變電站采用桿上變壓器臺。

（3）低壓電纜選擇

為做到供電上的安全、可靠、經(jīng)濟和技術(shù)合理，同時考慮到本工程用電設(shè)備較分散，負(fù)荷電流大、線路長，電壓損失是主要矛盾。因此本工程按正常工作時的允許電壓損失初選其截面并按其它條件進(jìn)行校驗。最終確定低壓電纜采用YJLV22-1型交聯(lián)鋁芯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套鎧裝電力電纜。盡量沿地邊、路邊、渠邊地中直埋敷設(shè)，電纜直埋敷設(shè)深度不應(yīng)小于0.7 m。

（4）機組啟動方式

采用經(jīng)驗公式估算法計算電動機端電壓降均為小于15%，滿足規(guī)范要求，采用全壓直接起動方式。每臺水泵設(shè)1臺射頻卡控制器作為水泵的控制設(shè)備。

4 結(jié)論

本項目計劃資金到位后，整個工程由項目區(qū)鎮(zhèn)政府協(xié)助農(nóng)業(yè)農(nóng)村局組織實施，利用（2019年10月～2020年7月）10個月的時間完成工程建設(shè)任務(wù)。

（1）增產(chǎn)效益

項目區(qū)小麥種植面積4萬畝，玉米種植面積4萬畝。據(jù)當(dāng)?shù)匾呀ǔ身椖繀^(qū)測算，項目實施后項目區(qū)小麥每畝可增產(chǎn)60 kg/畝，玉米增產(chǎn)70 kg/畝；小麥按2.1元/kg，玉米按1.6元/kg，全項目區(qū)年增產(chǎn)952萬元。項目增產(chǎn)效益分?jǐn)傁禂?shù)按0.4計，增產(chǎn)效益為459.2萬元。

（2）節(jié)水效益

項目實施后，大大提高了灌溉水的利用率，灌水及時，灌溉質(zhì)量提高。同時在田間實行秸稈覆蓋等農(nóng)藝節(jié)水措施，灌溉水利用系數(shù)由0.6提高到0.85以上，每年可節(jié)水102.86萬m3。