1、文县北山泵站提灌绿化工程设计 赵瑞 文县北山泵站提灌绿化工程设计 二级泵站提灌工程设计 （甘肃农业大学工学院 2007 级农业水利工程专业 赵瑞） 摘要： 本次设计 绿化 面积 920 亩 ,相应 控制灌溉面积 920 亩 , 灌溉设计保证率 75%，灌溉方式采 用泵站提水，自压喷灌 ,供水管网 管道为 PE 管，计划建蓄水池 18 座， 提水泵站 2 座 。 文县北山绿化灌溉工程设计水源取水采用大口井、电力提灌取水，蓄水池蓄水，供水管网自压喷灌灌溉。本工程属 V 等小（ 2）型工程，主次要建筑物设计标准均为 5 级。进行灌溉制度的计算，根据地形布置提水泵站 2 级。 第一级泵站选用 HD-5
2、0-240-55 型井用泵 2台，采用 150 毫米压力钢钢管输水。第二级泵站以第一级泵站蓄水池为吸水池，选用 D85-45 型多级单吸式离心泵一台，采用 150 毫米压力钢管输水至主 2#蓄水池。主要布置高位蓄水池 6 座，减压池 8 座，调节池 5座，布置灌区 5处。喷灌设计 1#、 3#、 4#、 5#主蓄水池由 2#主蓄水池串联供水，供水主管长 1468m，采用 140mmPE 管。各灌区支管布置采用“丰”字形布置，均采用 90mmPE 管，设计压力为 1.0Mpa，埋设深度不小于 0.6m。其中对大口井配筋、泵房配筋和 200 立方 米蓄水池配筋作了详细计算。 关键词 ：泵站 蓄水池
3、 自压喷灌 管网布置 设计 文县北山泵站提灌绿化工程设计 赵瑞 目 录 1 自然概况 .1 1.1 自然条件 .1 1.2 社会经济 .1 2 水文、气象概况 .2 2.1 概况 .2 2.2 径流 .2 2.3 洪水 .2 2.4 泥沙 .2 3 工程规划设计 .3 3.1 工程区基本情况 .3 3.2 工程等级和设计标准 .3 3.3 绿化灌溉区需水量计算 .3 3.4 喷灌系统计算 .4 3.5 绿化灌溉区水源地水量计算 .6 4 工程布置及建筑物设计 .6 4.1 工程布置 .6 4.2 建筑物设计 .8 4.2.1 一级泵站设计 .7 4.2.2 二级泵站设计 .13 4.2.3 管
4、网设计 .15 4.2.4 蓄水池设计 .18 5 工程概预算 .21 文县北山泵站提灌绿化工程设计 赵瑞 6 效益评价 .24 6.1 生态效益 .24 6.2 经济效益 .24 6.3 社会效益 .24 参考文献 .26 致谢 .27 文县北山泵站提灌绿化工程设计 赵瑞 1 1、自然概 况 1.1 自然条件 文县位于甘肃省东南麓 ,东接四川广元市 ,西连陇南文县县 ,南达九寨风景区 ,北邻陕西与宁强县隔江相望 .地处东径 104 16 16 -105 27 29 ,北纬度 32 35 43 -33 20 36。 按水系分属于长江流域嘉陵江水系，按山系分属于秦岭山系岷山山脉。 文县西高东低，
5、东西长约 217 公里，南北宽约 156 公里，最高海拔 4187 米，最低海拔 550 米，山地约占总面积的 90%，境内白水江、白水江由西至东穿流而过，汇入嘉陵江。 文县在地质上处于南秦岭地 槽褶皱带（北部）与扬子准台（南部）地两大构造单元的过渡地带，地质构造复杂，地表起伏大，岩石裸露，沟壑发育。全境为中高山地和河川谷地地貌类型。 城区依山而建，地势狭窄，白水江绕城而过，城区四周泥石流沟道众多，易遭受洪水灾害和泥石流威胁，是国内受泥石流及洪水灾害威胁较严重的城市之一。文县历史悠久， 秦以前俱属氐羌，汉置阴平道，三国时魏阴平郡，南北朝时建阴平国，北周明帝封 “ 文 ” 置州，明洪武四年降州设
6、县，古时称 “ 阴平 ” 。 1.2 社会经济概况简述 文县位于甘肃省东南部， 东西长 217km，南北宽 156km，面积 4994km2，辖 3 镇 17 个乡 ，总人口 24.6 万人，其中农业人口 21.76 万人，有汉、藏、羌、蒙、撒拉、东乡等 11个民族。县委、县政府所在地文县城关。 2007 年全县国内生产总值 86506 万元，人均 1876元，其中工业总产值 34001 万元，农业总产值 22566 万元。农民人均纯收入 1346 元。文县山大沟深，土地资源短缺，目前沿江两岸 泥石流冲积扇分布着村镇和农田。白水江谷地海拔较低，适合各种农作物生长，工程区河谷川地光热充足，两岸阶
7、地及冲积扇大部分开垦为耕地和水浇地，灌溉条件便利，为文县灌溉农业和水稻种植相对集中区，大部分为灌溉农业和高效农业区，是县内重要的农耕地带，为该县主要产粮区之一，素有“陇上江南”之称。农业作物种植以小麦、玉米、水稻为主，经济作物有大棚蔬菜、瓜菜、果树、花椒、药材等，以产花椒、药材著名。但是洪水、泥石流、滑坡等自然灾害频繁，水土流失严重，严重影响和制约着当地社会、经济、农业生产的可持续发展。 文县北山泵站提灌绿化工程设计 赵瑞 2 2、水文、气象 2.1 概况 白水江为文县境内主要河流，白水江系白龙江的一级支流 ,发源于四川、甘肃两省交界的岷山弓杠岭，分白河、黑河两源，两源在四川省九寨沟县城以上
8、20kmM 的黑河塘汇合始称白水江。自西北向东南流，经九寨沟县的巴河乡、安乐乡、城关、双河乡、至柴门关出四川境，流入甘肃文县，于碧口汇入嘉陵江一级支流白龙江。白水江流域面积 8316Km2，河流总长度 296Km，天然落差 2985m，平均比降 10.1。 白水江流域属北亚热带季风气候 ,据文县地面气象站多年气候资料统计， 本地区多年平均气温 14.8， 历年极端最高气温 37.7， 极端最低气温 7.4； 多年平均降水量 458.8mm,多年平均蒸发量 2024.5mm； 历年最大积雪深度 8.0cm； 最大冻土深度 15.0cm； 多年平均日照时数 1706.4h； 多年平均 相对 湿度
9、65.0%，多年平均风速 2.4 m/s、历年最大风速 16.0 m/s, 相应风向为 NW 及 WNW。 2.2 径流 据干流文县站资料分析，白水江最枯 2月平均流量 27 m3/s，最丰 9月平均流量 156 m3/s，多年平均流量 88.6m3/s。工程区段内支流关家沟为季节性河流，每逢降雨就有洪水、泥石流发生，平时基本为干沟。 2.3 洪水 水文站测验断面位于文县城区，控制面积 7303km2。项目区干流设计洪水依据文县水文站设计洪水成果确定。经计算分段设计洪水成果见表。 项目区白水江干流设计洪水 干流分段名称 F (km2) 各种频率设计值 (m3/s) 2% 5% 10% 文县城区
10、 7303 1050 821 566 2.4 泥沙 据文县水文站 1960 1996 年（ 1959 年、 1962 年缺测） 36 年实测资料统计 :多年平均文县北山泵站提灌绿化工程设计 赵瑞 3 悬移质输沙量 195 万 t；平均含沙量 0.59kg/m3,其中汛期（ 5 9 月）平均输沙量 178 万 t,占 全年沙量 92.0%；汛期平均含沙量 0.9kg/m3；实测最大含沙量 183kg/m3。多年平均输沙模数为 240t/km2。 3、工程规划设计 3.1 工程区基本情况 工程 区 位于文县城北山，西起西大沟左岸山脊，东至赖子沟山梁， 海拔在 980-1215m之间 。工程区 属
11、属北亚热带季风气候 ，多年平均气温 14.8， 多年平均降水量 458.8mm,多年平均蒸发量 2024.5mm。工程区植被覆盖稀疏，植物种类以草类为主要， 本次设计 绿化面积 920 亩 ,相应 控制灌溉面积 920 亩 , 灌溉设计保证率 75%，灌溉方式采 用泵站提水，自压 喷灌 ,供水管网 管道为 PE 管，计划建蓄水池 18 座， 提水泵站 1座 。 3.2 工程等级和设计标准 文县北山绿化灌溉工程 设计灌溉面积 920 亩。根据部颁水利水电工程等级划分及 防洪 标准 (SL252-2000),喷灌工程技术规范 (GBJ85-85)，节水灌溉技术规范（ SL207-98），机井技术规
12、范（ SL256-2000），低压管道输水灌溉工程技术规范（ SL/T153-95），喷灌工程设计手册， 本工程属 等 小（ 2）型工程，主次要建筑物设计标准均为 5 级。灌溉设计保证率为 75 。 3.3 绿化灌溉区需水量计算 1、灌水定额 参照已建工程和工程区资料确定，计划湿润层深度 h=40cm，适宜土壤含水量上下限为田间持水量的 75-95，土壤容重 r=1.38g/cm3，田间持水量为 25（重量），因风速低于 3.4m/s，故取喷洒水利用系数 =0.85，故设计灌水定额为： m=0.1 H( 1- 2)/ 式中： m 设计灌水定额 (mm)； 土壤容重 (g/cm2)； H 计划湿
13、润层深度 (cm)； 1 适宜土壤含水量上限（重量百分比）； 2 适宜土壤 含水量下限（重量百分比）； 喷洒水利用系数；取 0.85； 文县北山泵站提灌绿化工程设计 赵瑞 4 根据已知数据，计算得灌水定额为： m=32.5(mm) 合 M0=2/3m= 2/3 32.5=21.7(m3/亩 ) 2、灌水周期 灌水周期采用“喷灌工程技术规范” (GBJ85-85)中 (3.0.2-2)式计算： T=m/w 式中： T 设计灌水周期 (日 )； w 日需水量， mm/d，取灌水临界期的平均日需水量，其它符号同前。 则有： T=21.7/30.85= 6.1(日 ) 取 T=6日。 3、设计灌水率确
14、定 由于该 绿化 工程主要以 耐旱乔木、草类为主，乔木种植中比例为 60%，草类种植中比例为 40%。 =aM0 /(8.64T) 式中： 灌水率（ m3/s/万亩） ； M0 灌水定额（ m3/亩） ； a 作物种植比例（） ； T 灌水 周期 （日） ； 计算 =0.6 21.7/(8.64 6)=0.251(m3/s/万亩 )。 4、灌溉设计流量 Q 灌 maxA / 式中： Q 灌 设计流量（ m3/s） ； qmax 最大灌水率（ m3/s/万亩） ； A 控制面积（亩） ； 管网利用系数取 0.85； 计算： Q 灌 =0.251 920/0.85/10000=0.0272m3/s
15、=97.8m3/h 设计取 Q 灌 =100 m3/h 3.4 喷灌系统计算 1、喷头选型与组合 文县北山泵站提灌绿化工程设计 赵瑞 5 (1)允许最大喷灌强度 查表可得灌区土壤的允许喷灌强度为 允 =15mm/h。喷头采用单行多喷头同时喷洒的方式，支管与主风向基本垂直布置，喷头组合形式为正方形，查表可得 Ka=Kb=0.95。按风向夹角为 45 这种最不利的情况考虑， Kw45 =Kw(0 )+Kw(90 )/2=1.08*2.40.194+1.12*2.40.302/2=1.37 Cp= / -( /90)arcos(a/2R)+(a/R)1-(a/2R)21/2 =3.14/3.14-(
16、3.14/90)arccos(0.95/2)+0.951-(0.95/2)21/2 =1.72 smax= /KwCp =15/(1.371. 72)=6.37mm/h (2)选择喷头 根据绿化作物的要求的雾化指标应介于 3000-4000 之间，因此查喷头特性表，初选PY120 型喷头，其工作 台压力为 hp=300kPa，喷头流量 q=3.47m3/h，射程 R=20.5m，喷嘴直径 7.5mm， s=2.90mm/h，每条支管 10 个喷头，即支管入口流量为 38.17m3/h,雾化指标hp/d=300/0.075=4000， s=2.90mm/h 6.37(mm/h),符合要求。 （
17、3）确定组合间距 根据项目区 10m 高平均风速为 2.4m/s，选定等间距布置 Ka=Kb=0.95，现已知 r=20.5m，则 a=b=0.9519 .5=19.5m,按标准管节长取 18m。 2、灌溉制度的拟定 (1)确定喷头工作 点及支管位置 根据单元系统布置及实际操作要求，工程区布置 5 个灌区，支管布置间距为 18m，各喷头布置间距为 18m。 (2)计算喷头在一个喷点上的工作时间 t=abM0/(1000q)=18 18 21.7/（ 1000 3.47） =2.026h，即确定喷头在工作点上喷洒时间为 2 小时 1 分 34 秒。 (3)计算支管每天可喷洒的工作位置数 为充分利
18、用每天可能的喷灌时间，根据有关规范规定，作业时间不宜少于 10h 选 10h计算，则 n=10/t=10/2.24=4.46 取 n=4，即支管每天可喷洒 4个位置，相应 地一条支管喷头每天可喷 40个工作点。 (4)计算每次同时喷洒的喷头数 文县北山泵站提灌绿化工程设计 赵瑞 6 由于单元区布置的固定喷头位置数总共有 1455 个，因此需每次同时喷灌的喷头数按下式考虑： nt=N/（ nT） =1455/（ 4 6） =60.6， 即每次轮灌同时需要 60 个喷头。 3.5 绿化灌溉区水源地水量计算 1、水源地选择 根据工程区现状，灌溉水源可采用直接抽取江水或打井取水两方案，由于白水江水质含
19、砂量大不能直接用于喷灌用水，所以本工程采用打井取水方案。 2、井型、井径选择及出水量计算 根据文县水文局地下水调查地勘资料及周边 打井情况， 工程 水源井选在 212 国道东大沟桥下游 10m 处白水江左岸亲水平台，该区含水层水量丰富，地下初见水位为 -1.50m，含水层渗透系数为 150m/d。根据项目区水文地质条件，本着经济合理耐用原则，井型选定为大口井，井深 15m，井径为 2m，井壁管采用无砂混凝土。依据水力计算手册无压非完整井公式计算水井出流量： 1.36k (Ha2-T02) h0+0.5r0 2T0-h0 Q= 4 lg(R/r0) T0 T0 式中 ： Q 水井渗 流量（ m3
20、/s） ； k 渗透系数 （ m/d） ,取 150m/d； Ha 为界限厚度 （ m） ，取 13m； T0 井中水面与不透水层的距离 （ m） ,取 11m； h0 井中水深 （ m） ,为 8m； R 影响半径 （ m） ,取 400m； r0 井的半径 （ m） ，为 1.0m； 经 计算： Q =3513m3/d=146m3/h 根据计算大口井，井深 15m，井径为 2m，出水量 146m3/h，满足工程灌溉需要。 4、工程布置及建筑物设计 4.1 工程布置 文县北山绿 化灌溉工程 设计灌溉面积 920 亩， 采用大口井、电力提灌取水，蓄水池蓄水，供水管网自压喷灌灌溉。根据地形布置提
21、水泵站 2级，高位蓄水池 5座，减压池 8 座，调节池 5座，布置灌区 5处。抽水泵站及大口井布置于 212 国道东大沟桥下游 10m 处白水江左岸亲水平台，泵房紧邻 212 国道；抽水泵站上水管道沿东大沟右岸布置至泵站高位出文县北山泵站提灌绿化工程设计 赵瑞 7 水池；泵站高位出水池布置于赖子沟山脊，池底海拔高程 1213.50m。灌溉区根据地形，沿山脊布置高位蓄水池 5 座，各蓄水池由泵站出水池管道连接供水。供水干管网沿山脊由上而下布置，根据自然落差布置减压池，灌区沿 山沟为界布置灌区 5处，管网采用“丰”字形沿山脊平行布置。 4.2 建筑物设计 4.2.1 一级抽水泵站设计 抽泵站由大口
22、井、抽水泵房、上水管道、出水池四部分组成。 1、大口井设计 大口井深 15m，井径为 2m，正常水位 899.30m，设计水位降 2m，井底高程 887.80m，井底铺设 0.7m 厚砂砾反滤层；大口井刃脚高 1.5m，壁厚 0.3m，采用 C25 钢筋砼浇注，刃尖厚 0.15m，四周设 100mm 不等边角钢护角；井壁进水段高 9m，壁厚 0.25m，采用 C25无砂砼浇注，进水段每各 0.8m 设 C25 钢筋砼加强管一道高 0.2m；管壁段高 5m，壁厚 0.3m，采用 C25 钢筋砼浇注。 取 1米的长度进行计算，其受到来自内部的静水压力和外部的水压力，根据土压力如下： 分析作用于井壁
23、段为 b（可取 b=1）上的水压力： Pdb+2F1 式中 P 作用于池壁上的静水压力； d 大口径的直径； b 大口径的单位长度； F1 半园型截面的水压力 F1=Pdb/2=9.8 1000 11.5 2 2=112.7KN 分析作用于井壁段为 b（可取 b=1）上的水压力： Tdb=2F2 式中 T 作用于井壁上的静土压力； d 大口径的直径； b 取大口径的单位长度； F2 半圆型街面的土压力； F2=Tdb/2=rHdb=13.8 15 2 2=207KN 因为 F2 大于 F1 所 以该 构件 为受 压 构件 ，其 作用 于构 件 上的 合力 为 F2- F1=207-112.7=94.3KN 弯矩计算如下：
