許春芳

（德州市陵城區(qū)水利局,山東 德州 253500）

隨著三農(nóng)政策的不斷深化推進(jìn)，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)得到迅猛發(fā)展，和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化發(fā)展相比，農(nóng)業(yè)水利設(shè)施建設(shè)相對(duì)滯后。相關(guān)部門需提高對(duì)農(nóng)田水利工程的重視，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供基礎(chǔ)保障。

1 山東省德州市陵城區(qū)農(nóng)田水利項(xiàng)目概況

陵城區(qū)位于山東省德州市西北部，共有48.6 萬(wàn)農(nóng)業(yè)人口，耕地面積117 萬(wàn)畝。為保障糧食安全、增加農(nóng)民收入、推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，陵城區(qū)從2010 年開(kāi)始，開(kāi)展大量農(nóng)田水利工程項(xiàng)目建設(shè)，取得較為理想的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及生態(tài)效益。陵城區(qū)于2018 年投入大量資金開(kāi)展農(nóng)田水利項(xiàng)目建設(shè)，宋家鎮(zhèn)、糜鎮(zhèn)、鄭家寨鎮(zhèn)被選為農(nóng)田水利項(xiàng)目縣專項(xiàng)資金項(xiàng)目。項(xiàng)目區(qū)域的地質(zhì)條件為黃河沖擊平原孔隙水文地質(zhì)區(qū)，區(qū)域的水層巖性以粉細(xì)砂及細(xì)砂為主，是主要糧食種植區(qū)，農(nóng)田水利項(xiàng)目的開(kāi)展，可切實(shí)解決“最后1 km”的問(wèn)題，全面提升全區(qū)小型農(nóng)田水利工程的建設(shè)水平，改善農(nóng)田灌排條件，為糧食生長(zhǎng)提供保障，發(fā)揮陵城區(qū)作為山東省糧食生產(chǎn)基地的功能[1]。

為強(qiáng)化農(nóng)田水利項(xiàng)目的整體效益，相關(guān)單位在專項(xiàng)補(bǔ)助資金項(xiàng)目建設(shè)中，優(yōu)化工程總體規(guī)劃與技術(shù)方案。總體規(guī)劃包括首部樞紐布置、管網(wǎng)布局及排水、建筑物布置三項(xiàng)工作，計(jì)劃設(shè)計(jì)三個(gè)高效節(jié)水灌溉工程、獨(dú)立灌溉系統(tǒng)及水情信息化系統(tǒng)。

2 農(nóng)田水利項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)方案

結(jié)合項(xiàng)目總體規(guī)劃，陵城區(qū)農(nóng)田水利項(xiàng)目包括六個(gè)部分，分別是小型水源工程、高效節(jié)水灌溉工程、排水溝、生產(chǎn)橋、閘涵、信息化工程。

2.1 小型水源工程設(shè)計(jì)方案

以農(nóng)田水利項(xiàng)目中小陳家村1 號(hào)泵站為例，分析小型水源工程設(shè)計(jì)方案。該泵站覆蓋的農(nóng)田灌溉面積為204 畝，總設(shè)計(jì)流量為78.4 m3/h，配置一條干管及一套潛水泵。泵站工程以進(jìn)水建筑物和閥井為主，設(shè)計(jì)人員將在河道區(qū)域設(shè)置進(jìn)水池的開(kāi)口，開(kāi)口呈喇叭口型，并在進(jìn)水池內(nèi)配置立式潛水泵。為保障結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，選擇C25 混凝土作為基礎(chǔ)，配置M10 漿砌石擋土墻。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)參數(shù)，按照下式計(jì)算揚(yáng)程：

經(jīng)計(jì)算，H=7.33+1.1×5+6.5=20.84 m。根據(jù)揚(yáng)程要求及泵站的灌溉面積要求，選擇200QJ100-36 型號(hào)的水泵，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為20.84 m，設(shè)計(jì)流量為78.4 m3/h，電機(jī)功率為15 kW。

同時(shí)，為保障泵站的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行相應(yīng)電氣設(shè)計(jì)，結(jié)合機(jī)電井運(yùn)行需求，將泵站的負(fù)荷確定為三級(jí)，選擇10 kV的架空線供電，每六臺(tái)小型泵站配置一臺(tái)變壓器，計(jì)算所得的變壓器電容量為76.8 kVA?；谠撘?，選擇SC11系列變壓器，容量為80 kVA，變壓器的接線方式設(shè)計(jì)為單母線不分段。為確保水泵運(yùn)行參數(shù)符合規(guī)范要求，將水泵機(jī)組的啟動(dòng)方式設(shè)計(jì)為全壓直接啟動(dòng)，在每臺(tái)水泵中配置一臺(tái)射頻卡控制器，實(shí)現(xiàn)水泵運(yùn)行參數(shù)的有效控制。

2.2 高效節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)方案

以小陳家1#泵站的管網(wǎng)為例，將四分干作為水源，灌溉覆蓋面積為204 畝，為保障泵站灌溉效率，將泵站管網(wǎng)設(shè)計(jì)為干管和支管兩個(gè)等級(jí)，在泵站南部區(qū)域，布設(shè)干管，在干管下以垂直方式布設(shè)支管，支管間距離控制在120 m～150 m；在支管中設(shè)置給水栓，給水栓間的距離控制在40 m～50 m。

結(jié)合項(xiàng)目施工區(qū)域的農(nóng)作物用水要求，根據(jù)小麥日需水量計(jì)算灌水定額及灌水周期，灌水定額設(shè)定為40 m3/畝，灌水周期為8 d；結(jié)合水源的地理位置、農(nóng)作物種植狀況、地面坡度等因素，按照梳齒形布置灌溉管網(wǎng)，給水栓雙向分水，以干支管續(xù)灌、斗管輪灌方式灌溉；結(jié)合上述布置條件，計(jì)算干管的流量為78.4 m3/h，毛灌水定額為50.29 m3/畝，一次灌水延續(xù)時(shí)間為12.6 h；結(jié)合灌溉系統(tǒng)參數(shù)，將干管的直徑設(shè)定為Φ160 mm，支管直徑設(shè)定為Φ125 mm。在明確管道的各項(xiàng)參數(shù)后，需合理選材。常用管材包括鋼管、鑄鐵管及PVC管等，前兩者的成本較高，且抗腐蝕性較低，適用于山丘陡坡等區(qū)域；后者的適用性更強(qiáng)，成本較低，且抗腐蝕性強(qiáng)，便于運(yùn)輸與安裝，所以該農(nóng)田水利項(xiàng)目選擇PVC管材[2]。

另外，在高效節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)中，需做好田間配套工程設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：（1）官網(wǎng)排水口與排水閥池。在管網(wǎng)分干管的尾部設(shè)置放水口，配置同樣管徑的閘閥，用于排空管道內(nèi)的水，避免冬季降溫管道內(nèi)的水凍結(jié)成冰，導(dǎo)致管道膨脹；（2）閥門保護(hù)池。在閥門位置配置預(yù)制鋼筋混凝土保護(hù)池，避免閥門受破壞；（3）給水栓保護(hù)池。選擇Φ125 出水口，選擇與閥門保護(hù)池同樣的保護(hù)結(jié)構(gòu)；（4）鎮(zhèn)墩。在管網(wǎng)中干管的出口和轉(zhuǎn)彎部位設(shè)置鎮(zhèn)墩，選擇C25混凝土作為施工材料，對(duì)于管道和溝壁間的空隙，需使用同樣強(qiáng)度的混凝土填充，混凝土的填充高度至少大于管道外徑20 cm，寬度至少大于接口外側(cè)20 cm。

2.3 排水溝設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目選用明溝排水系統(tǒng)，溝渠不僅用于排水，還用于灌溉，設(shè)計(jì)人員根據(jù)排澇設(shè)計(jì)流量進(jìn)行設(shè)計(jì)。在農(nóng)田水利工程建設(shè)區(qū)域中，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶自發(fā)挖掘農(nóng)溝，設(shè)計(jì)人員將其為基礎(chǔ)，垂直設(shè)計(jì)斗溝，按照當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件和灌溉覆蓋面積，長(zhǎng)度控制在1500 m左右，間距控制在500 m～600 m內(nèi)。排水溝的形式設(shè)計(jì)為梯形斷面土質(zhì)渠，在周圍種植林草作為護(hù)坡。按照5年一遇，一日暴雨，2 天排出的標(biāo)準(zhǔn)，收集山東省暴雨徑流關(guān)系分區(qū)圖，計(jì)算排水溝的徑流深，其數(shù)值為79.5 m，再根據(jù)平原排澇模數(shù)法計(jì)算排水溝的排水流量，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 農(nóng)田水利項(xiàng)目排水溝的排水參數(shù)

另外，對(duì)于不同類型的排水溝，均采用恒定均勻流公式進(jìn)行排水溝的斷面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)農(nóng)溝水位和田面差值為0.8 m；農(nóng)溝和斗溝、斗溝和支溝連接位置的水位跌差按照0.1 m計(jì)算；邊坡系數(shù)設(shè)計(jì)為1.5；糙率按照0.025 計(jì)算；縱坡坡降為1/3000；底寬取值為0.5 m。

2.4 生產(chǎn)橋設(shè)計(jì)方案

在該農(nóng)田水利項(xiàng)目區(qū)，共有9 座生產(chǎn)橋，運(yùn)行時(shí)間超過(guò)40 年，存在嚴(yán)重破損現(xiàn)象，為保障生產(chǎn)橋作用的有效發(fā)揮，該項(xiàng)目對(duì)生產(chǎn)橋進(jìn)行改建處理。設(shè)計(jì)人員結(jié)合河道寬度等參數(shù)，重新設(shè)計(jì)4 座6 m跨砌石拱橋、3 座8 m跨砌石拱橋、1 座1 m管涵橋及1 座樁基礎(chǔ)板橋。

拱橋設(shè)計(jì)：不同跨度的拱橋橋面寬度均為6 m，荷載遵循農(nóng)橋-Ⅱ級(jí)設(shè)計(jì)，矢跨比為1/4；拱圈厚度均設(shè)計(jì)為等截面圓弧拱，厚度為50 cm，選擇C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。6 m跨砌石拱橋的橋面設(shè)橫坡1%；8 m跨砌石拱橋的橋面設(shè)橫坡1.5%。

樁基礎(chǔ)板橋設(shè)計(jì)：橋梁的樁號(hào)為21+650，河底高程為8.78 m，排澇水位為11.48 m，橋長(zhǎng)為52 m；橋梁的凈寬為6 m，兩側(cè)護(hù)輪帶為0.5 m，配置防撞護(hù)欄。橋梁基礎(chǔ)選用鋼筋混凝土樁柱式墩臺(tái)，橋臺(tái)選擇GYZF4-200×37 圓形四氟滑板橡膠支座，共鋪設(shè)三層橋面，分別為瀝青混凝土細(xì)粒、粗粒及現(xiàn)澆混凝土。

2.5 閘涵設(shè)計(jì)方案

以農(nóng)田水利項(xiàng)目中糜鎮(zhèn)大孫家新建排水閘為例，分析閘涵設(shè)計(jì)要點(diǎn)。該排水閘的規(guī)格為2.5 m×2.7 m，包括上游段、鋪蓋段、閘室、洞身、消力池、海漫及防沖槽等部分。整個(gè)涵閘設(shè)計(jì)為開(kāi)敞式模式，僅1 孔，凈寬設(shè)計(jì)為2.5 m，配置重力式墩墻；在閘室內(nèi)部配置2.5 m×2.7 m的鑄鐵閘門，通過(guò)80 kN螺桿式啟閉機(jī)控制；在閘室上游配置長(zhǎng)5 m、厚0.5 m的M 10漿砌石，邊坡比設(shè)計(jì)為1∶1.5；在閘室下游配置兩道消力坎，下游位置的邊坡和海漫均選用M10 漿砌石；海漫后方設(shè)置防沖槽，槽深設(shè)計(jì)為1 m。

2.6 信息化工程設(shè)計(jì)方案

為保障農(nóng)田水利項(xiàng)目中灌溉水量和相關(guān)費(fèi)用的準(zhǔn)確計(jì)算，開(kāi)展信息化工程設(shè)計(jì)，構(gòu)建水情信息化系統(tǒng)，在水泵中配置取水計(jì)量一體機(jī)，與陵城區(qū)水務(wù)局內(nèi)的控制中心連接，實(shí)現(xiàn)水泵灌溉信息的實(shí)時(shí)傳輸。水情信息化系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)、管理機(jī)、水電雙計(jì)智能灌溉控制器（取水計(jì)量一體機(jī)）、流量計(jì)、IC卡、無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)等部分。在農(nóng)田水利項(xiàng)目覆蓋區(qū)域的所有水泵中，配置取水計(jì)量一體機(jī)，該設(shè)備具備語(yǔ)音提示、自動(dòng)停泵、用水信息存儲(chǔ)、一機(jī)多卡、遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障報(bào)警、定時(shí)上報(bào)等功能，有效提高水情監(jiān)控的全面性及有效性。

水情信息化系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，設(shè)計(jì)人員利用開(kāi)放式協(xié)議語(yǔ)言設(shè)計(jì)系統(tǒng)平臺(tái)，引入OPP及圖形化可編程技術(shù)，將微軟作為系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。同時(shí)，為農(nóng)戶及主管部門使用便利，開(kāi)發(fā)專屬手機(jī)APP，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)信息的實(shí)時(shí)獲取[3]。

3 結(jié)論

綜上所述，農(nóng)田水利項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)方案關(guān)系到工程作用的發(fā)揮，相關(guān)單位需做好工體規(guī)劃與單項(xiàng)工程設(shè)計(jì)工作。在陵城區(qū)農(nóng)田水利項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)單位結(jié)合工程狀況，進(jìn)行小型水源工程、高效節(jié)水灌溉工程、排水溝、生產(chǎn)橋、閘涵、信息化工程的設(shè)計(jì)，為工程建設(shè)與管理提供有效指導(dǎo)。