浅谈排涝兼顾灌溉泵站设计

张朦

张朦

广州市宏涛水利水电勘测设计有限公司510405

摘要：灌溉泵站设计扬程是由设计净扬程加上进、出水流道的损失水头确定的,设计净扬程是指出水池与进水池的设计水位之差。担负着农田灌溉、排涝和调节地下水位等任务，本文结合排涝灌溉泵站实例，就泵站的设计进行探讨。

关键词：排涝设计；泵站设计；灌溉泵站

一、工程概述

广东某工程为一级排涝灌溉泵站，捍卫耕地面积3160hm2，其中排涝受益农田3133.34hm2，灌溉受益农田1000hm2，人口2.3万人。

二、排涝站与灌溉站布置方案分析

方案的选择对泵站的运行是至关重要的。下面的方案布置主要有2种:方案1，排涝和灌溉机组布置在同一厂房，即同厂房布置；方案2，灌溉与排涝机组分开布置，即不同厂房布置。方案比较如表1所示。

经以上比较确定灌溉与排涝站分开布置，然后再对机组的布置型式以及灌溉站的布置位置进行比较，最终确定机组都采用“一”字型布置并与进水方向垂直、灌溉站布置在节制闸右侧的方案。

三、灌溉站设计水位确定

1、出水池水位

按照灌溉站的灌溉运行方式，灌溉站的出水口承泄区为节制闸上游的灌排两用主渠道，灌溉站的出水池水位就是主渠道的各种灌溉运行水位。由于灌溉站在大堤的堤内，没有直接挡洪要求，设计中不考虑东江防洪水位的作用，采用泵站出水池的最高运行外水位作为灌溉站建筑物稳定安全的最高运行水位。

1)最高运行水位

根据涝区内的灌溉支渠及二级排涝兼灌溉泵站灌溉取水所控制的主渠道最高水位，推算到灌溉泵站的站前最高运行水位为2.70m，即为排涝时的站前最高运行水位。

2)设计水位

设计水位是在春秋季节，基本能满足受益区内农田所需灌溉水位。通过对受益区内的主渠道及灌排两用支渠道的勘测调查，受益区内的灌溉支渠及二级排涝兼灌溉泵站灌溉取水的主渠道正常水位，推算到灌溉站的站前水位2.20m为灌溉泵站的设计外水位。

3)最低运行水位

根据该受益区内枯水期历年来的排涝、抗旱运行情况，在东江枯水季节，当主渠道水位下降到排涝站的最低运行水位1.80m、同时受益区内无降雨时，排涝站或自流排水涵停止排水，节制闸关闸蓄水。取节制闸关闸时主渠道水位1.80m为最低运行水位。

4)平均水位

取灌溉期主渠道多年日平均水位2.20m。

2、进水池水位

1)最高运行水位

取受益区内枯水期历年来灌溉时，节制闸关闸蓄水时主渠道的最高水位1.80m。

2)设计水位

通过排频计算，灌溉期保证率为90%时的历年外江日平均水位为0.60m，由于灌溉站的站前水位从自流排水涵由东江引入，根据自流排水涵的底高程和孔口尺寸参数，当排水涵的内外水头差取0.1m时，自流排水涵的过流能力为3.97m3/s，满足设计灌溉流量3.23m3/s的过流能力要求，因此，推算到站前的设计水位为0.50m。

3)平均水位

取灌溉期多年外江日平均水位0.60m，由此推算到站前的平均运行水位为0.50m。

四、灌溉站设计流量确定

灌溉主要集中在秋季晚稻，其中须灌溉的农田大部分以水稻为主。计算得涝区晚稻净灌水定额为308m3/亩。晚稻泡田期轮灌天数为11d，生育期补水轮灌天数为6d。灌溉站设计灌溉流量采用下列公式计算:

Q=(ΣmA+W)/(3600Ttn)(1)

式中Q为灌溉设计流量，m3/s；m为用水高峰时段内各种作物的设计净灌水定额，m3/亩；A为相应时段内各种作物灌溉面积，亩；T为灌溉历时(天数)，d；t为日开机小时数，取22h；n为渠系水利用系数，根据灌溉面积，取到土壤特性，取0.80；W为根据受益区内枯水期历年来的排涝、灌溉运行情况，在东江枯水季节，当主渠道水位下降到排涝泵站的最低运行水位1.80m同时涝区内无降雨时，排涝站或自流排水涵停止排水，节制闸关闸蓄水。通过对受益区内的主渠道及灌排两用支渠道的勘测调查，一般在枯水期的灌溉季节，内涌水位保持在2.20m的正常蓄水位，即设计水位，基本能满足受益内农田所需灌溉的水位要求。因此，式中的W为节制闸关闸水位至所需设计水位之间需补充的主渠道的库容，即水位从1.80m提高到2.20m所需水量。通过渠道断面的勘测计算，该部分水量为4.40万m3。计算得受益区内灌溉站的设计灌溉总流量为4.33m3/s，由于该受益区内上游5km处已有一设计灌溉流量为1.10m3/s的灌溉泵站，因此，该站设计灌溉流量为3.23m3/s。

五、自流排水涵设计

排水涵闸的设计标准与排涝泵站的排涝标准相同，配套涵闸的设计流量与排水泵站流量相同。自流排水涵闸的运行调度方式为:排涝期间，当外江水位逐渐上升达到堤内的设计内涝水位不能自流排水时，关闭涵闸闸门，依靠排水泵站进行抽排；当外江水位逐渐下降达到与内涌设计水位持平时，涵闸开闸泄流。灌溉期间，打开自流涵闸门，引外江水进入灌溉站进水前池。依据自流涵闸的运行调度方式，涵闸尺寸按以下条件确定:水闸的闸底板高程取主渠道出水口的底高程，设计内水位取排水泵站的进水池设计水位，内外水头差取0.1m，自流涵闸无压流条件下应能够排泄设计排涝流量至外江。根据涵闸设计过闸流量，涵洞内水流保持自由水面，流态为无压流。要求涵闸进口的过水能力与洞身过水能力协调一致，进口的过水能力按下列公式(2)计算，洞身的过水能力按下列公式(3)计算。通过两公式的试算，确定涵闸孔数、孔口尺寸、及闸底板高程。

B0=(2)。式中B0为闸孔总净宽(m)；Q为过闸流量(m3/s)；H0为计入行近流速水头的上游水头；hs为由堰顶算起的下游水深(m)；μ0为淹没堰流的综合流量系数。

Q=(3)。式中n为涵洞壁的糙率；A为涵洞的过水截面面积(m2)；R为涵洞的水力半径(m)；i为涵洞底板的坡降，0.001。计算得出自流排水涵闸的特征参数见表2。

经以上原则确定的涵闸底高程，还须复核是否满足灌溉站最低运行水位时进水流量的要求，本站经复核最低运行水位时自流涵进水流量为3.55m3/s，满足设计灌溉流量3.23m3/s的过流能力要求。

结语

总之,泵站设计人员应确定好灌溉站的水位设计和流程设计，确保能满足受益内农田所需灌溉的要求，同时要考虑到排涝和灌溉功能的实现，达到节省投资、充分发挥机组功效的目的，从而更好地发挥泵站的综合效益。

参考文献

1、《工程地质手册》，中国建筑工业出版社

2、《建筑基坑支护技术规程》，国建筑工业出版社