-引言Y村灌區是運城市黃河引水多級灌溉渠，也是山西省重點中小型灌區之一。核心區的一級站位于黃河小北干流區Y村村西側的黃河兩岸。1974年開始建設，1990年代實施了東擴項目，后陸續進行了擴建項目。技術骨干泵站污水處理廠的運營規模為七個級別和七個站點，其中一條主干渠長6.784公里，兩條南北干渠長7.768公里，兩條南北干渠長19.418公里，22條支渠，全長58.848km，設計方案總面積10.97平方公里，地形水泵總揚程236.1m，安裝23臺發電機組，年總發電量10685kW。收益包括4個鎮的34個自然村，灌溉區建成投產45年以來，極大地提高了當地農業生產水平，提高了農業保障能力，促進了灌溉區種植結構的調整。灌區居民收入顯著增加，生活水平得到明顯提高，農村集體經濟獲得了快速發展的態勢，農業，畜牧業和社會發展的轉型是社會發展的關鍵。但由于灌區農村農業快速發展，種植結構不斷調整，農民用水積極性空前高漲，但是灌區泵站提水流量偏小，骨干渠道輸水能力偏低，部分骨干渠道也需要輪灌運行，致使灌區效益得不到充分發揮。因此為改善灌區的輸水系統和管理不良的狀況，進行灌區續建配套和節水改造，是提高區經濟和社會效益的重要途徑。工程概況自然地理情況地形條件灌區位于峨嵋臺塬上，表層土質由第四紀黃土(亞粘土)組成，地形由西北向東南傾斜，地面高程為450～580m，地面平均坡度為1/150～1/500。大多數土地平坦開闊，土壤肥沃，具有較好的光熱土地資源，適宜農作物生長，發展農業生產前景廣闊。氣象條件該地區是干旱、半干旱的大陸性季風氣候。全年受季風氣候活動的影響。年平均降水量520毫米，年降水量極不均勻。6月至9月的降雨量占年降水量的60％～70％。年平均溫度為11.5°C，最高溫度為45°C，最低溫度為-11.5°C。每年的蒸發量約為2000mm，無霜期天數約為210天。凍土層深度為0.45?0.6m；干旱是灌區中最常見最嚴重的自然災害。水資源情況灌溉區沒有地表水可利用且地下水非常稀缺。地下水埋深在180～300m之間。它從東北流向西北。單井的涌水量約為25m3/h，僅能滿足人類和動物的日常用水量以及少量的農業灌溉需求。近年來，由于每年的干旱，當地的地下水位平均每年下降1.5m，地下水已被嚴重過度開采。根據《水資源評價報告》，峨眉臺地地下水可采量為7104萬m3/年，目前開采量為7527萬m3/年，利用率為106％，這是在過度開發。黃河流經灌溉區的西部，是灌溉區唯一可用的水資源。工程地質情況一至三級干渠及四級站地質Y村灌區樞紐一級站位于Y村西的黃河小北干流左岸，一級輸水渠樁號0+000-0+560段底層為粘土層上，紅黃色微白，呈堅硬半膠結狀態，內含鈣質結核，并混有輕亞粘土上部為人工填筑粉土；樁號0+0560-0+961段二級輸水渠處于黃河一二級臺地，地層為砂壤土與亞粘土層，砂層中有厚度不等的亞粘土層，色呈淡黃色、棕紅色。三級輸水渠地處峨嵋臺地，為黃土地基。四級站位于G村以西150m，場地均為非自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為I級(輕微)。在自然地面以下15.0m范圍內未見地下水。基坑開挖時臨時坡比建議采用1∶0.3；永久邊坡建議采用1∶0.75。地基處理采用原狀土夯實法或換填墊層法，壓實系數不小于0.95。天然建筑材料（1）砼粗骨料工程所用砼粗骨料場選在永濟市城東涑水河谷內(永濟粗骨料場)，有“永濟～臨晉”二級公路通過，交通便利。該料場正在開采中，巖性為花崗巖及變礫巖，巖性堅硬，屬河流沖洪積塊石、卵礫石經人工加工而成，巖性堅硬，質量很好。沿涑水河河谷寬約500m，長約5km，厚度4～5m左右，儲量滿足設計要求。（2）砼細骨料砼細骨料場選在下朝砂料場。該料場位于嵋陽鎮下朝村北，沿公路通過，交通便利。砂料屬涑水河沖洪積物，位于河流二級階地上，料場面積8600㎡，上覆淡黃色砂壤土層，厚10～11m，目前正在開采中。砂層厚8～10m，上部2m厚左右顆粒較細，為細砂，中下部為中砂，顆粒均勻，砂質純凈，總儲量為7.74萬m3。料場質量符合要求。（3）塊石料永濟塊石料場位于永濟市城南的中條山腳下，主要通過沿公路運輸，交通便利。巖性為花崗巖及變質巖，巖性堅硬，強度滿足要求，儲量豐富。（4）土料場工程建設所需的土料，可就近從工程附近的高垣處采取。灌區經濟狀況和發展規劃社會經濟情況該工程項目的受益包括L縣的4個鎮34個村莊。農業機械主要由大型拖拉機，三輪車和水稻收割機組成。原設計方案灌溉面積為5.87萬畝，擴建后的工程設計方案灌溉面積為10.97萬畝。Y村灌區各鄉鎮社經情況表見表2-1。近年來，隨著農村產業布局的調整，農作物種植比例不斷擴大，農民人均純收入逐步增加。到2004年底，灌區人均收入約為6326元。區域發展規劃灌溉區為L縣主要糧棉和新鮮水果生產基地，L縣又是全市的農業生產制造大縣。運城市以占不足山西省七分之一的農業用地，卻提供著全省50%以上的小麥，70%以上的棉花和60%以上的新鮮水果。L縣占居著全市71.9%的農業人口數量，要完成小康社會的總體目標，最壓根的是要發展趨勢農業生產制造。在全市的農業災害中以旱災災難比例最大。世界各國實踐經驗證明，發展趨勢農業灌溉是抵抗大旱的最有效對策之一。Y村灌區改造的必要性及可行性工程建設的必要性由于水利工程是農業的基礎設施建設，它能夠為農業的現代化進程給予基礎性支撐條件，為農業產品質量檔次的提升和結構優化提供物質保障。隨著社會發展的發展趨勢，農作種植結構不斷調整，經濟發展高效率的農作物種植占比逐漸增加，規定適度適當灌溉才可以確保農作物商品的品質和生產量。而灌區地表水資源儲藏量十分有限，已不能滿足農作物灌水的需求。工程建設的可行性水源有保證黃河小北干流上游修建了多座多年調節的梯級水庫，基本上控制黃河上的徑流下泄，多年平均徑流總量為271.9億m3。枯水期多發生在12月份和翌年1月，最枯流量53.2m3/s。近年來，雖然黃河主流西移，一級站脫流距離達5～6km，但是該站斜上游修建引水渠10km，建設了零級二級浮船站，完全滿足提水流量需求。電源有保證隨著電力事業的發展，電力資源滿足供應，泵站直接由專用變電站供電，保證程度高，且樞紐站與灌區提水點電源一致，提水和配水靈活方便。工程現狀及現存問題Y村四級站始建1974年，安裝3臺機組，在二十世紀八十和九十年代對污水處理廠的一部分機器設備進行技術改造和設備更新，灌區獲得了很大發展趨勢，供水市場持續增長，導致提出水量偏小，因此管理辦自籌經費在廠房外臨時搭建工棚，安裝1臺2100m3/小時機組，可是目前工程設備已運作30很多年，提水設備、灌溉設備老化失修比較嚴重，水流量偏小，電力能源單耗較高，影響灌溉效益的正常發揮。此外，灌區2000年實施了東伸工程，一至三級干渠輸水能力偏低，灌溉經濟效益不能充分發揮，農作物灌溉得不到保證，達不到人民群眾的用水要求，嚴重制約著灌區的發展。工程改造設計水土資源平衡分析灌溉水資源量灌區無地下水，地下水極其匱乏，第二次《水資源評價報告》峨嵋臺地地下水可開采量為7104萬m3/a，而現階段開采量已達7527萬m3/a，處在超采情況。黃河從灌區的西面穿過，據黃河龍門水文站數據分析，很多年均值總流量為609.5m3/s，主汛期多產生在7～8月份，主汛期較大洪峰流量21000m3/s(1967年8月11日)，一般年份洪峰流量4710～16400m3/s，枯水期多發生在12月份和第二年1月，最枯總流量53.1m3/s(1978年6月28日)，1986年～2006年平均徑流量總產量為191.76億m3。伴隨著上游萬家寨等多個梯階水利樞紐的完工運作調節黃河水量，枯洪流量的峰值將有一定的調整，完全能達到該站提水和輸水量的要求。灌溉設計保證率該灌溉工程所在地區屬缺水地域，關鍵糧食作物以麥子、棉花和水果為主導，依據《灌溉與路面工程設計標準》GB50288-99中第3.1.2條的要求，灌溉設計方案保證率應是50～75%，充分考慮所在地區缺水比較嚴重，且為糧棉生產基地，而且伴隨著鄉村產業布局的調節和脫貧致富共同致富的要求，水果及農作物種植總面積持續擴大，對農作物的灌溉規定越來越高，則灌溉設計方案保證率取75%。灌溉水利用系數發展節水灌溉是設計方案的基本原則。灌溉渠系設干、支、斗三級固定渠道，各級灌溉渠系均采用砼襯砌防滲，田面采用小畦澆灌。依據灌區的管理能力和《節水灌溉技術規范》SL207-98中的第5.0.3條要求，渠系水利系數取0.76，田間水利用系數取0.85，灌溉水利用系數為0.65。作物種植比例灌區主要農作物以小麥、棉花、玉米和果樹為主，隨著農作物種植結構的調整，果樹和經濟作物的種植面積逐年增大。經現場調查統計，種植比例為：小麥25%、棉花30%、水果45%、復播15%。灌溉制度的確定灌溉制度包括灌水定額、灌水時間和灌水次數。根據運城市農業發展規劃和全面建設小康社會的要求，灌區作物產量確定為：小麥400kg/畝，棉花60kg/畝、玉米450kg/畝、水果2000kg/畝。依據確定的作物產量，參考灌區現有的灌溉制度，結合當地群眾的灌溉習慣和節水灌溉的措施，確定各灌區灌溉制度見表4-1。表4-1灌區P=75%灌溉制度表作物名稱種植比例（%）灌水次數生長階段灌水定額（m3/畝）灌溉日期（月、日）灌水天數（天）凈灌水率（m3/s/萬畝）始灌終灌小麥251冬澆5011.2012.18300.0482返青602.193.10200.0873灌漿554.205.10200.080合計16575棉花301播前503.013.15150.1162開花554.215.20300.0643吐絮507.208.13250.069合計15549水果451越冬5011.1012.8300.0872花前603.114.15350.0893花后505.015.24250.1044膨大507.168.04200.130合計21063玉米復播151播前456.106.19100.0782灌漿458.058.14100.078合計9020綜合115合計198165灌溉用水量根據灌水過程計算設計工況下灌溉用水量，P=75%灌區灌溉制度指標見表4-2。表4-2P=75%灌溉制度指標表名稱凈灌水率m3/s/萬畝凈灌溉定額（m3/畝）年凈灌水量（萬m3）毛灌水率m3/s/萬畝毛灌溉定額（m3/畝）年毛灌水量（萬m3）數值0.24819821720.3813053345根據作物灌水時段的灌水率和灌溉面積，求灌區的設計流量。灌區設計灌溉面積10.97萬畝。式中：Q=ΑQ—灌溉設計流量Α—灌溉面積q毛—計算得灌溉設計流量為4.18m3/s。灌溉規劃灌區種植的作物如果要保持正常用水，請參考《灌溉與排水工程設計規范》(GB50288-99)中的第6.1.4條的規定。萬畝以上灌區的干渠、支渠應按續灌方式設計，斗渠、農渠應按輪灌方式設計，必要時支渠也可按輪灌方式設計。輪灌組數宜取2～3組，各輪灌組的供水量宜協調一致。按照群眾灌水習慣，灌溉方式采用總干渠對分干實行續灌，總干和分干對支渠實行續灌，支渠對斗渠、農渠均按分組輪灌，據此，確定各泵站基本情況詳見表4-3。表4-3各泵站基本情況表站名控制面積（萬畝）設計流量（m3/s）地形揚程（m）裝機功率（KW）船塢水源站10.975.023.8424一級站10.974.1831.51540二級站10.974.18154.97020三級站10.974.1817.38870四級站8.223.1310.52740東伸一級站2.851.0915.9260東伸二級站1.830.7012.19185小計10.974.18248.3911168工程等別和標準本次改造一二級輸水渠和三級總干渠改造2.58km，四級站拆除重建，提高灌區運行保證率。工程等別及建筑物級別根據《泵站設計規范》GB/T50265-97中第2.0.2條中的有關規定見下表：表4-4灌溉排水泵站分等指標泵站等別泵站規模分等指標裝機流量（m3/s）裝機功率（104KW）Ⅰ大（1）型≥≥Ⅱ小（2）型200～503～1Ⅲ中型50～101～0.1Ⅳ小（1）型10～20.1～0.01Ⅴ小（2）型<2<0.01泵站等別為III等，規模為中型，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，臨時性建筑物級別為5級。設計標準灌溉設計保證率為75%。根據《中國地震動峰值加速區劃圖》(GB18306-2001)，該工程地震烈度按VII度設防。防洪標準根據《泵站設計規范》GB/T50265-97中第3.1.1條的規定，泵站工程防洪標準為30年一遇設計，100年一遇洪水標準校核，渠道工程按10年一遇洪水標準設計。泵站改擴建工程泵站主要參數泵站主要參數見表4-5。表4-5泵站主要參數表參數站名泵站設計流量(m3/s)進水池水位(m)出水池水位(m)地形揚程(m)設計揚程(m)備注四級站3.13540.8552.9410.5212.79進出水管路水泵進出水管道的直徑按《泵站設計規范》GB/T50265-97中規定的經濟流速（進口處流速宜取0.8～1.0m/s，出口流速不應大于1.5m/s）確定。截面面積=流量÷流速，再根據截面面積求得管道直徑。管道直徑及長度見表4-6。表4-6管道直徑及長度表站名泵型D吸（㎡）L吸（m）D出支（㎡）L出支（m）D并（㎡）L并（m）備注四級站20-SH287207.55256140019小泵800S-22B7207.58009大泵800S-22B10007.58005大泵機泵選型1、水泵電機性能參數見表4-7。表4-7水泵電機性能參數表泵型流量Q（m3/s）揚程H（m）效率η（%）轉速N（轉/分）軸功率N(KW)允許氣蝕余量(hsm)配套電機備注型號功率N(KW)20-SH280.5612.880970886.3JS117-6115小泵800S-22B1.3115857402546.0Y500-8315大泵2、水泵工作點計算根據選擇水泵的性能曲線和需要的揚程曲線求得各站工作點參數見表4-8。表4-8水泵工作點參數表運行方式流量Q（m3/s）揚程H（m）軸功率N（KW）泵效率η(%)裝置效率（%）備注并聯20SH-280.5712.79897970小800S-22B1.3526184.574.32大由表4-8知，實施后設計流量滿足要求，裝置效率符合規范要求。水泵安裝高程和各部高程確定確定水泵安裝高度，根據下列公式計算:H=式中：HS—為水泵在20?吸—V12P大氣γ表4-9不同海拔的當地大氣壓水頭表海拔（m）?6000100200300400500600700Ha（m）11.310.3310.210.110.09.89.79.69.5海拔（m）800900100015002000300040005000Ha（m）9.49.39.28.68.17.26.35.5L縣當地的海拔高程為360～400米，取最大值400米，大氣壓力取9.8mH2O。P氣γ—水泵所抽液體溫度的汽化壓力。按夏季水溫40表4-10不同水溫時的汽化壓強表水溫（°C）5102030405060708090100Pe/γ（m）0.090.130.240.430.751.262.023.184.837.1510.33水溫40°C時，取汽化壓強0.75mH2O。據上式計算的水泵允許安裝高度，應考慮到黃河水含砂量較大，為防止含砂水流影響水泵性能產生形成氣蝕，保證水泵運行良好，考慮一定富裕。計算結果詳見表4-11。表4-11水泵安裝高程表單位：m泵站泵型允許吸上真空度(NPSH)r允許安裝高度H允安實際安裝高度H實安進水池水位水泵安裝高程

四級站20SH-285.35.150.827540.8541.627800S-22B4.03.851.122540.8541.922工程設計（1）機組布置四級站現狀廠房跨度為6.5m，長12m，機坑長10.5m，原安裝20SH-28型水泵2臺，20SA-22J型水泵1臺，機組間距3.5m。本次將1#、2#機組更換成大機組，提水流量達到3.13m3/s，水泵選型為800S-22B型，電機為Y500-8型，功率為315kw。根據水泵機組尺寸，原廠房不能滿足機組布置，為此考慮拆除重建。但是受地形限制，3臺設備一列式布置，機坑高程為540.622m，水泵安裝高程為541.922m，廠房總長27.5m，其中基坑長14.4m。進水池仍為側向進水，出水池位置不變，側向出水。（2）廠房主廠房為磚混結構，內外墻面均做水泥砂抹面，內墻仿瓷涂料，外墻普通外墻涂料，屋面采用SBS防水，紅色大瓦覆蓋。基礎采用鋼筋砼條形基礎，下部為450㎡厚3:7灰基層。（3）壓力管四級站將1#、2#機組更新為2臺大流量機組，三臺機組均并聯后，經計算需安裝一根φ1400㎡壓力管，長19m，考慮管坡較陡，選用鋼管。渠道改造工程設計一至三級輸水渠和三級總干渠2.58km的改造，本次仍選用U型斷面，采用現澆C20砼防滲。U型斷面優點主要有：eq\o\ac(○,1)水力條件好，挾沙能力強，適于輸含砂石水流。eq\o\ac(○,2)在凍脹性和濕陷性地基上有一定的適應地基不均勻變形的能力。eq\o\ac(○,3)渠口窄，不會增加占地。eq\o\ac(○,4)整體性強。渠道輸水能力根據明渠均勻流公式計算:Q=ωC式中：Q—流量（m3/s）；ω—過水斷面的面積(㎡)；C—謝才系數，C=R1/6，n為糙率；R—水力半徑，R=ωi—渠道縱坡。計算得成果見表4-12。表4-12干渠尺寸及水力要素表渠道名稱一級輸水渠二級輸水渠三級干渠樁號0+000~0+9310+000~0+4261+060~2+2902+290~3+640長度（m）931426123013502850結構形式U型渠U型渠U型渠U型渠半徑R（cm）120120120120渠深H（cm）200200220210口寬B（cm）339339358349傾角α°20202525糙率n0.0150.0150.0150.015縱坡I1/10001/10001/25001/2500設計工況流量（m3/s）4.184.184.183.68水深（m）1.451.451.711.59流速（m/s）1.591.591.111.08加大工況流量（m3/s）5.005.005.004.40水深（m）1.561.561.881.76流速（m/s）1.631.631.161.12施工組織設計施工條件工程項目主要建設內容：1、一級輸水渠加固改造961m；二級輸水渠加固改造476m；三級總干渠改造2.58km；2、四級站拆除重建。氣象條件本區屬干旱半干旱大陸性氣候季風，多年平均降水為500㎡，多年平均氣溫13°C,年平均最低氣溫-7°C，每年冬季長三個月(12—2月)，一月份天氣最冷，多年平均風速3.1m/s，多年平均無霜期221.5天，最大凍土深0.45m。水、電、路及通訊施工用水可由四級站技術供水井或附近村灌溉井取水。施工用電由各級站或附近村接線。施工期間對外交通有“運—風”高速，“運—侯”高速和“運城—孫吉”的二級公路等，村級油路、機耕路和通往各級站的泥結石道路相互貫通，交通十分方便，施工期間通訊可利用各級站的程控電話機、對講機和施工企業自備的通訊設備。建筑材料（1）主要建筑材料鋼材、木材、汽油、柴油等主要材料可從運城購買，平均運距90km，水泥從河律市禹門口購買，平均運距70km。（2）地方材料建筑用的碎石、塊石從永濟市城南2～3的中條山腳下購買，平均運距85km，砂及其它地方材料可由當地購買，平均運距10km。施工有效工作日分析根據《L縣地面氣候資料》及《水利水電工程施工組織設計規范》(SL303-2004)中的停工標準，本工程施工有效工作日為:土方工程:從2月中旬～12月中旬，全年有效施工天數267天左右。砼及漿砌石工程:從3月中旬～11月下旬，全年有效施工天數210天左右。施工組織措施施工管理機構本次改造工程的建設單位為Y村揚水工程管理處，根據目前國內建設領域的形勢和發展趨勢，建設單位必須成立項目法人，采用招投標方式確定施工企業，委托有資質的水利專業的監理公司負責工程改造的監理，以確保工程“投資、進度、質量”的控制得當，保證工程按時完成。施工隊伍為保證工程質量，主體工程應由水利專業施工企業承擔，并面向社會公開招標，擇優選取施工隊伍。主體工程施工四級站拆除和重建，一至三級輸水渠和三級總干渠的翻新改造工程以及大型機組設備安裝。施工時，嚴格按有關規范進行。土方工程以機械開挖為主，機械運輸，機械壓實。砼工程拌合采用0.4m3砼攪拌機，小平車運輸，插入式振搗器振搗，模板采用組合式鋼模。廠內機電設備的拆除和安裝在吊車的配合下進行。施工進度計劃及施工質量施工布置根據本工程特點，工程總工期一年，在保證工程質量和工期的前提下，充分發揮投資效益，按照施工均衡，全線開工，銜接合理，干擾少的原則安排施工進度。施工進度安排改造工程計劃從2020年9月開工，到2021年8月全部完工。2020年9月前應做好施工準備，完成招標、“三通一平”工作。由于本工程屬改造工程，為了不影響或少影響澆地，建議采取以下措施：在上水澆地期間，積極備品備科，做好施工準備工作，抓緊停水間隙，快速、高標準施工。擴大施工工作面，停灌期間，全面開工，以保證按期完成。工程分段，責任到人，做到有獎有罰，充分調動施工人員的積極性。工程質量、安全監督工程質量是工程施工管理中最主要的工作，沒有精心施工、合理設計是達不到預期效果的，嚴把質量關，必須從材料入場抓起，一個工序，一個環節地檢查驗收。質量檢查科必須制定成套的質檢檢測制度，并嚴格執行，確保工程質量。施工單位必須制定自檢制度和各個工序的質檢程序，注意與建設單位的質檢機構的配合，共同為工程質量負責。施工安全是施工期間的一項重要工作，它包括施工現場的操作，用電，交通車輛，交叉作業，土石方坍等安全，注意雨情預報，施工期間必須建立安全操作規范流程，建設單位要制定安全檢查制度和施工單位共同把好施工安全關。結論與建議結論Y村灌區提水設備、灌溉設備老化失修比較嚴重，水流量偏小，電力能源單耗較高，影響灌溉效益的正常發揮，因此，本文結合當地經濟發展狀況，研究并設計了Y村灌區節水配套改造工程，具體包括水土資源平衡分析、泵站改建工程設計、渠道改造工程設計。（1）通過分析現狀條件下和項目實施后灌區的水土平衡，得到一、二級輸水渠的灌溉設計流量為4.18m3/s，三級總干渠的灌溉設計流量為3.68m3/s。（2）對灌區的渠道和主要建筑物進行了改造設計，改造后渠道斷面直徑為2.4m，并且對渠道防滲襯砌也進行了改進設計，采用C20砼進行防滲。（3）對四級站廠房進行了擴建，擴建后廠房總長27.5m，原機組更換成大機組，增大了提水量，提水流量達到3.13m3/s。（4）項目區屬地下水嚴重超采區,水資源平衡遭到較大破環,本工程以節水為目標,工程實施后每年可節約水量284.39萬m',通過引入過境黃河水,可有效減少地下水的開采量,節約地下水資源,改善地下水漏斗情況。（5）渠道襯砌后,可加快水流流速,緩解灌區內上下游用水的緊張局面,農業用水糾紛將明顯減少；引入信息化管理系統,加快灌區現代化進程,使水資源得到優化配置