关山提水灌区工程规划设计设计说明书.docx

1、关山提水灌区工程规划设计设计说明书目录1 概要本设计的内容是关山扬水站的设计说明计算书，关山扬水站位于新泰市与泗水县接壤的华村水库尾水部，华村水库位于泗水县境内，尾水部位于新泰市石莱乡，具有良好的建站条件。关山扬水站的建成，会使灌区内五千多亩耕地可直接受益，变为自留灌溉的水灌田，也可为十一个自然村提供人畜用水，切实解决当地人民群众用水困难的状况，解决了人民生活困难的问题。关山扬水站定会获得很好的社会和经济效益。本泵站设计流量为0.227m3/s，设有两台卧式离心泵机组，是一座小型泵站，提水高程为62.1m，岸边铺设水管长332m，采用铸铁管。由于此泵站水位变幅较大，在型式选择上，该站从当地的实

2、际情况出发，改常用的固定式为浮动式，大大节省了投资，缩短了工期，有着明显的优点，并且在传统的浮船式的理论基础上又有所创新，设计出了样式新颖，经济实用，结构合理的摇臂和浮体，使泵站能够适宜水位变化大的情况，经济实用。本泵站设计中的摇臂钢引桥结构架于泵站与岸坡上，既能架设输水管道输水，其上又可做为通行道路，在泵站设计中有着很重要的作用。浮筒结构是调节船泵吃水深度的装置，同使支承着泵房及所有设备和钢引桥传来的全部荷载，它长期淹没于水中，因此设计中也必须准确，合格，可靠，它具有很多优点和实用价值，其内部可以做排水设施用，外部可以经受风浪的拍打和侵蚀。关山扬水站的设计，经过指导老师和有关专家的审定，有着

3、很大的使用性和推广价值。关山灌区工程共包括：渠系工程和泵站工程两部分。关山灌区泵站工程属在水库取水的高扬程泵站提水灌溉工程，只设一级泵站。其中泵站为浮船式泵站,由于将水引出后直接处理泥沙较困难,可利用引水渠将水引出,在其输水渠道上设沉沙井,经沉沙处理后的渠水经引渠送至干渠。将经过沉沙处理的水提升到灌区制高点,以满足自流灌溉要求。泵站泵房采用浮船泵房形式，为上承式泵房。关山灌区渠系工程包括:干渠一条,支渠5条,渠系建筑物(涵洞、倒虹吸、渡槽、分水闸、节制闸等)若干。并在灌区自然沟内低洼处设置排水沟系统。2 灌区自然情况2.1 地形地貌 灌区位于新泰市西南、石莱乡境内与泗水接壤处的关山东麓，灌区属

4、于低山丘陵区，地形西高东低，灌区范围内其高程一般在146200m之间，地势平缓，灌区西部高程在200m240m之间，地形较陡。关山西侧为为石莱河，流域面积为104平方公里，共有7条支河于石莱河口汇集，汛期流水，汛后逐渐干枯。关山西南面为华村水库，可作为水源。2.2 水文气象灌区气候与沂山南区情况相符合，灌区内多年平均气温14.5C，最高气温38C，最低气温18C，多年平均降雨量600mm，主要集中在六、七、八月份，占全年降水量的65%，春秋干旱严重，多年最大雪厚10cm，雪荷43kg/cm2,最大冻土深度35cm，最大风速24m/s，最大风力9级。2.3 土壤情况由灌区多点土壤普查资料分析，灌

5、区内土壤多为轻壤土和中壤土，土厚0100cm，土质良好，其PH值在7.07.5之间，呈中性，有机质含量在0.8%1.4%之间，适宜农作物生长。2.4 工程地质灌区以南地区，即水库库区内及东石河以南地区岩层，为泰山群老地层，主要为角闪黑云片麻岩，黑云花岗片麻岩，黑云变粒岩，角闪片麻岩，黑云斜长角闪岩此岩层强度较高，透水性差；灌区内部及以北地区岩层为寒武系和奥陶系岩层，走向北西330，倾向北东60, 寒武系岩层不整合于太古界岩层（泰山群）之上，岩性主要为鲕状灰岩、厚层灰岩、致密状灰岩、钙质页岩、泥质灰岩及各色页岩，中间夹灰岩透镜体，强度较高，稳定性好，灌区内表层第四系地层，多为冲积物，坡积物，残积

6、物，主要为亚砂土，亚粘土。2.5 水文地质 灌区内地下水相对储量较少，由于岩层向北东倾斜，所以灌区内基本无承压水，主要地下水类型有三种：一是第四系地层中孔隙水，分布在冲沟内及附近，雨季储量相对较丰，干旱季节干枯；二是寒武系岩层中上层滞水潜水、裂隙水，水量较少，也呈季节性变化，主要分布于灌区内山坡之上，是人蓄吃水的主要水源；三是贮存于河道内沉积层（砂土或砂性土）中地下水，干旱时节，石莱河断流，但由于华村水库尾水部以上104平方公里流域内有7条支河汇集于石莱河口，所以此处由于华村水库河流汇集作用，沉积岐中地下水含量较丰富，干枯时节多年平均最低地下水位在141.00m。该区以上所述的地下水补给来源主

7、要是大气降水，山间冲沟及小型塘坝，虽然在干旱季节无水，但是由于滞流作用，对调节地下水变化起了很好作用，相对来说增加了地下水的富水性。2.6 华村水库及灌区社会状况简介2.6.1 华村水库华村水库是一座库容为四千多万方的中型水库，是灌区的主要水源，它位于新泰市石莱乡与泗水县接壤处，水库大坝位于泗水县，行政区划规泗水所有，即主体库区为泗水管辖，其兴利水位为151.00m,防洪高水位为156.00m,死水位141.00m，多年平均水位146.00m。水库只有尾水部位于新泰市石莱乡境内,其尾水部库底高程一般为143.00m至146.00m,其中在河道左岸有一似朝泗水开口渐大的“V”字形地形,水库流域面

8、积104km2,共有7条支河,在石莱河口汇集,“V”形地形臂向前伸展的裸露岩石(为Ar),形成了一道天然截潜水墙。水库随季节的更替，其水位变幅很大，水库最底水位时，石莱河为干河。2.6.2 社会状况简介灌区内共有自然村11个，人口五千多，可开发耕地面积约合5000亩。其中东峰、西峰两大队系华村水库库区移民村，全部耕地淹没于水下。村庄搬迁到附近山腰，形成四个自然村，所有11个自然村的农田全部为旱田，灌区内一无地表水，二无可利用的地下水，人蓄吃水也非常困难，粮食产量极低，社员口粮人均100斤，多年平均小麦产量为3斤/人，干旱年节甚至绝产。旱季一到，区内绝大多数村庄的山岭薄地一片枯黄，花生地瓜只能在

9、房前屋后极小面积内种植，也唯有听天由命，关山大队一个763人的自然村，只有一眼在村西北山沟昼夜蓄集地下水仅500升、深5m的“井”，人均用水量每日1升左右。“全村共用一盆水，洗脸残水喂家禽”，人民群众“惜水如油”，这便是灌区人民的用水状况。所以要想提高人民生活水平，水是第一应该解决的问题。灌区内土层厚，土质肥沃，人均占有耕地1 亩多，荒山坡地1.5亩，具有很大的发展潜力，灌区虽距华村水库较近，但灌区内农田很难受用，长期缺水严重，为了改变灌区干旱缺水面貌，为尽快促进该区工农业发展，提高人民生活水平，提水灌溉，发展灌区是区内人民群众的迫切要求。所以新泰市委、市政府，将关山扬水站及灌区设计工程，立为

10、农业开发项目，经费由县财政局拨给，劳动力由当地群众负责。灌区范围在华村水库以北，西至关山，东到东石河，北至孙集村。灌区以有的材料及其他可用条件（1） 灌区当地加工厂有相当数量的300mm钢管和450mm铸铁管，以及多种型号角钢可供选用。（2） 电源可从西石莱村10kv线路引（由新泰市供电局批示）其他有关资料：（1）新泰市委、市政府有关文件指出：关山扬水站为农业开发项目，由于当地群众生活困难，所以设计应以“多快好省”为设计原则，以“快”“省”为主，在“好”字上下功夫，尽量利用当地资源，以解决人畜用水为主，兼顾灌溉，促进农业生产发展。（2）由新泰市水利局资料知，关山东麓高程200.00m以下范围内

11、，耕地面积占山坡总面积的75%，地形平缓，高程200.00m以上，可开发利用的耕地面积为20%左右，且地形较陡。（3）灌区范围内自然村村趾基本在200.00m以下。3 兴建缘由关山灌区属于低山丘陵区，可开发利用的耕地约合五千多亩，人口五千多全部为旱田，灌区内一无地表水，二无可利用的地下水，粮食产量极低，干旱年节，甚至绝产。人畜吃水也极为困难。灌区内虽然土层较厚，土质肥沃，人均占有耕地1.6亩，荒山坡地1.5亩，具有很大的发展潜力，但灌区内农田长期严重缺水，严重制约了工农业生产的发展。关山灌区多年平均降水量约600mm，但主要集中于六、七、八月份，约占全年降水量的65%春秋用水季节，干旱严重，汛

12、期共有七条河于石莱河口汇集流水，但汛后逐渐干枯。关山西南面为华村水库，离灌区很近，修建关山扬水站很有必要。灌区内有良好的地形条件，地势西高东低，200.00m高程以东，地形平缓，具有良好的可灌条件，且11个自然村村趾都在范围内，可利用的耕地面积较少，且地形较陡。所以初步拟定干渠沿200.00m高程线布置，经过计算，此方案是可行的。为了改变灌区干旱缺水面貌，为尽快促进该区工农业发展，提高人民生活水平，提水灌溉，发展灌区是区内人民群众的迫切要求。所以新泰市委、市政府，将关山扬水站及灌区设计工程，立为农业开发项目，经费由县财政局拨给，劳动力由当地群众负责，建筑钢材及电源都已解决，建关山扬水站势在必行

13、，建成后必会产生很好的效益。 4 提水灌区规划设计4.1 灌区控制方式确定4.1.1 灌区规划原则、标准4.1.1.1 灌区规划原则灌区规划的指导思想是：“以解决人畜用水为主,结合抗旱灌溉”。由以上指导思想，结合灌区实际情况，如气象、土壤、地形地貌、工程地质、水文地质等条件，综合考虑，制定规划原则。a、由指导思想：“以解决水畜用水为主，结合抗旱灌溉”，渠道布置应尽量高一些，并结合蓄水池，以保证灌区群众能用上自来水，同时能保证干旱季节农田灌溉用水，全面规划，合理安排，以提高经济效益。b、充分利用土地资源，尽量保证现有耕田及宜垦荒地得到灌溉，为此也要尽量将干渠布置在较高地带，以便能自流灌溉较大的灌

14、溉面积，其他各级渠道亦应布置在各自控制内较高地带，同时尽可能使土地平整，以减少用水量，尽可能节约水资源。c、低山丘陵区，特别是灌区内，土地资源特别宝贵，因此，在灌区渠系布置时，应尽可能使渠系短而直，以减少占用耕地面积，使工程量和工程费用最小。d、投资少，效益大，工期短，见效快的原则。e、坚持因地制宜，就地取材的原则，减少工程造价。f、渠道沿线应具备较好的地质条件，以确保渠道工程安全可靠。4.1.1.2 灌区规划标准灌区规划标准主要是灌区设计保证率，见下页表4-1。表4-1 灌 区 设 计 保 证 率 表地 区作物种类灌溉设计保证（%）缺水地区以旱作物为主5070以水稻为主7080丰水地区以旱作

15、物为主7080以水稻为主7580根据原水利电力部1984年颁发的灌溉排水渠系设计规范的规定，用灌溉保证率作为灌溉设计标准的地区，一般可参照表1选用。根据本灌区自然条件及作物种植情况，可取灌溉保证率P=75%。4.1.2 灌区控制方式确定由于灌区内高程200m以下地势平缓，因而可采用一区控制灌溉，即由一条干渠控制全部灌溉面积，泵站将水提升到灌区的制高，然后由渠系向全灌区自流供水。又由于灌溉水源为华村水库，为防止过多的泥沙进入渠系及灌区，可设浮船泵站提水到制高点。综上所述，灌区控制方式为：一区控制灌溉方式，一级泵站提水。4.1.3 灌区控制高程的确定灌区划控制高程应以人畜用水、地形条件、农田分布特

16、征、水源特征及灌溉用水等需要为依据来确定。提水灌区控制高程直接影响到灌区效益，工程投资及年运行费用，要获得一个经济合理的工程方案，需经过多方案的经济比较。本工程共选196m,198m,200m,210m四个不同控制高程的方案，用增值效益费用比法，来评价各方案的优劣，确定灌区的控制高程。4.1.3.1 计算过程中各技术指标采用以下数值：a、工程造价：泵站按1000-1300元/千瓦，取1200元/千瓦，灌区按50元/亩计；b、年折旧费（包括大修费）按总造价的5%计； c、管理费按10-15元/千瓦/年计；d、年效益按50元/亩； e、电费单价按0.060元/(KW.H)计；f、站前水费单价按0.

17、023元/m3计。4.1.3.2 计算公式及参数的确定（1）水泵设计功率N=Ggh/1000泵 (4-1)式中：Q设计流量,m3； H设计扬程,(m),H=H净（110%20%）； 泵水泵效率,查机电排灌设计手册，取泵=0.7。（2）设计流量推求 Q=q灌.A/水 (4-2) 式中： q灌设计灌水率,可选用0.4m3/s.万亩； A相应高程控制的灌溉面积,万亩； 水灌溉水利用系数,查农田水利学，水取=0.7。（3）各种费用计算（万元） a:工程造价:P总=P泵站+P灌区 b:水费: P水=年提水量水费单价 c:电费: P电=度数电费单价用电度数可用电能提水做功（提水量扬程）换成电能KW.H求得

18、:E=WH/K (4-3)式中:E用电度数； W年提水量； H实际扬程,H=(1.11.15) H净； K换算系数,K=367.2； d:年折旧费（含大修费）P折=P总5%。 e:管理费:P管=10N N水泵设计功率。(4)年效益（万元） P益=50A (4-4)灌溉面积,万亩。(5)控制点高程的确定a:计算效益费用比,R1可行，R1,可行。方案二：控制点高程198m，有效面积4906亩(1)设计流量 Q=qA/水=0.40.4906/0.7=0.280 (m3/s)(2)设计扬程 HO=198-146=52(m) H=1.15H0=1.1552=59.8(m)(3)水泵设计功率 N=Gqh/

19、1000泵 =1.01039.810.2859.8/(10000.7)=235(KW)(4)各种费用计算a:工程造价 P泵站=1200N=1200235=28.2(万元) P灌区=50A=500.4906=24.5(万元) P总= P泵站+ P灌区=28.2+24.5=52.7(万元)b：水费 年提水量W=413.24906=2027159(m3) P水=年提水量水费单价=20271590.023=5(万元)c:电费 P电=度数单价 =W.H.0.06/K=413.240960.06/367.2 =2.0(万元)d:年折旧费 P折=5%.P总=5%52.7=2.6(万元)e:管理费 P管=10

20、N=10235=0.235(万元)年费用:P年=P水+P电+P折+P管 =5+2+2.6+0.235 =9.835(万元)(5)年效益 P益=50.A=500.4906=24.5(万元)(6)效益费用比24.57.8431=192.2(万元)9.8357.8431=76.9(万元)52.70.8929=47.1(万元)R=192.2/124=1.551，可行。方案三：控制点高程200m，有效面积5270亩(1)设计流量 Q=qA/水=0.40.5270/0.7=0.301 (m3/s)(2)设计扬程 HO=200-146=54(m) H=1.15H0=1.1554=62.1(m)(3)水泵设计

21、功率 N=Gqh/1000泵 =1.01039.810.30162.1/(10000.7) =262(KW)(4)各种费用计算a:工程造价 P泵站=1200N=1200262=31.4(万元) P灌区=50A=500.5270=26.4(万元) P总= P泵站+ P灌区=31.4+26.4=57.8(万元)b：水费 年提水量W=413.25270=2177564(m3) P水=年提水量水费单价=21775640.023=5.0(万元)c:电费 P电=度数单价 =W.H.0.06/K=217756462.10.06/367.2 =2.2(万元)d:年折旧费 P折=5%.P总=5%57.8=2.9

22、(万元)e:管理费 P管=10N=10262=0.262(万元) 年费用:P年=P水+P电+P折+P管 =5.0+2.2+2.9+0.262 =10.362(万元)(5)年效益 P益=50.A=500.5270=26.4(万元)(6)效益费用比 26.47.8431=207.1(万元) 10.3627.8431=81.6(万元) 57.80.8929=51.6(万元) R=207.1/133.2=1.551，可行。方案四：控制点高程210m，有效面积5480亩(1)设计流量 Q=qA/水=0.40.5480/0.7=0.313(m3/s)(2)设计扬程 HO=210-146=64(m) H=1

23、.15H0=1.1564=73.6(m)(3)水泵设计功率 N=Gqh/1000泵 =1.01039.810.31373.6/(10000.7) =323(KW)(4)各种费用计算a:工程造价 P泵站=1200N=1200323=38.8(万元) P灌区=50A=500.5480=27.4(万元) P总= P泵站+ P灌区=38.8+27.4=66.2(万元)b：水费 年提水量W=413.25480=2264336(m3) P水=年提水量水费单价=22643360.023=5.2(万元)c:电费 P电=度数单价 =W.H.0.06/K =226433673.60.06/367.2 =2.7(万

24、元)d:年折旧费 P折=5%.P总=5%66.2=3.3(万元)e:管理费 P管=10N=10323=0.323(万元) 年费用:P年=P水+P电+P折+P管 =5.2+2.7+3.3+0.323 =11.523(万元)(5)年效益 P益=50.A=500.548=27.4(万元)(6)效益费用比27.47.8431=214.9(万元)11.5237.8431+66.20.8292=145.1(万元)R=214.9/145.1=1.481，可行。通过对四个方案效益费用比计算,可知四个方案的R 均大于1,即四个方案均可行。下面通过增量效益费用比R选择最优方案其中R的计算公式为：式中:R增量效益费

25、用比；B年效益增量,万元；K投资增量,万元；C年运行费增量,万元；is社会折现率,取is=12%；n计算期,n=25年。计算结果详见表4-4:表4-4 增量分析计算表 单位:万元方案项目一二三四投资K47.152.757.866.2年运行费C8.69.610.411.5年效益B22.424.526.427.4对比方案0一二三K47.15.65.18.4C8.61.40.81.1B22.42.11.91.0R1.611.210.51选择方案一二三三通过以上增量效益费用比分析计算可知,方案三为最优方案,即灌区控制高程选为200m,此时控制高程的有效面积为5270亩。4.1.4 灌溉方式的确定本灌区

26、灌溉方式采用畦灌方式，理由如下：a、灌区内每年种植大面积（占总面积75%）的小麦，而小麦属于窄行距密播作物，适宜于采用畦灌方式。b、灌区属低山丘陵区，土地资源非常宝贵，采用畦灌方式不必在作物行间挖灌水沟，节约耕地面积。c、畦灌方式不必在田间埋置大量管道，便于布置，工程量小，节省投资，且便于机械耕作。d、灌区为低山丘区，田块坡度变化较大，适宜于自流送水进畦田满足灌水要求。4.2 站址选择与泵站型式的选定4.2.1 站址选择4.2.1.1 站址选择的原则站址选择应根据泵站的规模、特点和运行要求，考虑地形、地质、枢纽布置、施工条件、交通条件及电源等因素而确定。a、地形 站址地形要平坦、开阔，以利于泵站建筑物的总体布置和施工，且工程量较小。b、地质 站址应避开大的和活动性