关山提水灌区工程规划设计设计说明书.docx
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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，灌区属于低山丘陵区，地形西高东低，灌区范围内其高程一般在146~200m之间，地势平缓，灌区西部高程在200m~240m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14.5°C，最高气温38°C，最低气温—18°C，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，灌区内土壤多为轻壤土和中壤土，土厚0~100cm，土质良好，其PH值在7.0~7.5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，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，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
50—70
以水稻为主
70—80
丰水地区
以旱作物为主
70—80
以水稻为主
75—80
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0.023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=ρGgh/1000η泵（4-1）
式中：
Q—设计流量,m3；
H—设计扬程,（m）,H=H净（1＋10%～20%）；
η泵—水泵效率,查《机电排灌设计手册》，取η泵=0.7。
（2）设计流量推求
Q=q灌.A/η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；
η水—灌溉水利用系数,查《农田水利学》，η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:
E=WH/K（4-3）
式中:
E—用电度数；
W—年提水量；
H—实际扬程,H=（1.1～1.15）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,R>1可行，R<1淘汰
式中:
R—效益费用比；
CI—工程某年产出,万元；
C0—工程某年收入,万元；
n—计算期，取运行期25年；
t—计算期的年份序号（基准点序号为0）；
is—社会折现率，取为12%。
计算时将各年的效益、费用均折算到基准点，取现值，然后再求现值的效益费用比,即
b：
利用增值效益费用比△R选择最优方案。
4.1.3.3各种方案计算、比较选优
采用方格法量测控制高程所控制的灌区面积及其相应的有效面积见表4-2（取土地利用系数为75%）
表4-2灌区面积
控制高程（m）
实测面积（亩）
有效面积（亩）
196
5982
4487
198
6541
4906
200
7026
5270
210
7306
5480
方案一：
控制点高程196m，有效面积4487亩
（1）、设计流量
Q=qA/η水=0.4×0.4487/0.7=0.256m3/s
（2）设计扬程（取保证率为75%时水库对应水位146m为设计水位）。
HO=196-146=50（m）
H=1.15H0=1.15×50=57.5（m）
（3）水泵设计功率
N=ρGqh/1000η泵
=1.0×103×9.81×0.256×57.5/（1000×0.7）
=206（KW）
（4）各种费用计算
a:
工程造价
P泵站=1200N=1200×206=24.7（万元）
P灌区=50S=50×4487=22.4（万元）
P总=P泵站+P灌区=24.7+22.4=47.1（万元）
b：
水费
P水=年提水量×水费单价
年提水量的计算可根据各种作物的种植比例及其灌溉定额（表4-3）计算。
表4-3年提水量计算表
作物
种植比例（%）
灌溉定额（m3/亩）
年需水量（m3）
冬小麦
75
225
168.75
春玉米
25
148
37
夏玉米
60
125
75
其他作物
15
34
5.1
人畜用水
0.5
4.5（m3/人）
56.25（万m3）
表中“A”为灌溉面积，单位：
亩
年提水量度总计：
（285.85A+562500）m3
故控制高程为196，A=4487亩时,年提水量W
W=413.2（m3）
P水=413.2×4487m3×0.023元/m3=4.3（万元）
c:
电费
P电=度数×单价
=W.H.0.06/K=413.2×4487×0.06/367.2
=1.7（万元）
d:
年折旧费
P折=5%.P总=5%×47.1=2.4（万元）
e:
管理费
P管=10N=10×206=2060（元）
年费用:
P年=P水+P电+P折+P管
=4.3+1.7+2.4+0.206
=8.606（万元）
（5）年效益
P益=50A=50×4487=22.4（万元）
（6）效益费用比
22.4×7.5431=175.7万元
8．606×7.8431+47.1×0.8229=106.4万元
R=175.7/106.4=1.65>1,可行。
方案二：
控制点高程198m，有效面积4906亩
（1）设计流量
Q=qA/η水=0.4×0.4906/0.7=0.280（m3/s）
（2）设计扬程
HO=198-146=52（m）
H=1.15H0=1.15×52=59.8（m）
（3）水泵设计功率
N=ρGqh/1000η泵
=1.0×103×9.81×0.28×59.8/（1000×0.7）=235（KW）
（4）各种费用计算
a:
工程造价
P泵站=1200N=1200×235=28.2（万元）
P灌区=50A=50×0.4906=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=413.2×4906=2027159（m3）
P水=年提水量×水费单价=2027159×0.023=5（万元）
c:
电费
P电=度数×单价
=W.H.0.06/K=413.2×4096×0.06/367.2
=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=10N=10×235=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=50×0.4906=24.5（万元）
（6）效益费用比
24.5×7.8431=192.2（万元）
9.835×7.8431=76.9（万元）
52.7×0.8929=47.1（万元）
R=192.2/124=1.55>1，可行。
方案三：
控制点高程200m，有效面积5270亩
（1）设计流量
Q=qA/η水=0.4×0.5270/0.7=0.301（m3/s）
（2）设计扬程
HO=200-146=54（m）
H=1.15H0=1.15×54=62.1（m）
（3）水泵设计功率
N=ρGqh/1000η泵
=1.0×103×9.81×0.301×62.1/（1000×0.7）
=262（KW）
（4）各种费用计算
a:
工程造价
P泵站=1200N=1200×262=31.4（万元）
P灌区=50A=50×0.5270=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=413.2×5270=2177564（m3）
P水=年提水量×水费单价=2177564×0.023=5.0（万元）
c:
电费
P电=度数×单价
=W.H.0.06/K=2177564×62.1×0.06/367.2
=2.2（万元）
d:
年折旧费
P折=5%.P总=5%×57.8=2.9（万元）
e:
管理费
P管=10N=10×262=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=50×0.5270=26.4（万元）
（6）效益费用比
26.4×7.8431=207.1（万元）
10.362×7.8431=81.6（万元）
57.8×0.8929=51.6（万元）
R=207.1/133.2=1.55>1，可行。
方案四：
控制点高程210m，有效面积5480亩
（1）设计流量
Q=qA/η水=0.4×0.5480/0.7=0.313（m3/s）
（2）设计扬程
HO=210-146=64（m）
H=1.15H0=1.15×64=73.6（m）
（3）水泵设计功率
N=ρGqh/1000η泵
=1.0×103×9.81×0.313×73.6/（1000×0.7）
=323（KW）
（4）各种费用计算
a:
工程造价
P泵站=1200N=1200×323=38.8（万元）
P灌区=50A=50×0.5480=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=413.2×5480=2264336（m3）
P水=年提水量×水费单价=2264336×0.023=5.2（万元）
c:
电费
P电=度数×单价
=W.H.0.06/K
=2264336×73.6×0.06/367.2
=2.7（万元）
d:
年折旧费
P折=5%.P总=5%×66.2=3.3（万元）
e:
管理费
P管=10N=10×323=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=50×0.548=27.4（万元）
（6）效益费用比
27.4×7.8431=214.9（万元）
11.523×7.8431+66.2×0.8292=145.1（万元）
R=214.9/145.1=1.48>1，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ΔR选择最优方案
其中ΔR的计算公式为：
式中:
ΔR—增量效益费用比；
ΔB—年效益增量,万元；
ΔK—投资增量,万元；
ΔC—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K
47.1
52.7
57.8
66.2
年运行费C
8.6
9.6
10.4
11.5
年效益B
22.4
24.5
26.4
27.4
对比方案
0
一
二
三
ΔK
47.1
5.6
5.1
8.4
ΔC
8.6
1.4
0.8
1.1
ΔB
22.4
2.1
1.9
1.0
ΔR
1.6>1
1.2<1
1.4>1
0.5<1
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
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