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泵站示例

大口井泵站管道输水灌溉工程设计示例

一、基本情况

（1）工程地点。

山东省某县吴家官庄村。

（2）经济状况。

工程所在村现有183户590人，其中整半劳动力300人。

耕地34hm2，人均占有0.058hm2（不足1亩）。

种植作物主要为地瓜、小麦和花生，地瓜、小麦、花生单产分别为7500、1500、1125kg/hm2。

全村现有灌溉面积13.3hm2。

2005年全村总收入300多万元，人均纯收入3000余元。

（3）气象水文。

根据县气象站统计和有关水文统计资料分析，本地多年平均气温13.2℃，最高气温40.3℃，最低气温-24.9℃。

最大冻土层深度31cm。

多年平均降水量940mm，最大1470mm，最小547mm，62%的降雨集中在7～9月份。

多年平均水面蒸发量（20cm蒸发皿）1218.4mm，陆面蒸发量550mm。

（4）地形地质土壤。

本工程地处纯山区，西部是山岭，东临河道，地势西高东低，村西南山顶至水源井位高差近百米，地形起伏很大，地表出露岩石为寒武系风山组地层，第四系覆盖层甚薄，水土流失严重，土壤类别为壤土。

本村果园均为山岭坡地，土层深度在0.2～0.8m之间，地块中多有裸岩，属于“鸡窝地”。

土壤容重为1.46g/cm3，田间持水量25%，土壤入渗系数为0.3。

二、设计依据

（1）山东省利用世界银行贷款加强灌溉农业三期项目有关文件。

（2）《节水灌溉技术规范》（SL207-98）。

（3）《泵站设计规范》（GB/T50265-97）。

（4）《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）等。

三、水资源可利用量分析

（1）根据全县水资源平衡分析结果，全县可利用水资源总量平水年（50%）3.4334亿m3，枯水年（75%）2.5996亿m3。

（2）本工程所在区域在阳明河流域内，上游有考村水库和邢村闸等拦蓄设施。

地表径流量较大，亦可用于灌溉，但河道距村较远，又无拦蓄设施，故不能作为本工程水源，该区域为石灰岩地层，地下水资源丰富，至今开采利用很少。

并且现有大口井位置等条件均较好，是发展灌溉的理想水源。

（3）本工程水源为断层构造水，地下水位较高，埋深为4m，据测算地下水可开采量为每年100万m3。

四、工程总体方案选择

工程总体布置见图11-2。

1、水源选择

由以上分析可知，本工程应利用已有水源工程，即已开挖成的大口井。

其水量、水质、可靠性都经过抽水试验，特别是输水距离较近，工程量较小，工程建成后，其运行费用较低，更利于管理，是理想的工程水源。

2、灌溉作物的选择及其灌溉面积的确定

（1）根据本村的具体情况，果树面积较多，增产潜力较大，经济效益明显，并且将会产生良好的生态效益争社会效益，所以确定灌溉作物为果树。

（2）本村山岭果树面积66.7hm2，分布较分散。

为减少工程规模和投资，将离主管道较偏远的果树林除去，划定其灌溉范围，测算灌溉面积为56.7hm2。

3、输配水系统布置方案选择

（1）灌水方式选择。

根据灌区地形情况，宜采用固定管道输水移动软管穴灌的方式。

（2）输配水设施选择。

固定管道选用PVC塑料硬管，允许工作压力6～10kg/cm2；实际工作压力最大5.6kg/cm2。

给水拴选用山东省水利科学研究院研制生产的分体移动式给水栓。

地面移动软管选用

的涂塑维纶软管，设计流量10m3/h，允许工作压力6kg/cm2，实际工作压力最大5kg/cm2。

（3）输水管网布置。

固定管网分为干、支二级，干管沿山脊布置，走向东西，高差34m，长度885m，支管基本垂直于干管布置，一般也垂直于等高线，走向南北，间距一般为100～150m，高差和长度不等，支管共16条，总长5765m。

给水栓间距一般为100m。

详见“管网系统布置图”（图11-3）。

4、其他设施的布置

机房设在大口井以南3m，面向南，分为配电室、泵房、办公室各一间。

考虑少量的点播和果树喷药用水，在干管中途0+550山顶处设一蓄水池。

五、作物需水量的确定

根据果树需水高峰平均日需水强度

=3.6mm/d。

六、设计灌水定额及灌水周期

（1）设计灌水定额。

式中：

为设计净灌水定额，m3/hm2；

为考虑局部灌溉的土壤湿润比，取50%；

为计划湿润层深度，m，取0.5m；

为土壤容重，kN/m3；

、

分别为适宜土壤含水量（占干土重%）上、下限，分别取田间持水率100%，下限取60%。

经计算，

=365（m3/hm2）＝36.5mm。

（2）灌水周期。

式中：

为设计灌水周期，d；

为作物需水高峰期的需水强度，为3.6mm/d；其余符号含义同前。

经计算，

=10.14（d），取

=10d。

（3）灌水次数。

根据当地经验，确定灌水次数为4次。

七、系统工作制度确定

本灌溉工程采用轮灌方式。

（1）毛灌水定额。

（m3/hm2），式中

为灌溉水利用系数，取0.95，则　　　

＝365÷0.95=384（m3/hm2）

（2）一次灌水延续时间：

（h）

式中：

A0为单口控制面积，hm2，按给水栓布置情况确定为A0=0.8hm2；

为设计单口流量，m3/h，拟为10m3/h。

　则：

=384×0.8÷10=30.72（h）

（3）最大轮灌组数

式中：

int为取整符号；

为每天运行时数，取l6h。

　则　　

5（组）

根据地形情况和流量均衡的原则，将管网16条支管划分为5个轮灌组，列表给出轮灌组所控制的管道编号（表11-3）。

表11-3　轮灌组划分表

轮灌组编号

控制管道号

给水栓数

流量（m3/h）

Ⅰ

⑴支

130

⑵支

Ⅱ

⑶支

120

⑷支

⑸支

⑹支

Ⅲ

⑺支

130

Ⅳ

⑻支

130

⑼支

⑽支

⑾支

Ⅴ

⑿支

130

⒀支

⒁支

⒂支

⒃支

八、系统流量推算

（1）绘制管网平面布置图（图11-3）。

（2）管网流量与年工作时数推算。

从末级管开始按不同轮灌组分别推算各段流量及相应年工作时间。

支管流量按下式计算：

式中：

为支管控制的灌溉面积，hm2，等于给水栓数n与A0之乘积；

为支管的一次灌水延续时间，h。

（h）

则　　

=384×

×0.8÷32=9.6

（m3/h）

干管流量按轮灌组分别自末级管向管网首端逐级推算，各级管道的年工作时数按其轮灌组分别自末级管向水源逐级推算，只计算多年平均值，即控制面积内多年平均的需水量除以管流量（表11-4）。

表11-4　管网流量与年运行时数计算结果表

段号

平均流量（m3/h）/

年运行时数（h）

轮灌组的流量/年运行时数

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

122.88/343.20

124.8/68.64

115.2/68.64

124.8/68.64

0—1

122.4/274.56

115.2/68.64

124.8/68.64

1—2

115.2/274.56

86.4/68.64

124.8/68.64

2—3

110.4/274.56

67.2/68.64

124.8/68.64

3—4

92.8/205.92

28.8/68.64

124.8/68.64

4—6

105.6/137.28

86.4/68.64

124.8/68.64

6—7

76.8/137.28

48/68.64

105.6/68.64

7—8

52.8/137.28

19.2/68.64

86.4/68.64

注：

第Ⅰ轮灌组从管网首端出流。

（3）水泵提水流量与年运行时间。

水泵提水流量按管网进口流量的最大值作为选泵的依据，即

=124.8m3/h

水泵年运行时间为管网进口段的年运行时间Tp=343.20（h）。

（4）水源流量校核。

大口井涌水量

=150m3/h，

满足要求。

（5）年提水量。

=124.8×343.20=42831.36（m3）

九、输配水系统设计与水力计算

1、选择控制点，计算移动管道水头损失与给水栓自由水头

（1）以支管l4未端为控制点，其距离较远，高度较大。

（2）移动软管为

涂塑软管，长度50m，其沿程水头损失：

＝2×94800×50×101.77/634.77=1.44（m）

式中：

K为地形修正系数，取K=2；L为管道长度为50m；Q为管内流量，10m3/h；D为管内径，63mm。

f、m、b为管材MoZuXiU材摩阻系数、流量和管径指数，f=94800，m=1.77，b=4.77。

（3）给水栓局部损失，厂家给定值为1.2m。

（4）给水栓与软管出口之高差，按最不利情况考虑，即当逆坡灌溉时，其高差为负值，根据地形坡度和软管长度取给水栓与软管出口之高差为-3m。

（5）给水栓自由水头=移动管沿程损失+给水栓局部损失+0.2－给水栓与管道出口之高差=1.44+1.2+0.2－（－0.3）=5.84（m）

2、计算干管管径及管网进口水压标高

（1）干管管段水头损失计算。

以第5轮灌组流量推算，结果见表11-5。

表11-5　干管管段水头损失计算结果

管段

设计流量m3/h

管段长度（m）

设计管径（mm）

校核平均流速m/s

沿程水头损失（m）

总水头损失（m）

0—1

130

150

200×9.6

1.41

0.0089

1.34

1.48

1—2

130

150

200×6.2

1.31

0.0075

1.13

1.24

2—3

130

100

200×6.2

1.31

0.0075

0.75

0.83

3—4

130

100

200×6.2

1.31

0.0075

0.75

0.83

4—6

130

100

200×6.2

1.31

0.0075

0.75

0.83

6—7

110

150

200×6.2

1.11

0.0056

0.84

0.92

7—8

135

160×4.9

1.41

0.0113

1.53

1.68

8—⒁1

100

90×2.8

1.49

0.0253

2.53

2.78

⒁1—⒁2

100

75×2.3

1.43

0.0293

2.93

3.22

⒁2—⒁3

100

63×2.0

1.02

0.0199

1.99

2.19

注：

0--1段考虑水击因素选用1MPa管材。

（2）干管水压标高推算。

干管水压标高推算结果见表11-6。

表11-6　　干管水压标高推算结果

节点号

水压标高（m）

地形标高（m）

自由水头（m）

119.99

64.63

55.36

118.51

72.71

45.80

117.27

79.51

37.76

116.44

89.21

27.23

115.61

95.95

19.66

114.78

99.41

15.37

113.86

92.73

21.13

112.18

98.60

13.58

⒁1

109.40

88.20

21.20

⒁2

106.18

92.47

13.71

⒁3

103.99

98.15

5.84

3、配水支管水力计算

按轮灌组分别列表计算。

I、II轮灌组水力计算结果见表11-7～表11-10，其他轮灌租水力计算结果（略）。

表11-7　第I轮灌组管段水头损失计算表

管段号

设计流量（m3/h）

管段长度（m）

设计管径（mm）

校核平均流速m/s

沿程水头损失（m）

总水头损失（m）

0—⑴1

100

125×3.9

1.29

0.0130

1.30

1.43

⑴1—⑴2

100

110×3.4

1.33

0.0161

1.61

1.77

⑴2—⑴3

100

90×2.8

1.49

0.0253

2.53

2.78

⑴3—⑴4

100

75×2.3

1.43

0.0293

2.93

3.22

⑴4—⑴5

100

63×2.0

1.02

0.0199

1.99

2.19

0—⑵2

100

140×4.3

1.43

0.0137

1.37

1.51

⑵2—⑵3

100

140×4.3

1.23

0.0104

1.04

1.15

⑵3—⑵4

100

125×3.9

1.29

0.0130

1.30

1.43

⑵4—⑵5

100

110×3.4

1.33

0.0161

1.61

1.77

⑵5—⑵6

100

90×2.8

1.49

0.0253

2.53

2.78

⑵6—⑵7

100

75×2.3

1.43

0.0293

2.93

3.22

⑵7—⑵8

100

63×2.0

1.02

0.0199

1.99

2.19

表11-8　第Ⅰ轮灌组节点水压标高与自由水头计算

节点号

水压标高（m）

地面标高（m）

自由水头（m）

119.99

64.63

55.36

⑴1

118.56

64.96

53.60

⑴2

116.79

65.03

51.76

⑴3

114.01

65.27

48.74

⑴4

110.79

65.55

45.24

⑴5

108.60

66.32

42.28

119.99

64.63

55.36

⑵1

119.99

64.63

55.36

⑵2

118.48

64.59

53.89

⑵3

117.33

64.51

52.82

⑵4

115.90

64.50

51.40

⑵5

114.13

64.18

49.95

⑵6

111.35

63.04

48.31

⑵7

108.13

61.92

46.21

⑵8

105.94

60.45

45.49

表11-9　第Ⅱ轮灌组管段水头损失计算表

管段

设计流量m3/h

管段长度（m）

设计管径（mm）

校核平均流速m/s

沿程水头损失（m）

总水头损失（m）

0—1

120

150

200×9.6

1.30

0.0077

1.16

1.28

1—⑶1

90×2.8

1.49

0.0253

1.26

1.39

⑶1—⑶2

100

75×2.3

1.43

0.0293

2.93

3.22

⑶2—⑶3

100

63×2.0

1.02

0.0199

1.99

2.19

1—2

150

200×6.2

0.90

0.0039

0.59

0.65

2—⑷1

75×2.3

1.43

0.0293

1.46

1.61

⑷1—⑷2

100

63×2.0

1.02

0.0199

1.99

2.19

2—3

100

200×6.2

0.70

0.0025

0.25

0.28

3—⑸1

100

110×3.4

1.33

0.0161

1.61

1.77

⑸1—⑸2

100

90×2.8

1.49

0.0253

2.53

2.78

⑸2—⑸3

100

75×2.3

1.43

0.0293

2.93

3.22

⑸3—⑸4

100

63×2.0

1.02

0.0199

1.99

2.19

3—4

100

200×6.2

0.30

0.0006

0.06

4—⑻1

90×2.8

1.49

0.0253

1.26

1.39

⑻1—⑻2

100

75×2.3

1.43

0.0293

2.93

3.22

⑻2—⑻3

100

63×2.0

1.02

0.0199

1.99

2.19

表11-10　第Ⅱ轮灌组节点水压标高与自由水头推算表

节点号

水压标高（m）

地形标高（m）

自由水头（m）

119.99

64.63

55.36

118.71

72.71

46.00

⑶1

117.32

73.65

43.67

⑶2

114.10

74.80

39.30

⑶3

111.91

68.85

43.06

118.06

79.51

38.55

⑷1

116.45

82.50

33.95

⑷2

114.26

93.50

20.76

117.78

89.21

28.57

⑸1

116.01

88.45

27.56

⑸2

113.23

87.46

25.77

⑸3

110.01

79.81

30.20

⑸4

107.82

74.53

33.29

117.72

95.95

21.77

⑻1

116.33

94.33

22.00

⑻2

113.11

87.50

25.61

⑻3

110.92

90.00

20.92

4、绘制管网水力计算示意图（图11-4）。

5、水池高程推算

水池上水管为D90×2.8mm，长120m，设计上水量为30m3/h，由以上管网计算可知，节点5的水压标高为115.20m。

节点5至水池段的水头损失为：

=94800×

=94800×120×301.77/84.44.77=3.04（m）

=0.1×3.04=0.30（m）

=3.34（m）

则水池水压标高为115.20－3.34=111.86（m）

水池设计水深为2.80m

则水池池底标高为111.86－2.80=109.60（m）

十、机电设备选择

1、水泵扬程计算

=管网进口水压标高－水源动水位＋泵进出水管沿程水头损失+泵站局部损失

式中：

管网进口水压标高=119.99m；水源动水位=58.63m。

因水源水位较高，可选用离心泵，此处只计算吸水管水头损失

式中参数按钢管，则f=625000，m=1.90，b=5.1；管长

＝10m，管径为DN150（D159×4.5mm），则

=625000×10×124.81.90/1505.1=0.48（m）

=0.1×0.48=0.05（m）

=0.53（m）

泵站局部损失取2m，则

=119.99－58.63+0.53+2=63.89（m）

2、机泵选择

设计流量

=124.8m3/h，设计扬程

=63.89m。

依据

、

参考水泵样本性能曲线，选用DA1--150型离心泵一台（表11-11）。

表11-11　　机泵性能参数表

水泵

电机

类型

离心泵

型号

DA1—150/2

型号

Y200L—2

流量

126m3/h

扬程

60.6m

功率

37KW

转速

2950r/min

功率

30.4KW

额定电压

380V

效率

68.60%

吸程

6.5m

额定电流

70A

3、水泵工况核算

因所选水泵流量，扬程均与设计值接近，其工况必在高效区，故略去校核。

4、配电设备选择

变压器：

SL--50/6—10，配电盘：

BSL--0/100，启动箱：

QZ100—2，37KW；输电线：

BLX--70mm2。

其它设备详见“电气布置图”（略）。

十一、构筑物设计

1、大口井及保护区工程

（1）结构型式尺寸。

圆形，直径10m，井深7m。

（2）井口。

高出地面0.5m，周边设钢筋混凝土护栏。

（3）进水方式。

周边加底部。

（4）地质构造。

井位西有一走向南北的断层，断层上下盘均为风山组石灰岩，岩层倾角NE50°。

（5）反滤层。

反滤层分为三层，每层厚度为20cm，由外到内粒径分别为：

100～60、30～20、8～4mm。

（6）抽水试验。

见“抽水试验报告”（略）。

（7）水质符合灌溉水质标准。

（8）保护区。

以井周围10m为保护区范围，立界桩和警示牌，不准在保护区内耕种，禁止一切污染水源的行为。

2、机房

（1）结构型式。

机房为砖石混凝土结构，平顶，三间，外形尺寸为长×宽×高＝10.14×6.24×5.30m，建筑面积58.35m2。

（2）外观要求。

机房面向南，左边为配电室设侧门一扇0.9×2.7m，大花窗一个2.0×3.2m，室内设隔门一扇0.9×2.7m，变压器室设进线窗扣百页窗。

中间为泵房，设门联窗一个，后窗为1.5×1.8m。

右边为办公室，设双扇门一个1.2×2.7m，后窗为1.5×1.8m。

除进线窗和百页窗按电工要求外，其他均为木制玻璃门窗，刷绿色油漆二遍。

外墙为水刷石墙面。

屋顶为现浇混凝土板，以上做水泥炉渣保温层。

三油二毡防水层封顶。

（3）水泵安装高程。

式中：

为水源最低工作位59.63m；

为泵的容许吸上真空高度；H为吸水管的水头损失，其沿程水头损失如上“水泵扬程计算”为

=0.48m；其局部损失为二部分：

一部分为吸水滤网损失参考经验取0.3m，一部分为弯管损失＝

，

=0.48+0.30+0.10=0.88（m）；

为安全值，取0.20m；v2/2g为水泵进口处的流速水头：

v2/2g=2.042/2×9.8=0.21（m）；则

=59.63+6.5－0.88－0.20－0.21=63.84（m）

（4）室内装饰要求。

内墙面、天棚均为麻刀灰抹面，刷白色涂料；地面为地瓜石铺砌，水泥砂浆抹面压光。

（5）室内布置要求。

变压器安装在墩台上。

配电盘前后距墙壁不小于0.80m。

启动箱置于门洞内。

离心泵距墙壁不小于0.50m，真空泵长度方向与离心泵垂直。

地面沿输水管线中心设集水槽，按3%的坡度通向集水坑。

3、围墙

（1）平面尺寸长×宽=31.60×13.64m。

（2）围墙为花墙。

下部高l米为浆砌石实墙，细料石镶面，墙内水泥砂浆抹面拉毛。

上部高0.8米为砼花格，刷白色涂料；每隔3.2米设一砖柱以增加稳定；一顺一丁浆砌砖压顶，水泥砂浆抹面压光。

（3）大门为钢管框架钢丝编织门，宽×高=2.6×2.2米；门垛为细料石方柱。

4、蓄水池

为便利群众抗旱点播和随时喷药用水，在干管0+550米处设分支

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