山东省德州市陵城区农田水利项目技术设计方案研究

许春芳

（德州市陵城区水利局,山东 德州 253500）

随着三农政策的不断深化推进，农业经济得到迅猛发展，和农业生产的机械化发展相比，农业水利设施建设相对滞后。相关部门需提高对农田水利工程的重视，为农业生产提供基础保障。

1 山东省德州市陵城区农田水利项目概况

陵城区位于山东省德州市西北部，共有48.6 万农业人口，耕地面积117 万亩。为保障粮食安全、增加农民收入、推动农业经济发展、改善农村生态环境，陵城区从2010 年开始，开展大量农田水利工程项目建设，取得较为理想的经济效益、社会效益及生态效益。陵城区于2018 年投入大量资金开展农田水利项目建设，宋家镇、糜镇、郑家寨镇被选为农田水利项目县专项资金项目。项目区域的地质条件为黄河冲击平原孔隙水文地质区，区域的水层岩性以粉细砂及细砂为主，是主要粮食种植区，农田水利项目的开展，可切实解决“最后1 km”的问题，全面提升全区小型农田水利工程的建设水平，改善农田灌排条件，为粮食生长提供保障，发挥陵城区作为山东省粮食生产基地的功能[1]。

为强化农田水利项目的整体效益，相关单位在专项补助资金项目建设中，优化工程总体规划与技术方案。总体规划包括首部枢纽布置、管网布局及排水、建筑物布置三项工作，计划设计三个高效节水灌溉工程、独立灌溉系统及水情信息化系统。

2 农田水利项目技术设计方案

结合项目总体规划，陵城区农田水利项目包括六个部分，分别是小型水源工程、高效节水灌溉工程、排水沟、生产桥、闸涵、信息化工程。

2.1 小型水源工程设计方案

以农田水利项目中小陈家村1 号泵站为例，分析小型水源工程设计方案。该泵站覆盖的农田灌溉面积为204 亩，总设计流量为78.4 m3/h，配置一条干管及一套潜水泵。泵站工程以进水建筑物和阀井为主，设计人员将在河道区域设置进水池的开口，开口呈喇叭口型，并在进水池内配置立式潜水泵。为保障结构的稳定性，选择C25 混凝土作为基础，配置M10 浆砌石挡土墙。根据施工现场的各项参数，按照下式计算扬程：

经计算，H=7.33+1.1×5+6.5=20.84 m。根据扬程要求及泵站的灌溉面积要求，选择200QJ100-36 型号的水泵，设计扬程为20.84 m，设计流量为78.4 m3/h，电机功率为15 kW。

同时，为保障泵站的稳定可靠运行，设计人员进行相应电气设计，结合机电井运行需求，将泵站的负荷确定为三级，选择10 kV的架空线供电，每六台小型泵站配置一台变压器，计算所得的变压器电容量为76.8 kVA。基于该要求，选择SC11系列变压器，容量为80 kVA，变压器的接线方式设计为单母线不分段。为确保水泵运行参数符合规范要求，将水泵机组的启动方式设计为全压直接启动，在每台水泵中配置一台射频卡控制器，实现水泵运行参数的有效控制。

2.2 高效节水灌溉工程设计方案

以小陈家1#泵站的管网为例，将四分干作为水源，灌溉覆盖面积为204 亩，为保障泵站灌溉效率，将泵站管网设计为干管和支管两个等级，在泵站南部区域，布设干管，在干管下以垂直方式布设支管，支管间距离控制在120 m～150 m；在支管中设置给水栓，给水栓间的距离控制在40 m～50 m。

结合项目施工区域的农作物用水要求，根据小麦日需水量计算灌水定额及灌水周期，灌水定额设定为40 m3/亩，灌水周期为8 d；结合水源的地理位置、农作物种植状况、地面坡度等因素，按照梳齿形布置灌溉管网，给水栓双向分水，以干支管续灌、斗管轮灌方式灌溉；结合上述布置条件，计算干管的流量为78.4 m3/h，毛灌水定额为50.29 m3/亩，一次灌水延续时间为12.6 h；结合灌溉系统参数，将干管的直径设定为Φ160 mm，支管直径设定为Φ125 mm。在明确管道的各项参数后，需合理选材。常用管材包括钢管、铸铁管及PVC管等，前两者的成本较高，且抗腐蚀性较低，适用于山丘陡坡等区域；后者的适用性更强，成本较低，且抗腐蚀性强，便于运输与安装，所以该农田水利项目选择PVC管材[2]。

另外，在高效节水灌溉工程设计中，需做好田间配套工程设计，主要设计内容有以下几点：（1）官网排水口与排水阀池。在管网分干管的尾部设置放水口，配置同样管径的闸阀，用于排空管道内的水，避免冬季降温管道内的水冻结成冰，导致管道膨胀；（2）阀门保护池。在阀门位置配置预制钢筋混凝土保护池，避免阀门受破坏；（3）给水栓保护池。选择Φ125 出水口，选择与阀门保护池同样的保护结构；（4）镇墩。在管网中干管的出口和转弯部位设置镇墩，选择C25混凝土作为施工材料，对于管道和沟壁间的空隙，需使用同样强度的混凝土填充，混凝土的填充高度至少大于管道外径20 cm，宽度至少大于接口外侧20 cm。

2.3 排水沟设计方案

本项目选用明沟排水系统，沟渠不仅用于排水，还用于灌溉，设计人员根据排涝设计流量进行设计。在农田水利工程建设区域中，当地农户自发挖掘农沟，设计人员将其为基础，垂直设计斗沟，按照当地的地形条件和灌溉覆盖面积，长度控制在1500 m左右，间距控制在500 m～600 m内。排水沟的形式设计为梯形断面土质渠，在周围种植林草作为护坡。按照5年一遇，一日暴雨，2 天排出的标准，收集山东省暴雨径流关系分区图，计算排水沟的径流深，其数值为79.5 m，再根据平原排涝模数法计算排水沟的排水流量，结果见表1。

表1 农田水利项目排水沟的排水参数

另外，对于不同类型的排水沟，均采用恒定均匀流公式进行排水沟的断面设计，设计时农沟水位和田面差值为0.8 m；农沟和斗沟、斗沟和支沟连接位置的水位跌差按照0.1 m计算；边坡系数设计为1.5；糙率按照0.025 计算；纵坡坡降为1/3000；底宽取值为0.5 m。

2.4 生产桥设计方案

在该农田水利项目区，共有9 座生产桥，运行时间超过40 年，存在严重破损现象，为保障生产桥作用的有效发挥，该项目对生产桥进行改建处理。设计人员结合河道宽度等参数，重新设计4 座6 m跨砌石拱桥、3 座8 m跨砌石拱桥、1 座1 m管涵桥及1 座桩基础板桥。

拱桥设计：不同跨度的拱桥桥面宽度均为6 m，荷载遵循农桥-Ⅱ级设计，矢跨比为1/4；拱圈厚度均设计为等截面圆弧拱，厚度为50 cm，选择C30 钢筋混凝土结构。6 m跨砌石拱桥的桥面设横坡1%；8 m跨砌石拱桥的桥面设横坡1.5%。

桩基础板桥设计：桥梁的桩号为21+650，河底高程为8.78 m，排涝水位为11.48 m，桥长为52 m；桥梁的净宽为6 m，两侧护轮带为0.5 m，配置防撞护栏。桥梁基础选用钢筋混凝土桩柱式墩台，桥台选择GYZF4-200×37 圆形四氟滑板橡胶支座，共铺设三层桥面，分别为沥青混凝土细粒、粗粒及现浇混凝土。

2.5 闸涵设计方案

以农田水利项目中糜镇大孙家新建排水闸为例，分析闸涵设计要点。该排水闸的规格为2.5 m×2.7 m，包括上游段、铺盖段、闸室、洞身、消力池、海漫及防冲槽等部分。整个涵闸设计为开敞式模式，仅1 孔，净宽设计为2.5 m，配置重力式墩墙；在闸室内部配置2.5 m×2.7 m的铸铁闸门，通过80 kN螺杆式启闭机控制；在闸室上游配置长5 m、厚0.5 m的M 10浆砌石，边坡比设计为1∶1.5；在闸室下游配置两道消力坎，下游位置的边坡和海漫均选用M10 浆砌石；海漫后方设置防冲槽，槽深设计为1 m。

2.6 信息化工程设计方案

为保障农田水利项目中灌溉水量和相关费用的准确计算，开展信息化工程设计，构建水情信息化系统，在水泵中配置取水计量一体机，与陵城区水务局内的控制中心连接，实现水泵灌溉信息的实时传输。水情信息化系统主要包括计算机、管理机、水电双计智能灌溉控制器（取水计量一体机）、流量计、IC卡、无线传输网络等部分。在农田水利项目覆盖区域的所有水泵中，配置取水计量一体机，该设备具备语音提示、自动停泵、用水信息存储、一机多卡、远程监控、故障报警、定时上报等功能，有效提高水情监控的全面性及有效性。

水情信息化系统的逻辑结构见图1，设计人员利用开放式协议语言设计系统平台，引入OPP及图形化可编程技术，将微软作为系统的运行环境。同时，为农户及主管部门使用便利，开发专属手机APP，实现各项信息的实时获取[3]。

3 结论

综上所述，农田水利项目技术设计方案关系到工程作用的发挥，相关单位需做好工体规划与单项工程设计工作。在陵城区农田水利项目中，设计单位结合工程状况，进行小型水源工程、高效节水灌溉工程、排水沟、生产桥、闸涵、信息化工程的设计，为工程建设与管理提供有效指导。