水利工程设计1

1、1 、基本情况1.1项目区的自然地理概况1.1.1地理位置繁峙县2008年京津风沙源治理水源及节水灌溉工程项目区，分布在繁城镇、杏园乡、光裕堡乡、下茹越乡、集义庄乡、东山乡、砂河镇、金山铺乡、大营镇、柏家庄乡、横涧乡、神堂堡乡十二个乡镇界内，地处东径113°0913113°5826，北纬38°581739°2730之间。海拔9401580m之间。1.1.2地貌及土壤项目区属典型黄土缓坡丘陵风沙区，为阶地与丘陵衔接；总特征是南北向滹沱河谷倾斜。项目区土壤主要为淡褐土，且质地以沙壤和轻壤为主，土质疏松，孔隙率大，风蚀严重。1.1.3水文气象项目区属典型的季风

2、型半干旱大陆气候，总的特征是：春季干旱多风，夏季酷热多雨，秋季气候晴爽，冬季寒冷少雪，年降雨量400-450mm，且75%左右集中于七、八、九三个月，多年平均蒸发量1848mm，年平均气温6.3，年最高气温37.9，极端最低气温-26，最大风速18m/s，最大冻土层深1.3m。1.2工程地质与水文地质条件1.2.1工程地质项目区的地质为新生界第四系的下更新统和中更新统层，岩性主要为砂砾石、砂卵石、亚砂土、亚粘土互层，及亚砂土、亚粘土、粘土与砂卵石、砂卵石和砂层互层。1.2.2水文地质项目区位于滹沱河流域二级阶地及边山洪积扇区，根据项目区周围已成井资料及繁峙县水资源开发利用现状分析报告可知，地下

3、含水层发育较厚，颗粒较粗，潜水埋藏较深，潜水主要分布于松散碎屑岩类孔隙中，属中等富水区域。1.3社会经济情况1.3.1人口与劳力项目区涉及12个乡镇，32个行政村。总人口19877人，其中劳动力6026人。1.3.2社会经济项目区作物主要有：玉米、谷子、大豆、山药等，主播品种为玉米，亩产450kg；截止2007年底该区人均纯收入578元。2、项目所在地水资源评价2.1水量补给评价项目区水资源构成包括地表水和地下水两部分，根据繁峙县水资源开发利用现状分析报告，繁峙县多年平均河川径流量为1.85亿立方米，多年平均地下水资源量为0.8588亿立方米。地下水的补给主要是河川径流.2.2地下水开采量评价

4、根据繁峙县水资源开发利用现状分析报告项目区不同频率年地下水可开采水量与开采模数见表一。表1 单位：万立方米通过对项目区内水资源的评价分析可知，项目区内水源充足，可满足引水和凿井要求。2.3地下水质评价根据繁峙县水资源开发利用现状分析报告本项目区地下水质以重碳酸钙钠水为主，矿化度小于350mg/l，达到灌溉水质标准。3、项目任务、规模和工程总体布局3.1建设任务、规模繁峙县2008年度京津风沙源治理水源工程设计凿井31眼，引水工程4处。节水灌溉工程16处，控制总面积11800亩，其中管灌9600亩，喷灌2200亩。节水灌溉工程具体所在地及灌溉方式控制面积见表2。表23.2工程总体布局以服务于京津

5、风沙源治理的生物工程为原则，使水源工程和生物工程相互配套，发挥工程的整体效应为中心，将水源工程布设于有林草工程的地方。同时兼顾农田灌溉，提高项目区的经济效益。4、工程设计繁峙县2008年京津风沙源治理水源工程由凿井工程和引水工程两部分组成。节水灌溉工程由管灌工程和喷灌工程组成。4.1设计原则本工程设计遵循的原则：一是以前期总体规划为指导，因地制宜，集中连片；二是和当地的自然、地理、水资源及其它生态项目等基本资料相适应。各处水源及节水灌溉工程位置详见位置图。4.2设计依据及标准凿井设计依SL2562000机井技术规范及SL23-91农用机井技术规范为准；引水工程依GB/T16453.41996水

6、土保持综合治理技术规范小型蓄排引水工程为准；节水灌溉工程依SL20798节水灌溉技术规范及相应的SL/T153-95低压管道输水灌溉工程技术规范井灌区部分等为准。4.3水源工程设计4.3.1机井设计根据水文地质条件和区域富水情况及风沙源治理工程对水源的需求，确定各井井位（井位位置详见工程布置图）。以含水层埋深和成井速度及建井成本确定井型采用管井。4.3.1.1机井设计出水量、降深及井深的确定因项目区内都为新打机井，无抽水试验资料，故参考附近己成机井的资料初步确定各机井的出水量和降深并采用电测法确定各井的井位及井深。各井设计出水量、降深及井深详见表3（下页）4.3.1.2管井结构设计1、井口a、

7、管井出口处的井管应与水泵的泵管连接紧密，以防污水杂物进入，外露井管外要设置短护管，下端与混凝土泵座浇筑为一体，上端设连接法兰与泵管法兰连接。b、为保证井头有足够的坚固性和稳定性，在井口周围半径为1.2m周围将原土挖掉并分层夯实回填粘土，然后再在上面浇筑混凝土泵座。2、井身（1）井管井管包括井壁管和滤水管。a、井管直径表3为满足下泵要求，采用内径300mm 的井管。b、井管材料根据井深和经济实用的原则，确定机井采用钢筋混凝土承插卡口管。（2）井孔直径井管内径300mm，采用填砾过滤器，井孔应大于井管200mm，和参照附近地层资料，确定各井开孔直径均为600mm，终孔直径为580mm。3、进水部分

8、进水部分即井的过滤器，它的正确设计是机井取得最大出水量和最小涌砂量的关键，直接关系到机井的使用寿命。滤水管的布置根据各井的水文地质条件和含水层厚度对应排列。（1）过滤器形式及规格a、过滤器的滤水管为条孔形，交错带状排到，开孔率15%。b、滤水管外缠绕铅丝并在铅丝外包尼龙网，填砾，以滤料粒径的下限确定网眼尺寸。c、缠丝规格：垫筋10×10mm，垫筋数量16根，缠丝直径2.8 mm,缠丝间隙视含水层的不同采用0.752.2mm。（2）滤料粒径确定根据SL2562000机进技术规范式3.3.71滤料粒径D50=(810）d50；含水层粒径d50要通过凿井时取样分析。（3）滤料选用及填充高度

9、32滤料应选用磨圆度好的硅质砂砾石，填料时底部低于过滤器下端2m，顶部高于过滤器上端8m。4、沉砂管为防止淤积各井设置48米的沉淀管，安设在井底不透水层。各井井位处的预测地层柱状图见附图4.3.1.3管井施工技术要求1、钻机选用根据井位地质资料选用 CZ30型钻机钻进，冲程100cm，冲击次数40次/分，钻头底刃宽600mm。2、井壁防塌采用粘土泥浆护壁，在防塌时要避免粘土过量影响机井的出水量。3、井孔轴线垂直度应尽可能垂直，倾斜度不得超过2度，且方位角不能突变。4、凿进地层编录钻进中的地层资料及埋深描述要准确清楚。5、井管安装a、下管前应校正孔径、孔深和测斜。b、采用悬吊下管法，要安装井管扶

10、正器，井管的连接必须对正接直，封闭严密。过滤器安装位置的上下偏差不超过300mm。6、填砾采用静水填砾法，填砾必须连续均匀，及时测量填砾高度。7、成井成井后要及时洗井，然后进行抽水试验。4.3.1.4机井配套设计1、水泵及电机配套a、水泵的选型应在机井建成后进行洗井和抽水试验的基础上，按其水位降深和出水量及输水要求进行选型。因本项目区内都是新打机井，所以初步设计时只能参照附近成井资料，以经验确定水泵型号。b、电机配套的原则与办法，按所选水泵假定出水量，计算对应的扬程即可作出管路特性曲线，根据水泵生产厂家提供的性能参数可绘制出水泵性能曲线，两条曲线的交点即为水泵的工况点，只要工况点在高效区内即可

11、。各井水泵设备见表4。2、高低压线路及配电设施根据上级精神，高低压线路及变台变压器可按水源工程总投资的3-5（10.5万元-17.5万元）由中央投资适当控制配给外其余由各受益的集体和公司就近接电解决（本年度共由中央投资配给3台80KVA和1台50KVA变压器，共9.95万元），电力设备的预算、安装，按电力技术规范操作。3、井房设计井房尺寸：长、宽均为 2.74m，高2.32m。详见附图表44.3.2引水工程设计根据水利部水保2003360号文件精神中：“水源工程建设要与防沙治沙的生物工程有机结合，相互配套，发挥工程的整体效益”。这一精神为原则，对缺乏水源的麻地沟退耕还林地、大西沟小流域治理项目

12、区、义兴寨小流域治理项目区、店门沟退耕地项目区、洞沟门村退耕地项目区设计引水工程。4.3.2.1麻地沟引水工程设计麻地沟位于繁城镇西北部，这里实施了2004年度的退耕工程，因其所处地理位置全部为阳坡，且生物工程只能靠降雨补充水分不能进行灌溉，所以树木生长缓慢难以发挥生态效应，而在项目区的西部有可以利用的两处溪水，经实测枯水期清水流量为2m3/h，丰水期清水流量为4m3/h，如在这两处地方设计聚水设施，将其集中起来送入一个蓄水池内，可灌溉附近200亩林木。经过踏勘、测量：拟定在有水的这两处地方设一处挡水坝和一个集水池用直径为50mm的塑料管引水，然后用直径为63mm的管道将其集中送入容积为100

13、立方米的蓄水池内，从蓄水池布设引水支管并在管道上设出水口，以闸阀调节、控制用水对附近的200亩林地进行灌溉。根据全球定位仪测得的高程和管路沿线所在地形图上的高程确定管道所需压力。引水管道系统布置及建筑物设计图见附图。4.3.2.2大西沟引水工程设计大西沟位于繁城镇东北部，2002年在这里实施了小流域治理工程，其项目区内西坡有500亩经济林，只能靠降雨补充水分，所以树木生长缓慢难以发挥生态效应和经济效益，而大西沟有可以利用的溪水，经实测枯水期清水流量为0.003m3/s，丰水期清水流量为0.01m3/s，如在这里设计灌溉林木的引水工程，两种水量均能满足引水要求。经过踏勘、测量：拟定在大西沟上游砌

14、筑0.6m高的溢流坝，附近设沉砂池一座用直径为90mm的PP塑料管引水，并在管道上设出水口，以闸阀调节、控制用水对流域内的500亩经济林进行灌溉。根据全球定位仪测得的高程和管路沿线所在地形图上的高程确定管道所需压力。引水枢纽、管道系统布置及建筑物设计图见附图。4.3.2.3义兴寨引水工程设计义兴寨位于繁峙县东北部，2007年在2005年度的小流域治理和退耕还林工程项目区开始设计并实施了引水工程，因其所处地理条件特殊，施工难度大同时07年度的投资紧张，故07年度只设计并实施了引水管和一条输水管，2008年度将项目区内没有输水管的另一片林地设计输水管并设计60平方米水源工程管理房。根据全球定位仪测

15、得的高程和管路沿线所在地形图上的高程并参照07年度水力计算确定管道所需压力。根据治理面积的大小，为了缩短轮灌周期，将项目区内的输水管道设为D110管。管道系统布置见附图。4.3.2.4洞沟门引水工程设计洞沟门位于繁峙县东部的神堂堡乡， 2005年县林业局在此处有500亩优种核桃退耕工程项目，林地位于河道两侧的坡耕地，每年的春夏秋三个季度村民们相互合作使用柴油动力自吸泵从河底抽水上坡浇树，费时费力而且有些地方因为较高无法上水，本应该到发挥经济效益的林木而延迟。为了解决以上问题，计划在林地上游设置引水池，将河道的水引入林地，对树木进行灌溉。引水管道采用D114铁管，输水管道采用D90管。根据全球定

16、位仪测得的高程和管路沿线所在地形图上的高程确定管道所需压力。管道系统布置见附图。4.4节水灌溉工程设计依据4.2节各项规范确定工程主要技术指标。08年度节水工程以管灌工程和喷灌工程组成。管灌工程设计保证率为85，灌溉水利用系数0.8，管系水利用系数0.95。喷灌工程设计保证率为85，灌溉水利用系数0.85，喷洒均匀系数0.8，土壤允许喷灌强度15mm/h。4.4.1管灌工程设计4.4.1.1管灌系统布置管道布置时依据实际地形条件，管道间距100150米，每隔4050m设一出水口，管道埋深1.5m。管灌工程以单井控制灌溉为一个系统。系统由水源枢纽、管道系统、给配水装置和安全保护设施组成。水源枢纽

17、包括水井、机泵，现水井已有12处可以使用，其余12处水井在前边水源工程设计中给定，故本设计只进行管道系统、给配水装置和安全保护设施的布置设计。管道用等径或变径三(四)通连接，上设出水栓。在管道最高处安装进气铜止回阀，在管路最低处设放水阀渗水井。各处管道系统布置详见附图。4.4.1.2管道水力计算a、设计依据本设计根据项目区内机井的出水量、地形因素、灌溉习惯确定管道流量：机井出水流量为80m3/h的，向下输水的管道使用D110管；向上输水地形差大于20米的，主管使用D140的；支管使用D125的；地形较平坦，落差小于10米的，按照当地的灌溉习惯不分主、支管道，全部采用D125的。机井出水流量为5

18、0m3/h的，输水管道全部采用D110的；机井出水流量为150m3/h的，输水管道全部采用D160的。b、管道水头损失计算（1）沿程水头损失hf=f·L·Qm/db式中：hf沿程水头损失（m）f输水管道摩阻系数，硬塑管f=94800,钢管f=62500L管长（m）Q流量（m3/h）d管内径（mm）m流量指数：塑管m=1.77，钢管m=1.74b管径指数，塑管b=4.77，钢管b=4.74（2）局部水头损失hj=0.1hf根据计算公式每百米管道水头损失计算见表5表5百米管道水头损失计算表单位：m干管 Q=80m3/h干管 Q=50m3/h干管Q=100m3/h干管Q=125m

19、3/h干管 Q=150m3/h扬程管 Q125m3/h扬程管 Q80m3/h扬程管 Q50m3/h扬程管 Q100m3/h扬程管 Q150m3/hf=94800 d=115.4f=94800 d=101.6f=94800 d=115.4f=94800 d=129.2f=94800 d=147.6f=62500 d=118f=62500 d=104f=62500 d=82f=62500 d=104f=62500 d=133hfhjhfhjhfhjhfhjhfhjhfhjhfhjhfhjhfhjhfhj3.30.32.60.34.80.54.20.43.10.33.90.43.50.44.80.5

20、5.20.53.30.3c、工作水头（1）工作水头根据规范，管灌设计工作水头宜按最大和最小工作水头的平均值近似取用：Hmax=E2-E0+E2+hf2+hj2Hmin=E1-E0+E1+hf1+hj1式中：Hmax管道系统最大工作水头（m）Hmin管道系统最小工作水头（m）E0管道系统进口高程（m)E1距水源最近的出水口地面高程（m）E2距水源最远的出水口地面高程（m）E1、E2最近、最远出水口中心线与地面的高差(m）hf1、hj1管道系统进口至最近出水点的沿程、局部水头损失（m）hf2+hj2管道系统进口至最远出水点的沿程、局部水头损失（m）工作水头计算见表6（2）设计扬程Hp=H0+E0-

21、Ed+hf0+hj0式中：Hp管道系统设计扬程（m）H0管道系统设计工作水头（m），H0=（Hmax+Hmin)/2E0管道系统进口高程（m)Ed机井动水位（m)hf0、hj0水泵吸水管进口至管道系统进口之间的管道沿程、局部总水头损失（m)根据表5百米管道水头损失计算及表6管道及地形参数表计算设计扬程。设计扬程计算结果见表7。d、机泵选型由上面计算结果得出各地原有水泵均满足使用要求，2008年新打机井按计算结果选配水泵。4.4.2喷灌工程设计4.4.2.1系统布置2008年度节水灌溉喷灌工程共涉及金山铺乡内的2个地点，控制灌溉面积共2200亩，根据机井位置、实际地形情况、畦块划分及种植习惯方向

22、等因素综合考虑，在设计灌水周期内按轮灌工作制度进行。管道采用PP塑料管材固定埋设，埋入冻深线以下，埋设深度1.5米，移动支管采用薄壁铝管，铺设于地面以上。移动支管方向基本与畦块方向一致。喷灌区以机井为枢纽，设机泵，闸阀、测压装置，进排气阀及逆止阀等配套设施。固定管道在管道末端或地形较低处均设渗水井，以利排空管道。各处管路系统布置详见附图。4.4.2.2灌溉工作制度的确定a、喷头选择及组合间距喷灌区土壤类型为砂壤土，根据工程所在地关键灌水期的风速，风向（多为东南风或西北风）和规范推荐指标，园区土壤允许喷灌强度为15mm/h，喷灌雾化指标在3000-4000之间。依据以上指标，选择zy-2型喷头。

23、金山铺乡贾家井村和郝家湾村喷灌工程地点处于较大风力区，其喷头组合形式为正方形，喷洒方式为全圆喷洒，组合间距采用喷头间距18米，支管间距18米。b、灌溉工作制度由于项目区没有试验资料，因此有关参数依据邻近地区的试验资料结合本地实际情况确定：2个地点的喷头组合形式以郝家湾村为典型进行各项计算。（1）设计灌水定额规范公式：m=100rh(1-2)/式中：m-设计灌水定额（mm）r土壤容重r =0.00143kg/cm3h计划湿润层深度h=40cm1适宜土壤含水量上限，按田间持水量的计122.5%。2适宜土壤含水量下限，按田间持水量的65%计2=16.3%。N喷洒水利用系数N=.85 计算结果：2个地

24、点的m均为42mm折合28m3/亩（2）设计灌水周期规范公式：T=( m/w )N T设计灌水周期（d）W日需水量，根据本区实际情况及群众灌水经验，取W=4mm/d。计算结果：2个地点的灌水周期T均为9（d）（3）单喷头在一个工作点上的喷水时间一次灌水延续时间规范公式：t=m·a·b/1000gm灌水定额（mm）a、b喷头间距、支管间距（m）g 喷头流量（m3/h），g=2.5m3/h计算结果：贾家井村和郝家湾村的t均为5.4h。（4）喷头日移动次数（日轮灌次数）公式：n=t日/tt每日最大工作时间t日= 16.2（h）t= 5.4（h）则n16.2/5.43（次/d）（5

25、）同时工作的喷头数及支管数根据各喷灌区面积，喷头组合间距18×18m，并考虑到不规则的斜角和边界增设喷点数，则各处喷灌喷点总数分别可按677、677个计。轮灌周期T=9（d），日轮灌次数3次，则同时工作的喷头数应不少于25个。单根移动支管长度144米，每条支管布置8个喷头，则确定同时工作的喷头数为出水量80t/h的机井是4条移动支管，32个喷头。根据以上计算可确定灌溉工作制度如下：先安装4条移动支管，4条支管上的32个喷头同时开喷，开喷后再安装4条支管32个喷头。先开启的支管喷头施喷5.4小时以后关闭、移动，后安装的支管喷头开始工作，这样，每次开启4条支管32个喷头，一天工作16.2

26、个小时，以5.4小时为间隔移动，每天轮灌3次，在一个轮灌周期范围内轮流作业。4.4.2.3管网水力计算a、固定管道水头损失（1）沿程水头损失 hf=f·L·Qm /db hf沿程水头损失（m）f输水管道摩阻系数，硬塑管f=94800，铝管f=86100，钢管f=625000L管长（m）Q流量（m3/h）d管内径（mm）m流量指数塑管m=1.77，铝管m=1.74b管径指数，塑管b=4.77，铝管b=4.74（2）局部水头损失 hj=0.1hfb、移动支管水头损失（1）沿程水头损失Hf=F·hf=F·f·L·Qm/db式中：Hf多喷头支

27、管沿程水头损失（m）F多口系数F=N孔口数X管孔位置系数X=0.5其余符号意义同固定管道损失计算公式。（2）支管局部损失Hj=0.1Hf喷灌区管道水头损失计算结果见表8 c、机泵选型配套机井出水量为80m3/h，喷灌系统设计扬程计算如下：设计扬程：H=EdEs+hs+hp+hf+hj式中：H喷灌系统设计扬程（m）Ed典型喷点地面高程（m）Es水源水面高程（m）hs典型喷点的竖管高度（m）hp典型喷点的工作压力水头hf由水泵吸水管至典型喷点的喷头进口处之间管道的沿程水头损失（m）。hj由水泵吸水管至典型喷点的喷头进口处之间管道的局部水头损失（m）。计算结果见表8-9根据机泵选型配套计算结果表新打

28、机井以计算结果选择水泵，旧井以计算结果更换水泵头。5、投资预算5.1预算依据本设计概算依据：水总（2003）67号文水利部水土保持工程概算定额和水总（2002）116号的水利建筑工程预算定额及水利施工机械台时费定额。5.2基础单价（1）人工工资根据水利部水总200367号文件精神，按点类地区中的六类工资标准进行计算，人工工资单价1.5元/工时。（2）材料预算价格本工程所需的钢材、木材、水泥均采用市场价格，另计运杂费、采保费进行计算。当地材料即：块石、碎石、砂子均采用该工程附近石料厂的售价再加运费进行计算。材料的运杂费按运输部门的有关规定执行，即设备运杂费的实际计取，各种建筑材料及机电、金属材料

29、的采购保管费分别按运到工地的价格计算。5.3工程预算成果本工程静态总投资650万元。工程预算、工程量、材料用量及用工量详见附表。6、施工组织设计6.1施工组织形式本项目实行项目管理法人制，工程招投标制和工程质量监理制，确定施工单位后，签订施工合同，按合同要求完成施工任务。6.2材料采购供应a、工程材料供应项目区附近砂、石、水泥供应充足，质量有保证，完全可满足工程需要。b、水电供应项目区内已通电，并有充足的水源，可满足工程需要。6.3施工安排施工单位按合同要求施工，项目监理负责施工全过程。 6.4工程实施工程实施按下列步骤进行管沟开挖（断面尺寸为0.8m 宽，1.5m深）管路安装管道试压管道修补管沟回填。7、项目组织管理7.1组织管理措施实行目标责任制，