泵站选型及管道水力计算

应力计算，因计算中未考虑由于轴向力和法向力所产生的
应力，故将钢材的允许应力按规范的规定值适当降低。故可
按下式计算：
δ= γHD
（9）
2φ[σ]
式（9）中，δ 为管壁厚度（mm），γ 为水容重，取 1.0 t/m3，H
为 钢 管 的 计 算 水 头 （m），包 括 设 计 水 头 和 水 击 增 压 水 头 ，D
为钢管 内 径 （m），φ 为 接 缝 强度 系 数 ，取 1.0，[σ]为 钢 材 的 允
许应力，取 95 550 kPa=975 kgf/cm2。
7 压力管水锤压力计算
为保证工程安全运行，对工程压力管水锤压力进行计
算是及其必要的。水锤压力按下式计算：
P=γΔHω
（10）
式 （10）中 ，P 为 直 接 水 锤 压 力 （kg/cm2），γ 为 水 容 重 ，取
H 设=H净+hf+h局
根据公式计算得管道沿程水头损失：
hf=f
L Db
Qm
（4）
式（4）中 ，hf 为 管 道 沿 程 水 头 损 失 （m），f 为 摩 擦 阻 力 系 数，取 1.78×10-3，L 为 管道 长 度 （m），D 为 管 道 内 径 （m），b 为
管 径 指 数 ，取 5.1，Q 为 管 道 内 通 过 的 流 量 （m3/s），m 为 流 量
对优化水资源配置至关重要。泵站工程设施对农田水利有 十分重要的作用，其中泵站选型及管道水力计算又是关键 环 节[1-2]。泵 站 工 程 是 运 用 泵 机 组 及 过 流 设 施 传 递 和 转 换 能
量、实现水体输送，以兴利避害的水利工程。泵站工程设施 是 专 门 的 水 工 建 筑 物 ，是 提 水 灌 溉 （供 水 ）、提 水 排 涝 、 翻 水
及水位的不同而变化，按照实际情况确定河道天然糙率。防
洪 治 理 后 的 河 道 糙 率 ，按 各 河 床 分 别 取 不 同 的 天 然 糙 率 值 [5]，
堤岸按不同材质的堤防，依据《水力学》中各种材料河槽的
天 然 糙 率 n 值 表 ， 取 无 抹 灰 的 混 凝 土 护 面 n=0.017， 浆 砌
石 挡墙 n 的取值在 0.025 0～0.032 5，综合糙率 n 综，计算公式
如下：
n 综=[（x1n12+x2n22+x3n32）/（x1+x2+x3）]1/2
（1）
式（1）中 ，不 同 糙 率 n1、n2、n3，各 相 应 部 分的 湿 润 长 度 为
x1、x2、x3，计算得出该河段综合糙率 n 综。
水锤压力 ΔH。
8 管径选择和管道水力计算
对灌溉管道来说，在满足流量的情况下，还要考虑管
道的经济流速，并充分利用地形落差，减小管径。因此，通
过管道的水力计算确定各级管道的管径。管道沿程损失按
hf=0.000 915 LQ1.77/D4.77 计算，局部损失按沿程损失的 10%计。 根据已建工程的经验，其管径计算采用下式：
根据泵站设计需水量、净扬程及水泵产品目录，选用泵 型号。项目区必须有 10 kV 架空线穿过，可作为基本电源供 给抽水泵站，其输电容量满足工程负荷要求。 5 灌区规模确定 5.1 确定原则
灌区工程建设在保证国民经济各部门合理用水的前提 下，必须注重生态建设，且在保证技术可行的基础上，做到 因地制宜、经济合理、运行可靠。根据当地自然和社会经济 条件、水土资源特点和林业发展要求，通过技术经济比较， 在充分考虑生态建设的前提下，确定适宜的灌溉规模、灌溉 面积及灌溉制度。 5.2 灌水周期
1.0 t/m3，ΔH 为压力升高值，ΔH= av0 kg/cm2，ω 为管道断面积 g
（m2），a 为 水 锤 波 的 传 波 速 度 ，a= 1 425 （m/s），K 为 水
姨1+ K D Eδ
的 弹 性 模 量 ， 取 2 029 MPa，E 为 管 壁 材 料 的 弹 性 模 量 ，取
210 N/m2，δ 为 管 壁 厚 度 （mm），D 为 管 径 （mm）。计 算 得 直 接
调水工程的主体工程，和其他一般水工建筑物及沟、渠、河 道、水库（湖泊）共同构成水利系统。但是，泵站工程不同于 其他一般水利工程之处在于：就设备和作业内容方面，泵站 以水力机械之一的水泵为工作机，以电动机或内燃机为动力
机，又是动力机械工程、电气工程之一。现就提水灌溉对泵 站选型 及 水 力 计 算 作 一 探 讨 。根 据 地 形 、地 质 、水 源 条 件 用 泵 站 将水提 至 高 处利 用 地 形 落 差 形 成 的 压 力水 头 ，进 行 自 压 灌溉[3-4]。 1 水源确定
D=（4Q/3.14V）1/2
（11）
式 （11）中 ，Q 为 流 量 （m3/s），D 为 管 道 内 径 （m），V 为 允
许 流 速 ，取 0.5～2.5（m/s），管 道 沿 程 损 失 按 以 下 公 式 进 行
计算：
hf=0.000 915 LQ1.77/D4.77
（12）
式 （12）中 ，hf 为 沿 程 水 头 损 失 （m），Q 为 计 算 管 段 设 计
现代农业科技 2014 年第 15 期
农业工程学
泵站选型及管道水力计算
刘香忠
（青海水利水电建设工程检测中心有限公司，青海西宁 810000）
摘要 就提水灌溉对泵站选型及水力计算进行探讨，根据地形、地质、水源条件用泵站将水提至高处，利用地形落差形成的压力水头， 进行自压灌溉。具体内容包括：水源确定、管线布置、灌溉方式选择、泵站电气部分要求、灌区规模确定、压力管道管径确定、压力管水锤压 力计算、管径选择与管道水力计算等，从而为泵站工程的设计与实施提供参考。
以工程所处河段水位情况，根据实际河道比降，选定
工程所在位置河道比降。
1.1 设计洪水标准及相应洪水流量
根据规定的防洪标准及设计洪水计算成果，确定工程
所在河段的设计洪水标准和相应的洪峰流量。
1.2 河道糙率确定
天然河道糙率，利用当地特大洪水进行的洪痕调查（调
查 期 确 定 为 100 年 ），反 推 该段 河 段 的 糙 率 ，因 糙 率 随 河 段
项 目 区 采 用 提 灌 灌 溉 ， 灌 溉 设 计 流 量 （m3/s） 可 以 根 据 设
计灌溉面积、灌水定额、灌水周期和每天工作时间进行计
算。根据公式计算得：
Q= mA
（3）
3 600Ttη
式 （3）中 ，A 为 灌 溉 面 积 ，一 级 泵 站 灌 溉 兼 顾 二 级 泵 站
取 有 效 面 积 56.53 hm2，二 级 泵 站 取 有 效 面 积 24 hm2。m 为
因为整个系统出水口同时出流，管网中上一级管道流 量等于下一级各管道流量之和，所以支管各管段设计流量 按其控制的出水口个数及各出水口设计流量进行推算；同 样，干管的各管段设计流量按其控制数及各支管入口流量 进行推算。 3 灌溉方式选择
根据项目区地形、地质、水源条件和灌溉要求，规划设 计以临近天然河道为水源，用电灌站将水提至生态治理项 目区顶部蓄水池后，利用地形落差形成的压力水头，采用压 力 管 道 输 水 进 行 自 压 灌 溉 ，灌 水 采 用 软 管 沟 灌 方 式 [6]。 4 泵站电气部分要求
指数，取 1.9。局部损失按沿程损失的 10%计。
6 压力管道管径确定
当压力水管的管长和流量一定时，管径越小，水头损失
越大，耗用的电费就大，因此水管直径选择是一个技术经济
比较的问题，由于经济比较的计算比较繁琐，管径确定采用
经验公式估算吸水管及压力水管的经济直径。 吸水管管径
计算公式如下：
D=（0.92~0.80） 姨Q
1.3 洪水水面线计算
在天然河道糙率确定的基础上，进行河段天然洪水水
面线计算，在河道治理后进行设计洪水水面线计算，根据
作者简介 刘香忠（1977-），女，青海湟中人，水利工 程师，从 事水 利水 电工程质量检测及管理工作。
收稿日期 2014-06-24
《防洪标准》和《泵站设计规范》的规定，确定该工程建筑物 防洪标准。 2 管线布置 2.1 各级管道设置
关键词 水利工程；泵站；选型；管道；水力计算；设计 中图分类号 TV131.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）15-0231-02
青海省幅员辽阔，但人均耕地面积不多，经济以农业为
基础，农田精耕细作，水利是农业以至国民经济的命脉。为 了改善灌溉条件，减轻洪涝灾害，实施各类灌溉、排涝工程
（5）
式（5）中，D 为吸水管管道经济直径 （m），Q 为管中流量
源自文库
（m3/s）。
压力水管管径计算公式如下：
当 Q<120 m3/h 时，D=13 姨Q
（6）
当 Q>120 m3/h 时，D=11.5 姨Q
（7）
式（6）、（7）中，D 为压力水管的经济直径 （m）；Q 为水 泵
的 设 计 流 量 （m3/h）；计 算 出 吸 水 管 管 径 ，压 力 管 道 管 径 。
根据项目区的实际情况确定，夏季根据干旱情况灌溉， 全 区 每 年 冬 、春 各 灌 1 次水 ，全 年 灌 溉 3～4 次 ，每 次 灌 水 延 续天数 30 d，水泵每天间断性工作时间为 10 h。灌溉水有效
231
农业工程学
利用系数 0.95。
5.3 灌溉用水量
经工程规划布置，根据项目区设计灌溉面积进行计算。
一次灌用水量可按下式求得：
W= mA
（2）
η
式（2）中：W 为一次灌溉用水量 （m3），m 为灌水定额 ，取
65 m3/667 m2，A 为设计灌溉面积，一级泵站灌溉兼顾二级站
取有效面积 56.53 hm2，二级站取有效面积 24 hm2，η 为 灌 溉
水有效利用系数，取 0.95。
5.4 设计灌溉流量与设计扬程的确定
最 大 一 次 灌 水 定 额 ，取 65 m3/667 m2，t 为 每 天 灌 溉 时 间 ，取
10 h，T 为次 灌 水 延 续 天 数 ，取 30 d，η 为 灌 水 利 用 系 数 ，取
0.95。
根据工程规划布置，通过确定泵站进、出水池水位高程
计算净扬程，计入管路输水损失后，确定设计扬程：
吸 水 管 管 壁 厚 度 （mm）按 刚 度 要 求 确 定 ：
δ≥ D +（1~2）
（8）
130
式 （8）中 ，δ 为 管 壁 厚 度 （mm），D 为 钢 管 内 径 （m）。计 算
得泵站吸水管管壁厚度。
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现代农业科技 2014 年第 15 期
上 水 压 力 钢 管 管 壁 厚 度 （cm）按 内 水 压 力 所 引 起 的 环 向
[5] 邱 锦 春 ， 杨 文 容 ， 刘 梅 清 ， 等 . 梯 级 泵 站 水 道 系 统 过 渡 过 程 计 算 分 析 [J].中 国 农 村 水 利 水 电 ，2003 （5） ：61-63.
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[2] 李焕新.高扬 程抽 水泵站 出水 管道 剧烈 震动的 原因 及对 策[J].现 代农 业 科 技 ，2010（17） ：256-257.
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[4] 张 维 聚 ，马 果.水 泵 站 过 渡 过 程 计 算 分 析 及 技 术 研 究 [J].西 北 水 电 ， 2012（S1）：8-12.
流 量 （m3/s），D 为 管 段 水 管 内 径 （m），V 为 管 段 内 经 济 流 速
（m/s）。根据以上公式计算得干管管径 、支管、配水斗管管径
数值。
9 结语
通过以上简单的计算和分析，一个泵站的型号选择和
水利计算基本完成。
10 参考文献
[1] 吴 建 华 ，王 俊 武.高 扬 程 泵 出 口 水 流 动 力 切 断 的 过 渡 过 程 计 算[J].农 业 机 械 学 报 ，2004 （4） ：70-73.
按项目区地块分布、整地方向等条件，确定灌溉管道系 统按干管、支管、分支管 3 级固定管道和 1 级移动支管（软 管）布置，干管大致沿山脊或山坡布置；支管、分支管均顺坡 垂直等高线布置，双向控制灌溉；沟、穴灌为人工灌溉，考虑 操作要求，移动支管不宜过长，经布置确定每条移动支管长 30～60 m，固 定 支 管 间 距 100～150 m。支 管 及 分 支 管 每 50 m 设 1 个给水拴，矩形组合，控制整个灌溉区。管路系统设各 类阀门井、分水井、检查井等。 2.2 各级管道流量计算