基于杜蒙旱田灌溉地下水源工程建設(shè)

崔國(guó)玉，徐彥峰，夏 杰

(杜爾伯特蒙古族自治縣農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)辦，黑龍江杜蒙162200)

1 區(qū)域地下水資源情況分析

杜蒙縣區(qū)域地下水含水層主要由第四系齊齊哈爾孔隙潛水，第四系白土山組孔隙承壓水、第三系泰康組孔隙承壓水構(gòu)成。因含水層受古沉積環(huán)境影響，其結(jié)構(gòu)特征、埋藏條件、補(bǔ)給、徑流條件差異很大，各含水層富水性差別較為明顯。

1.1 第四系白土山組承壓含水層

主要由河流相沉積細(xì)砂、砂礫石組成，評(píng)價(jià)區(qū)沉積此層。含水層頂板埋深一般在60～80 m。含水層厚度為為40.0～50.0 m。含水層巖性顆粒粗大，分選較好，有效孔隙度大，透水性強(qiáng)，富水性較強(qiáng)。單井涌水量為1 500～2 500 m3/d。白土山組含水層是區(qū)域主要開采層之一，水位埋深在8～15 m。

1.2 泰康組承壓含水層

泰康組承壓含水層其巖性主要是含砂礫巖，與上部第四系含水層之間有一層分布不穩(wěn)定的泥巖，局部為砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖和粉砂巖交互層，成巖性不好，膠結(jié)較差，具有一定的透水能力，厚度一般在15～25 m。砂礫巖層結(jié)構(gòu)松散，顆粒較粗，分選性較好，透水性強(qiáng)，富水性好，自上而下由細(xì)變粗，呈明顯河流相沉積，沉積發(fā)育比較穩(wěn)定，評(píng)價(jià)區(qū)含水層由東向西逐漸增大，由北向南逐漸變薄，頂板埋深一般在150～160 m，含水層厚度為80.0～90.0 m。單井出水量2 500～5 000 m3/d，泰康組是區(qū)域主要開采含水層之一。

1.3 供需水量

根據(jù)區(qū)域生活和農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，區(qū)域地下水總量約為1.29億m3/a，地下水可開采量約6 300萬m3/a，年需水量為576萬m3/a，供水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于需水量可以滿足用水需求。

2 水源井工程設(shè)計(jì)

1)井網(wǎng)布設(shè)，井位盡量布置成線，排列方向盡量垂直地下水流向，相鄰兩井互相錯(cuò)開，以保證分層截取地下水，增加單井出水量，擴(kuò)大單井灌溉面積，做到沿路成排集中連片布置，使之形成網(wǎng)絡(luò)化。

2)井型、井徑確定。根據(jù)我縣多年開發(fā)利用地下水打機(jī)電井的經(jīng)驗(yàn)和成井工藝，井型采用管井，井徑為300 mm，成井材料為鋼筋混凝土管。

3)單井控制灌溉面積。項(xiàng)目區(qū)機(jī)電井主要用于旱田節(jié)水灌溉，單井控制面積13.3～33.3 hm2，最大單井控制面積不超過66.7 hm2。

4)井距。根據(jù)我縣水文地質(zhì)及抽水試驗(yàn)，合理井距為500 m左右。

5)井深。根據(jù)該區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件，成井井深平均為90～110 m。每眼井成井深度必須穿透承壓含水層，開孔直徑500 mm。

6)井管。根據(jù)井深，考慮成井成本、質(zhì)量和使用壽命等要求，井管選用鋼筋混凝土管，管徑300 mm。

7)篩管。篩管按含水層厚度，設(shè)計(jì)出水量確定。含水層厚度不超過10 m時(shí)，篩管長(zhǎng)度大于含水層厚度，含水層很厚時(shí)，篩管長(zhǎng)度可略小于含水層厚度，篩管孔隙率≥30%，圓孔直徑12～16 mm，用80目以上尼龍布網(wǎng)包雙層，8～12鐵線纏繞。篩管也可采用目前市場(chǎng)用的橋式濾水管。

8)濾料選擇。中粗砂、礫巖層選取用4～7 mm濾料;粉細(xì)砂層選用1～3 mm濾料。

9)填礫高度和厚度。厚度≥100 mm，高度在篩管以上10 m，以下2 m為宜。

3 水源井工程設(shè)備的選配與運(yùn)行

水源井配套設(shè)備的選置必須要綜合考慮各個(gè)方面的因素。要整理、準(zhǔn)備好有關(guān)井的技術(shù)資料，包括井筒直徑、井筒傾斜度、井深與靜、動(dòng)水位埋深，井的最大出水量以及泵、管性能資料和市場(chǎng)行情。從技術(shù)要求上來講，選配時(shí)必須要遵循以下原則:

3.1 井泵配套應(yīng)遵循的原則

1)井用水泵應(yīng)按地下水位的埋深選擇水泵類型。當(dāng)機(jī)井動(dòng)水位埋深在允許范圍內(nèi)時(shí)，宜選用臥式離心泵;當(dāng)機(jī)井動(dòng)水位埋深＞8 m時(shí)宜選用潛水電泵。

2)泵流量可根據(jù)試驗(yàn)抽水時(shí)測(cè)定的機(jī)井出水量選定。所選水泵的流量不得大于井的最大涌水量。

3)水泵揚(yáng)程應(yīng)根據(jù)機(jī)井動(dòng)水位的埋深和輸水要求選定。應(yīng)使流量、揚(yáng)程在水泵高效區(qū)對(duì)應(yīng)的范圍之內(nèi);安裝深度必須滿足水泵的取水淹沒深度，不發(fā)生氣蝕和超載運(yùn)行。

4)井泵配合間隙應(yīng)根據(jù)泵體的最大外徑與泵體入井部分的井管最小內(nèi)徑差值選定。對(duì)金屬井管其差值≥50 mm，非金屬井管其差值≥100 mm。

3.2 泵機(jī)配套應(yīng)遵循的原則

1)動(dòng)力機(jī)功率應(yīng)根據(jù)水泵軸功率，且大動(dòng)力機(jī)額定功率之內(nèi)合理選取。動(dòng)力備用系數(shù):電動(dòng)機(jī)可采用1.1～1.3，柴油機(jī)可采用1.2～1.4。

2)動(dòng)力機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速應(yīng)相互適應(yīng)，當(dāng)其額定轉(zhuǎn)速差值不超過2%時(shí)可直接傳動(dòng)，否則應(yīng)采取間接傳動(dòng)。

3.3 管、帶選配的原則

1)管、帶應(yīng)按水泵的類型和規(guī)格合理選配。

2)正確選擇管材，合理確定管徑。管內(nèi)流速不宜過大，管路應(yīng)盡量避免迂回彎曲，聯(lián)接要方便可靠。

3)配套要經(jīng)濟(jì)合理。水源井配套時(shí)在上述原則基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮到哪種機(jī)泵和零件貨源充足，價(jià)格便宜，堅(jiān)固耐用，維修保養(yǎng)方便和操作簡(jiǎn)單等因素。在以上原則規(guī)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行水源井配套設(shè)備的選置主要分以下3步:

第一步是以井定泵。即根據(jù)水井的出水量和井中的水位變化幅度等條件確定泵型。所選水泵的流量Q泵應(yīng)等于或小于水井的出水量Q井，如Q泵＞Q井運(yùn)行中井中水位將大幅度下降，井壁內(nèi)外壓差顯著增大，井壁進(jìn)水流速加快，可能導(dǎo)致大量涌砂而報(bào)廢。因此科學(xué)地確定水井最優(yōu)出水量是選泵的關(guān)鍵。潛水和承壓水最優(yōu)出水量分析由下列公式計(jì)算:

式中:Q潛井為潛水井最優(yōu)出水量，m3/h;H為井中水深(靜水位到井底距離)，m;Q為抽水試驗(yàn)過程中地下水位穩(wěn)定時(shí)的出水量，m3/h;S為對(duì)應(yīng)于Q的抽水降深，m;一般要求S=6～6 m;Smax為對(duì)應(yīng)于Q潛井的降深，即最大允許降深對(duì)潛水井:

式中:Q承井為承壓水井最優(yōu)出水量，m3/h;Q為抽水試驗(yàn)過程中地下水位穩(wěn)定水位時(shí)的出水量，m3/h;S為相應(yīng)于Q的抽水降深，m，一般要求S=5～6 m＜3 m;Smax為相應(yīng)于Q井的降深，一般要求Smax≦1.5S。

水井深度最優(yōu)出水量確定，就可依據(jù)此數(shù)據(jù)確定所需水泵的性能。使泵的流量和井的最優(yōu)出水量基本一致。然后再選擇水泵的型號(hào)。同時(shí)要注意，要使水泵達(dá)到最大出水量時(shí)降深小于水井達(dá)到最大出水量時(shí)的降深，因?yàn)閼?yīng)該考慮區(qū)域水位下降和水井正常減產(chǎn)等情況，將降深留有余地。此外，還要注意到水源井的灌溉方式如水源井配備噴灌設(shè)備時(shí)，就應(yīng)優(yōu)先確定所需水泵的揚(yáng)程大小，以滿足噴灌設(shè)備的使用壓力要求，還應(yīng)考慮需水量的大小選配水泵。雖然水井具備選取配大流量泵條件，但不需要那么多水，選用機(jī)泵不經(jīng)濟(jì)而且泵開停頻繁，容易損壞還浪費(fèi)油和電。

第二步是以泵配機(jī)。即是根據(jù)水泵和配套功率確定所需動(dòng)力和機(jī)械的功率，合理配套動(dòng)力機(jī)。水泵的配套功率可按下列公式計(jì)算:

式中:N配為水泵的配套功率，kW;H為水泵的總揚(yáng)程，m;Q為水泵的流量，L/s;n為水泵的效率，%;K為備用功率系數(shù);電動(dòng)機(jī)配套的機(jī)井K可選用1.1～1.3;柴油機(jī)配套的K值可選用1.2～1.4。一般44 kW以下時(shí)可選用1.1～1.4。44 kW以上可選用1.05～1.08。

首先依據(jù)此公式計(jì)算出水泵的配套功率，確定機(jī)的功率。然后依據(jù)當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)分布、經(jīng)濟(jì)收入、地理位置、交通環(huán)境等因素確定配套機(jī)是采用電機(jī)，還是采用柴油機(jī)。在供電條件較好地區(qū)，可選擇電動(dòng)機(jī)。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)啟動(dòng)容易、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、運(yùn)行成本較低。在無電或供電比較困難的地區(qū)，應(yīng)選用柴油機(jī)。柴油機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

第三步是以泵配管。是應(yīng)根據(jù)水泵的類型和規(guī)格合理選配管、帶。管徑與長(zhǎng)度要與泵體和揚(yáng)程相適應(yīng)。根據(jù)實(shí)際需要合理地確定管道長(zhǎng)度。避免增長(zhǎng)管路阻力損失，以減少設(shè)備投資，降低灌溉成本。從運(yùn)用效果上看，采用高壓聚乙烯管做潛水泵的揚(yáng)水管造價(jià)低、適用性強(qiáng)、效益可觀。

與水泵配套的管徑D由下式確定:

式中:Q為水泵流量，m3/s，可從水泵銘牌或說明書中查到;V為管中的水的流速，m/s，進(jìn)水管內(nèi)的水的流速應(yīng)在0.5～1 m/s，揚(yáng)程小取小值，揚(yáng)程大取大值。

根據(jù)上式計(jì)算管徑后，可由各種管材標(biāo)準(zhǔn)中查找統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)管徑的管路。

［1］張?jiān)?，劉鈺，?加快建立我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水保障體系的對(duì)策和建議［J］.中國(guó)水利，2002(3):36－38.

［2］張?jiān)?大力發(fā)展節(jié)水灌溉促進(jìn)牧區(qū)生態(tài)建設(shè)［N］.中國(guó)水利報(bào)，2003－01－14.