基于農(nóng)用井工程設(shè)計(jì)

石 磊，王彥明

(1.黑龍江省林業(yè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150090;2.黑龍江源泉國(guó)土資源勘查設(shè)計(jì)有限公司，哈爾濱 150090)

基于農(nóng)用井工程設(shè)計(jì)

石 磊1，王彥明2

(1.黑龍江省林業(yè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150090;2.黑龍江源泉國(guó)土資源勘查設(shè)計(jì)有限公司，哈爾濱 150090)

土地整理項(xiàng)目農(nóng)用井是根據(jù)農(nóng)田灌溉需要而建設(shè)的，它是在無(wú)地表水可利用或地表水資源不足的情況下采取的灌溉設(shè)施。文章闡述農(nóng)用井的設(shè)計(jì)步驟及幾個(gè)數(shù)據(jù)的確定。

單井出水量;井壁管內(nèi)徑;沉淀管;濾料;井泵揚(yáng)程

1 前言

土地整理項(xiàng)目農(nóng)用井工程是根據(jù)農(nóng)田灌溉需要而建設(shè)的，即在無(wú)地表水可利用或地表水資源不足的情況下采取的灌溉設(shè)施。分為水田井、抗旱井。其中抗旱井又分為坐水種，噴灌井、微灌和滴灌等。其設(shè)計(jì)是根據(jù)項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)資料、當(dāng)?shù)爻樗囼?yàn)資料、當(dāng)?shù)剞r(nóng)用井運(yùn)行情況和經(jīng)過(guò)理論計(jì)算及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合進(jìn)行。

農(nóng)用井設(shè)計(jì)包括打井、設(shè)備安裝、井房、出水池、輸配電5個(gè)部分。

2 農(nóng)用井的設(shè)計(jì)步驟

收集項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)資料和附近現(xiàn)有農(nóng)用井的出水量、靜水位、動(dòng)水位等資料，并進(jìn)行綜合分析。

1)根據(jù)收集的資料進(jìn)行分析和理論計(jì)算綜合確定單井出水量→(確定單井灌溉面積→確定井距→確定井的布置)確定靜水位和動(dòng)水位→選配井用潛水泵→確定井壁管內(nèi)徑→確定井壁管管壁厚度→確定井孔內(nèi)徑。

2)根據(jù)含水層透水性能和厚度計(jì)算過(guò)濾器長(zhǎng)度。根據(jù)過(guò)濾器長(zhǎng)度和含水層位置確定過(guò)濾器位置和井的深度及計(jì)算工程量。具體步驟：確定沉砂管長(zhǎng)度(非完整井含封底長(zhǎng)度)→計(jì)算和確定過(guò)濾器長(zhǎng)度及位置→確定井壁管長(zhǎng)度→計(jì)算封透水層工程量(包括長(zhǎng)度和材質(zhì)、數(shù)量)→計(jì)算封非透水層工程量(包括長(zhǎng)度和材質(zhì)、數(shù)量)→封井口和井臺(tái)子(地面上高度)材質(zhì)和工程量→洗井工程量(全部水層)。

3)根據(jù)動(dòng)水位確定水泵安裝高程→計(jì)算輸水管長(zhǎng)度(標(biāo)出直徑、壁厚)→計(jì)算防水電纜長(zhǎng)度(含從電機(jī)到地面、由井邊到墻根、再上墻1.5 m處(幾何長(zhǎng)度之和再加1 m)。

4)根據(jù)選定的井用潛水泵查出配套電動(dòng)機(jī)功率→計(jì)算變壓器容量→選定變壓器(型號(hào)容量)→選定熔斷器型號(hào)數(shù)量→選定避雷器型號(hào)及接地裝置→選定端子箱→直接啟動(dòng)箱(容量超過(guò)17 kW時(shí)加選降壓?jiǎn)?dòng)器)。

5)根據(jù)規(guī)劃圖查出井的位置→在規(guī)劃圖中量出高低壓線長(zhǎng)度→根據(jù)負(fù)荷計(jì)算10 kV和0.4 kV線路載流量→根據(jù)計(jì)算的線路載流量和選定的導(dǎo)線型號(hào)查出導(dǎo)線截面(標(biāo)在工程量表中)。

6)出水池設(shè)計(jì)→尺寸(20×30)→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→防滲設(shè)計(jì)。

7)提出分項(xiàng)工程量和設(shè)備表：①打井工程量、輸配電工程量。②設(shè)備表含設(shè)備型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量。

3 農(nóng)用井單井設(shè)計(jì)中幾個(gè)數(shù)據(jù)的確定

3.1 單井出水量的確定

單井出水量是農(nóng)用井設(shè)計(jì)中最基本最主要的技術(shù)指標(biāo)。確定方法常用有兩種：①理論計(jì)算公式計(jì)算求得;②實(shí)地進(jìn)行抽水試驗(yàn)按流量—降深曲線求得的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

3.2 過(guò)濾器設(shè)計(jì)

過(guò)濾器關(guān)系到井的壽命問(wèn)題，必須引起足夠重視。過(guò)濾器分填礫料過(guò)濾器和非填礫料過(guò)濾器兩種。非填礫料過(guò)濾器用于含水層為卵石層、礫石層、基巖層，實(shí)際這種井很少見(jiàn)。目前所設(shè)計(jì)的都是填礫料過(guò)濾器。

3.2.1 過(guò)濾器長(zhǎng)度確定

3.2.2 過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前多用鋼管穿圓孔過(guò)濾器，孔徑2 cm，開(kāi)孔率30%，用Φ8鋼筋作墊筋，間距6 cm，兩端用Φ12圓型鋼筋固定墊筋，并焊在井管上。外包綿綸篩網(wǎng)(80～100目)，篩網(wǎng)外面用8#鍍鋅鐵絲纏繞，鐵線間距≤5 mm。

我們?cè)O(shè)計(jì)中要求都要包錦綸篩網(wǎng)。施工時(shí)還有用橋式過(guò)濾器，筆者不提倡這種過(guò)濾器。

過(guò)濾器安放位置要使過(guò)濾器下端與計(jì)算含水層下部齊。

3.3 井壁管內(nèi)徑的確定

井壁管材質(zhì)有鋼管、鑄鐵管、水泥管、塑料管，我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)除有特殊要求外一律選用鋼管。井壁管內(nèi)徑受含水層厚度、滲透性能、單井出水量、井泵出水量、井泵最大外徑等因素影響，因此井壁管內(nèi)徑必須綜合考慮確定。目前我們確定井管直徑主要是根據(jù)單井出水量和井泵最大外徑兩個(gè)因素確定。

3.3.1 井管直徑(內(nèi)徑)與適宜出水量

表1 井管直徑與適宜出水量對(duì)層表

3.3.2 按井泵最大外徑加100～150 mm

井用潛水泵選擇是根據(jù)設(shè)計(jì)單井出水量和揚(yáng)程在樣本中的井用潛水泵型號(hào)(例如250QJ50-125)中前面的數(shù)字就是允許最小井管內(nèi)徑(即250 mm)。有的廠家型號(hào)前面數(shù)字就是水泵的最大外徑。有的廠家給出數(shù)字為水泵最大外徑加15～20 mm。廠家給的是允許最小井壁管內(nèi)徑，實(shí)際上是不可行的。井壁管安裝是現(xiàn)場(chǎng)豎向吊著焊接的，不可能是絕對(duì)垂直的，是有彎曲的，這樣井壁管的內(nèi)徑變小了，井泵可能下不去的。所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)字，我們要在水泵最大外徑基礎(chǔ)上加100～150 mm，設(shè)計(jì)時(shí)加100 mm即可。

表2 井泵外徑與井壁內(nèi)徑對(duì)層表

3.4 井壁管管壁厚度

過(guò)去常用井壁管是用3 mm鋼板焊接的。目前我們的設(shè)計(jì)厚度不一致，設(shè)計(jì)厚度統(tǒng)一定為δ=5 mm，最大不超過(guò)6 mm。

3.5 井孔內(nèi)徑的確定

井孔內(nèi)徑是根據(jù)井壁管外徑和填濾料厚度來(lái)確定的，填濾料厚度與含水層顆粒大小有關(guān)。規(guī)范規(guī)定“含水層為粉細(xì)砂時(shí)填料厚度＞150 mm，含水層為中粗砂時(shí)，填濾料厚度＞100 mm?！币?yàn)楹畬硬灰欢ǘ际欠奂?xì)砂層，也不一定都是中粗砂層，綜合考慮確定在井壁管外徑加290 mm，假如井壁管外徑為310 mm，井孔內(nèi)徑為600 mm即可。

表3 井管外徑與井孔內(nèi)徑參照表

3.6 沉砂管長(zhǎng)度

機(jī)井設(shè)計(jì)手冊(cè)和機(jī)井設(shè)計(jì)規(guī)范要求，完整井沉砂管長(zhǎng)度為2～4 m，我們?cè)O(shè)計(jì)可取沉砂管長(zhǎng)3 m。非完整井插入含水層1～2 m，取2 m(含反濾層封底厚度0.5 m，鋼板封底取3 m)。

3.7 填封透水層

3.7.1 濾料規(guī)格

粒徑D=M·d50，M=8-10。d50為含水層砂樣篩分累計(jì)重量50%顆粒直徑，沒(méi)有篩分資料時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)濾料用3～5 mm，小礫石作封透水層濾料即可以。

3.7.2 填封高度

為充分利用含水層水量，多層含水層都要填濾料，兩層含水層中間非透水層也要填濾料，使含水層水量相通。填料高度高出含水層3 m。過(guò)濾器下端填到井底。

3.7.3 計(jì)算填濾料長(zhǎng)度和填料工程量

填料從井底(含水層下部)填至過(guò)濾器上或含水層上3 m計(jì)算實(shí)際總填料長(zhǎng)度。填料工程量按填料厚度和長(zhǎng)度計(jì)算實(shí)際填料量。

3.8 填封非透水層

填濾料頂部至井口段采用黏土球填封5 m，剩余部分用黏土填至井口下1.6 m，工程量分別計(jì)算，(也可以用黏土球填到井口下1.6 m)。

3.9 非完整井封底

一般用反濾層封底和用鋼板打孔焊死井管封底兩種方法。

3.10 封井口及井臺(tái)子(井壁管要高出地面60 cm)

在井口周圍挖直徑1.0 m地面下1 m深的基坑，用黏土填實(shí)80 cm，用混凝土填筑20 cm(與地面平)，再筑高50 cm直徑為Ф600的井臺(tái)子，井臺(tái)子上井管留10 cm用安裝井泵方便操作。

3.11 井泵揚(yáng)程計(jì)算及安裝高程確定

選擇井泵揚(yáng)程不宜過(guò)大，因其剩余水頭需作消能處理，需增加工程成本，功率大，也會(huì)加大運(yùn)行成本。

1)揚(yáng)程

揚(yáng)程=動(dòng)水位至地面高度+水頭損失(沿程損失+局部損失)+富余揚(yáng)程(地面到壓水池高度)。富余揚(yáng)程一般要求≤2 m，但考慮動(dòng)水位的變化較大，設(shè)計(jì)時(shí)富余揚(yáng)程取3 m。

2)水頭損失=輸水管沿程水頭損失+彎頭局部水頭損失。

3)噴灌井水泵揚(yáng)程計(jì)算

揚(yáng)程=動(dòng)水位至地面高度+水頭損失+噴灌管路水頭損失(沿程和局部損失)+噴灌水頭(噴頭出水壓力)。一般噴灌水頭出井口后需水頭70～80 m。

4)井泵安裝高程

規(guī)范要求在動(dòng)水位下1～1.5 m，因資料不十分準(zhǔn)確，加之地下水位變化大，為留有余地，設(shè)計(jì)時(shí)井泵安裝高程定為動(dòng)水位以下3 m(水泵最上一級(jí)葉輪在動(dòng)水位以下3 m)。

［1］中華人民共和國(guó)水利部.節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

［2］水利部農(nóng)村水利司.機(jī)井技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

S274.2

C

1007-7596(2012)07-0083-02

2011-12-13

石磊(1984-)，男，黑龍江雙鴨山人，助理工程師;王彥明(1982-)，男，黑龍江巴彥人，助理工程師。