農(nóng)村節(jié)水井灌工程優(yōu)化設(shè)計探討實例剖析

李桂梅

(鎮(zhèn)賚縣水利局水利勘測設(shè)計隊，吉林鎮(zhèn)賚 137300)

葦海村節(jié)水井灌工程所在區(qū)域歷年干旱少雨，年降水量不能滿足農(nóng)作物的需水要求，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)只能通過灌溉來解決。近幾年來，該區(qū)農(nóng)田節(jié)水灌溉效益明顯，但已建成水利灌溉工程存在著灌溉保證率低、農(nóng)作物布局不合理、以及管理體制不適應(yīng)等問題，嚴(yán)重制約著灌溉工程正常效益的發(fā)揮，也影響了灌溉事業(yè)的健康發(fā)展。因此為從根本上解決干旱問題，必須堅持打水源井，進(jìn)行節(jié)水噴灌，徹底解決農(nóng)作物耕種粗放的落后模式，實行科學(xué)種田與管理，發(fā)展效益經(jīng)濟(jì)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。本區(qū)地下水資源豐富，通過打水源井，采取小型移動式噴灌方式進(jìn)行節(jié)水灌溉，可長期解決干旱問題。區(qū)域內(nèi)耕地平坦，集中連片，便于大面積作業(yè)，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

1 工程區(qū)自然環(huán)境概況

葦海村節(jié)水井灌工程位于鎮(zhèn)賚縣縣城東南部，面積0.5 萬 hm2，其中，耕地0.028 萬 hm2，草原 0.25 萬 hm2。全區(qū)地勢平坦，地面平均坡降1/5 000，高程131.5～132.0 m。平地土壤主要是輕度和中度鹽化草甸土，崗地多為砂丘。

本區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)干旱氣候，季節(jié)性變化較明顯，最高氣溫39℃，最低氣溫－35℃;多年平均降水量230 mm，降水量季節(jié)分配不均，主要集中在夏季，約占全年的76%左右。

本區(qū)第四紀(jì)松散堆積物比較發(fā)育，下更新統(tǒng)白土山組厚為5～25 m，冰水沉積層，巖性為中砂，中粗砂，砂礫石及礫卵石，結(jié)構(gòu)松散，分布普遍。其后雙沉積了中更新統(tǒng)大青溝組系典型細(xì)顆粒湖相沉積，巖性為粉質(zhì)黏土，黏土及細(xì)砂，總厚30～60 m，粉質(zhì)黏土為灰色，稍濕，可塑—軟塑，黏土為灰色，稍濕，可塑，細(xì)砂為灰色，顆粒均勻，成分為石英，長石。上更新統(tǒng)雇鄉(xiāng)屯組在該區(qū)為沖積粉質(zhì)黏土，黏土，粉土，細(xì)砂組成，其中黏性土為上部土層，下部為細(xì)砂，粉土，黏性土淺黃色或黑色，可塑稍濕—濕，細(xì)砂為淺黃、灰色、顆粒均勻，含水。

2 工程區(qū)水資源評價及供需平衡分析

2.1 水資源評價

本區(qū)可供農(nóng)田灌溉的水資源構(gòu)成主要是地下水，地質(zhì)分區(qū)區(qū)域系松嫩平原沉降的過度帶，為沖積、湖積低平原承壓水區(qū)，大部分區(qū)域含水層厚度在30～90 m。含水層巖性結(jié)構(gòu)由中細(xì)砂、含礫粗砂組成，以中粗砂為主，富水性較好。第四紀(jì)淺層砂礫石含水層，含水層厚8～12 m，單井涌水量一般為20～30 m3/h，下部深層承壓水砂礫石含水層相對較厚，一般為12～20 m，單井涌水量80～100 m3/h。

2.2 供需平衡

工程區(qū)村民生活和牲畜用水總量為18萬m3/a，工程區(qū)原農(nóng)業(yè)用水為地表水，本區(qū)無工業(yè)企業(yè)，經(jīng)計算本項目區(qū)總需水量178.98萬 m3/a(表1)。

表1 工程區(qū)供需平衡計算表 萬m3·a－1

本區(qū)地下水允許開采量為220萬m3/a，工程實施后需水量160.98萬m3/a，占允許開采量的73%，水量有保證，因此地下水資源能夠滿足項目區(qū)的需水量要求。本區(qū)所在地質(zhì)分區(qū)區(qū)域地下水為礦化度＜0.5 mg/t的重碳酸鈣型水，符合農(nóng)田灌溉水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 工程技術(shù)優(yōu)化設(shè)計

結(jié)合縣小型農(nóng)田水利工程井灌項目建設(shè)的安排及該村地下水資源狀況，工程建設(shè)面積為74.6 hm2，采用地下水作為灌溉水源，計劃新打機(jī)電井8眼，配套小型噴灌設(shè)備8臺套。

3.1 作物灌溉制度的確定

工程區(qū)的種植作物主要以玉米、高粱、谷子、大豆、小麥為主，根據(jù)多年種植經(jīng)驗，參照《吉林省節(jié)水灌溉手冊》，設(shè)計工程區(qū)灌溉制度見表2。

表2 工程區(qū)灌溉制度

3.2 水源井設(shè)計

3.2.1 管井設(shè)計基本數(shù)據(jù)的確定

1)設(shè)計單井出水量。根據(jù)示范區(qū)灌溉用水要求，設(shè)計出水量50 m3/h。根據(jù)工程區(qū)水文地質(zhì)條件和現(xiàn)有井抽水試驗成果，單井出水量在80～100 m3/h之間，均＞50 m3/h。

2)井距。工程區(qū)井群布置方式采用方形排列，根據(jù)公式:

經(jīng)計算最小井距為300 m。

3)井深。根據(jù)工程區(qū)地質(zhì)柱狀圖，典型井設(shè)計井深90 m，其中:井壁管71 m，濾水管15 m，沉淀管1 m。

3.2.2 管井結(jié)構(gòu)設(shè)計

1)濾水管結(jié)構(gòu)設(shè)計。工程區(qū)水源井設(shè)計為完整井，過濾器采用鋼筋籠骨架，外墊條采用10 mm×10 mm竹片，按縱向排列，應(yīng)≥8排，采用100目尼龍紗和樹棕包裹，外層用8#鐵線纏裹。填濾料高度30 m。濾料規(guī)格選用直徑2～4 mm礫石，纏絲寬度為0.8×2=1.6 mm，纏絲寬度直徑3 mm，則纏絲間距4.6 mm。墊條直徑 d1=10 mm，間距 m1=50 mm，d2=3 mm，m2=4.6 mm，孔隙率以下式求得 D≥203 mm，D 選用260 mm。計算公式為:

2)井孔直徑。井孔直徑按濾水管外徑確定，填濾厚145 mm，則井孔直徑D=260+2×145=550 mm。

3)井壁管。井壁管選用無筋水泥管，管內(nèi)徑240 mm，壁厚40 mm。

4)封井止水措施?？紤]承壓含水層易受到上部水的污染，在水層分區(qū)邊界處井管外壁的井孔內(nèi)填入膨脹土泥球進(jìn)行封閉，防止?jié)撍霛B，井口部位以水泥漿封閉，下部封閉段為1 m，井口周圍澆筑水泥漿0.3 m，寬度0.7 m，防止?jié)撍廴尽?/p>

3.3 水泵與動力機(jī)選配

根據(jù)水利計算結(jié)果，擬選用潛水電泵，型號為200 QJ50—52，額定狀態(tài)為流量50 t/h，揚程52 m，符合工作要求，所選水泵性能及參數(shù)見表3。

表3 200QJ50－52型潛水泵性能表

3.4 管網(wǎng)工程設(shè)計

1)設(shè)計參數(shù)的確定。管網(wǎng)設(shè)計參數(shù)確定依據(jù)《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》(GBJ 85—85)確定保證率P=85%。

2)灌水定額。經(jīng)上述計算旱田作物生育期中最大灌水定額為40 mm。

3)日耗水量，最大日耗水量Ep=4.6 mm/d

4)設(shè)計灌水周期。根據(jù)公式:

經(jīng)計算T=6.95(d)(取T=7 d)

3.5 噴頭選擇及組合間距的確定

1)確定控制參數(shù)。根據(jù)項目區(qū)土壤條件，其允許灌溉強(qiáng)度［C］=15 mm/h。風(fēng)系數(shù)kw按最不利情況風(fēng)向平行支管考慮，當(dāng) V=3.5 m/s時:kw=1.12V0.302=1.64，按單支管多噴頭同時全范圍噴灑間距布置，間距射程比a/R=0.75，允許最大灌溉強(qiáng)度 emax為 emax=［e］/kw.cp=5.05(mm/h)

2)噴頭選擇。根據(jù)灌溉設(shè)備廠家提供的產(chǎn)品目錄，選擇zy－2型噴頭，其性能見表4。

表4 噴頭性能參數(shù)表

3.6 沿程水頭損失

支管沿程水頭損失hf支=6.1 m，豎管沿程水頭損失 hf豎=0.3 m，則:hf沿=10.32 m。

3.7 水泵選配

根據(jù)水利計算結(jié)果，擬選用潛水電泵，型號為200 QJ50—52，額定狀態(tài)為流量50 t/h，揚程52 m，符合工作要求，所選水泵性能及參數(shù)見表5。

表5 200 QJ50—52型潛水泵性能表

4 結(jié)語

鎮(zhèn)賚縣沿江鎮(zhèn)葦海村節(jié)水灌溉工程，1 a完成全部工程，經(jīng)濟(jì)計算期為30 a。工程建成后，由于實施節(jié)水灌溉，有效提高水的利用系數(shù)。實施節(jié)水灌溉技術(shù)，實現(xiàn)了旱田作物全生育期的噴灌，節(jié)水灌溉有了可靠的保證，農(nóng)民可以加大其它農(nóng)業(yè)措施的投入，可使農(nóng)作物增產(chǎn)4 500 kg/hm2。

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