農(nóng)田水利灌溉工程設(shè)計(jì)分析

陳春營(yíng) 王燕霞

（1河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院；2駐馬店水利設(shè)計(jì)研究有限公司）

1 項(xiàng)目區(qū)概況

項(xiàng)目區(qū)地處北亞熱帶北部邊緣，屬北亞熱帶季風(fēng)型大陸性氣候，受季風(fēng)進(jìn)退影響，四季分明，溫暖濕潤(rùn)，一年之中春秋季較短，冬夏歷時(shí)較長(zhǎng)，夏季氣溫高且降雨集中，多年平均水面蒸發(fā)量769 mm。

項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)有土質(zhì)干渠1條，由于多年未通水，淤積嚴(yán)重，部分渠段毀壞，已被群眾耕種。

項(xiàng)目區(qū)位于灌區(qū)末端，現(xiàn)狀渠系損毀嚴(yán)重，加之灌區(qū)部分水量用于灌區(qū)沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)及村莊的基本飲用水、重點(diǎn)單位和企業(yè)的基本用水，無(wú)法再利用灌區(qū)水源進(jìn)行灌溉。

2 項(xiàng)目區(qū)灌溉工程設(shè)計(jì)

2.1 坑塘設(shè)計(jì)

坑塘全部為土質(zhì)開(kāi)挖，坡比1：1.50，并采用漿砌石進(jìn)行襯砌，護(hù)坡厚度0.30 m。為方便引水和排水灌溉，每座坑塘各設(shè)進(jìn)水、出水口一道。進(jìn)口采用梯形斷面。底寬1 m，深1 m，邊坡1：1，漿砌石襯砌；坑塘出口設(shè)排水涵洞，涵洞過(guò)流寬度1 m，蓋板厚20 cm，涵長(zhǎng)5 m。為方便后期運(yùn)行，每座坑塘設(shè)置混凝土踏步1～2道。

為了運(yùn)行管理安全，每座襯砌坑塘增施安全警示牌及安全防護(hù)設(shè)施。根據(jù)生態(tài)文明建設(shè)要求，結(jié)合坑塘位置，村莊周邊坑塘采用刺絲網(wǎng)防護(hù)，田間坑塘采用植物防護(hù)，選擇花椒樹(shù)。

根據(jù)規(guī)劃，共規(guī)劃坑塘32座，其中直接利用坑塘8座、清淤襯砌坑塘24座。根據(jù)規(guī)劃，坑塘修建后，均形成坑塘并攔蓄地表水，然后利用提水灌工程提水進(jìn)行田間灌溉。根據(jù)坑塘基本特性和蓄水量情況，每年按復(fù)蓄2～3次計(jì)算，按照作物灌溉需水量推算各坑塘能夠?qū)嵤┕喔雀孛娣e，并按照就近灌溉的原則，配套柴油機(jī)泵，后接水利軟管進(jìn)行灌溉，由于群眾已有柴油機(jī)泵及軟管，基本滿足使用，項(xiàng)目不再配套。

2.2 擋水堰設(shè)計(jì)

2.2.1 新建擋水堰設(shè)計(jì)

為了攔蓄地表水，在現(xiàn)狀河溝上布設(shè)擋水堰，根據(jù)地形和河溝寬度，擋水堰分為3種形式，見(jiàn)表1。

表1 擋水堰特性表

以擋水堰B為典型進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)中國(guó)技術(shù)監(jiān)督局2001 年發(fā)布的《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，該區(qū)動(dòng)峰值加速度為0.05 g，抗震設(shè)防烈度為6 度。擋水堰堰體采用漿砌石堰體，分溢流堰段和非溢流堰段兩部分，溢流堰段包括堰體、消力池、海漫三部分。擋水堰堰長(zhǎng)24 m，其中主河槽段堰長(zhǎng)12 m，左、右岸連接段各6 m，溢流堰段位于主河槽，擋水深度2 m，基礎(chǔ)埋深1.50 m，迎水面及溢流面外包30 cm 厚C20 混凝土面層，下接10 m 長(zhǎng)混凝土消力池，消力池尾部根據(jù)需要增設(shè)海漫段，海漫后采用拋石防沖。

擋水堰過(guò)流能力復(fù)核采用公式：

式中：B—擋水堰凈長(zhǎng)度；H—擋水堰上水頭；σc—由hs/Hx查淹沒(méi)系數(shù)表。

經(jīng)計(jì)算，漫水橋過(guò)流量滿足設(shè)計(jì)要求，上游河道水位壅高0.10～0.20 m，由于河道較深，不會(huì)產(chǎn)生新打淹沒(méi)。根據(jù)規(guī)劃，共布置擋水堰18座，其中擋水堰A共7座、擋水堰B共7座、擋水堰C共4座。

2.2.2 擋水堰消能防沖設(shè)施維修

水平連接段：長(zhǎng)度2 m，采用50 cm 厚C25 混凝土結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)狀消力池尾坎頂部齊平。

斜坡段：長(zhǎng)度10 m，坡比1：4，采用50 cm 厚C25 混凝土結(jié)構(gòu)。

消力池段：長(zhǎng)度10 m，采用50 cm厚C25混凝土結(jié)構(gòu)，下設(shè)20 cm厚碎石墊層，底板增施排水孔，以降低揚(yáng)壓力。

海漫段：長(zhǎng)6 m，縱坡1：20，采用30 cm厚漿砌石結(jié)構(gòu)，下設(shè)15 cm厚砂礫石墊層。

拋石防沖槽：長(zhǎng)7 m，上下游坡比分別是1：2和1：3，末端與下游河床銜接。

兩岸護(hù)坡：兩岸新建漿砌石護(hù)坡，坡比1：1.50，護(hù)砌高度3 m。

新建的消能防沖設(shè)施底板每隔10 m設(shè)伸縮縫1道，填縫材料為聚乙烯閉孔泡沫板，消力池及斜坡段段分縫需加設(shè)止水，采用651橡皮止水帶。經(jīng)過(guò)水力計(jì)算，新建的消能防沖設(shè)施滿足河道行洪、消能需要。

2.2.3 堰塘設(shè)計(jì)

堰塘坑塘全部為土質(zhì)開(kāi)挖，坡比1：1.50，堰前邊坡采用漿砌石進(jìn)行襯砌，護(hù)坡厚度0.30 m。擋水堰A堰前護(hù)砌長(zhǎng)度20 m、擋水堰B堰前護(hù)砌長(zhǎng)度30 m、擋水堰C堰前護(hù)砌長(zhǎng)度40 m。為方便后期運(yùn)行，每座坑塘設(shè)置混凝土踏步1～2道。

為了運(yùn)行管理安全，每座堰塘增施安全警示牌及安全防護(hù)設(shè)施。根據(jù)生態(tài)文明建設(shè)要求，結(jié)合堰塘位置，村莊周邊堰塘采用刺絲網(wǎng)防護(hù)，田間堰塘采用植物防護(hù)，選擇花椒樹(shù)。刺絲防護(hù)網(wǎng)高1.80 m，采用14#×14#鍍鋅鋼絲刺絲網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)長(zhǎng)度1 520 m?；ń窐?shù)株距2 m，胸徑2～3 cm，數(shù)量730株，工程量計(jì)入農(nóng)田防護(hù)和生態(tài)環(huán)境保持工程。

2.3 機(jī)井設(shè)計(jì)

2.3.1 機(jī)井水文地質(zhì)情況

根據(jù)縣水利區(qū)劃，地下水為第四系孔隙水，含水層主要是砂、礫石。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀機(jī)井實(shí)際運(yùn)行情況，機(jī)井深度15～20 m，出水量30 m3/h左右，本次規(guī)劃取25 m3/h。

2.3.2 單井控制灌溉面積計(jì)算

根據(jù)《機(jī)井技術(shù)規(guī)范》，單井控制面積按下式計(jì)算：

式中：F—單井控制灌溉面積，hm2；Q—單井出水量，25 m3/h；t —每次輪灌期天數(shù)，8 d；T—每天灌水時(shí)數(shù)，15 h；η —灌溉水利用系數(shù)，0.86；η1—水量消減系數(shù)，0.10；m —平均灌水定額，2 m3/（hm2/次）。

經(jīng)計(jì)算，單井控制面積5.13 hm2。

2.3.3 機(jī)井布置

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)耕地分布情況，共規(guī)劃?rùn)C(jī)井48眼，其中16 m深機(jī)井10眼，20 m深機(jī)井38眼；平均控制面積4.67 hm2。

另外項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)有機(jī)井38眼，其中2眼已配套可直接利用，24眼可利用但需要配套水泵和電力的機(jī)井。利用的機(jī)井深度15～20 m，口徑0.40～2 m，出水量約25 m3/h。

2.3.4 水泵選型

根據(jù)水泵揚(yáng)程計(jì)算，結(jié)合設(shè)備選型表，選擇QS25-25-3潛水泵，配套電機(jī)功率3 kW。

2.3.5 機(jī)井設(shè)計(jì)

根據(jù)水文地質(zhì)條件及物探報(bào)告，項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)井深16 、20 m，井型結(jié)構(gòu)根據(jù)項(xiàng)目區(qū)群眾接受程度和使用習(xí)慣確定，采用單根2 m 長(zhǎng)的混凝土井管，機(jī)井結(jié)構(gòu)包括井口、井壁管、濾水管、沉淀管，并配建井堡。設(shè)計(jì)井管內(nèi)徑60 cm，外徑70 cm。濾水管要求極限抗壓強(qiáng)度不低于20 MPa，滲透系數(shù)≥400 m/d，孔隙率≥12%。濾料填充厚度150 mm，濾料粒徑選用3～5 mm磨圓度好的綠豆砂，填料高度必須高出含水層頂端。濾料頂部至井口段，用含砂量≤5%的半干粘土球或粘土塊封閉。

2.3.6 機(jī)井防護(hù)體設(shè)計(jì)

每眼機(jī)井設(shè)井堡1 座，井堡底部為C25 混凝土基礎(chǔ)平臺(tái)，上部為C25混凝土堡體，頂部設(shè)C25鋼筋混凝土井蓋。

2.3.7 機(jī)井布置

項(xiàng)目區(qū)共規(guī)劃新打機(jī)井48眼，其中16 m深機(jī)井10眼，20 m深機(jī)井38 眼，配套水泵、井堡及電力工程。利用現(xiàn)狀機(jī)井26眼，其中直接利用2眼，需配套水泵、井堡及電力工程的24眼。田間灌溉采用塑料軟管連接機(jī)井進(jìn)行灌溉，由于群眾已有軟管，基本滿足使用，項(xiàng)目不再配套。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，農(nóng)田水利灌溉是事關(guān)農(nóng)作物健康生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，也是作物產(chǎn)量與農(nóng)民經(jīng)濟(jì)效益的重要保障，水資源的有效利用與節(jié)約在科學(xué)合理的農(nóng)田水利灌溉工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)中是重中之重。文章根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的概況和當(dāng)?shù)貧夂驐l件、地形地貌、水利交通、電力供應(yīng)等各因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合水利工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)合理規(guī)劃設(shè)計(jì)農(nóng)田水利灌溉工程。