基于農用井工程設計

石 磊，王彥明

(1.黑龍江省林業設計研究院，哈爾濱 150090;2.黑龍江源泉國土資源勘查設計有限公司，哈爾濱 150090)

基于農用井工程設計

石 磊1，王彥明2

(1.黑龍江省林業設計研究院，哈爾濱 150090;2.黑龍江源泉國土資源勘查設計有限公司，哈爾濱 150090)

土地整理項目農用井是根據農田灌溉需要而建設的，它是在無地表水可利用或地表水資源不足的情況下采取的灌溉設施。文章闡述農用井的設計步驟及幾個數據的確定。

單井出水量;井壁管內徑;沉淀管;濾料;井泵揚程

1 前言

土地整理項目農用井工程是根據農田灌溉需要而建設的，即在無地表水可利用或地表水資源不足的情況下采取的灌溉設施。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。其設計是根據項目區水文地質、工程地質資料、當地抽水試驗資料、當地農用井運行情況和經過理論計算及經驗數據綜合進行。

農用井設計包括打井、設備安裝、井房、出水池、輸配電5個部分。

2 農用井的設計步驟

收集項目區水文地質、工程地質資料和附近現有農用井的出水量、靜水位、動水位等資料，并進行綜合分析。

1)根據收集的資料進行分析和理論計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)確定靜水位和動水位→選配井用潛水泵→確定井壁管內徑→確定井壁管管壁厚度→確定井孔內徑。

2)根據含水層透水性能和厚度計算過濾器長度。根據過濾器長度和含水層位置確定過濾器位置和井的深度及計算工程量。具體步驟：確定沉砂管長度(非完整井含封底長度)→計算和確定過濾器長度及位置→確定井壁管長度→計算封透水層工程量(包括長度和材質、數量)→計算封非透水層工程量(包括長度和材質、數量)→封井口和井臺子(地面上高度)材質和工程量→洗井工程量(全部水層)。

3)根據動水位確定水泵安裝高程→計算輸水管長度(標出直徑、壁厚)→計算防水電纜長度(含從電機到地面、由井邊到墻根、再上墻1.5 m處(幾何長度之和再加1 m)。

4)根據選定的井用潛水泵查出配套電動機功率→計算變壓器容量→選定變壓器(型號容量)→選定熔斷器型號數量→選定避雷器型號及接地裝置→選定端子箱→直接啟動箱(容量超過17 kW時加選降壓啟動器)。

5)根據規劃圖查出井的位置→在規劃圖中量出高低壓線長度→根據負荷計算10 kV和0.4 kV線路載流量→根據計算的線路載流量和選定的導線型號查出導線截面(標在工程量表中)。

6)出水池設計→尺寸(20×30)→結構設計→防滲設計。

7)提出分項工程量和設備表：①打井工程量、輸配電工程量。②設備表含設備型號、規格、數量。

3 農用井單井設計中幾個數據的確定

3.1 單井出水量的確定

單井出水量是農用井設計中最基本最主要的技術指標。確定方法常用有兩種：①理論計算公式計算求得;②實地進行抽水試驗按流量—降深曲線求得的經驗公式計算。

3.2 過濾器設計

過濾器關系到井的壽命問題，必須引起足夠重視。過濾器分填礫料過濾器和非填礫料過濾器兩種。非填礫料過濾器用于含水層為卵石層、礫石層、基巖層，實際這種井很少見。目前所設計的都是填礫料過濾器。

3.2.1 過濾器長度確定

3.2.2 過濾器的結構設計

目前多用鋼管穿圓孔過濾器，孔徑2 cm，開孔率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(80～100目)，篩網外面用8#鍍鋅鐵絲纏繞，鐵線間距≤5 mm。

我們設計中要求都要包錦綸篩網。施工時還有用橋式過濾器，筆者不提倡這種過濾器。

過濾器安放位置要使過濾器下端與計算含水層下部齊。

3.3 井壁管內徑的確定

井壁管材質有鋼管、鑄鐵管、水泥管、塑料管，我們設計時除有特殊要求外一律選用鋼管。井壁管內徑受含水層厚度、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，因此井壁管內徑必須綜合考慮確定。目前我們確定井管直徑主要是根據單井出水量和井泵最大外徑兩個因素確定。

3.3.1 井管直徑(內徑)與適宜出水量

表1 井管直徑與適宜出水量對層表

3.3.2 按井泵最大外徑加100～150 mm

井用潛水泵選擇是根據設計單井出水量和揚程在樣本中的井用潛水泵型號(例如250QJ50-125)中前面的數字就是允許最小井管內徑(即250 mm)。有的廠家型號前面數字就是水泵的最大外徑。有的廠家給出數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徑，實際上是不可行的。井壁管安裝是現場豎向吊著焊接的，不可能是絕對垂直的，是有彎曲的，這樣井壁管的內徑變小了，井泵可能下不去的。所以根據經驗數字，我們要在水泵最大外徑基礎上加100～150 mm，設計時加100 mm即可。

表2 井泵外徑與井壁內徑對層表

3.4 井壁管管壁厚度

過去常用井壁管是用3 mm鋼板焊接的。目前我們的設計厚度不一致，設計厚度統一定為δ=5 mm，最大不超過6 mm。

3.5 井孔內徑的確定

井孔內徑是根據井壁管外徑和填濾料厚度來確定的，填濾料厚度與含水層顆粒大小有關。規范規定“含水層為粉細砂時填料厚度＞150 mm，含水層為中粗砂時，填濾料厚度＞100 mm。”因為含水層不一定都是粉細砂層，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，井孔內徑為600 mm即可。

表3 井管外徑與井孔內徑參照表

3.6 沉砂管長度

機井設計手冊和機井設計規范要求，完整井沉砂管長度為2～4 m，我們設計可取沉砂管長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 濾料規格

粒徑D=M·d50，M=8-10。d50為含水層砂樣篩分累計重量50%顆粒直徑，沒有篩分資料時，我們設計時濾料用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。過濾器下端填到井底。

3.7.3 計算填濾料長度和填料工程量

填料從井底(含水層下部)填至過濾器上或含水層上3 m計算實際總填料長度。填料工程量按填料厚度和長度計算實際填料量。

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的井臺子，井臺子上井管留10 cm用安裝井泵方便操作。

3.11 井泵揚程計算及安裝高程確定

選擇井泵揚程不宜過大，因其剩余水頭需作消能處理，需增加工程成本，功率大，也會加大運行成本。

1)揚程

揚程=動水位至地面高度+水頭損失(沿程損失+局部損失)+富余揚程(地面到壓水池高度)。富余揚程一般要求≤2 m，但考慮動水位的變化較大，設計時富余揚程取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)噴灌井水泵揚程計算

揚程=動水位至地面高度+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

規范要求在動水位下1～1.5 m，因資料不十分準確，加之地下水位變化大，為留有余地，設計時井泵安裝高程定為動水位以下3 m(水泵最上一級葉輪在動水位以下3 m)。

［1］中華人民共和國水利部.節水灌溉工程技術規范［S］.北京：中國計劃出版社，2006.

［2］水利部農村水利司.機井技術規范［S］.北京：中國水利水電出版社，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。