農村節水井灌工程優化設計探討實例剖析

李桂梅

(鎮賚縣水利局水利勘測設計隊，吉林鎮賚 137300)

葦海村節水井灌工程所在區域歷年干旱少雨，年降水量不能滿足農作物的需水要求，農業生產只能通過灌溉來解決。近幾年來，該區農田節水灌溉效益明顯，但已建成水利灌溉工程存在著灌溉保證率低、農作物布局不合理、以及管理體制不適應等問題，嚴重制約著灌溉工程正常效益的發揮，也影響了灌溉事業的健康發展。因此為從根本上解決干旱問題，必須堅持打水源井，進行節水噴灌，徹底解決農作物耕種粗放的落后模式，實行科學種田與管理，發展效益經濟，改善農業生產條件。本區地下水資源豐富，通過打水源井，采取小型移動式噴灌方式進行節水灌溉，可長期解決干旱問題。區域內耕地平坦，集中連片，便于大面積作業，發展潛力巨大。

1 工程區自然環境概況

葦海村節水井灌工程位于鎮賚縣縣城東南部，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。

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

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

2 工程區水資源評價及供需平衡分析

2.1 水資源評價

本區可供農田灌溉的水資源構成主要是地下水，地質分區區域系松嫩平原沉降的過度帶，為沖積、湖積低平原承壓水區，大部分區域含水層厚度在30～90 m。含水層巖性結構由中細砂、含礫粗砂組成，以中粗砂為主，富水性較好。第四紀淺層砂礫石含水層，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

工程區村民生活和牲畜用水總量為18萬m3/a，工程區原農業用水為地表水，本區無工業企業，經計算本項目區總需水量178.98萬 m3/a(表1)。

表1 工程區供需平衡計算表 萬m3·a－1

本區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的需水量要求。本區所在地質分區區域地下水為礦化度＜0.5 mg/t的重碳酸鈣型水，符合農田灌溉水的水質標準。

3 工程技術優化設計

結合縣小型農田水利工程井灌項目建設的安排及該村地下水資源狀況，工程建設面積為74.6 hm2，采用地下水作為灌溉水源，計劃新打機電井8眼，配套小型噴灌設備8臺套。

3.1 作物灌溉制度的確定

工程區的種植作物主要以玉米、高粱、谷子、大豆、小麥為主，根據多年種植經驗，參照《吉林省節水灌溉手冊》，設計工程區灌溉制度見表2。

表2 工程區灌溉制度

3.2 水源井設計

3.2.1 管井設計基本數據的確定

1)設計單井出水量。根據示范區灌溉用水要求，設計出水量50 m3/h。根據工程區水文地質條件和現有井抽水試驗成果，單井出水量在80～100 m3/h之間，均＞50 m3/h。

2)井距。工程區井群布置方式采用方形排列，根據公式:

經計算最小井距為300 m。

3)井深。根據工程區地質柱狀圖，典型井設計井深90 m，其中:井壁管71 m，濾水管15 m，沉淀管1 m。

3.2.2 管井結構設計

1)濾水管結構設計。工程區水源井設計為完整井，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≥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，在水層分區邊界處井管外壁的井孔內填入膨脹土泥球進行封閉，防止潛水入滲，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，防止潛水污染。

3.3 水泵與動力機選配

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

表3 200QJ50－52型潛水泵性能表

3.4 管網工程設計

1)設計參數的確定。管網設計參數確定依據《噴灌工程技術規范》(GBJ 85—85)確定保證率P=85%。

2)灌水定額。經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)設計灌水周期。根據公式:

經計算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。根據項目區土壤條件，其允許灌溉強度［C］=15 mm/h。風系數kw按最不利情況風向平行支管考慮，當 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，允許最大灌溉強度 emax為 emax=［e］/kw.cp=5.05(mm/h)

2)噴頭選擇。根據灌溉設備廠家提供的產品目錄，選擇zy－2型噴頭，其性能見表4。

表4 噴頭性能參數表

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

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

表5 200 QJ50—52型潛水泵性能表

4 結語

鎮賚縣沿江鎮葦海村節水灌溉工程，1 a完成全部工程，經濟計算期為30 a。工程建成后，由于實施節水灌溉，有效提高水的利用系數。實施節水灌溉技術，實現了旱田作物全生育期的噴灌，節水灌溉有了可靠的保證，農民可以加大其它農業措施的投入，可使農作物增產4 500 kg/hm2。

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