戶縣新增糧食生產能力田間工程方案探析

楊養凹

(戶縣水務局，陜西 西安 710300)

戶縣新增糧食生產能力田間工程方案探析

楊養凹

(戶縣水務局，陜西 西安 710300)

摘要：戶縣是陜西省糧食優生區之一和新增糧食16個產糧大縣之一，也是陜西省新增21億斤糧食生產能力的項目縣之一，為全國優質糧基地。文章通過分析戶縣新增糧食生產能力田間工程項目區基本概況，對項目區水利設施存在的問題進行了探討，提出通過打井、鋪設地埋暗管、地埋線纜等措施，并對具體田間工程機井、地埋線等設施建設方案進行了具體分析，以改善區內3個鄉鎮17個行政村的1473.3 hm2農田的灌溉條件，為區內農業生產、農民增收創造條件。可供情況相近地區借鑒。

關鍵詞：戶縣；新增；糧食生產；田間工程；方案

1概況

戶縣2013年新增糧食生產能力田間工程建設項目位于甘河鎮、澇店鎮和玉蟬鎮。甘河鎮位于戶縣縣城西北10 km處，全鎮土地面積33 km2，耕地面積2713.3 hm2，人口2.9萬人，全鎮轄26個村委會，人均耕地0.09 hm2。澇店鎮位于戶縣縣城西北8 km處，全鎮土地面積43 km2，耕地面積2800 hm2，人口3.9萬人，全鎮轄36個村委會，人均耕地0.07 hm2。玉蟬鎮位于戶縣縣城西2.5 km處，全鎮土地面積29 km2，耕地面積2000 hm2，人口2.7萬人，全鎮轄21個村委會，人均耕地0.07 hm2[1]。

2小型農田水利工程現狀及存在問題

2.1小型農田水利工程現狀

戶縣是陜西省糧食優生區之一和新增糧食16個產糧大縣之一，為全國優質糧基地，土地平坦，土壤肥沃，光熱資源豐富，主產小麥、玉米、大豆。戶縣農田實施灌溉面積36 700 hm2，有效灌溉面積32 573 hm2，發展節水灌溉面積1734.7 hm2?，F有灌溉面積中除了已成太平灌區、澇惠渠灌區、甘峪水庫灌區、余下灌區、澇店抽水站灌區外，均以機井灌溉為主要灌溉方式。目前全縣有機井9029眼，共鋪設低壓管道859 km[2]。

2.2存在問題

甘河鎮、澇店鎮和玉蟬鎮農田灌溉絕大部分為機井灌區，大部分設施建于20世紀70年代，存在設計標準低、田間配套不完善、年久失修、部分機井吊空、灌溉水利用率低等問題[3]，目前平均水利用率小于0.6；地埋線配套量不足，以前配套機井架空線偷盜失竊現象嚴重；機井布局不合理，分布不均勻，成井工藝差，致使機井坍塌損壞。電設備老化銹蝕，目前只能勉強維持運行，且運行效率低，成本高，安全可靠性差，致使區內灌溉保證率低，大部分田塊不能及時灌溉，嚴重影響區內經濟社會發展，嚴重影響農民增收、農業增產。當地干部群眾迫切希望進行田間工程建設，改善灌溉條件，以提高水土資源利用效率。

3水資源供需平衡分析

甘河鎮項目區土地總面積為15 km2，耕地面積866.7 hm2，總人口1.5萬人，屬Ⅰ1-2區，地下水可開采量540萬m3/a，總需水量為398.3萬m3/a，富余水量141.7萬m3/a；澇店鎮項目區土地總面積為5 km2，耕地面積173.3 hm2，總人口0.2萬人，屬Ⅰ1-2區，地下水可采量84萬m3/a，總需水量為68.6萬m3/a，富余量15.4萬m3/a；玉蟬鎮項目區土地總面積為7km2,耕地面積433.3 hm2，總人口0.5萬人，屬Ⅰ2-3區，地下水可開采量166.3萬m3/a，總需水量為158萬m3/a，富余水量8.3萬m3/a。所以，項目區水資源均滿足灌溉用水及生活用水需要。

4工程設計

4.1項目建設內容

為確保國家糧食安全，合理開發利用水資源，降低農民水費負擔，完成全國新增糧食1000億斤的目標，根據項目區現狀及農業發展的需要，戶縣2013年新增糧食生產能力田間工程建設項目主要是農用機井、低壓地埋管線配套更新改造，涉及甘河、澇店、玉蟬3個鎮17個行政村1473.3 hm2基本農田的節水灌溉及機井配套建設工程。項目區內擬新打機井150眼，鋪設低壓暗管58.68 km，地埋線53.02 km，出水栓11 736個，購置潛水泵150臺，護井臺150座，確定設計保證率為75%，灌溉水利用系數達到0.85。

4.2機井典型設計

4.2.1單井控制面積的確定

根據灌水定額、機井工作制度、復種情況和作物情況，單井控制面積依據公式(1)計算。

(1)

式中：A為單井控制面積；Q泵為水泵出水量，32 m3/h；T為灌水周期，13 d；t為水泵日運行時間，13 h；m為灌水定額，40 m3/h；經計算，單井控制面積為7.67 hm2。

4.2.2機井設計

甘河、澇店、玉蟬的地質構造基本相同，為簡化計算，以甘河鎮機井作物項目區作為典型設計。甘河鎮項目區屬于渭河二級階地，地層為渭河澇河沖積物，含水層巖性為砂礫石、中粗砂為主，地下水埋藏淺。現參照甘河鎮已成井資料，現狀機井多為60～80 m，含水層厚度30～80 m，遇旱季水位變化較大。所以擬建農用機井設計為管井，井深80 m，設計出水流量32 m3/h。井孔按能下入井壁管和濾水管，并滿足填濾料的要求設計，設計終孔直徑為600 mm，井深80 m。井壁管采用混凝土井管，外徑360 mm，內徑300 mm。濾水管采用無砂混凝土井管。濾料選用磨圓度好的硅質礫石，粒徑規格1～4 m混合料，填礫高度要求高于濾水管上端5 m，低于濾水管下端2 m以下。為防止地表水沿井管滲入含水層，使井水受污染，井口周圍用黏土球封閉，封閉長度5 m。采用下臥式井臺、井蓋。

4.2.3機井出水量校核

采用穩定流潛水非完整計算公式:

(2)

式中：Q為單井出水量；C1為潛流非完整井出水量折減系數，

(3)

式中：L為濾水管的有效長度，18 m；h為井內水深，20 m；經計算，C1=0.971。K為含水層的滲透系數，m/d，取5 m/d；H為潛水含水層厚度，取30 m；S為井中抽水降落深度，m，取10 m；R為井的影響半徑，根據已成井抽水資料，R取100 m；r為井的半徑，為0.15 m。

經計算，Q=49 m3/h,滿足單井出水量大于水泵出水量32 m3/h的要求。確定的機井參數為：井深80 m，井徑300 mm。

4.3低壓地埋暗管工程典型設計

以甘河鎮朱王村典型田塊進行低壓地埋暗管工程典型設計。該地區地勢平坦，東西長240 m，南北長310 m，控制面積7.47 hm2。機井位于地塊西南角，機井深80 m，動水位40 m，單井出水量32 m3/h。

4.3.1暗管布置

本灌溉系統管網主要為干管。管道布置采用干管垂直于作物種植方向布置。田間灌溉采用移動的水龍帶(俗稱“小白龍”)完成，干管每隔30 m設出水樁一個，水順種植方向流出。

4.3.2管材管徑選擇

低壓暗管管道采用工作壓力為0.40 MPa的PVC管，出水口配備可移動的小白龍。根據管道設計流量，經濟流速V初定為1.2 m/s，則干支管管徑：

(4)

綜合經濟因素考慮，初選φ110PVC管,壓力等級0.40MPa。

4.3.3管道水頭損失計算

管道沿程水頭損失hf，以A-B-C段為例：

(5)

式中：hf為管道沿程損失，m；f、m、b為與管材有關的參數，其值參考《節水灌溉工程技術》表5-4，分別為f=0.948×105、m=1.77、b=4.77；Q為管段流量，m3；d為管道內徑，mm；L為管道長度，m，此處為380m。

經計算，hf=3.7m。

管道局部水頭損失hj：參照《節水灌溉工程技術》，為簡化計算，局部水頭損失按沿程水頭損失的10%進行估算，故hj=0.4m。

A-B-C段總水頭損失為h=hf+hj=3.7+0.4=4.1m。

管段水頭損失計算見表1。

表1　管段水頭損失計算表

管道系統A-D段出水口水頭損失選取距水源井最遠端出水口為最不利參考點，h=hf=2.24,取整數2m。

故管道管網水頭損失為HW=2+4.1=6.1m。

典型工程管網布置見圖1。

圖1　典型工程管網布置(單位：m)

4.3.4選擇水泵

(1)水泵輸水管道長度的計算

(6)

式中：L為輸水管道長度，m；H動為機井動水位為40m；Δ為水泵安裝常數，為1.0m。

計算出L=41m。

(2)水泵揚程損失計算

水泵管徑選擇內徑為100mm、長為40m的鋼管，局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計算，參照西安市水務局編印的《農田灌溉節水技術》及陜西省科學技術出版社出版的《節水灌溉工程技術》，則吸水管水頭損失計算公式為：

(7)

式中字母含義如上文，經計算，HB=1.3m

(3)系統設計揚程計算

(8)

式中：H需為水泵抽水所需的揚程，m；HO為出水口工作壓力，m，取HO=0.2m；HW為管網水頭損失，m；ΔZ為機井動水位為40m；HB為輸水管道水頭損失，m；H差為地形差取1.0m；H需=0.2+6.1+40+1.3+1.0=48.6m。

(4)水泵選型

根據系統設計流量32m3/h與設計揚程48.6m，潛水泵選用200QJ32-52/5，水泵流量32m3/h，揚程52m，電機功率7.5kW,額定電流18A。井內潛水泵出水鋼管選用Dg104×5鋼管，節長2.0m，法蘭連接，管內流速1.28m/s。

4.4田間地埋電線設計

為保證田間用水暢通安全，本工程設計低壓線部分全部采用地埋線。現以朱王村實際情況做典型設計，村南有200kV變壓器1臺，管控機井共13眼，配套潛水泵動力均為13kW。地埋線的型號選用NLVV；根據供電網絡的容許電壓降選擇各段線路的導線截面，利用公式

(9)

式中：S為線徑，mm2；K為電感對電壓降的校正系數，由于線路直埋地下，線間介質為土壤，電感對電壓降影響很小，故可以不考慮，取K=1；Lpi 為pi負荷到線路輸出端的距離，m；pi為線路輸出功率，kW；N為負荷數；C為系數，根據額定電壓和導線材質，取C=50；ε為電壓降百分數，一般不能超過10%，負荷引起動力負荷力矩不足，不能正常運行，ε選7%。

各井動力5.5kW,功率因數0.8，線距為10cm，當電網滿負荷運行時，設計見表2。

表2　地埋線各段線徑設計表

上表中設計線徑是依據常用地埋線型號規格(NLVV型，JB2171-1999表)所查得出。

按持續工作電流校核安全載流量，計算安全載流量，依據公式:

(10)

式中：U為線電壓，kV；cosΦ為功率因數；則I=142.4A

校核安全載流量，依據公式:

IXU>Ijs/ΔJ

(11)

式中：IXU為電纜發熱條件允許的長期工作電流,A，從表(NLVV型，JB2171-1999表)查得70mm2線允許載流量205A；Ijs為安全載流量，A，Ijs=Pi(UcosΦ)；ΔJ為地埋線并列系數，查表(NLVV型，JB2171-1999表)得ΔJ=0.84。

則IXU= 205A>Ijs /ΔJ =169.57A，故選用70mm2線型符合設計要求。

所以選用NLVV型地埋線，規格16mm2、35mm2、50mm2、70mm2，埋深不小于1.2m，電線溝底鋪砂20cm。共鋪設地埋線53.02km。

4.5低壓暗管布設

干管布于田塊一端，與作物種植行垂直，干管選用0.4MPa、φ110PVC管，埋深不小于1.1m，在干管上每30m設計一個出水栓，采用地龍帶從出水栓引水到田間，地龍帶長100m，規格φ110，每次開啟一個出水栓進行灌溉。共計鋪設暗管58.68km，每公頃2.7m，布出水栓11 736個，單栓控制面積0.4hm2。

5結語

戶縣國家新增糧食生產項目位于甘河鎮、澇店鎮和玉蟬鎮，為純井灌區，項目區水資源充足。工程設施在利用原有完好工程的基礎上進行規劃布置，改善灌溉面積1473.3hm2。設計新打機井150眼，配套水泵150臺，機井深度80m，井管直徑300mm，單井出水量約30～40m3/h。為保證項目實施后不影響田間管理和耕作，田間灌溉工程采用機井暗管輸水方式輸送到地頭，給水栓間距30m，然后采用“小白龍”完成灌溉。該項目實施后，可改善節水灌溉面積1473.3hm2，節水、節地、節能、節勞、增產增收效益顯著。

參考文獻：

[1]張定青，胡欣，周若祁.關中地區渭河南岸小城鎮發展與河流水系相互關系研究——以西安市戶縣為例[J].華中建筑，2008(10)：219-222.

[2]單育會.戶縣節水灌溉事業發展現狀及設想[J].陜西水利，2011(3)：155-157.

[3]賀勛華.戶縣農田水利建設存在的問題及建議[J].陜西水利，2013(3)：168-169.

作者簡介：楊養凹(1975-)，男，工程師，從事河道管理及農田水利建設工作。

中圖分類號：S27

文獻標志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)05-0082-04