農田水利灌溉工程設計分析

陳春營 王燕霞

（1河南水利與環境職業學院；2駐馬店水利設計研究有限公司）

1 項目區概況

項目區地處北亞熱帶北部邊緣，屬北亞熱帶季風型大陸性氣候，受季風進退影響，四季分明，溫暖濕潤，一年之中春秋季較短，冬夏歷時較長，夏季氣溫高且降雨集中，多年平均水面蒸發量769 mm。

項目區現有土質干渠1條，由于多年未通水，淤積嚴重，部分渠段毀壞，已被群眾耕種。

項目區位于灌區末端，現狀渠系損毀嚴重，加之灌區部分水量用于灌區沿線鄉鎮及村莊的基本飲用水、重點單位和企業的基本用水，無法再利用灌區水源進行灌溉。

2 項目區灌溉工程設計

2.1 坑塘設計

坑塘全部為土質開挖，坡比1：1.50，并采用漿砌石進行襯砌，護坡厚度0.30 m。為方便引水和排水灌溉，每座坑塘各設進水、出水口一道。進口采用梯形斷面。底寬1 m，深1 m，邊坡1：1，漿砌石襯砌；坑塘出口設排水涵洞，涵洞過流寬度1 m，蓋板厚20 cm，涵長5 m。為方便后期運行，每座坑塘設置混凝土踏步1～2道。

為了運行管理安全，每座襯砌坑塘增施安全警示牌及安全防護設施。根據生態文明建設要求，結合坑塘位置，村莊周邊坑塘采用刺絲網防護，田間坑塘采用植物防護，選擇花椒樹。

根據規劃，共規劃坑塘32座，其中直接利用坑塘8座、清淤襯砌坑塘24座。根據規劃，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行田間灌溉。根據坑塘基本特性和蓄水量情況，每年按復蓄2～3次計算，按照作物灌溉需水量推算各坑塘能夠實施灌溉耕地面積，并按照就近灌溉的原則，配套柴油機泵，后接水利軟管進行灌溉，由于群眾已有柴油機泵及軟管，基本滿足使用，項目不再配套。

2.2 擋水堰設計

2.2.1 新建擋水堰設計

為了攔蓄地表水，在現狀河溝上布設擋水堰，根據地形和河溝寬度，擋水堰分為3種形式，見表1。

表1 擋水堰特性表

以擋水堰B為典型進行設計。

根據中國技術監督局2001 年發布的《中國地震動參數區劃圖》，該區動峰值加速度為0.05 g，抗震設防烈度為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24 m，其中主河槽段堰長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 長混凝土消力池，消力池尾部根據需要增設海漫段，海漫后采用拋石防沖。

擋水堰過流能力復核采用公式：

式中：B—擋水堰凈長度；H—擋水堰上水頭；σc—由hs/Hx查淹沒系數表。

經計算，漫水橋過流量滿足設計要求，上游河道水位壅高0.10～0.20 m，由于河道較深，不會產生新打淹沒。根據規劃，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 擋水堰消能防沖設施維修

水平連接段：長度2 m，采用50 cm 厚C25 混凝土結構，與現狀消力池尾坎頂部齊平。

斜坡段：長度10 m，坡比1：4，采用50 cm 厚C25 混凝土結構。

消力池段：長度10 m，采用50 cm厚C25混凝土結構，下設20 cm厚碎石墊層，底板增施排水孔，以降低揚壓力。

海漫段：長6 m，縱坡1：20，采用30 cm厚漿砌石結構，下設15 cm厚砂礫石墊層。

拋石防沖槽：長7 m，上下游坡比分別是1：2和1：3，末端與下游河床銜接。

兩岸護坡：兩岸新建漿砌石護坡，坡比1：1.50，護砌高度3 m。

新建的消能防沖設施底板每隔10 m設伸縮縫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止水，采用651橡皮止水帶。經過水力計算，新建的消能防沖設施滿足河道行洪、消能需要。

2.2.3 堰塘設計

堰塘坑塘全部為土質開挖，坡比1：1.50，堰前邊坡采用漿砌石進行襯砌，護坡厚度0.30 m。擋水堰A堰前護砌長度20 m、擋水堰B堰前護砌長度30 m、擋水堰C堰前護砌長度40 m。為方便后期運行，每座坑塘設置混凝土踏步1～2道。

為了運行管理安全，每座堰塘增施安全警示牌及安全防護設施。根據生態文明建設要求，結合堰塘位置，村莊周邊堰塘采用刺絲網防護，田間堰塘采用植物防護，選擇花椒樹。刺絲防護網高1.80 m，采用14#×14#鍍鋅鋼絲刺絲網，防護網長度1 520 m。花椒樹株距2 m，胸徑2～3 cm，數量730株，工程量計入農田防護和生態環境保持工程。

2.3 機井設計

2.3.1 機井水文地質情況

根據縣水利區劃，地下水為第四系孔隙水，含水層主要是砂、礫石。根據項目區現狀機井實際運行情況，機井深度15～20 m，出水量30 m3/h左右，本次規劃取25 m3/h。

2.3.2 單井控制灌溉面積計算

根據《機井技術規范》，單井控制面積按下式計算：

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，8 d；T—每天灌水時數，15 h；η —灌溉水利用系數，0.86；η1—水量消減系數，0.10；m —平均灌水定額，2 m3/（hm2/次）。

經計算，單井控制面積5.13 hm2。

2.3.3 機井布置

根據項目區耕地分布情況，共規劃機井48眼，其中16 m深機井10眼，20 m深機井38眼；平均控制面積4.67 hm2。

另外項目區現有機井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井。利用的機井深度15～20 m，口徑0.40～2 m，出水量約25 m3/h。

2.3.4 水泵選型

根據水泵揚程計算，結合設備選型表，選擇QS25-25-3潛水泵，配套電機功率3 kW。

2.3.5 機井設計

根據水文地質條件及物探報告，項目區設計井深16 、20 m，井型結構根據項目區群眾接受程度和使用習慣確定，采用單根2 m 長的混凝土井管，機井結構包括井口、井壁管、濾水管、沉淀管，并配建井堡。設計井管內徑60 cm，外徑70 cm。濾水管要求極限抗壓強度不低于20 MPa，滲透系數≥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 機井防護體設計

每眼機井設井堡1 座，井堡底部為C25 混凝土基礎平臺，上部為C25混凝土堡體，頂部設C25鋼筋混凝土井蓋。

2.3.7 機井布置

項目區共規劃新打機井48眼，其中16 m深機井10眼，20 m深機井38 眼，配套水泵、井堡及電力工程。利用現狀機井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井進行灌溉，由于群眾已有軟管，基本滿足使用，項目不再配套。

3 結語

綜上所述，農田水利灌溉是事關農作物健康生長的關鍵因素，也是作物產量與農民經濟效益的重要保障，水資源的有效利用與節約在科學合理的農田水利灌溉工程的規劃設計中是重中之重。文章根據項目區的概況和當地氣候條件、地形地貌、水利交通、電力供應等各因素的基礎上，結合水利工程的設計標準，科學合理規劃設計農田水利灌溉工程。