平原地區農用機井設計案例

趙永立

（惠濟河睢縣管理段，河南 睢縣 476900）

1 自然概況

1.1 地理位置與水文地質

睢縣地處豫東平原、黃淮腹地，屬黃河沖積扇的一部分。地理坐標為北緯34°12’～34°34′，東經114°50′～115°12′。總面積926 km2，境內地形大體平坦，海拔高程50 ～60 m，西北略高，東南稍低，平均地面坡降為1/5 000。

地層主要有新第三和第四系松散物積淀而成，一般厚600～1 000 m，蘊藏著較為豐富的地下水。淺層水（埋深60 m以內）地層為第四系全新統河湖相沉積，一般厚度20 ～40 m，含水層厚5～20 m，頂板埋深10～20 m。中深層地下水（埋深分別為60～170 m、170～400 m），主要蘊藏在第四系中、下更新統與第三系沙泥質沙礫石含水層中，含水層厚度分別為5～10 m、10～40 m。地下水主要靠降水入滲補給，具有補給快、水質好、易開采等特性，是農業生產主要的供水來源。

睢縣水文地質條件差異不大，地下水的補給比較充足，地下水資源較豐富。

1.2 氣候與降雨

睢縣氣候屬暖溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候，多年平均降水量為705.50 mm，受季風影響，降水量年內和年由于項目際變化較大，分配很不均勻。汛期（6-10 月份）降水量約占全年的68%，且常以暴雨形式出現，而小麥生長期（2-5 月份）的降水量僅占20%，冬春旱、夏秋澇是影響農業生產的主要自然災害。睢縣多年平均水面蒸發量為1 101.90 mm，約為年降水量的1.60 倍，冬春兩季平均蒸發量為335.30 mm，約為同期降水量的2.80 倍，夏秋兩季平均蒸發量為766.60 mm，約為同期降水量的1.40 倍，冬春兩季是小麥的生長季節，需水量大，因此常常出現旱情。

2 農用機井工程設計

2.1 設計原則及依據

根據《機井技術規范》的有關要求和睢縣已有的鉆孔柱狀圖等資料，以開源節流、綜合治理開發、防旱抗旱奪高產為目的，配合基本農田改造工程，立足社會經濟、交通、農業基礎設施等實際情況，合理開發地下水資源，提高水資源綜合利用能力。

另外，按照豎井灌溉方式，規劃機井應緊靠田間道路布置，以便于輸水和交通。

2.2 灌溉水利用系數

近年來，國家大力發展高標準農田建設，根據相關規范，低壓管道系統水利用系數范圍值為0.95～0.98，取0.95，田間水利用系數取0.90，則管灌水利用系數為0.95×0.90≈0.86。

2.3 機井影響半徑計算

式中：R-影響半徑（m）；S-地下水水位平均降深（10 m）；H-含水層滲透系數（3.40 m/d）；K-含水層平均厚度（24.20 m）。經計算，機井影響半徑為181 m。

2.4 單井出水量計算

Qg=πβVgDgLg（2）

式中：Qg—過濾管的進水能力（m3/h）；β—過濾管進水面層有效孔隙率（設計選取孔隙率為15%），宜按過濾管面層孔隙率的50% 計算；Vg—允許過濾管進水流速（設計選取流速為4×10-3m/s），不大于0.03 m/s；Dg—過濾管外徑（設計選取外徑為0.50 m）；Lg一過濾管有效進水長度（設計選取主要含水層中細砂層12 m），宜按過濾管長度的85%計算。經計算，Qg=29.73 m3/h。

農用機井設計出水量應小于過濾管的進水能力，結合睢縣現狀機井出水量情況及《井用潛水系》中潛水泵型號參數，設計機井出水量為25 m3/h。

2.5 井深和井徑設計

農用機井深度設計應參考鉆孔柱狀圖和機井地質剖面圖，根據擬開采含水層的埋深、厚度、水質、富水性及其出水能力等因素綜合確定。

根據睢縣水文地質條件、地層構造、分布、潛層含水層的厚度及以往農用機井的成井統計數據，參考靜水位5～10 m、參考動水位15～20 m，含水層主要巖性為細砂、砂壤土、砂卵石，含水層顆粒粗、透水性強，且水質較好，屬重碳酸鹽淡水，適合飲用和灌溉。確定新打機井深度為45 m。井管內徑為500 mm，外徑640 mm，濾水管采用無砂混凝土管，實管采用混凝土實心管。

2.6 單井控制面積設計

2.6.1 設計灌水定額

根據河南省地方標準《用水定額》，睢縣為豫東平原地區，當灌溉保證率為75%時，小麥灌水定額為2.33～3.00 m3/hm2，玉米灌水定額為2.00～2.33 m3/hm2，綜合取作物設計灌水定額2.67 m3/hm2。

2.6.2 設計灌水周期的計算

根據《灌溉技術規范》公式，計算設計灌水周期得：

式中：T—設計灌水周期（d）；m—設計灌水定額（mm）；Ep—作物臨界期日均需水強度（mm/d），取5 mm/d。

根據計算結果，考慮到井灌區多采用管道灌溉等新型節水灌溉方式，灌水周期應取較小值，結合睢縣的灌水習慣，取設計灌水周期為8 d。

2.6.3 單井灌溉控制面積計算

單井控制灌溉面積計算公式如下：

式中：F—單井控制灌溉面積（hm2）；Q—單井出水量（25 m3/h）；T—項目區輪灌一次所需時間（8 d）；t—灌溉每天開機時間（管灌區取20 h）；η—灌溉水利用系數（管灌區取0.86）；η1—干擾抽水的水量消減系數（0.15）；m—灌水定額（m3/hm2），大田作物綜合選取2.67 m3/hm2。

通過計算，單井控制灌溉面積為3.72 hm2，依據睢縣各鄉鎮農田地塊的實際狀況，可以確定單井控制面積為3.33 hm2。

2.7 機井布置

2.7.1 機井布置按方格網形式布置

井距計算公式如下：

式中：F0—單井控制灌溉面積。

2.7.2 機井布置按梅花形式布置

井距計算公式如下：式中：F0—單井控制灌溉面積。

經計算，機井井距根據不同的布置方式，分別為188 m 和202 m，在工程實施過程中，應根據各鄉鎮實際情況，在現有機井的基礎上布局。具體情況應根據農田地塊實際現狀，在充分利用原有機井的基礎上，以行政村為單位進行統一規劃實施。適宜采用方格網形式布井的采用方格網形式，適宜采取梅花形式布井的采用梅花形式布井。

2.8 新打機井數量

應該在充分利用原有機井的基礎上，以行政村為單位進行統一規劃，根據機井控制灌溉面積、機井影響半徑以及井距的要求等因素，綜合考慮，確定新打農用機井數量。

2.9 機井構造要求

農用機井結構包括井壁管、過濾管和沉淀管。井管內徑500 mm，外徑640 mm，井口處設混凝土井臺，一般應高出地面30 cm以上，起到保護井口和防止積水倒灌的作用。井壁管、沉淀管采用混凝土管，井壁管采用無砂混凝土濾水管，長度37 m，頂部和沉淀管采用混凝土實心管，頂部管長5 m，底部管長4 m。井管外部濾料應根據含水層顆粒分析結果科學選擇，一般選用硅質砂，濾料頂部和底部均采用黏土封閉，頂部長度3 m，底部長度2 m，剩余部分采用濾料填實，長度40 m。井底盤采用鋼筋混凝土，直徑0.64 m。鉆孔直徑不小于940 mm，井管每側濾料厚度不小于150 mm。

2.10 機井配套

根據農用機井成井的出水量、井深、抽水水位等有關因素合理確定適用的水泵類型和規格。

3 結語

農用機井是睢縣農業灌溉重要水源，也是最適宜當前農民一家一戶田塊灌溉的方式，最受睢縣農民歡迎。農田水利灌溉基礎設施薄弱，灌溉困難，抵御自然災害的能力就較低，農民只能“望天興嘆”，因此發展井灌尤為重要。在井灌規劃時，必須選好井型，做好單井設計，以期徹底解決工程性缺水問題。