機井灌溉方案探析

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1概況

渭北旱塬區(qū)水利設(shè)施貧乏，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較為困難，要想解決當?shù)剞r(nóng)業(yè)靠天吃飯困境，就只能打井進行澆灌。甘皇地區(qū)位于合陽縣城西北部，包括甘井和皇甫莊兩鎮(zhèn)34個行政村，人口34424人，土地總面積153.1km2。地形北高南低，自北向南分別為低中山、山前洪積裙及黃土塬地貌。該區(qū)屬溫涼半干旱性季風氣候區(qū)，降雨稀少，多年平均降雨量528.2mm，區(qū)內(nèi)多年平均蒸發(fā)量1096.60mm。

2水利設(shè)施現(xiàn)狀及存在問題

2.1水利設(shè)施現(xiàn)狀。受地理條件限制，甘皇地區(qū)自然條件差，水利設(shè)施較少，現(xiàn)有小（1）型水庫1座，庫容438萬m3，有效庫容290萬m3，設(shè)計灌溉面積1.0萬畝，有效灌溉面積0.7萬畝。區(qū)內(nèi)共有機井121眼。2.2存在問題。（1）水資源需求量與區(qū)內(nèi)水資源總量矛盾日益突出。項目區(qū)地處渭北旱塬地帶，塬高溝深，地貌特殊，氣候干旱。多年平均降水量僅為528.2mm，且年內(nèi)分配極不均衡，主要降水集中在7、8、9三個月內(nèi)，約占全年降水量的56.8%。水資源緊缺與群眾迫切發(fā)展愿望之間矛盾十分突出。（2）水利設(shè)施老化失修，與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展用水需求矛盾日益尖銳。項目區(qū)121眼機井，大部分為20世紀70~80年代建成，老化失修嚴重，一些井的石棉井管或水泥井管現(xiàn)已破裂，造成部分機井報廢，目前實際只有94眼機井可發(fā)揮效益，其中井泵設(shè)施齊全、配套完好的僅59眼，實際灌溉面積1.5萬畝。加之部分水利設(shè)施因管理粗放，缺少維修養(yǎng)護經(jīng)費，管理制度不落實等因素，大大縮短了工程使用年限。（3）水利建設(shè)管理與社會經(jīng)濟發(fā)展的需求日益加大。由于項目區(qū)地處渭北旱塬區(qū)，氣候干旱，降水量少，水資源總量缺乏，時空分布不均。農(nóng)作物不能按作物需水量灌溉，直接影響農(nóng)作物的產(chǎn)量，導致調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)困難。

3水資源供需平衡分析

甘皇地區(qū)一帶的地下水主要有兩種類型：松散層孔隙水和基巖裂隙水。水位埋深一般在30~65m，區(qū)內(nèi)地下水的的化學類型為HCO3-Ca•Mg型，礦化度0.3~0.6g/l，屬弱堿性水，總硬度小于12個德國度，均適于人飲和灌溉。區(qū)內(nèi)地下水的補給，主要接受大氣降水補給及北部山區(qū)的側(cè)向徑流補給，通過淺部露頭處及具大孔隙性的疏松黃土層分別以直接或間接的方式滲入補給基巖地下水。根據(jù)甘皇區(qū)地下水資料，地下水年補給量為882.99萬m3/a。地下水的允許開采量應(yīng)以補給量為基礎(chǔ)，經(jīng)計算地下水允許開采量為612.10萬m3/a（見表1）。目前，項目區(qū)地下水已開采量為149萬m3/a，剩余可開采量為463.1萬m3/a。據(jù)統(tǒng)計，項目區(qū)作物以小麥、玉米、蘋果和烤煙為主。根據(jù)該區(qū)本次規(guī)劃，工程計劃采用暗管輸水，管灌水利用系數(shù)按0.98算，農(nóng)作物復種指數(shù)為140%，在設(shè)計水平年P(guān)=75%時，灌溉1.2萬畝地年需水量144萬m3。所以通過開采地下水進行機井節(jié)水灌溉，水源有充分保證。

4建設(shè)方案

4.1建設(shè)內(nèi)容。充分挖掘區(qū)內(nèi)水資源，新打、改造配套機井，修建小型灌溉水源工程，發(fā)展節(jié)水灌溉。總體目標是利用3年時間，新打機井42眼，改造配套機井35眼，鋪設(shè)灌溉管道94.75km，以解決項目區(qū)灌溉用水問題。新打機井分兩種，即洪積扇區(qū)機井和黃土塬區(qū)機井；改造配套機井主要是井泵、站房更新改造和站房維修等。4.2黃土塬區(qū)新打機井典型工程設(shè)計。黃土塬區(qū)一般塬面較平坦，塬體主要由第四系黃土狀土及沖洪積物組成，個別洼地內(nèi)有第三系沉積，下伏地層多為三疊系，二疊系砂泥巖和砂巖。甘井鎮(zhèn)麻陽村位于項目區(qū)中南部，現(xiàn)有耕地面積2342畝，人口926人。麻陽村機井工程主要包括：機井工程、站房工程、配電工程、輸水管網(wǎng)工程等。麻陽村新打機井柱狀圖見圖1。4.2.1井深及出水量確定。通過麻陽村打機井柱狀圖分析，地層結(jié)構(gòu)主要為：表層20m為黃土夾卵石和漂石；20～60m為厚度40m的亞砂土和砂卵石互層，其中含少量漂石；60～100m為厚度40m的亞砂土夾薄層砂卵石；100～110m為厚度10m的黏土夾砂卵石層；110～150m為厚度40m的黏土層；150～180m為厚度30m的黏土砂卵石互層，其中有膠結(jié)層；180～190m為厚度10m的黏土層；190～200m為厚度10m的黏土夾砂卵石層；200～220m為厚度20m的黏土層；220～240m為厚度20m的黏土砂卵石互層，其中有膠結(jié)層；240～280m為厚度40m的黏土層；280～320m為厚度40m的黏土砂卵石互層，其中有膠結(jié)層；320～340m為厚度20m的黏土層。取水層主要黏土夾砂卵石層、黏土砂卵石互層等含水層，含水層位置為100~110m，155~175m，190~200m，225~235m，285~400m。根據(jù)以上地層情況，本次設(shè)計成井深度340m，單井出水量為50m3/h。4.2.2開孔口徑及井壁管直徑的確定。為防止細顆粒進入井內(nèi)，延長機井壽命，除了選擇好回填的粒料之外，加厚反濾層的厚度是最有效的方法，機井終孔直徑為550mm，全孔采用550mm鉆頭一次成孔。井壁管采用外徑273mm，壁厚7mm的螺旋鋼管，沉淀管、過濾器與井壁管采用相同直徑的管材，井底沉淀管長度5m。4.2.3井管安裝。全孔均采用外徑273mm螺旋鋼管，總長320m，其中濾水管長70m；濾水管均打眼、墊筋、纏絲、包尼龍羅底（規(guī)格100目），包棕片2~4片，濾水管孔隙率為15%，絲距1~1.5mm。在井管周圍進行填粒，礫石按要求采用粒徑為2~8mm的自然石料，由于該井地層顆粒太細，在濾料中夾1/3粗砂，礫石粗砂填至25m。為防止地下水污染，在25m以上用優(yōu)質(zhì)黃土封孔到地面。4.2.4單井控制灌溉面積。機井灌區(qū)主要作物為玉米和小麥，綜合平均灌水定額為435m3/hm2，依據(jù)灌區(qū)水文地質(zhì)資料，工程區(qū)單井出水量為50m3/h。根據(jù)《機井技術(shù)規(guī)范》，單井控制面積按公式（1）計算：F0=Qt3T2η(1-η)m2（1）式中：F0為單井控制種植作物面積，hm2；Q為單井出流量，m3/h，取50m3/h；t3為灌溉期間開機時間，取20h；T2為每次輪灌期的天數(shù)，15d；m2為綜合平均灌水定額，435m3/hm2；η為灌溉水利用系數(shù)，取0.85；η1為干擾抽水的水量削減系數(shù)，0.2。根據(jù)公式（1）計算，單井控制灌溉面積：F0=23.45hm2=351.75畝。本次機井位置按照單井控制350畝進行布置。4.2.5井距確定。根據(jù)灌區(qū)情況，機井按照方格網(wǎng)形布置，井距按照公式（2）進行計算。L0=100F0（2）式中：L0為井距，m；F0為單井控制面積，23.45hm3。經(jīng)計算，井距為484m，在工程具體布置中，可根據(jù)具體地塊進行調(diào)整。所以，麻陽機井工程設(shè)計井深340m，Φ273井壁鋼管下深174m，選用200QJ32-252/18型井用潛水泵一臺，揚水管選用Φ80鋼管，水泵出水量30m3/h，揚程252m，配套電機功率30kW，額定電壓380V。擬在距機井5m處，新建管理及配電房1座，建筑面積12m2，均為M7.5水泥砂漿砌磚，并在管房正面外墻貼瓷磚。同時，架設(shè)10kV輸電線路0.8km，在距配電房3m處安裝50kVA變壓器1臺，型號為S9-50/10型配電變壓器。輸水管網(wǎng)工程：全部采用暗管輸水節(jié)灌方式，鋪設(shè)PVC-U管道1310m，其中Φ90PVC-U管350m，Φ75PVC-U管960m。安裝DN80閘閥2套，每套50m，安裝出水樁32個。4.3洪積扇區(qū)新打機井典型工程設(shè)計。洪積扇位于黃龍山念吉東溝、東佃頭、石村、楊村一線以北。裙體明顯，裙頂坡度5°-6°，前緣1°-3°，地面亦為北高南低，裙面發(fā)育有一些水沖溝及洼地。皇甫莊鎮(zhèn)河西坡位于項目區(qū)北部，現(xiàn)有耕地面積1824畝，人口705人。該村新打機井工程擬建于村西北300m處，設(shè)計灌溉面積180畝。設(shè)計方法同黃土塬區(qū)方法。其機井柱狀圖見圖2。經(jīng)計算確定：設(shè)計河西坡村井深251m，Φ273井壁鋼管下深155m，選用200QJ25-180/18型井用潛水泵一臺，揚水管選用Φ80鋼管，水泵出水量20~25m3/h，揚程180m，配套電機功率25kW，額定電壓380V。新建管理及配電房1座，建筑面積12m2，為磚混結(jié)構(gòu)，墻體厚為24cm，均為M7.5水泥砂漿砌磚，并在管房正面外墻貼瓷磚。架設(shè)10kV輸電線路0.8km，在距配電房3m處安裝50kVA變壓器1臺，型號為S9-50/10型。輸水管網(wǎng)全部采用暗管輸水節(jié)灌方式，鋪設(shè)PVC-U管道800m，其中Φ90PVC-U管270m，Φ75PVC-U管530m。安裝DN80閘閥2套，配套安裝出水樁18個。4.4改造配套機井典型工程設(shè)計。甘井鎮(zhèn)同堤坊村位于項目區(qū)中部，現(xiàn)有耕地面積5260畝，人口2120人。該村于20世紀90年代初期曾在村東打成機井一眼，井深320m，機井出水量25m3/h。經(jīng)多年運行使用，機井井泵、灌溉管網(wǎng)老化失修，站房毀壞嚴重，本次計劃對該眼機井進行改造修復，并實施配套管網(wǎng)工程，控制灌溉面積230畝。改造工程主要包括：井泵更新改造工程、站房工程、配電工程、輸水管網(wǎng)工程等。（1）井泵更新改造工程。更換200QJ25-200/18型潛水泵1臺、Φ80鋼管800m。（2）站房修復工程。擬在距機井5m處，修復管理及配電房1座，建筑面積12m2，為磚混結(jié)構(gòu)，均為M7.5水泥砂漿砌磚，管理房正面外墻貼瓷磚。（3）輸水管網(wǎng)工程。全部采用暗管輸水節(jié)灌方式，鋪設(shè)PVC-U管道1310m，其中Φ90PVC-U管350m，Φ75PVC-U管960m。安裝DN80閘閥2套，配套安裝出水樁32個。4.5田間管網(wǎng)工程設(shè)計。田間管網(wǎng)設(shè)計按照低壓暗管輸水管道工程設(shè)計，共布置干管、分干管、支管3級管道，田間地頭配置給水栓進行灌溉。從出水池出水井起，沿皇～王公路由北向南埋設(shè)干管1條，總長2.6km，垂直干管布設(shè)分干管6條，總長度為6.75km，分干管上垂直布置支管21條，總長10.5km，支管上每間隔40m，安出水樁1個，出水樁選用DN100口徑鋼制出水樁，共需出水樁500套。同時，布設(shè)閥門井32座，為圓形磚砌結(jié)構(gòu)，井徑D1200，井深1.5～2.0m，井壁厚240mm，以M7.5水泥砂漿砌筑，底板厚100mm，為C15砼結(jié)構(gòu)。

5結(jié)語

合陽縣甘、皇地區(qū)屬典型的渭北旱塬區(qū)，干旱少雨，現(xiàn)有水利設(shè)施不能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。根據(jù)不同地質(zhì)地況條件，進行不同的機井建設(shè)和節(jié)水措施，可使1.5萬畝作物得到灌溉，經(jīng)濟效益顯著。

作者:李占閣 單位:合陽縣水土保持和移民工作中心