機(jī)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(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)靠天吃飯困境，就只能打井進(jìn)行澆灌。甘皇地區(qū)位于合陽(yáng)縣城西北部，包括甘井和皇甫莊兩鎮(zhèn)34個(gè)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(fēng)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(wèn)題
2.1水利設(shè)施現(xiàn)狀。受地理?xiàng)l件限制，甘皇地區(qū)自然條件差，水利設(shè)施較少，現(xiàn)有?。?）型水庫(kù)1座，庫(kù)容438萬(wàn)m3，有效庫(kù)容290萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)灌溉面積1.0萬(wàn)畝，有效灌溉面積0.7萬(wàn)畝。區(qū)內(nèi)共有機(jī)井121眼。2.2存在問(wèn)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(xiàng)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?jī)H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(gè)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(xiàng)目區(qū)121眼機(jī)井，大部分為20世紀(jì)70~80年代建成，老化失修嚴(yán)重，一些井的石棉井管或水泥井管現(xiàn)已破裂，造成部分機(jī)井報(bào)廢，目前實(shí)際只有94眼機(jī)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(shí)際灌溉面積1.5萬(wàn)畝。加之部分水利設(shè)施因管理粗放，缺少維修養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)，管理制度不落實(shí)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求日益加大。由于項(xiàng)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(shí)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(dǎo)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(xué)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(gè)德國(guó)度，均適于人飲和灌溉。區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給，主要接受大氣降水補(bǔ)給及北部山區(qū)的側(cè)向徑流補(bǔ)給，通過(guò)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(bǔ)給基巖地下水。根據(jù)甘皇區(qū)地下水資料，地下水年補(bǔ)給量為882.99萬(wàn)m3/a。地下水的允許開(kāi)采量應(yīng)以補(bǔ)給量為基礎(chǔ)，經(jīng)計(jì)算地下水允許開(kāi)采量為612.10萬(wàn)m3/a（見(jiàn)表1）。目前，項(xiàng)目區(qū)地下水已開(kāi)采量為149萬(wàn)m3/a，剩余可開(kāi)采量為463.1萬(wàn)m3/a。據(jù)統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)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(jì)劃采用暗管輸水，管灌水利用系數(shù)按0.98算，農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)為140%，在設(shè)計(jì)水平年P(guān)=75%時(shí)，灌溉1.2萬(wàn)畝地年需水量144萬(wàn)m3。所以通過(guò)開(kāi)采地下水進(jìn)行機(jī)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(jī)井，修建小型灌溉水源工程，發(fā)展節(jié)水灌溉?？傮w目標(biāo)是利用3年時(shí)間，新打機(jī)井42眼，改造配套機(jī)井35眼，鋪設(shè)灌溉管道94.75km，以解決項(xiàng)目區(qū)灌溉用水問(wèn)題。新打機(jī)井分兩種，即洪積扇區(qū)機(jī)井和黃土塬區(qū)機(jī)井；改造配套機(jī)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(jī)井典型工程設(shè)計(jì)。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(gè)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(yáng)村位于項(xiàng)目區(qū)中南部，現(xiàn)有耕地面積2342畝，人口926人。麻陽(yáng)村機(jī)井工程主要包括：機(jī)井工程、站房工程、配電工程、輸水管網(wǎng)工程等。麻陽(yáng)村新打機(jī)井柱狀圖見(jiàn)圖1。4.2.1井深及出水量確定。通過(guò)麻陽(yáng)村打機(jī)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(jì)成井深度340m，單井出水量為50m3/h。4.2.2開(kāi)孔口徑及井壁管直徑的確定。為防止細(xì)顆粒進(jìn)入井內(nèi)，延長(zhǎng)機(jī)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(jī)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(guò)濾器與井壁管采用相同直徑的管材，井底沉淀管長(zhǎng)度5m。4.2.3井管安裝。全孔均采用外徑273mm螺旋鋼管，總長(zhǎng)320m，其中濾水管長(zhǎng)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(jìn)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(xì)，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(jī)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(jī)井技術(shù)規(guī)范》，單井控制面積按公式（1）計(jì)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(kāi)機(jī)時(shí)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(jì)算，單井控制灌溉面積：F0=23.45hm2=351.75畝。本次機(jī)井位置按照單井控制350畝進(jìn)行布置。4.2.5井距確定。根據(jù)灌區(qū)情況，機(jī)井按照方格網(wǎng)形布置，井距按照公式（2）進(jìn)行計(jì)算。L0=100F0（2）式中：L0為井距，m；F0為單井控制面積，23.45hm3。經(jīng)計(jì)算，井距為484m，在工程具體布置中，可根據(jù)具體地塊進(jìn)行調(diào)整。所以，麻陽(yáng)機(jī)井工程設(shè)計(jì)井深340m，Φ273井壁鋼管下深174m，選用200QJ32-252/18型井用潛水泵一臺(tái)，揚(yáng)水管選用Φ80鋼管，水泵出水量30m3/h，揚(yáng)程252m，配套電機(jī)功率30kW，額定電壓380V。擬在距機(jī)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(shí)，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(tái)，型號(hào)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(gè)。4.3洪積扇區(qū)新打機(jī)井典型工程設(shè)計(jì)。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?；矢ηf鎮(zhèn)河西坡位于項(xiàng)目區(qū)北部，現(xiàn)有耕地面積1824畝，人口705人。該村新打機(jī)井工程擬建于村西北300m處，設(shè)計(jì)灌溉面積180畝。設(shè)計(jì)方法同黃土塬區(qū)方法。其機(jī)井柱狀圖見(jiàn)圖2。經(jīng)計(jì)算確定：設(shè)計(jì)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(tái)，揚(yáng)水管選用Φ80鋼管，水泵出水量20~25m3/h，揚(yáng)程180m，配套電機(jī)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(tái)，型號(hào)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(gè)。4.4改造配套機(jī)井典型工程設(shè)計(jì)。甘井鎮(zhèn)同堤坊村位于項(xiàng)目區(qū)中部，現(xiàn)有耕地面積5260畝，人口2120人。該村于20世紀(jì)90年代初期曾在村東打成機(jī)井一眼，井深320m，機(jī)井出水量25m3/h。經(jīng)多年運(yùn)行使用，機(jī)井井泵、灌溉管網(wǎng)老化失修，站房毀壞嚴(yán)重，本次計(jì)劃對(duì)該眼機(jī)井進(jìn)行改造修復(fù)，并實(shí)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(tái)、Φ80鋼管800m。（2）站房修復(fù)工程。擬在距機(jī)井5m處，修復(fù)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(gè)。4.5田間管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)。田間管網(wǎng)設(shè)計(jì)按照低壓暗管輸水管道工程設(shè)計(jì)，共布置干管、分干管、支管3級(jí)管道，田間地頭配置給水栓進(jìn)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(zhǎng)2.6km，垂直干管布設(shè)分干管6條，總長(zhǎng)度為6.75km，分干管上垂直布置支管21條，總長(zhǎng)10.5km，支管上每間隔40m，安出水樁1個(gè)，出水樁選用DN100口徑鋼制出水樁，共需出水樁500套。同時(shí)，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(yǔ)
合陽(yáng)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(jìn)行不同的機(jī)井建設(shè)和節(jié)水措施，可使1.5萬(wàn)畝作物得到灌溉，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
作者:李占閣 單位:合陽(yáng)縣水土保持和移民工作中心