机井灌溉方案探析

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1概况

渭北旱塬区水利设施贫乏，农业生产较为困难，要想解决当地农业靠天吃饭困境，就只能打井进行浇灌。甘皇地区位于合阳县城西北部，包括甘井和皇甫庄两镇34个行政村，人口34424人，土地总面积153.1km2。地形北高南低，自北向南分别为低中山、山前洪积裙及黄土塬地貌。该区属温凉半干旱性季风气候区，降雨稀少，多年平均降雨量528.2mm，区内多年平均蒸发量1096.60mm。

2水利设施现状及存在问题

2.1水利设施现状。受地理条件限制，甘皇地区自然条件差，水利设施较少，现有小（1）型水库1座，库容438万m3，有效库容290万m3，设计灌溉面积1.0万亩，有效灌溉面积0.7万亩。区内共有机井121眼。2.2存在问题。（1）水资源需求量与区内水资源总量矛盾日益突出。项目区地处渭北旱塬地带，塬高沟深，地貌特殊，气候干旱。多年平均降水量仅为528.2mm，且年内分配极不均衡，主要降水集中在7、8、9三个月内，约占全年降水量的56.8%。水资源紧缺与群众迫切发展愿望之间矛盾十分突出。（2）水利设施老化失修，与现代农业发展用水需求矛盾日益尖锐。项目区121眼机井，大部分为20世纪70~80年代建成，老化失修严重，一些井的石棉井管或水泥井管现已破裂，造成部分机井报废，目前实际只有94眼机井可发挥效益，其中井泵设施齐全、配套完好的仅59眼，实际灌溉面积1.5万亩。加之部分水利设施因管理粗放，缺少维修养护经费，管理制度不落实等因素，大大缩短了工程使用年限。（3）水利建设管理与社会经济发展的需求日益加大。由于项目区地处渭北旱塬区，气候干旱，降水量少，水资源总量缺乏，时空分布不均。农作物不能按作物需水量灌溉，直接影响农作物的产量，导致调整农业种植结构困难。

3水资源供需平衡分析

甘皇地区一带的地下水主要有两种类型：松散层孔隙水和基岩裂隙水。水位埋深一般在30~65m，区内地下水的的化学类型为HCO3-Ca•Mg型，矿化度0.3~0.6g/l，属弱碱性水，总硬度小于12个德国度，均适于人饮和灌溉。区内地下水的补给，主要接受大气降水补给及北部山区的侧向径流补给，通过浅部露头处及具大孔隙性的疏松黄土层分别以直接或间接的方式渗入补给基岩地下水。根据甘皇区地下水资料，地下水年补给量为882.99万m3/a。地下水的允许开采量应以补给量为基础，经计算地下水允许开采量为612.10万m3/a（见表1）。目前，项目区地下水已开采量为149万m3/a，剩余可开采量为463.1万m3/a。据统计，项目区作物以小麦、玉米、苹果和烤烟为主。根据该区本次规划，工程计划采用暗管输水，管灌水利用系数按0.98算，农作物复种指数为140%，在设计水平年P=75%时，灌溉1.2万亩地年需水量144万m3。所以通过开采地下水进行机井节水灌溉，水源有充分保证。

4建设方案

4.1建设内容。充分挖掘区内水资源，新打、改造配套机井，修建小型灌溉水源工程，发展节水灌溉。总体目标是利用3年时间，新打机井42眼，改造配套机井35眼，铺设灌溉管道94.75km，以解决项目区灌溉用水问题。新打机井分两种，即洪积扇区机井和黄土塬区机井；改造配套机井主要是井泵、站房更新改造和站房维修等。4.2黄土塬区新打机井典型工程设计。黄土塬区一般塬面较平坦，塬体主要由第四系黄土状土及冲洪积物组成，个别洼地内有第三系沉积，下伏地层多为三叠系，二叠系砂泥岩和砂岩。甘井镇麻阳村位于项目区中南部，现有耕地面积2342亩，人口926人。麻阳村机井工程主要包括：机井工程、站房工程、配电工程、输水管网工程等。麻阳村新打机井柱状图见图1。4.2.1井深及出水量确定。通过麻阳村打机井柱状图分析，地层结构主要为：表层20m为黄土夹卵石和漂石；20～60m为厚度40m的亚砂土和砂卵石互层，其中含少量漂石；60～100m为厚度40m的亚砂土夹薄层砂卵石；100～110m为厚度10m的黏土夹砂卵石层；110～150m为厚度40m的黏土层；150～180m为厚度30m的黏土砂卵石互层，其中有胶结层；180～190m为厚度10m的黏土层；190～200m为厚度10m的黏土夹砂卵石层；200～220m为厚度20m的黏土层；220～240m为厚度20m的黏土砂卵石互层，其中有胶结层；240～280m为厚度40m的黏土层；280～320m为厚度40m的黏土砂卵石互层，其中有胶结层；320～340m为厚度20m的黏土层。取水层主要黏土夹砂卵石层、黏土砂卵石互层等含水层，含水层位置为100~110m，155~175m，190~200m，225~235m，285~400m。根据以上地层情况，本次设计成井深度340m，单井出水量为50m3/h。4.2.2开孔口径及井壁管直径的确定。为防止细颗粒进入井内，延长机井寿命，除了选择好回填的粒料之外，加厚反滤层的厚度是最有效的方法，机井终孔直径为550mm，全孔采用550mm钻头一次成孔。井壁管采用外径273mm，壁厚7mm的螺旋钢管，沉淀管、过滤器与井壁管采用相同直径的管材，井底沉淀管长度5m。4.2.3井管安装。全孔均采用外径273mm螺旋钢管，总长320m，其中滤水管长70m；滤水管均打眼、垫筋、缠丝、包尼龙罗底（规格100目），包棕片2~4片，滤水管孔隙率为15%，丝距1~1.5mm。在井管周围进行填粒，砾石按要求采用粒径为2~8mm的自然石料，由于该井地层颗粒太细，在滤料中夹1/3粗砂，砾石粗砂填至25m。为防止地下水污染，在25m以上用优质黄土封孔到地面。4.2.4单井控制灌溉面积。机井灌区主要作物为玉米和小麦，综合平均灌水定额为435m3/hm2，依据灌区水文地质资料，工程区单井出水量为50m3/h。根据《机井技术规范》，单井控制面积按公式（1）计算：F0=Qt3T2η(1-η)m2（1）式中：F0为单井控制种植作物面积，hm2；Q为单井出流量，m3/h，取50m3/h；t3为灌溉期间开机时间，取20h；T2为每次轮灌期的天数，15d；m2为综合平均灌水定额，435m3/hm2；η为灌溉水利用系数，取0.85；η1为干扰抽水的水量削减系数，0.2。根据公式（1）计算，单井控制灌溉面积：F0=23.45hm2=351.75亩。本次机井位置按照单井控制350亩进行布置。4.2.5井距确定。根据灌区情况，机井按照方格网形布置，井距按照公式（2）进行计算。L0=100F0（2）式中：L0为井距，m；F0为单井控制面积，23.45hm3。经计算，井距为484m，在工程具体布置中，可根据具体地块进行调整。所以，麻阳机井工程设计井深340m，Φ273井壁钢管下深174m，选用200QJ32-252/18型井用潜水泵一台，扬水管选用Φ80钢管，水泵出水量30m3/h，扬程252m，配套电机功率30kW，额定电压380V。拟在距机井5m处，新建管理及配电房1座，建筑面积12m2，均为M7.5水泥砂浆砌砖，并在管房正面外墙贴瓷砖。同时，架设10kV输电线路0.8km，在距配电房3m处安装50kVA变压器1台，型号为S9-50/10型配电变压器。输水管网工程：全部采用暗管输水节灌方式，铺设PVC-U管道1310m，其中Φ90PVC-U管350m，Φ75PVC-U管960m。安装DN80闸阀2套，每套50m，安装出水桩32个。4.3洪积扇区新打机井典型工程设计。洪积扇位于黄龙山念吉东沟、东佃头、石村、杨村一线以北。裙体明显，裙顶坡度5°-6°，前缘1°-3°，地面亦为北高南低，裙面发育有一些水冲沟及洼地。皇甫庄镇河西坡位于项目区北部，现有耕地面积1824亩，人口705人。该村新打机井工程拟建于村西北300m处，设计灌溉面积180亩。设计方法同黄土塬区方法。其机井柱状图见图2。经计算确定：设计河西坡村井深251m，Φ273井壁钢管下深155m，选用200QJ25-180/18型井用潜水泵一台，扬水管选用Φ80钢管，水泵出水量20~25m3/h，扬程180m，配套电机功率25kW，额定电压380V。新建管理及配电房1座，建筑面积12m2，为砖混结构，墙体厚为24cm，均为M7.5水泥砂浆砌砖，并在管房正面外墙贴瓷砖。架设10kV输电线路0.8km，在距配电房3m处安装50kVA变压器1台，型号为S9-50/10型。输水管网全部采用暗管输水节灌方式，铺设PVC-U管道800m，其中Φ90PVC-U管270m，Φ75PVC-U管530m。安装DN80闸阀2套，配套安装出水桩18个。4.4改造配套机井典型工程设计。甘井镇同堤坊村位于项目区中部，现有耕地面积5260亩，人口2120人。该村于20世纪90年代初期曾在村东打成机井一眼，井深320m，机井出水量25m3/h。经多年运行使用，机井井泵、灌溉管网老化失修，站房毁坏严重，本次计划对该眼机井进行改造修复，并实施配套管网工程，控制灌溉面积230亩。改造工程主要包括：井泵更新改造工程、站房工程、配电工程、输水管网工程等。（1）井泵更新改造工程。更换200QJ25-200/18型潜水泵1台、Φ80钢管800m。（2）站房修复工程。拟在距机井5m处，修复管理及配电房1座，建筑面积12m2，为砖混结构，均为M7.5水泥砂浆砌砖，管理房正面外墙贴瓷砖。（3）输水管网工程。全部采用暗管输水节灌方式，铺设PVC-U管道1310m，其中Φ90PVC-U管350m，Φ75PVC-U管960m。安装DN80闸阀2套，配套安装出水桩32个。4.5田间管网工程设计。田间管网设计按照低压暗管输水管道工程设计，共布置干管、分干管、支管3级管道，田间地头配置给水栓进行灌溉。从出水池出水井起，沿皇～王公路由北向南埋设干管1条，总长2.6km，垂直干管布设分干管6条，总长度为6.75km，分干管上垂直布置支管21条，总长10.5km，支管上每间隔40m，安出水桩1个，出水桩选用DN100口径钢制出水桩，共需出水桩500套。同时，布设阀门井32座，为圆形砖砌结构，井径D1200，井深1.5～2.0m，井壁厚240mm，以M7.5水泥砂浆砌筑，底板厚100mm，为C15砼结构。

5结语

合阳县甘、皇地区属典型的渭北旱塬区，干旱少雨，现有水利设施不能满足农业生产需求。根据不同地质地况条件，进行不同的机井建设和节水措施，可使1.5万亩作物得到灌溉，经济效益显著。

作者:李占阁 单位:合阳县水土保持和移民工作中心