農田水利灌溉工程規劃探討

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［摘要］農田水利灌溉工程在農業生產中發揮著重要的作用,關系到經濟的發展和人民的生產生活,以太谷縣水資源置換項目為例,探討農田水利工程的規劃設計。

［關鍵詞］農田水利；灌溉工程；水資源

我國是農業大國,農田水利灌溉工程在農業生產中發揮著重要的作用,而我國又屬于缺水大國,因此,合理規劃農田水利灌溉工程、合理利用水資源就十分重要,本文以太谷區水資源置換項目為例,探討農田水利工程的規劃設計。

1工程區概況

工程區位于晉中市太谷區,項目區農業灌溉范圍涉及北洸鄉、水秀鎮2個鄉鎮22個村莊,屬北暖溫帶重半干旱氣候,四季分明。年平均氣溫9.8℃,極端高溫達38℃。年平均降雨量為410mm,區域內不僅降雨較少,而且年內分配很不均勻,降水主要集中在7、8、9三個月,約占全年降雨總量的60%以上。多年平均無霜期為175天,霜凍期為10月中旬至次年4月中旬,標準凍土深度0.94m。近年來,受氣侯及其它因素影響,當地水資源量逐年減少,太谷區位于晉中市榆太祁中型孔隙地下水超采區,超采區面積約為857km2,其中嚴重超采區面積為234km2。太谷區主要農業用水區均屬于地下水嚴重超采區。針對地下水超采情況,山西省各級部門做了大量的治理工作。通過地下水生態補水、關井壓采、關停和限制重點保護區礦產開采等措施,有效遏制了地下水位嚴重下降的勢頭。但是全省的地下水超采現象尚未得到根本治理。自2018年起,在中央水利發展資金的支持下,山西省開始開展地下水超采綜合治理,全面貫徹中央“先建機制,后建工程”的部署和要求,立足山西省地下水超采實際,將汾河流域、桑干河流域、涑水河流域及重點巖溶泉域列入治理范圍,通過水源置換、關井壓采、巖溶泉域保護、地下水監測站建設等工程措施系統性地治理地下水超采問題。目前項目區域農田灌溉均為井灌,東山供水工程規劃向太谷區供水1630萬m3,目前東山供水工程及其調蓄水庫已基本建成。太谷區水利局經過考察研究,提出通過正在建設的南山水庫利用東山供水工程來水置換北洸鄉、水秀鎮兩個鄉鎮的農業灌溉地下水,同時關停用于農業灌溉水井,達到在緩解地下水超采的同時保證該地區的農業用水[1]。

2規劃設計

2.1建設任務的確定

依據太谷區現狀工農業布局及規劃,實施系統的供水管網建設工程,將東山供水工程來水通過南山水庫調蓄后,合理、高效的輸送至受水區,充分發揮東山供水工程效益,緩解受水區水資源短缺、地下水超采問題,為促進太谷區經濟社會協調、可持續發展,恢復或改善生態環境提供有力的水支撐、水保障。本工程灌溉年引水總量450.3萬m3,年壓采地下水量450.3萬m3。總流量為0.511m3/s。考慮太谷區規劃和南山水庫的建設任務,供水管道規模按規劃工農業用水量控制。南山水庫農業供水量230萬m3,相應農業流量0.261m3/s；工業供水量830萬m3,相應工業平均流量0.263m3/s,按照相關規范要求,輸送原水的管道設計流量按最高日平均時流量計算,供水日不均勻系數取1.2,因此供水管線設計流量為為0.577m3/s。綜合確定本工程等別為Ⅴ等,主要建筑物級別為5級,設計洪水標準為10年一遇。結合當地水資源條件、技術發展狀況及當地種植結構要求等綜合考慮,同時考慮到南山水庫為東山供水工程的調蓄水庫,水庫供水保證率應與調入水源保證率一致,因此南山水庫與當地水源共同承擔供水區的供水任務,農業灌溉保證率為75%[2]。

2.2地質條件的確定

該項目供水水源為太谷區南山水庫庫水,南山水庫位于太谷區北洸鄉白城村東南約3km,西距山西省果樹研究所約1.5km。庫壩區處于山前洪積傾斜平原,工程區沖溝發育,均為干溝,僅雨季有洪水。庫壩區地形平坦,高程840m~869m。水庫呈圍封狀,挖填結合而做。庫區范圍內主要發育小南溝（烏馬河支流）及其支溝,小南溝位于庫區西北側,斜穿而過,總體走向為N50°E,其兩條支溝總體走向為N35°W,穿庫區匯入小南溝。溝谷寬10m~55m,溝底高程約838m~848m,溝壑兩岸兩岸均為土質岸坡,岸坡較陡,坡度一般為40°~65°,局部較陡。受岸坡卸荷及雨水沖刷淘蝕影響,地表溝壑縱橫,土體裂隙較發育,河谷斷面呈“U”型。供水線路總體走向從南到北,地面高程767m~841m。

2.3供需水分析

太谷區關井壓采項目區農業灌溉用水利用南山水庫的來水。東山供水工程果樹園分水口向太谷區供水量經南山水庫調蓄后,可向太谷區提供農業灌溉用水230萬m3,工業及生活用水830萬m3。因目前工業尚未達到規模,用水量僅41.5萬m3,工業供水量富余,則考慮利用工業富余水量用來農田灌溉。南山水庫能調蓄農業水量230萬m3,灌溉農田1.03萬畝,不調蓄工業水量,因此只能利用工業供水的富余流量進行農田灌溉。由工業需水量及灌區灌溉制度分析可知,目前工業供水富余流量0.25m3/s,可灌溉農田0.99萬畝,用水量為220.3萬m3。因此,在把工業富余流量用于農業灌溉后,供水區內農田灌溉面積可達2.02萬畝,灌溉用水量450.3萬m3。項目區現狀農業總需水量450.3萬m3,南山水庫調蓄供水水量1060萬m3,可滿足項目區工農業需水要求。

2.4工程總體布置

該項目區農業灌溉田間配套已完善,僅需鋪設供水管網,工程布置主管線1條,線路總長度19.94km。根據擬關閉水井和用水戶的分布,主管道沿線布置農業灌溉支管29條,總長度26.9km。管道沿線共設置排氣閥井36座,排水閥井4座,控制閥井11座,檢修閥井5座,減壓閥井32座,支墩91個,流量計井46座,穿河段1處,穿公路99處、鐵路2處。2.4.1管線設計考慮到工程管道規格較多,跨越區域不大,埋設情況較為簡單,采用DN700及以下管徑,農業供水主管選用球墨鑄鐵管,管徑DN300~700,農業供水支管選用PE管,管徑DN110~250。由于工程所處地區最大凍土深度為94cm,為保證供水管線的安全,滿足其正常工作的要求,將輸水管線埋置于冰凍線以下,確定供水管線的管頂覆土厚度最小為1.0m。1）普通段管道埋設及防護供水管道隨地勢鋪設,管路穿過的地層多數為低液限性粘土和非自重濕陷性土。在土基上開挖管溝,開挖邊坡為1∶0.5。槽底開挖寬度根據管道外徑兩側各加0.3m~0.4m不等。球墨鑄鐵管、PE管底夯實后直接鋪設管道。管道鋪設完成后,將開挖土料作為回填料直接回填至原地面,回填要求土的壓實度不小于93%。2）河道段管道埋設防護管道穿越烏馬河采用明開挖方式進行施工。穿河段采用深埋并加防護措施,盡量使管道埋設在沖刷深度以下。管頂以上0.5m處設0.5m厚格賓石籠防護層,然后再回填至原河床高程,回填要求與普通段相同。2.4.2關井措施本工程中采取的關井措施按兩種情況進行處理：①由南山水庫設計農業供水量230萬m3控制的灌溉面積58眼水井永久關閉；②由暫借工業水量220.3萬m3控制的灌溉面積內的94眼水井封存備用。2.4.3水力機械為了控制各支線的供水水流,在支線的首端設置控制閥,控制閥后安裝傳力接頭,控制閥出水側安裝一只壓力變送器及壓力變送器用球閥,壓力變送器帶現場顯示功能,并能將壓力信號傳達至后臺信息化控制系統。為檢修方便,在沿線設置5臺檢修閥。為了在事故段檢修時放空管道內積水,管道沿線設置4座排水閥。同時在整個工程沿線放置4臺移動式排污泵,排水井需要排水時使用就近管理點的移動式排污泵排水。為了滿足管線系統在啟動、檢修和正常運行過程中的進排氣要求,在管線縱向凸起點或間隔一定長度配置空氣閥,沿線共設置36座空氣閥。為精確測量輸水管道供水流量,在支管線末端安裝測流量設備,與末端控制閥配套使用。本工程管線分水口較多,每個分水口的高程、流量各不相同。為利用原有田間管道,保證安全供水,在支線末端設置一臺在線式持壓減壓閥。減壓閥與安裝在末端的電磁流量計配套使用,用流量計所測流量調整減壓閥的開度,流量計與自動監控系統聯網,自動監控各測量點的流量及其變化。減壓閥前設置一臺手動檢修閘閥和一臺Y型過濾器,進水側和出水側各安裝一臺空氣閥和一只壓力變送器及壓力變送器用球閥。空氣閥采用復合式高速進排氣閥,壓力變送器帶現場顯示功能,并能將壓力信號傳達至后臺信息化控制系統,其電源采用太陽能供電。2.4.4電氣及自動化本工程供電負荷主要為帶電裝頭的一體化智能控制閥,電源均取自附近低壓線路。閥井主要包括控制閥井和流量計閥井。監控系統主要由監控終端和外圍配套設備組成。外圍設備包括執行器和各類型傳感器。監測終端數量共計約56處,可實時采集配水管道的流量、壓力以及電動閥的狀態等,通過4G/5G上傳至監控中心,通過監控管理系統軟件的分析處理下發正確的控制指令監控終端控制執行器執行相應動作,以實現自動上水。視頻監控系統主要包括前端監控設備、傳輸網絡和中心設備。前端監控設備包括高清攝像機,供電系統以及一些輔助器材；傳輸網絡可采用上圖無線網橋方式。中心配置交換機、硬盤錄像機以及顯示設備。用戶可以通過監控主機控制現場攝像機進行無死角監控,查看閥井的現場情況,掌握水位信息和外部人員非法進入等情況。

3結語

該工程的實施把東山供水工程地表水引入項目區,關閉項目區水井152眼,壓采地下水450.3萬m3,有效緩解了太谷區地下水超采的現狀,同時為太谷區北洸鄉、水秀鎮兩個鄉鎮22個村莊的農田灌溉提供了可靠的水源。這為節約區域用水、遏制地下水超采、提升水源涵養能力起到積極推動作用,同時促進打造水資源友好的農業灌溉工程,并對帶動區域經濟轉型發展起到積極推動作用。

參考文獻

[1]郭有寧.農田水利灌溉工程規劃的設計研究[J].農村實用技術,2021（6）:152-153.

[2]劉芳琴.農田水利灌溉工程規劃設計分析[J].百科論壇電子雜志,2020（6）:210-211.

作者：白曉云 單位：晉中市太谷區水利局