小型農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)論文

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1引言

灌區(qū)節(jié)水改造是保證國(guó)家糧食安全、促進(jìn)灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。干旱缺水是我國(guó)農(nóng)業(yè)面臨的最大威脅，是農(nóng)業(yè)發(fā)展主要的制約因素。在人口不斷增長(zhǎng)，耕地逐漸減少，土地后備資源嚴(yán)重不足的前提下，穩(wěn)定和提高糧食綜合生產(chǎn)能力，一個(gè)重要方面就是要穩(wěn)定和適當(dāng)擴(kuò)大節(jié)水灌溉面積。水利設(shè)施年久失修、破損嚴(yán)重，使水量浪費(fèi)損失極為嚴(yán)重。每年由于渠道引水決口，沖毀、淹沒(méi)農(nóng)田時(shí)有發(fā)生。扶風(fēng)縣各工程設(shè)施破損嚴(yán)重，完好率低下，渠道輸水能力嚴(yán)重不足，水利用率低，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。同時(shí)小型灌區(qū)機(jī)井老化比較嚴(yán)重，耕地得不到灌溉,輸水工程不配套。基于上述現(xiàn)狀，有必要對(duì)扶風(fēng)縣小型農(nóng)田水利工程進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，灌區(qū)節(jié)水改造是保證國(guó)家糧食安全、促進(jìn)灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

2工程概況和農(nóng)田水利工程現(xiàn)狀

2.1工程概況

扶風(fēng)縣位于關(guān)中盆地西部，西寶高速、西寶北線中段，全縣總土地面積745.8km2，耕地面積77.61萬(wàn)畝，農(nóng)民人均耕地1.59畝，縣內(nèi)農(nóng)田成方，道路成網(wǎng)，交通比較便利。全縣以種植糧食作物為主，主要糧食作物有小麥、玉米，常年播種面積100.6萬(wàn)畝，平均復(fù)種指數(shù)150%。經(jīng)濟(jì)作物主要有辣椒、蘋(píng)果等，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)主要以畜牧業(yè)為主。

2.2項(xiàng)目區(qū)水利工程現(xiàn)狀

目前項(xiàng)目區(qū)已有水利工程主要包括小型農(nóng)田水利工程、大中型灌區(qū)骨干工程和小型水庫(kù)工程。至2009年底，全縣共有陂塘9座，小型灌溉泵站343處，農(nóng)灌機(jī)井2843眼，水窖810眼，小型灌區(qū)渠系291km，大中型灌區(qū)渠系1080km，機(jī)井灌區(qū)灌溉渠系117.3km，低壓輸水暗管112.8km。設(shè)施灌溉面積52萬(wàn)畝，有效灌溉面積45萬(wàn)畝，節(jié)水灌溉面積23.4萬(wàn)畝。全縣共有寶雞峽、馮家山灌區(qū)干、支渠道122.8km。2000年以來(lái)，該縣通過(guò)實(shí)施農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)水利骨干工程改造、省級(jí)財(cái)政專(zhuān)項(xiàng)資金灌區(qū)改造等項(xiàng)目，投入資金3100萬(wàn)元，共襯砌改造干、支渠38km。縣管水庫(kù)共有11座，均為小型水庫(kù)。太川水庫(kù)、官務(wù)水庫(kù)、白家窯水庫(kù)、五郡溝水庫(kù)，共灌溉面積5.8萬(wàn)畝。總體而言，灌區(qū)水利基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，渠系建筑物損壞嚴(yán)重，抽水站年久失修，機(jī)泵老化，農(nóng)田灌溉以土渠輸水、大水漫灌為主，地下水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，單井控制面積小，灌溉保證率低。無(wú)法滿足灌溉需求，嚴(yán)重阻礙項(xiàng)目區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3灌區(qū)節(jié)水改造工程設(shè)計(jì)

為了改善扶風(fēng)縣灌區(qū)上述水利工程現(xiàn)狀，對(duì)整個(gè)扶風(fēng)縣分4個(gè)項(xiàng)目區(qū)分別進(jìn)行系統(tǒng)的節(jié)水改造工程的設(shè)計(jì)。整個(gè)節(jié)水改造工程的典型設(shè)計(jì)如下所述。

3.1機(jī)井工程設(shè)計(jì)

按照當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件和用水量要求，設(shè)計(jì)井孔深度180m。本深度內(nèi)可有四層水，總厚度為40m，井孔口徑為550mm，井管材料采用鑄鐵井管。濾水管有效工作長(zhǎng)度50m，實(shí)管長(zhǎng)度130m，合計(jì)總長(zhǎng)度180m。管外填礫厚度為140mm，填礫直徑10mm～20mm，礫料采用扶風(fēng)縣沙廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)礫料。井壁管連接形式采用焊接連接。根據(jù)井孔設(shè)計(jì)的地質(zhì)條件和含水層巖性來(lái)確定計(jì)算參數(shù)，從井孔柱狀圖上得知含水層總厚度M=40m，含水層的巖性以粗中砂為主，選擇含水層的滲透系數(shù)K=15m/d，采用濾水管有效工作長(zhǎng)度L=50m，井孔直徑D=550mm，濾水管外徑ds=0.288m，井管直徑d=0.25m。為保證管井的使用壽命，避免過(guò)高的滲透流速對(duì)濾水管的腐蝕、結(jié)垢、堵塞等破壞，在設(shè)計(jì)中我們采用小于允許入管流速進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式為：Q=Л×dg×L×n×Vg，將相應(yīng)參數(shù)代入式中可得Q=195m3/h。計(jì)算的理論出水量，代表了濾水管的進(jìn)水能力，而設(shè)計(jì)流量應(yīng)小于計(jì)算的理論值，所以應(yīng)乘以0.3的安全系數(shù)，才能作為設(shè)計(jì)出水量，即Q=58.6m3/h。

3.2輸水渠道設(shè)計(jì)

以法門(mén)鎮(zhèn)齊村北十一支一斗渠襯砌工程進(jìn)行典型工程設(shè)計(jì)。渠道總長(zhǎng)度850m，主要灌溉齊村的部分耕地，控制灌溉面積650畝，畝均控制渠道長(zhǎng)度為2.5m~3.1m。渠道設(shè)計(jì)流量的大小，應(yīng)根據(jù)作物的灌溉制度及所控制的灌溉面積，按照同一時(shí)期不同作物同時(shí)用水量的情況計(jì)算，計(jì)算得出渠道設(shè)計(jì)流量為0.1m3/s。渠道縱坡比降的選擇，應(yīng)由實(shí)際地形條件而定，盡可能使渠底比降與地面坡度相一致，在滿足灌溉引水的情況下，盡量選擇較大的比降，但斗渠一般不大于1/500。因此，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的地形特點(diǎn)，選渠道比降為1/600。為了提高灌溉效率，節(jié)水節(jié)能，節(jié)約占地，降低供水成本，同時(shí)也為了機(jī)械化施工，渠道斷面設(shè)計(jì)為“U”型砼斷面，渠道設(shè)計(jì)流量為0.11m3/s，縱比降為1/600，選用渠道斷面為D40斷面，襯砌厚度為5cm，選用C15砼澆筑。渠道每隔5m設(shè)一道伸縮縫，縫型為機(jī)械切割半縫，縫寬為2.5cm，縫內(nèi)用焦油塑料膠泥填塞。

3.3抽水站設(shè)計(jì)

依據(jù)原有抽水站設(shè)計(jì)灌溉面積、設(shè)計(jì)流量、配套機(jī)泵型號(hào)不變的原則，對(duì)該項(xiàng)目區(qū)的35座抽水站實(shí)施改建設(shè)計(jì)，更換62臺(tái)（套）新的節(jié)能機(jī)組，使其發(fā)揮原有的效益。確定以扶風(fēng)縣項(xiàng)目區(qū)召公鎮(zhèn)大槐村抽水站作為典型設(shè)計(jì)。該工程位于信邑水庫(kù)以南600m處，引水水源為美水河水，控制灌溉面積380畝。經(jīng)實(shí)際勘測(cè)調(diào)查，該抽水站地形揚(yáng)程8.23m,根據(jù)控制灌溉面積、灌水定額、輪灌天數(shù)、每天灌溉時(shí)間及渠系水利用系數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)流量，由設(shè)計(jì)流量和抽水揚(yáng)程確定水泵型號(hào)。確定了水泵的流量與揚(yáng)程，可利用“水泵性能表”來(lái)選擇所需水泵。

3.4低壓暗管設(shè)計(jì)

本次工程擬鉆鑿180m深的鋼筋砼管井1眼，根據(jù)已成機(jī)井水文地質(zhì)資料，機(jī)井出水量為32m3/h，靜水位35m，動(dòng)水位95m，地塊長(zhǎng)方形，東西長(zhǎng)400m，南北寬234m，面積約為140畝，機(jī)井位于地塊西北角。地塊內(nèi)作物種植以小麥、玉米、辣椒為主。作物種植方向?yàn)闁|西走向，地塊北偏東稍高、西部較低。設(shè)計(jì)灌水定額按式m=1000Hγ(覻1-覻2)/η計(jì)算，根據(jù)該區(qū)實(shí)際情況，計(jì)算得小麥、玉米的灌水定額40m3/畝，辣椒的灌水定額27m3/畝。本區(qū)農(nóng)作物以小麥、玉米、辣椒為主。玉米、辣椒生長(zhǎng)期處在雨季，適當(dāng)補(bǔ)充灌溉即可滿足要求，取灌水周期為12d。管道布設(shè)形式為梳齒狀，依據(jù)管灌技術(shù)規(guī)范，結(jié)合地塊形狀以及經(jīng)營(yíng)管理體制，耕作習(xí)慣，機(jī)井出水量等實(shí)際情況，在地塊西邊界布設(shè)1條主管道，垂直主管道布設(shè)3條支管道，管道長(zhǎng)度720m，在管道上安裝出水口進(jìn)行灌溉。項(xiàng)目實(shí)施后，區(qū)內(nèi)小麥種植面積占耕地面積的90%，日開(kāi)機(jī)時(shí)數(shù)取16h，灌溉水利用系數(shù)取0.8，根據(jù)機(jī)井控制面積計(jì)算，結(jié)果表明，設(shè)計(jì)流量小于單井出水量，故采用單井出水量為設(shè)計(jì)流量。管徑采用經(jīng)濟(jì)流速法確定，根據(jù)計(jì)算得管道管徑選擇為外徑110mm，內(nèi)徑105.6mm的UPVC管。經(jīng)計(jì)算，沿程水頭損失為5.77m，局部水頭損失按沿程水頭的10%計(jì)算，取0.57m。水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程由管道系統(tǒng)的水頭損失（h），機(jī)井動(dòng)水位(h凈），機(jī)井至供水最不利點(diǎn)的高差（△h）等確定，即H=h凈+h+△h+2.0（出水口要求水頭），該機(jī)井配套水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程為95+5.77+0.33+2.0=103.1m。按照設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)揚(yáng)程進(jìn)行水泵選型。

4工程經(jīng)濟(jì)效益分析

扶風(fēng)縣小型農(nóng)田水利節(jié)水改造工程建設(shè)項(xiàng)目計(jì)劃襯砌渠道82.1km，改造渠系建筑物639座；在機(jī)井灌區(qū)，新打配套機(jī)井41眼；鋪設(shè)低壓管道28.16km，出水栓981個(gè)；可新增灌溉面積7640畝，改善灌溉面積26222畝。井灌項(xiàng)目區(qū)灌溉水利用系數(shù)由原來(lái)的0.65提高到0.8；抽水灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)由原來(lái)的0.5提高到0.65；全縣糧食綜合生產(chǎn)能力新增379.42萬(wàn)kg。大力發(fā)展農(nóng)民用水合作組織，使其管理的灌溉面積增加1.3萬(wàn)畝。該項(xiàng)目建成后，作物復(fù)種指數(shù)由150%提高到180%，年可增產(chǎn)糧食379.42萬(wàn)kg，糧價(jià)按現(xiàn)行市場(chǎng)價(jià)1.8元/kg計(jì)算，可增收379.42×1.8＝682.96萬(wàn)元。經(jīng)濟(jì)作物每畝增收按100元計(jì)算，可增收3.39×180%×0.4×100=244.08萬(wàn)元。該項(xiàng)目建成后，年可節(jié)水186.60萬(wàn)m3，按每立方米水0.1元計(jì)，可節(jié)約186.60×0.1＝18.66萬(wàn)元。整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施后，共可增收945.70萬(wàn)元，取水的分?jǐn)傁禂?shù)為0.4，即水利項(xiàng)目?jī)羰找鏋?25.54萬(wàn)元×0.4＝378.28萬(wàn)元。依據(jù)以上增量效益和增量費(fèi)用的分析計(jì)算，并根據(jù)有關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算規(guī)定進(jìn)行分析計(jì)算，成果如表1所示。由經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析計(jì)算結(jié)果可以看出，本工程的經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率12.44065%大于經(jīng)濟(jì)基準(zhǔn)收益率8%；經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值844.10萬(wàn)元大于零；經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比為1.27，大于1.0。故該工程在經(jīng)濟(jì)上是合理的。

5結(jié)論和建議

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，灌區(qū)環(huán)境充分得以改善，灌區(qū)林草地的面積將進(jìn)一步擴(kuò)大，將有利于灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境的改善。生態(tài)環(huán)境效益表現(xiàn)在涵養(yǎng)水源、保持水土，減少風(fēng)沙災(zāi)害，防止泥沙流失、調(diào)節(jié)氣候、改善生態(tài)環(huán)境、凈化空氣等效益上。扶風(fēng)縣小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施方案，能夠結(jié)合項(xiàng)目區(qū)小水工程現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題進(jìn)行選項(xiàng)，選項(xiàng)正確、布局合理，經(jīng)濟(jì)效益顯著，并有良好的社會(huì)效益和生態(tài)效益。

作者:翟娟娟 張會(huì)玲 單位:扶風(fēng)縣水利局城關(guān)水務(wù)管理站 扶風(fēng)縣水政資源辦公室