高標準農(nóng)田單項工程設(shè)計要點

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1項目概況

新蔡縣余店鎮(zhèn)項目區(qū)為井灌區(qū)。現(xiàn)有農(nóng)用井大都成井于2007-2009年，小部分成井于20世紀。由于當年的成井工藝落后，建設(shè)標準低，成井深度淺，管護措施不到位等原因，目前項目區(qū)內(nèi)機井大部分均已報廢，僅有小部分還能使用，但也存在帶病運行的情況，僅可作為農(nóng)民正常小流量灌溉用水源和農(nóng)藥噴灑用水源。

2井灌區(qū)灌水定額

新蔡縣余店鎮(zhèn)項目區(qū)，根據(jù)《灌溉工程設(shè)計手冊》和項目區(qū)基礎(chǔ)資料，因項目區(qū)內(nèi)土壤為砂姜黑土，設(shè)計凈灌水定額由式（1）計算：m=667γshβ（β1-β2）（1）式中：m—設(shè)計凈灌水定額（m3/hm2）；r—土壤密度（g/cm3）；h—計劃濕潤層深度（m）；β1—適宜土壤含水量上限；β2—適宜土壤含水量下限；β—田間持水量（重量比%）。根據(jù)項目區(qū)土壤情況和作物種植情況，土壤密度取1.42g/cm3，主要根系活動層深取0.55m，田間持水量為土壤干密度的25%，適宜土壤含水量上限取田間持水量的90%，下限取65%，計算得設(shè)計灌水定額為489m3/hm2，合48.80mm灌水水深。

3設(shè)計灌水周期

新蔡縣余店鎮(zhèn)項目區(qū)在4月下旬至5月上旬需水高峰時期（拔節(jié)、孕穗和抽穗、開花期）的需水強度EP為6mm/d，根據(jù)《灌溉技術(shù)規(guī)范》公式，灌水周期由式（2）計算：T=m/EP（2）式中：T—設(shè)計灌水周期（d）；m—設(shè)計凈灌水定額（mm）；EP—作物臨界期日均需水強度（mm/d）。經(jīng)計算，并參考當?shù)貙嶋H灌溉情況，T=8.10d>T設(shè)，故T設(shè)=8d。設(shè)計凈灌水定額為48.80mm，計算得作物灌水周期為8.10d，考慮區(qū)域土壤保水性差，根據(jù)實際取T=8d。

4單井出水量

井的深度根據(jù)該區(qū)的地質(zhì)條件和設(shè)計的單井出水量來確定，單井出水量按式（3）計算。Q=qhs（3）式中Q—單井出水量，m#/h；q—含水層出水率，m#/h；h—含水層厚度，m；S—計劃抽水降深，m。根據(jù)《新蔡縣水利區(qū)劃》中的有關(guān)資料和該地區(qū)的地質(zhì)條件可知，含水層出水率q=1（m3/h）/m2，含水層厚度h=8～12m，取8m，計劃抽水降深S=4m，經(jīng)計算單井出水量Q=1×8×4=32m3/h。

5單井控制面積

單井控制灌溉面積按式（4）計算。F0=Qt3T2η（1-η1）/m2（4）式中:F0—單井控制灌溉面積，hm2；Q—單井出水量，32m3/h；t3—灌溉期間開機時間，14h/d；T2—每次輪灌期的天數(shù)，8d；η—灌溉水利用系數(shù)，0.82；η1—干擾抽水的水量削減系數(shù)，0.16；m2—每公頃每次灌水定額，32.60m3；F0＝32×14×8×0.82×（1～0.16）/32.60=75.80（5.05hm2），項目計劃取5.05hm2。

6井距

根據(jù)單井控制面積（F0），當機井為方形布井時，井距L0按式（5）計算：L0=25.80（F0）1/2（5）式中:L0—井距；F0—單井控制灌溉面積，hm2。單井控制面積5hm2時，計算出井距為L0=216m。

7機井設(shè)計

①井深：井深確定為60、80m兩種，開孔直徑800mm。②井型：選用內(nèi)徑為40cm的鋼筋混凝土管構(gòu)成的筒井。井底部的2節(jié)4m沉砂管采用鋼筋混凝土實管，中部濾水管采用C25鋼筋混凝土濾水管，上部3節(jié)6m為護筒管采用C25鋼筋混凝土實管，還有井盤、濾料、井臺、井房、標志牌等部分。③井管：井管有兩種，一是鋼筋混凝土實管，二是鋼筋混凝土濾水管。均為C25混凝土，前者用于護筒和沉砂管，后者用于過濾管。其尺寸內(nèi)徑為40cm，外徑為50cm，長2m。濾水管開孔率不低于15%，井管采用焊接方式對接。井管之間對接嚴密，必須用麻片或海綿填充，外部用閉沙網(wǎng)包裹。④井管的質(zhì)量要求：管身圓直，內(nèi)徑偏差不得超過±3mm，厚度偏差不得超過+3～-2mm，彎曲度不超過3mm/m，管的端面平整，且與中心軸相互垂直，內(nèi)外表面不得有裂紋。⑤新打機井位置離規(guī)劃的路、溝外邊5m；成井深度不小于設(shè)計井深的20cm，傾斜度不超過2°，井管外編竹籠，并在2層竹籠夾2層500目尼龍網(wǎng)、填礫；網(wǎng)眼尺寸應(yīng)按濾料粒徑的下限確定竹籠規(guī)格。縱條15mm×2mm（寬×厚），橫條6m×2m（寬×厚），墊條寬度依據(jù)穿孔管的大小與排列確定，厚度根據(jù)竹桿的厚度決定，采用10號鐵絲綁扎。⑥新打機井井臺尺寸長1.30m×寬1.30m×高0.50m（地下0.20m），井臺采用C20現(xiàn)澆混凝土，必須用機械震搗。⑦洗井應(yīng)達到規(guī)定時間，按照從上層到下層，分層洗，以洗清為準，洗井完畢后，進行試驗抽水，水泵出水后30min采取水樣，測量含砂量，中、細砂含水層不得超過1/20000。粗砂、礫石、卵石含水層不得超過1/50000；竣工資料有管井結(jié)構(gòu)和地層柱狀圖，包括巖層名稱、巖性描述、厚度和埋藏深度、鉆孔及下管深度、井壁管和過濾器的規(guī)格及組合、地下水靜水位和動水位、電測井資料、試驗抽水成果、井水含砂量、井水出水量等。⑧井房采用玻璃鋼井房，井房規(guī)格為長0.86m×寬0.86m×高1.75m。

8井數(shù)的確定

機井井數(shù)采用單井控制灌溉面積法計算井數(shù)，其計算公式見式（6）：N=F/F0（6）式中：F—規(guī)劃區(qū)內(nèi)的灌溉面積（hm2）；F0—單井控制面積（hm2）；N—需要機井數(shù)（眼）；按照單井控制5hm2耕地計算，則需新打機井數(shù)量為N=40000/75=533（眼）。按單井控制5hm2，井距不低于216m的標準合理布局井位，做到井、井臺、井蓋、水泵、地埋線、地埋管道齊全。為了保證干旱年份地下水下降滿足灌溉要求，井深根據(jù)項目區(qū)實際含水層埋深情況定為60、80、100m三種井型，井管內(nèi)徑40cm，出水量32t/h。

9排澇溝渠

排澇溝按支、斗、農(nóng)、毛四級明溝排水系統(tǒng)設(shè)計。主要采用梳狀單向明流排水，高水高排，低水低排，排水不串流。采取以現(xiàn)有支溝定向，斗溝劃框，農(nóng)溝劃塊的形式。排澇標準：排澇標準為5a一遇。排澇面積：各級排水溝按流域面積分，10km2以上為支溝，1～10km2為斗溝，0.10～1km2為農(nóng)溝，0.10km2以下為毛溝。排澇流量：按照5a一遇除澇標準，新蔡縣排水溝的排澇模數(shù)為K=1.62m3/s/km2。按公式（7）計算Q=qF（7）式中：Q—除澇流量，m3/s；F—排澇溝控制面積，km2；q—設(shè)計排澇模數(shù)，m3/s.km2。經(jīng)計算各排澇溝流量為：Q支＞16.20m3/s，Q斗=1.62～16.2m3/s;Q農(nóng)=0.16～1.62m3/s;Q毛＜0.16m3/s。排水斷面：排澇溝斷面根據(jù)明渠均勻流公式（8）計算：Q=AC（Rⅰ）1/2（8）式中：Q-排澇設(shè)計流量；A-排水溝過水斷面；C-謝才系數(shù)C=1/nR1/6（n為糙率）；R-水力半徑；ⅰ-比降。項目區(qū)排澇溝一般采用梯形斷面，斷面面積、濕周、水力半徑按式（9）（10）（11）計算：A=h（b+mh）（9）X=b+2h（1+m2）1/2（10）R=A/X（11）式中符號同上。排澇溝斷面參數(shù)設(shè)計如下：支溝：溝深4m，底寬4m，邊坡比1:2；斗溝：溝深2～3.50m，底寬2～3m，邊坡比1:1～1：2；農(nóng)溝：溝深1～1.50m，底寬1～2m，邊坡比1:1。排澇溝的間距及長度：斗溝：間距500～1000m，長度1000～1500m。農(nóng)溝：間距200～500m，長度500～700m。

10機井通電典型工程設(shè)計

①雙桿變壓器。柱上變壓器臺架采用等高桿方式，電桿采用非預應(yīng)力混凝土桿，桿高為12m。②變壓器選型。根據(jù)每眼井的最大功率和供電區(qū)域內(nèi)機井數(shù)量，選定單個配電臺區(qū)合適的配電變壓器容量，變壓器應(yīng)采用S13-100kVA低損耗變壓器。③10kV線路采用架空線路，導線截面一般為50mm2，采用LGJ-50架空線路，供電半徑不超過10km。④400V地埋線路采用YJLV22-3×25mm地埋線，地埋線截面根據(jù)負荷的分布及允許電壓損耗選擇，按地埋線的允許載流量校驗，最大工作電流不應(yīng)大于允許載流量。

11結(jié)語

新蔡縣余店鎮(zhèn)項目建成后，新增耕地面積13.33hm2，新增灌溉面積1000hm2，改善灌溉面積1666.67hm2，新增除澇面積800hm2，改善除澇面積1600hm2，新增節(jié)水灌溉面積2666.67hm2，其中高效節(jié)水灌溉面積666.67hm2，年節(jié)約用水120萬m3，灌溉水利用系數(shù)由現(xiàn)狀的0.70提高到0.82，提高17%。通過加強農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得到根本改善。

作者:曹玉玲 單位:虞城縣水利局