基于杜蒙旱田灌溉地下水源工程建設

崔國玉，徐彥峰，夏 杰

(杜爾伯特蒙古族自治縣農業綜合開發辦，黑龍江杜蒙162200)

1 區域地下水資源情況分析

杜蒙縣區域地下水含水層主要由第四系齊齊哈爾孔隙潛水，第四系白土山組孔隙承壓水、第三系泰康組孔隙承壓水構成。因含水層受古沉積環境影響，其結構特征、埋藏條件、補給、徑流條件差異很大，各含水層富水性差別較為明顯。

1.1 第四系白土山組承壓含水層

主要由河流相沉積細砂、砂礫石組成，評價區沉積此層。含水層頂板埋深一般在60～80 m。含水層厚度為為40.0～50.0 m。含水層巖性顆粒粗大，分選較好，有效孔隙度大，透水性強，富水性較強。單井涌水量為1 500～2 500 m3/d。白土山組含水層是區域主要開采層之一，水位埋深在8～15 m。

1.2 泰康組承壓含水層

泰康組承壓含水層其巖性主要是含砂礫巖，與上部第四系含水層之間有一層分布不穩定的泥巖，局部為砂質泥巖、泥質砂巖和粉砂巖交互層，成巖性不好，膠結較差，具有一定的透水能力，厚度一般在15～25 m。砂礫巖層結構松散，顆粒較粗，分選性較好，透水性強，富水性好，自上而下由細變粗，呈明顯河流相沉積，沉積發育比較穩定，評價區含水層由東向西逐漸增大，由北向南逐漸變薄，頂板埋深一般在150～160 m，含水層厚度為80.0～90.0 m。單井出水量2 500～5 000 m3/d，泰康組是區域主要開采含水層之一。

1.3 供需水量

根據區域生活和農業發展規劃，區域地下水總量約為1.29億m3/a，地下水可開采量約6 300萬m3/a，年需水量為576萬m3/a，供水量遠遠大于需水量可以滿足用水需求。

2 水源井工程設計

1)井網布設，井位盡量布置成線，排列方向盡量垂直地下水流向，相鄰兩井互相錯開，以保證分層截取地下水，增加單井出水量，擴大單井灌溉面積，做到沿路成排集中連片布置，使之形成網絡化。

2)井型、井徑確定。根據我縣多年開發利用地下水打機電井的經驗和成井工藝，井型采用管井，井徑為300 mm，成井材料為鋼筋混凝土管。

3)單井控制灌溉面積。項目區機電井主要用于旱田節水灌溉，單井控制面積13.3～33.3 hm2，最大單井控制面積不超過66.7 hm2。

4)井距。根據我縣水文地質及抽水試驗，合理井距為500 m左右。

5)井深。根據該區內水文地質條件，成井井深平均為90～110 m。每眼井成井深度必須穿透承壓含水層，開孔直徑500 mm。

6)井管。根據井深，考慮成井成本、質量和使用壽命等要求，井管選用鋼筋混凝土管，管徑300 mm。

7)篩管。篩管按含水層厚度，設計出水量確定。含水層厚度不超過10 m時，篩管長度大于含水層厚度，含水層很厚時，篩管長度可略小于含水層厚度，篩管孔隙率≥30%，圓孔直徑12～16 mm，用80目以上尼龍布網包雙層，8～12鐵線纏繞。篩管也可采用目前市場用的橋式濾水管。

8)濾料選擇。中粗砂、礫巖層選取用4～7 mm濾料;粉細砂層選用1～3 mm濾料。

9)填礫高度和厚度。厚度≥100 mm，高度在篩管以上10 m，以下2 m為宜。

3 水源井工程設備的選配與運行

水源井配套設備的選置必須要綜合考慮各個方面的因素。要整理、準備好有關井的技術資料，包括井筒直徑、井筒傾斜度、井深與靜、動水位埋深，井的最大出水量以及泵、管性能資料和市場行情。從技術要求上來講，選配時必須要遵循以下原則:

3.1 井泵配套應遵循的原則

1)井用水泵應按地下水位的埋深選擇水泵類型。當機井動水位埋深在允許范圍內時，宜選用臥式離心泵;當機井動水位埋深＞8 m時宜選用潛水電泵。

2)泵流量可根據試驗抽水時測定的機井出水量選定。所選水泵的流量不得大于井的最大涌水量。

3)水泵揚程應根據機井動水位的埋深和輸水要求選定。應使流量、揚程在水泵高效區對應的范圍之內;安裝深度必須滿足水泵的取水淹沒深度，不發生氣蝕和超載運行。

4)井泵配合間隙應根據泵體的最大外徑與泵體入井部分的井管最小內徑差值選定。對金屬井管其差值≥50 mm，非金屬井管其差值≥100 mm。

3.2 泵機配套應遵循的原則

1)動力機功率應根據水泵軸功率，且大動力機額定功率之內合理選取。動力備用系數:電動機可采用1.1～1.3，柴油機可采用1.2～1.4。

2)動力機和水泵的轉向、轉速應相互適應，當其額定轉速差值不超過2%時可直接傳動，否則應采取間接傳動。

3.3 管、帶選配的原則

1)管、帶應按水泵的類型和規格合理選配。

2)正確選擇管材，合理確定管徑。管內流速不宜過大，管路應盡量避免迂回彎曲，聯接要方便可靠。

3)配套要經濟合理。水源井配套時在上述原則基礎上，還應考慮到哪種機泵和零件貨源充足，價格便宜，堅固耐用，維修保養方便和操作簡單等因素。在以上原則規定的基礎上進行水源井配套設備的選置主要分以下3步:

第一步是以井定泵。即根據水井的出水量和井中的水位變化幅度等條件確定泵型。所選水泵的流量Q泵應等于或小于水井的出水量Q井，如Q泵＞Q井運行中井中水位將大幅度下降，井壁內外壓差顯著增大，井壁進水流速加快，可能導致大量涌砂而報廢。因此科學地確定水井最優出水量是選泵的關鍵。潛水和承壓水最優出水量分析由下列公式計算:

式中:Q潛井為潛水井最優出水量，m3/h;H為井中水深(靜水位到井底距離)，m;Q為抽水試驗過程中地下水位穩定時的出水量，m3/h;S為對應于Q的抽水降深，m;一般要求S=6～6 m;Smax為對應于Q潛井的降深，即最大允許降深對潛水井:

式中:Q承井為承壓水井最優出水量，m3/h;Q為抽水試驗過程中地下水位穩定水位時的出水量，m3/h;S為相應于Q的抽水降深，m，一般要求S=5～6 m＜3 m;Smax為相應于Q井的降深，一般要求Smax≦1.5S。

水井深度最優出水量確定，就可依據此數據確定所需水泵的性能。使泵的流量和井的最優出水量基本一致。然后再選擇水泵的型號。同時要注意，要使水泵達到最大出水量時降深小于水井達到最大出水量時的降深，因為應該考慮區域水位下降和水井正常減產等情況，將降深留有余地。此外，還要注意到水源井的灌溉方式如水源井配備噴灌設備時，就應優先確定所需水泵的揚程大小，以滿足噴灌設備的使用壓力要求，還應考慮需水量的大小選配水泵。雖然水井具備選取配大流量泵條件，但不需要那么多水，選用機泵不經濟而且泵開停頻繁，容易損壞還浪費油和電。

第二步是以泵配機。即是根據水泵和配套功率確定所需動力和機械的功率，合理配套動力機。水泵的配套功率可按下列公式計算:

式中:N配為水泵的配套功率，kW;H為水泵的總揚程，m;Q為水泵的流量，L/s;n為水泵的效率，%;K為備用功率系數;電動機配套的機井K可選用1.1～1.3;柴油機配套的K值可選用1.2～1.4。一般44 kW以下時可選用1.1～1.4。44 kW以上可選用1.05～1.08。

首先依據此公式計算出水泵的配套功率，確定機的功率。然后依據當地的電網分布、經濟收入、地理位置、交通環境等因素確定配套機是采用電機，還是采用柴油機。在供電條件較好地區，可選擇電動機。因為電動機啟動容易、操作簡單、運行可靠、運行成本較低。在無電或供電比較困難的地區，應選用柴油機。柴油機具有機動靈活、適應性強的優點。

第三步是以泵配管。是應根據水泵的類型和規格合理選配管、帶。管徑與長度要與泵體和揚程相適應。根據實際需要合理地確定管道長度。避免增長管路阻力損失，以減少設備投資，降低灌溉成本。從運用效果上看，采用高壓聚乙烯管做潛水泵的揚水管造價低、適用性強、效益可觀。

與水泵配套的管徑D由下式確定:

式中:Q為水泵流量，m3/s，可從水泵銘牌或說明書中查到;V為管中的水的流速，m/s，進水管內的水的流速應在0.5～1 m/s，揚程小取小值，揚程大取大值。

根據上式計算管徑后，可由各種管材標準中查找統一標準管徑的管路。

［1］張岳，劉鈺，等.加快建立我國農業節水保障體系的對策和建議［J］.中國水利，2002(3):36－38.

［2］張岳.大力發展節水灌溉促進牧區生態建設［N］.中國水利報，2003－01－14.