藍田縣高效節水灌溉工程地下水源取用設計

郝良鵬 孫寶嵐

（1.藍田縣輞灞渠管理站 陜西 藍田 710500；2.藍田縣水產工作站 陜西 藍田 710500）

1 藍田縣節水灌溉發展現狀

藍田縣位于秦嶺北麓，耕地面積73.5萬畝，80%的耕地為旱地，水資源不足是糧食作物產量不能提升的主要因素。根據藍田縣各地的實際情況，過去的灌溉工程基本為渠灌和管灌，只有很少部分噴灌和微灌。但是在渠灌和管灌中多采用大水漫灌，一方面費水、費時、費勞；另一方面，灌溉后如不及時進行松土保墑，很快就會形成土壤板結，導致農作物死亡。而噴灌和微灌土地則不出現以上問題，但微灌投資太大，影響耕種和收割，同時損壞較嚴重，噴灌既省水、又省時，且節約勞力，灌溉效果很好。

2011 年，首先在三里鎮楊村試點開展旱地小麥旱作節水增產模式的探索，由最初的坑窖蓄水開始嘗試，改進到應用塑料罐推廣移動式噴灌技術。2014年對旱作節水設備進行更新和改造，增加過濾和施肥設備，初步形成以半固定式噴灌為核心的旱作節水增產新模式。

本次分析的典型區選擇在藍田縣前衛鎮田家灣村、王莊村，東經 109°09'～109°13'、北緯34°8'～34°12'之間。東西長約3.7km，南北寬約2.5km，地勢北高南低，海拔在672m～682m之間。兩個村共有15個村民小組3980人，耕地面積3938畝，人均耕地1.0畝，人均收入5600元。主要農作物有小麥、玉米和西瓜，復種指數150.3%。本次設計建設高效節水典型區灌溉面積3938畝，灌溉形式為半固定式噴灌。

2 噴灌系統總體布置

項目區位于前衛鎮田家灣村北，設計噴灌面積3938畝，東西長2580m，南北長1120m。現有機井在項目區西部，擬新打機井與原有機井呈梅花狀布設，井距600m左右。灌溉水源為項目區地下水，且水質符合《農田灌溉水質標準》（GB5084—2005）灌溉水的規定要求。

噴灌用水從井泵一次加壓流經首部樞紐、干、支管及豎管，由噴頭噴灑到田間，在噴水期內進行單支管輪灌。干管部分固定埋入地下，支管為可移動軟管，支管上設有快接三通，噴頭和支架連接在一體，根據輪灌計劃，噴頭輪流裝設在豎管上進行噴灑。

噴灌系統流程為：水源（井水加壓）→計量裝置（水表、壓力表）→網式過濾器（排砂控制裝置）→干管→移動支管→豎管→噴頭。

3 水源工程的設計

項目區現有機井1眼，根據項目區原有機井調查，地下水埋深60m～160m，現有機井深度為180m，單井出水量為32m3/h，水量充沛。設計對原有機井進行改造，并新打機井2眼作為工程水源。新打井深為200m，單井設計出水量為32m3/h，配套200QJ32-175型潛水泵。總控制面積3938畝。工程形式采用機壓管道輸水，井口出水鋼管與田間PVC管道相連接，首部樞紐設置、過濾器、安全進排氣閥及閘閥等設備，保證系統安全運行。

3.1 機井工程設計

3.1.1 水文地質資料

藍田縣地勢東北高、西南低，地面坡降4‰左右。由南向北分布著黃土臺塬、河川階地及丘陵嶺區，項目區地處西南黃土臺塬區。

黃土臺塬區堆積有第四紀沉積物，從地表到內部，表層為1.5m～4m黑壚土；第二層為10m～5m風積黃土；第三層為70m～100m厚夾有十余層棕紅色古土壤和鈣質結核層，以下主要為伏于上部黃土層之湖積、洪積的砂礫石層。根據該區第四紀地質地貌條件，地下巖層包括黃土潛水層和砂礫石承壓含水層。參照藍田縣地下水資源評價資料，黃土臺塬區為潛水貧水區，承壓水為富水區。承壓水含水層埋深120m～200m，含水層厚度40m～60m，地下水流向基本與地勢一致，水質較好。

3.1.2 井房設計

井房設計為磚混結構，尺寸為長3.3m、寬3.3m、高3.2m。

3.1.3 機井類型及設計出水量的確定

根據地下水含水層厚度和底板埋深，選擇機井類型為管井。

參照附近機井抽水試驗資料，確定機井設計出水量Q≥32m3/h，水位降深S=32m，井含沙量小于1/10000。

3.2 管井結構設計

管井結構包括井口、井壁管、過濾器和沉淀管及底座。

3.2.1 井孔和井管直徑的確定

過濾器結構設計。據含水層和建井材料，選用鋼筋砼管穿孔管纏絲過濾器。過濾器外徑應滿足下式要求：

式中：Qt——管井的設計出水量，Q=32m3/h；

D1——過濾器外徑，m；

Lg——過濾器有效過水長度，可按過濾器長度的85%計算，Lg=85%×40=34m；

N——過濾器進水面層的有效孔隙率，可按花管孔隙率的 50%計，N=50%×20%=10%；

Vg——允許過濾器進水流速，根據K=19m/d選擇Vg=0.01m/s。

3.2.2 井孔直徑校核

井孔直徑應按過濾器外徑確定，并以含水層最大允許流速進行校核，下部過濾器用濾水管外徑為208mm，墊筋纏絲高度2×（6+4）=20mm，則過濾器外直徑為D≥208+20=228mm。計算的最小井孔直徑可選用250mm，上部安裝內直徑280mm，外直徑350mm，加外封閉層厚度2×100=200mm，上部井孔直徑則應為 D≥350+200=550mm，為下管方便，井孔直徑設計值取600mm。

3.2.3 井孔深度及井管

參照項目區已成井的資料，水泵選擇為200QJ32-175型，井深確定為200m。井孔深度由井壁管、過濾器和沉淀管的總長確定，黑管151m，過濾器長40m，沉淀管長8m，井管底座1m。根據井深、水質、技術和經濟條件，選擇井管為鋼筋砼焊接管，砼標號C25，外徑350mm，壁厚35mm，縱筋φ6mm，環筋φ4mm。

3.2.4 過濾器選擇

根據含水層巖性，選擇纏絲過濾器，管材為鋼筋混凝土管。

3.2.5 過濾器設計

鋼筋砼管（骨架管）圓孔直徑d=20mm，縱向墊筋采用φ6mm，縱向墊筋間距為100mm，纏絲采用鍍鋅鐵絲，纏絲間隙0mm～1.5mm，開孔率12%。

3.2.6 填礫設計

（1）濾料粒徑

根據含水層顆粒粒徑大小，選擇填礫料粒徑5mm～10mm。

（2）填礫厚度

根據含水層巖性為中、粗礫含水層，填礫厚度為120mm。

3.2.7 沉淀管設計

根據井深和含水層巖性，取沉淀管長度為8m的鋼筋砼管，規格與井管相同。

3.2.8 井管外部封閉

用紅粘土球封閉濾料頂部至井口段30m，剩余部分用一般粘土填實，在地面井周圍澆注一層厚度為50cm混凝土。

3.3 施工要求

施工方式要求采用上探300型鉆機，嚴格按照《機井技術規范》GB/T50625-2010施工，工序規范，成井質量符合要求。

4 田間管網布置

項目區全部采用PVC低壓暗管輸水工程，工作壓力0.32Mpa，每眼機井作為一個獨立工程，單獨進行灌溉，主管道與支管道作同管徑輪灌設計，每眼機井可同時開兩個出水口。

管道布設：采用單井管道系統，即一眼機井一套管道系統，單井管道系統結合原有機井位置、地勢和作物種植等因素，采用樹狀管網布設。管道采用一級固定管道輸水，支管地面移動軟管，干管平行種植方向，支管垂直干管布置于地頭，出水口間距一般在30m左右，支管間距50m～120m。在管道系統首部安裝進排氣閥、逆止閥、閘閥、流量計、過濾器等設備。具體布設詳見項目村管網設計圖。

灌溉方法：考慮到管理方便及當地灌溉習慣，采取每次開兩個出水口輪灌的方法，即干管流量和支管相同，因此不必做輪灌組劃分。根據作物需水規律和輕重緩急采用先經濟后大田作物的輪灌方法，保證作物適時灌水。

配電設施：項目區內附近村莊有可利用的變壓器，且變壓器滿足設計要求，不需要增容，故本次設計不考慮變壓器。

5 結語

藍田縣過去各地的灌溉工程基本為渠灌和管灌，大水漫灌不僅費水、費時、費勞，而且灌溉后易形成土壤板結，不利于農作物生長。2013年～2017年實行高效節水灌溉項目，全縣規劃建設高效節水灌溉面積6.45萬畝，大力推行噴灌技術。噴灌的農田灌溉水有效利用系數將大于0.85，對于半固定管道式噴灌系統噴灌均勻系數可達0.75，行噴式噴灌系統則可達到0.85。因此，該節水灌溉項目的實施將有效改善縣域農田灌溉現狀，實現節水節地、節能高效的社會及生態效益。陜西水利