平原地區(qū)農(nóng)用機(jī)井設(shè)計(jì)案例

趙永立

（惠濟(jì)河睢縣管理段，河南 睢縣 476900）

1 自然概況

1.1 地理位置與水文地質(zhì)

睢縣地處豫東平原、黃淮腹地，屬黃河沖積扇的一部分。地理坐標(biāo)為北緯34°12’～34°34′，東經(jīng)114°50′～115°12′?？偯娣e926 km2，境內(nèi)地形大體平坦，海拔高程50 ～60 m，西北略高，東南稍低，平均地面坡降為1/5 000。

地層主要有新第三和第四系松散物積淀而成，一般厚600～1 000 m，蘊(yùn)藏著較為豐富的地下水。淺層水（埋深60 m以內(nèi)）地層為第四系全新統(tǒng)河湖相沉積，一般厚度20 ～40 m，含水層厚5～20 m，頂板埋深10～20 m。中深層地下水（埋深分別為60～170 m、170～400 m），主要蘊(yùn)藏在第四系中、下更新統(tǒng)與第三系沙泥質(zhì)沙礫石含水層中，含水層厚度分別為5～10 m、10～40 m。地下水主要靠降水入滲補(bǔ)給，具有補(bǔ)給快、水質(zhì)好、易開采等特性，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要的供水來(lái)源。

睢縣水文地質(zhì)條件差異不大，地下水的補(bǔ)給比較充足，地下水資源較豐富。

1.2 氣候與降雨

睢縣氣候?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降水量為705.50 mm，受季風(fēng)影響，降水量年內(nèi)和年由于項(xiàng)目際變化較大，分配很不均勻。汛期（6-10 月份）降水量約占全年的68%，且常以暴雨形式出現(xiàn)，而小麥生長(zhǎng)期（2-5 月份）的降水量?jī)H占20%，冬春旱、夏秋澇是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要自然災(zāi)害。睢縣多年平均水面蒸發(fā)量為1 101.90 mm，約為年降水量的1.60 倍，冬春兩季平均蒸發(fā)量為335.30 mm，約為同期降水量的2.80 倍，夏秋兩季平均蒸發(fā)量為766.60 mm，約為同期降水量的1.40 倍，冬春兩季是小麥的生長(zhǎng)季節(jié)，需水量大，因此常常出現(xiàn)旱情。

2 農(nóng)用機(jī)井工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則及依據(jù)

根據(jù)《機(jī)井技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)要求和睢縣已有的鉆孔柱狀圖等資料，以開源節(jié)流、綜合治理開發(fā)、防旱抗旱奪高產(chǎn)為目的，配合基本農(nóng)田改造工程，立足社會(huì)經(jīng)濟(jì)、交通、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施等實(shí)際情況，合理開發(fā)地下水資源，提高水資源綜合利用能力。

另外，按照豎井灌溉方式，規(guī)劃?rùn)C(jī)井應(yīng)緊靠田間道路布置，以便于輸水和交通。

2.2 灌溉水利用系數(shù)

近年來(lái)，國(guó)家大力發(fā)展高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，低壓管道系統(tǒng)水利用系數(shù)范圍值為0.95～0.98，取0.95，田間水利用系數(shù)取0.90，則管灌水利用系數(shù)為0.95×0.90≈0.86。

2.3 機(jī)井影響半徑計(jì)算

式中：R-影響半徑（m）；S-地下水水位平均降深（10 m）；H-含水層滲透系數(shù)（3.40 m/d）；K-含水層平均厚度（24.20 m）。經(jīng)計(jì)算，機(jī)井影響半徑為181 m。

2.4 單井出水量計(jì)算

Qg=πβVgDgLg（2）

式中：Qg—過(guò)濾管的進(jìn)水能力（m3/h）；β—過(guò)濾管進(jìn)水面層有效孔隙率（設(shè)計(jì)選取孔隙率為15%），宜按過(guò)濾管面層孔隙率的50% 計(jì)算；Vg—允許過(guò)濾管進(jìn)水流速（設(shè)計(jì)選取流速為4×10-3m/s），不大于0.03 m/s；Dg—過(guò)濾管外徑（設(shè)計(jì)選取外徑為0.50 m）；Lg一過(guò)濾管有效進(jìn)水長(zhǎng)度（設(shè)計(jì)選取主要含水層中細(xì)砂層12 m），宜按過(guò)濾管長(zhǎng)度的85%計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，Qg=29.73 m3/h。

農(nóng)用機(jī)井設(shè)計(jì)出水量應(yīng)小于過(guò)濾管的進(jìn)水能力，結(jié)合睢縣現(xiàn)狀機(jī)井出水量情況及《井用潛水系》中潛水泵型號(hào)參數(shù)，設(shè)計(jì)機(jī)井出水量為25 m3/h。

2.5 井深和井徑設(shè)計(jì)

農(nóng)用機(jī)井深度設(shè)計(jì)應(yīng)參考鉆孔柱狀圖和機(jī)井地質(zhì)剖面圖，根據(jù)擬開采含水層的埋深、厚度、水質(zhì)、富水性及其出水能力等因素綜合確定。

根據(jù)睢縣水文地質(zhì)條件、地層構(gòu)造、分布、潛層含水層的厚度及以往農(nóng)用機(jī)井的成井統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，參考靜水位5～10 m、參考動(dòng)水位15～20 m，含水層主要巖性為細(xì)砂、砂壤土、砂卵石，含水層顆粒粗、透水性強(qiáng)，且水質(zhì)較好，屬重碳酸鹽淡水，適合飲用和灌溉。確定新打機(jī)井深度為45 m。井管內(nèi)徑為500 mm，外徑640 mm，濾水管采用無(wú)砂混凝土管，實(shí)管采用混凝土實(shí)心管。

2.6 單井控制面積設(shè)計(jì)

2.6.1 設(shè)計(jì)灌水定額

根據(jù)河南省地方標(biāo)準(zhǔn)《用水定額》，睢縣為豫東平原地區(qū)，當(dāng)灌溉保證率為75%時(shí)，小麥灌水定額為2.33～3.00 m3/hm2，玉米灌水定額為2.00～2.33 m3/hm2，綜合取作物設(shè)計(jì)灌水定額2.67 m3/hm2。

2.6.2 設(shè)計(jì)灌水周期的計(jì)算

根據(jù)《灌溉技術(shù)規(guī)范》公式，計(jì)算設(shè)計(jì)灌水周期得：

式中：T—設(shè)計(jì)灌水周期（d）；m—設(shè)計(jì)灌水定額（mm）；Ep—作物臨界期日均需水強(qiáng)度（mm/d），取5 mm/d。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，考慮到井灌區(qū)多采用管道灌溉等新型節(jié)水灌溉方式，灌水周期應(yīng)取較小值，結(jié)合睢縣的灌水習(xí)慣，取設(shè)計(jì)灌水周期為8 d。

2.6.3 單井灌溉控制面積計(jì)算

單井控制灌溉面積計(jì)算公式如下：

式中：F—單井控制灌溉面積（hm2）；Q—單井出水量（25 m3/h）；T—項(xiàng)目區(qū)輪灌一次所需時(shí)間（8 d）；t—灌溉每天開機(jī)時(shí)間（管灌區(qū)取20 h）；η—灌溉水利用系數(shù)（管灌區(qū)取0.86）；η1—干擾抽水的水量消減系數(shù)（0.15）；m—灌水定額（m3/hm2），大田作物綜合選取2.67 m3/hm2。

通過(guò)計(jì)算，單井控制灌溉面積為3.72 hm2，依據(jù)睢縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田地塊的實(shí)際狀況，可以確定單井控制面積為3.33 hm2。

2.7 機(jī)井布置

2.7.1 機(jī)井布置按方格網(wǎng)形式布置

井距計(jì)算公式如下：

式中：F0—單井控制灌溉面積。

2.7.2 機(jī)井布置按梅花形式布置

井距計(jì)算公式如下：式中：F0—單井控制灌溉面積。

經(jīng)計(jì)算，機(jī)井井距根據(jù)不同的布置方式，分別為188 m 和202 m，在工程實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)際情況，在現(xiàn)有機(jī)井的基礎(chǔ)上布局。具體情況應(yīng)根據(jù)農(nóng)田地塊實(shí)際現(xiàn)狀，在充分利用原有機(jī)井的基礎(chǔ)上，以行政村為單位進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃實(shí)施。適宜采用方格網(wǎng)形式布井的采用方格網(wǎng)形式，適宜采取梅花形式布井的采用梅花形式布井。

2.8 新打機(jī)井?dāng)?shù)量

應(yīng)該在充分利用原有機(jī)井的基礎(chǔ)上，以行政村為單位進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，根據(jù)機(jī)井控制灌溉面積、機(jī)井影響半徑以及井距的要求等因素，綜合考慮，確定新打農(nóng)用機(jī)井?dāng)?shù)量。

2.9 機(jī)井構(gòu)造要求

農(nóng)用機(jī)井結(jié)構(gòu)包括井壁管、過(guò)濾管和沉淀管。井管內(nèi)徑500 mm，外徑640 mm，井口處設(shè)混凝土井臺(tái)，一般應(yīng)高出地面30 cm以上，起到保護(hù)井口和防止積水倒灌的作用。井壁管、沉淀管采用混凝土管，井壁管采用無(wú)砂混凝土濾水管，長(zhǎng)度37 m，頂部和沉淀管采用混凝土實(shí)心管，頂部管長(zhǎng)5 m，底部管長(zhǎng)4 m。井管外部濾料應(yīng)根據(jù)含水層顆粒分析結(jié)果科學(xué)選擇，一般選用硅質(zhì)砂，濾料頂部和底部均采用黏土封閉，頂部長(zhǎng)度3 m，底部長(zhǎng)度2 m，剩余部分采用濾料填實(shí)，長(zhǎng)度40 m。井底盤采用鋼筋混凝土，直徑0.64 m。鉆孔直徑不小于940 mm，井管每側(cè)濾料厚度不小于150 mm。

2.10 機(jī)井配套

根據(jù)農(nóng)用機(jī)井成井的出水量、井深、抽水水位等有關(guān)因素合理確定適用的水泵類型和規(guī)格。

3 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)用機(jī)井是睢縣農(nóng)業(yè)灌溉重要水源，也是最適宜當(dāng)前農(nóng)民一家一戶田塊灌溉的方式，最受睢縣農(nóng)民歡迎。農(nóng)田水利灌溉基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，灌溉困難，抵御自然災(zāi)害的能力就較低，農(nóng)民只能“望天興嘆”，因此發(fā)展井灌尤為重要。在井灌規(guī)劃時(shí)，必須選好井型，做好單井設(shè)計(jì)，以期徹底解決工程性缺水問(wèn)題。