淮北平原農(nóng)灌井建設(shè)幾個(gè)亟待解決的問題

蔣 奎

(安徽水利開發(fā)股份有限公司,安徽 蚌埠 23300)

遼闊的淮北平原,是國(guó)家重要的商品糧基地之一,其中有近三分之二的農(nóng)田作物,是靠農(nóng)用機(jī)井開發(fā)淺層地下水灌溉,才獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的。實(shí)踐證明,農(nóng)灌井建設(shè)的質(zhì)量關(guān)系到淺層地下水開發(fā)利用程度、灌溉效益以及對(duì)井灌工程的優(yōu)化管理等問題。為使己建井灌工程更有效地發(fā)揮效益,使待建井灌工程減少投資和浪費(fèi),做到穩(wěn)步有序的健康發(fā)展,本文以安徽淮北平原為例,就農(nóng)灌井建設(shè)普遍存在的幾個(gè)亟待解決的問題提出來與大家共同探討與改進(jìn)。

1 單井控制灌溉面積問題

單井控制灌溉面積的大小不僅與井出水量有關(guān),而且與設(shè)施的輸水性能和田間灌水技術(shù)以及種植習(xí)慣等因素有關(guān)。長(zhǎng)期以來,由于認(rèn)識(shí)上的差異,即使在各種條件都雷同的地區(qū),單井控制灌溉面積也會(huì)有較大的不同。例如某縣項(xiàng)目區(qū)建成的 133 hm2半固定式噴灌示范區(qū),單井控制灌溉面積高達(dá) 14.3～16.7 hm2。反之,也有些縣將單井控制灌溉面積設(shè)定在 2.7～3.3 hm2。其不良后果是:前者導(dǎo)致輪灌周期過長(zhǎng),不但難以滿足灌溉需水要求,而且失去節(jié)水灌溉的意義;而后者,卻因井距太近,抽水時(shí)互相干擾,加大灌溉成本。

據(jù)調(diào)研和試驗(yàn)資料分析,在對(duì)井灌區(qū)規(guī)劃時(shí),節(jié)水型單井控制灌溉面積可參考表 l取值。

表l 淮北平原節(jié)水型灌溉單井控制面積取值表

2 井位確定問題

井灌區(qū)水井的位置,是井灌規(guī)劃或井灌建設(shè)的重要參數(shù)之一。如果井位布置不當(dāng),就會(huì)造成不良后果。例如井距太近,抽水時(shí)互相干擾,必定增加灌溉成本,同時(shí)還會(huì)增加建井?dāng)?shù)量,擴(kuò)大工程投資,使經(jīng)濟(jì)效益降低;井距太大,又會(huì)使一些農(nóng)田因不能及時(shí)得到灌溉導(dǎo)致減產(chǎn)損失。因此,科學(xué)合理的布井,對(duì)于減少浪費(fèi)、增加經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。當(dāng)前群井布置存在的突出問題是,不能做到因地制宜。一是,從整體布局美觀出發(fā),過于強(qiáng)求單一的成排成行形式布井,導(dǎo)致水井及其配套設(shè)施不能很好地發(fā)揮效益;二是,過于強(qiáng)調(diào)井灌效益,把井位布在控制灌溉面積中心,這往往使一些機(jī)井因沒預(yù)留直達(dá)井位的田間生產(chǎn)小路,給井的管理、使用等帶來諸多不便。針對(duì)這兩種情況,建議對(duì)今后井灌區(qū)的群井布置,既要考慮整體,也要照顧局部。首先,當(dāng)某一田塊的控制灌溉面積有 60%以上農(nóng)田的耕作方向與相鄰多數(shù)農(nóng)田不一致時(shí),該塊農(nóng)田的井位必須沿著垂直耕作方向的田(路)邊或地角布置,并協(xié)調(diào)好相鄰田塊的井距和井位。其次,規(guī)劃的控制灌溉面積中心,如有田間生產(chǎn)小路或固定排水小溝從井旁通過,當(dāng)以田塊中心布井為好。

總之,在井灌區(qū)實(shí)地布井時(shí),一定要注意與輸變電線路、道路、林帶以及耕作方向相互結(jié)合,靈活多樣,統(tǒng)籌安排。

3 河井混灌問題

在談及淮北平原的灌區(qū)類型時(shí),有人將其分為河灌區(qū)、井灌區(qū)和河井混灌區(qū)。據(jù)調(diào)查,河井混灌是從水資源合理開發(fā)利用的理想狀態(tài)出發(fā)提出來的。其宗旨是:農(nóng)田灌溉時(shí),優(yōu)先利用地表水,當(dāng)?shù)乇硭Y源不能滿足灌區(qū)灌溉需水要求時(shí),再開發(fā)利用淺層地下水,確保灌區(qū)效益最佳。這種設(shè)想似乎很好,看起來很在道理,但與實(shí)際情況不符。據(jù)有關(guān)專家介紹,黃河流域不少重點(diǎn)灌區(qū)都曾做過河井混灌嘗試,但到目前為止還沒有成功的先例。安徽阜陽(yáng)市姜塘鎮(zhèn),曾專門進(jìn)行過河井混灌試驗(yàn)研究,歷時(shí)數(shù)年也不了了之。因?yàn)槿魏我粋€(gè)河灌區(qū)的范圍和泵站規(guī)模(含用電量)的擬定,都是在一定設(shè)計(jì)灌溉保證率條件下,根據(jù)水文氣象特征、可用水資源狀況、土壤性能、主要農(nóng)作物需水特性和種植比例以及當(dāng)?shù)氐母髁?xí)慣等進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的。規(guī)劃設(shè)計(jì)者不可能在滿足這一技術(shù)要求的前提下,還要在灌區(qū)內(nèi)再增設(shè)相當(dāng)數(shù)量的農(nóng)灌井及其相應(yīng)的配套設(shè)施,專門用于等到地表水不夠用時(shí),再啟用井灌工程。不爭(zhēng)的事實(shí)是,在河灌區(qū)打井混溉,井打到哪里,河灌面積就萎縮到哪里,灌區(qū)配套設(shè)施也就毀到哪里,甚至小型電灌站常年閑置不用的現(xiàn)象也普遍存在。因此,在淮北平原發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè),應(yīng)從水資源狀況和生產(chǎn)實(shí)際出發(fā),井是井,河是河,完全沒有必要在同一灌區(qū)內(nèi)搞井站同時(shí)并存的所謂雙配套井河混灌模式,以減少不必要的浪費(fèi)。

4 管井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

據(jù)調(diào)查和監(jiān)測(cè)資料得知,即使采用同樣的井管及管外充填濾料,在同樣的施工條件下,有些地方的機(jī)井使用年限達(dá)20～30年甚至更長(zhǎng)時(shí)間,而有些地方的機(jī)井卻只使用 3～5年就報(bào)廢了。造成機(jī)井使用年限短暫的原因,固然有施工和管理的問題,但絕大多數(shù)都是由于井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)或未經(jīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)造成的?，F(xiàn)介紹一種較實(shí)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。

農(nóng)用淺機(jī)井的結(jié)構(gòu),一般根據(jù)水文地質(zhì)條件共分五個(gè)部分,即井口、井壁管、濾水管、沉淀管和井底盤,如圖一所示。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)吃透這幾部分的含義和作用,才能做出符合實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖1 管井結(jié)構(gòu)示意圖

4.1 井口部分

通常把管井的井口和連接地表的部分稱為井口部分。這一部分應(yīng)做到:首先應(yīng)使井臺(tái)高出地面 20～40 cm,以便裝置機(jī)泵和預(yù)防地表徑流流人或雜物掉入井中。其次要有足夠的堅(jiān)固性和穩(wěn)定性,以防因受震動(dòng)而發(fā)生不均勻沉陷。第三應(yīng)使位于河邊或洼地機(jī)井的井口高程高于洪水位高程,以防止洪水淹沒和倒灌危害。

4.2 井壁管(不透水)部分

通常把井口以下至進(jìn)水部分(濾水管上端)的一段井壁管稱為井身。如果機(jī)井是多層取水,如圖一為兩層取水,則為對(duì)應(yīng)各非含水層部分的分段井壁管。井壁管設(shè)計(jì)中要考慮其有足夠的強(qiáng)度,以防井壁坍塌。同時(shí),還要將井壁管(井身)上端井口部位的井管外用粘土封閉 2m段以上,以防止地表污水下滲污染地下水源。

4.3 濾水管(進(jìn)水)部分

濾水管是對(duì)應(yīng)于含水層部分的透水管,除起井壁管的作用外,還起濾水防砂作用。其安裝長(zhǎng)度,一般是按當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件和總體規(guī)劃中計(jì)劃開采的含水層厚度而定。如含水層集中,可裝設(shè)一整段;如同時(shí)需要開采數(shù)個(gè)含水層,且各層之間距離較大時(shí),則濾水管應(yīng)對(duì)應(yīng)各含水層分段裝設(shè)。這里尤其需要注意的是,為了防止井壁坍塌,不論完整井或非完整井,都不能從靜水位開始一直到井底全部裝設(shè)濾水管。

4.4 沉淀管(沉砂)部分

沉淀管是裝設(shè)在管井最下部分的一段不透水管(井壁管),通常稱為沉砂管,用以沉淀含水層中帶出的泥土和砂粒,以便定期清除。如不加設(shè)沉淀管,當(dāng)沉積的砂粒等逐漸增高時(shí),便會(huì)堵塞濾水管,致使井的出水量減少。淺井沉淀管的長(zhǎng)度:完整井一般 2～4m,非完整井 1～2m。如是完整井,為盡量擴(kuò)大含水層厚度,應(yīng)將沉淀管設(shè)在含水層下面的不透水底板層內(nèi)。

4.5 井底盤

井底盤裝設(shè)在井的最下端,具有托住井管及導(dǎo)正管子的作用。

5 井管外充填濾料問題

通常把井口部分及其以下的井壁管與非含水層之間,分別用粘土和粘土球充填稱為管外封閉;把填入濾水管外與含水層之間的礫石或粗砂通稱為填礫,對(duì)建井材料而言稱為濾料。由于淮北平原農(nóng)用淺井多采用無砂混凝土管,因此充填濾料的選擇和配制十分重要,它是影響井出水量和井使用年限的關(guān)鍵技術(shù)。據(jù)試驗(yàn),一般中、粗砂含水層,填濾料厚度不小于 10 cm,細(xì)砂以下含水層填濾料厚度不小于 15 cm。有關(guān)充填濾料的粒徑、高度和質(zhì)量,在《機(jī)井技術(shù)規(guī)范》中都有明確規(guī)定。但對(duì)含水層砂樣尚未進(jìn)行顆粒分析的井灌區(qū)建井時(shí),因?qū)λ顬V料粒徑的選擇不易掌握,加上相當(dāng)一部分同志存在“農(nóng)灌井又不是吃水井,只要井出水量大就行”的觀點(diǎn),所選濾料粒徑不但普遍存在偏大現(xiàn)象,而且充填濾料的高度也很不規(guī)范,從井口到井底全部用濾料充填。其不良后果,一是抽水噴灌時(shí)因含砂量超標(biāo),嚴(yán)重危害農(nóng)作物正常生長(zhǎng);二是加速水井淤積,縮短使用年限,并造成對(duì)地下水源污染等問題。為處理好這些問題,筆者把適合于不同巖性含水層充填濾料的粒徑取值,列表 2供設(shè)計(jì)和施工者參考。

表2 不同巖性含水層充填濾料粒徑參考數(shù)值表

有關(guān)濾料的充填高度問題,人工回填濾料時(shí)往往很難填實(shí)或達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此,為補(bǔ)充在洗井和抽水試驗(yàn)過程中濾料沉實(shí)下移量,需要適當(dāng)增加填濾料高度,一般宜高出濾水管上端 6～8m;但對(duì)于含水層埋深僅 10m以淺者,井口處必須預(yù)留 2m段以上不填濾料,應(yīng)用粘土封閉夯實(shí)。

6 結(jié)語

綜上所述,井灌建設(shè)普遍存在的這五個(gè)問題,嚴(yán)重影響井灌經(jīng)濟(jì)效益、管井使用年限以及對(duì)地表、地下水資源的優(yōu)化管理等。有關(guān)方面如按本文提出的改進(jìn)方法或建議妥善處理好這些問題,必將取得事半功倍的效果。

[1]趙家良,王振龍,淮北地區(qū)灌溉水資源優(yōu)化利用模型研究[J],地下水,1999(1):7-22.

[2]趙家良,吳忠蓮,淮北地區(qū)水資源開發(fā)利用問題的探討[J],安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2003(2):14-16.

[3]陳梅芬主編,機(jī)井技術(shù)手冊(cè)[M],北京:中國(guó)水利電力出版社,1995.