楊養(yǎng)凹

(戶縣水務(wù)局，陜西 西安 710300)

戶縣新增糧食生產(chǎn)能力田間工程方案探析

楊養(yǎng)凹

(戶縣水務(wù)局，陜西 西安 710300)

摘要：戶縣是陜西省糧食優(yōu)生區(qū)之一和新增糧食16個(gè)產(chǎn)糧大縣之一，也是陜西省新增21億斤糧食生產(chǎn)能力的項(xiàng)目縣之一，為全國(guó)優(yōu)質(zhì)糧基地。文章通過分析戶縣新增糧食生產(chǎn)能力田間工程項(xiàng)目區(qū)基本概況，對(duì)項(xiàng)目區(qū)水利設(shè)施存在的問題進(jìn)行了探討，提出通過打井、鋪設(shè)地埋暗管、地埋線纜等措施，并對(duì)具體田間工程機(jī)井、地埋線等設(shè)施建設(shè)方案進(jìn)行了具體分析，以改善區(qū)內(nèi)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)17個(gè)行政村的1473.3 hm2農(nóng)田的灌溉條件，為區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民增收創(chuàng)造條件?？晒┣闆r相近地區(qū)借鑒。

關(guān)鍵詞：戶縣；新增；糧食生產(chǎn)；田間工程；方案

1概況

戶縣2013年新增糧食生產(chǎn)能力田間工程建設(shè)項(xiàng)目位于甘河鎮(zhèn)、澇店鎮(zhèn)和玉蟬鎮(zhèn)。甘河鎮(zhèn)位于戶縣縣城西北10 km處，全鎮(zhèn)土地面積33 km2，耕地面積2713.3 hm2，人口2.9萬(wàn)人，全鎮(zhèn)轄26個(gè)村委會(huì)，人均耕地0.09 hm2。澇店鎮(zhèn)位于戶縣縣城西北8 km處，全鎮(zhèn)土地面積43 km2，耕地面積2800 hm2，人口3.9萬(wàn)人，全鎮(zhèn)轄36個(gè)村委會(huì)，人均耕地0.07 hm2。玉蟬鎮(zhèn)位于戶縣縣城西2.5 km處，全鎮(zhèn)土地面積29 km2，耕地面積2000 hm2，人口2.7萬(wàn)人，全鎮(zhèn)轄21個(gè)村委會(huì)，人均耕地0.07 hm2[1]。

2小型農(nóng)田水利工程現(xiàn)狀及存在問題

2.1小型農(nóng)田水利工程現(xiàn)狀

戶縣是陜西省糧食優(yōu)生區(qū)之一和新增糧食16個(gè)產(chǎn)糧大縣之一，為全國(guó)優(yōu)質(zhì)糧基地，土地平坦，土壤肥沃，光熱資源豐富，主產(chǎn)小麥、玉米、大豆。戶縣農(nóng)田實(shí)施灌溉面積36 700 hm2，有效灌溉面積32 573 hm2，發(fā)展節(jié)水灌溉面積1734.7 hm2?，F(xiàn)有灌溉面積中除了已成太平灌區(qū)、澇惠渠灌區(qū)、甘峪水庫(kù)灌區(qū)、余下灌區(qū)、澇店抽水站灌區(qū)外，均以機(jī)井灌溉為主要灌溉方式。目前全縣有機(jī)井9029眼，共鋪設(shè)低壓管道859 km[2]。

2.2存在問題

甘河鎮(zhèn)、澇店鎮(zhèn)和玉蟬鎮(zhèn)農(nóng)田灌溉絕大部分為機(jī)井灌區(qū)，大部分設(shè)施建于20世紀(jì)70年代，存在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、田間配套不完善、年久失修、部分機(jī)井吊空、灌溉水利用率低等問題[3]，目前平均水利用率小于0.6；地埋線配套量不足，以前配套機(jī)井架空線偷盜失竊現(xiàn)象嚴(yán)重；機(jī)井布局不合理，分布不均勻，成井工藝差，致使機(jī)井坍塌損壞。電設(shè)備老化銹蝕，目前只能勉強(qiáng)維持運(yùn)行，且運(yùn)行效率低，成本高，安全可靠性差，致使區(qū)內(nèi)灌溉保證率低，大部分田塊不能及時(shí)灌溉，嚴(yán)重影響區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，嚴(yán)重影響農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增產(chǎn)。當(dāng)?shù)馗刹咳罕娖惹邢ＭM(jìn)行田間工程建設(shè)，改善灌溉條件，以提高水土資源利用效率。

3水資源供需平衡分析

甘河鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)土地總面積為15 km2，耕地面積866.7 hm2，總?cè)丝?.5萬(wàn)人，屬Ⅰ1-2區(qū)，地下水可開采量540萬(wàn)m3/a，總需水量為398.3萬(wàn)m3/a，富余水量141.7萬(wàn)m3/a；澇店鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)土地總面積為5 km2，耕地面積173.3 hm2，總?cè)丝?.2萬(wàn)人，屬Ⅰ1-2區(qū)，地下水可采量84萬(wàn)m3/a，總需水量為68.6萬(wàn)m3/a，富余量15.4萬(wàn)m3/a；玉蟬鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)土地總面積為7km2,耕地面積433.3 hm2，總?cè)丝?.5萬(wàn)人，屬Ⅰ2-3區(qū)，地下水可開采量166.3萬(wàn)m3/a，總需水量為158萬(wàn)m3/a，富余水量8.3萬(wàn)m3/a。所以，項(xiàng)目區(qū)水資源均滿足灌溉用水及生活用水需要。

4工程設(shè)計(jì)

4.1項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

為確保國(guó)家糧食安全，合理開發(fā)利用水資源，降低農(nóng)民水費(fèi)負(fù)擔(dān)，完成全國(guó)新增糧食1000億斤的目標(biāo)，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀及農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，戶縣2013年新增糧食生產(chǎn)能力田間工程建設(shè)項(xiàng)目主要是農(nóng)用機(jī)井、低壓地埋管線配套更新改造，涉及甘河、澇店、玉蟬3個(gè)鎮(zhèn)17個(gè)行政村1473.3 hm2基本農(nóng)田的節(jié)水灌溉及機(jī)井配套建設(shè)工程。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)擬新打機(jī)井150眼，鋪設(shè)低壓暗管58.68 km，地埋線53.02 km，出水栓11 736個(gè)，購(gòu)置潛水泵150臺(tái)，護(hù)井臺(tái)150座，確定設(shè)計(jì)保證率為75%，灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.85。

4.2機(jī)井典型設(shè)計(jì)

4.2.1單井控制面積的確定

根據(jù)灌水定額、機(jī)井工作制度、復(fù)種情況和作物情況，單井控制面積依據(jù)公式(1)計(jì)算。

(1)

式中：A為單井控制面積；Q泵為水泵出水量，32 m3/h；T為灌水周期，13 d；t為水泵日運(yùn)行時(shí)間，13 h；m為灌水定額，40 m3/h；經(jīng)計(jì)算，單井控制面積為7.67 hm2。

4.2.2機(jī)井設(shè)計(jì)

甘河、澇店、玉蟬的地質(zhì)構(gòu)造基本相同，為簡(jiǎn)化計(jì)算，以甘河鎮(zhèn)機(jī)井作物項(xiàng)目區(qū)作為典型設(shè)計(jì)。甘河鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)屬于渭河二級(jí)階地，地層為渭河澇河沖積物，含水層巖性為砂礫石、中粗砂為主，地下水埋藏淺。現(xiàn)參照甘河鎮(zhèn)已成井資料，現(xiàn)狀機(jī)井多為60～80 m，含水層厚度30～80 m，遇旱季水位變化較大。所以擬建農(nóng)用機(jī)井設(shè)計(jì)為管井，井深80 m，設(shè)計(jì)出水流量32 m3/h。井孔按能下入井壁管和濾水管，并滿足填濾料的要求設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)終孔直徑為600 mm，井深80 m。井壁管采用混凝土井管，外徑360 mm，內(nèi)徑300 mm。濾水管采用無砂混凝土井管。濾料選用磨圓度好的硅質(zhì)礫石，粒徑規(guī)格1～4 m混合料，填礫高度要求高于濾水管上端5 m，低于濾水管下端2 m以下。為防止地表水沿井管滲入含水層，使井水受污染，井口周圍用黏土球封閉，封閉長(zhǎng)度5 m。采用下臥式井臺(tái)、井蓋。

4.2.3機(jī)井出水量校核

采用穩(wěn)定流潛水非完整計(jì)算公式:

(2)

式中：Q為單井出水量；C1為潛流非完整井出水量折減系數(shù)，

(3)

式中：L為濾水管的有效長(zhǎng)度，18 m；h為井內(nèi)水深，20 m；經(jīng)計(jì)算，C1=0.971。K為含水層的滲透系數(shù)，m/d，取5 m/d；H為潛水含水層厚度，取30 m；S為井中抽水降落深度，m，取10 m；R為井的影響半徑，根據(jù)已成井抽水資料，R取100 m；r為井的半徑，為0.15 m。

經(jīng)計(jì)算，Q=49 m3/h,滿足單井出水量大于水泵出水量32 m3/h的要求。確定的機(jī)井參數(shù)為：井深80 m，井徑300 mm。

4.3低壓地埋暗管工程典型設(shè)計(jì)

以甘河鎮(zhèn)朱王村典型田塊進(jìn)行低壓地埋暗管工程典型設(shè)計(jì)。該地區(qū)地勢(shì)平坦，東西長(zhǎng)240 m，南北長(zhǎng)310 m，控制面積7.47 hm2。機(jī)井位于地塊西南角，機(jī)井深80 m，動(dòng)水位40 m，單井出水量32 m3/h。

4.3.1暗管布置

本灌溉系統(tǒng)管網(wǎng)主要為干管。管道布置采用干管垂直于作物種植方向布置。田間灌溉采用移動(dòng)的水龍帶(俗稱“小白龍”)完成，干管每隔30 m設(shè)出水樁一個(gè)，水順種植方向流出。

4.3.2管材管徑選擇

低壓暗管管道采用工作壓力為0.40 MPa的PVC管，出水口配備可移動(dòng)的小白龍。根據(jù)管道設(shè)計(jì)流量，經(jīng)濟(jì)流速V初定為1.2 m/s，則干支管管徑：

(4)

綜合經(jīng)濟(jì)因素考慮，初選φ110PVC管,壓力等級(jí)0.40MPa。

4.3.3管道水頭損失計(jì)算

管道沿程水頭損失hf，以A-B-C段為例：

(5)

式中：hf為管道沿程損失，m；f、m、b為與管材有關(guān)的參數(shù)，其值參考《節(jié)水灌溉工程技術(shù)》表5-4，分別為f=0.948×105、m=1.77、b=4.77；Q為管段流量，m3；d為管道內(nèi)徑，mm；L為管道長(zhǎng)度，m，此處為380m。

經(jīng)計(jì)算，hf=3.7m。

管道局部水頭損失hj：參照《節(jié)水灌溉工程技術(shù)》，為簡(jiǎn)化計(jì)算，局部水頭損失按沿程水頭損失的10%進(jìn)行估算，故hj=0.4m。

A-B-C段總水頭損失為h=hf+hj=3.7+0.4=4.1m。

管段水頭損失計(jì)算見表1。

表1　管段水頭損失計(jì)算表

管道系統(tǒng)A-D段出水口水頭損失選取距水源井最遠(yuǎn)端出水口為最不利參考點(diǎn)，h=hf=2.24,取整數(shù)2m。

故管道管網(wǎng)水頭損失為HW=2+4.1=6.1m。

典型工程管網(wǎng)布置見圖1。

圖1　典型工程管網(wǎng)布置(單位：m)

4.3.4選擇水泵

(1)水泵輸水管道長(zhǎng)度的計(jì)算

(6)

式中：L為輸水管道長(zhǎng)度，m；H動(dòng)為機(jī)井動(dòng)水位為40m；Δ為水泵安裝常數(shù)，為1.0m。

計(jì)算出L=41m。

(2)水泵揚(yáng)程損失計(jì)算

水泵管徑選擇內(nèi)徑為100mm、長(zhǎng)為40m的鋼管，局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計(jì)算，參照西安市水務(wù)局編印的《農(nóng)田灌溉節(jié)水技術(shù)》及陜西省科學(xué)技術(shù)出版社出版的《節(jié)水灌溉工程技術(shù)》，則吸水管水頭損失計(jì)算公式為：

(7)

式中字母含義如上文，經(jīng)計(jì)算，HB=1.3m

(3)系統(tǒng)設(shè)計(jì)揚(yáng)程計(jì)算

(8)

式中：H需為水泵抽水所需的揚(yáng)程，m；HO為出水口工作壓力，m，取HO=0.2m；HW為管網(wǎng)水頭損失，m；ΔZ為機(jī)井動(dòng)水位為40m；HB為輸水管道水頭損失，m；H差為地形差取1.0m；H需=0.2+6.1+40+1.3+1.0=48.6m。

(4)水泵選型

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量32m3/h與設(shè)計(jì)揚(yáng)程48.6m，潛水泵選用200QJ32-52/5，水泵流量32m3/h，揚(yáng)程52m，電機(jī)功率7.5kW,額定電流18A。井內(nèi)潛水泵出水鋼管選用Dg104×5鋼管，節(jié)長(zhǎng)2.0m，法蘭連接，管內(nèi)流速1.28m/s。

4.4田間地埋電線設(shè)計(jì)

為保證田間用水暢通安全，本工程設(shè)計(jì)低壓線部分全部采用地埋線?，F(xiàn)以朱王村實(shí)際情況做典型設(shè)計(jì)，村南有200kV變壓器1臺(tái)，管控機(jī)井共13眼，配套潛水泵動(dòng)力均為13kW。地埋線的型號(hào)選用NLVV；根據(jù)供電網(wǎng)絡(luò)的容許電壓降選擇各段線路的導(dǎo)線截面，利用公式

(9)

式中：S為線徑，mm2；K為電感對(duì)電壓降的校正系數(shù)，由于線路直埋地下，線間介質(zhì)為土壤，電感對(duì)電壓降影響很小，故可以不考慮，取K=1；Lpi 為pi負(fù)荷到線路輸出端的距離，m；pi為線路輸出功率，kW；N為負(fù)荷數(shù)；C為系數(shù)，根據(jù)額定電壓和導(dǎo)線材質(zhì)，取C=50；ε為電壓降百分?jǐn)?shù)，一般不能超過10%，負(fù)荷引起動(dòng)力負(fù)荷力矩不足，不能正常運(yùn)行，ε選7%。

各井動(dòng)力5.5kW,功率因數(shù)0.8，線距為10cm，當(dāng)電網(wǎng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，設(shè)計(jì)見表2。

表2　地埋線各段線徑設(shè)計(jì)表

上表中設(shè)計(jì)線徑是依據(jù)常用地埋線型號(hào)規(guī)格(NLVV型，JB2171-1999表)所查得出。

按持續(xù)工作電流校核安全載流量，計(jì)算安全載流量，依據(jù)公式:

(10)

式中：U為線電壓，kV；cosΦ為功率因數(shù)；則I=142.4A

校核安全載流量，依據(jù)公式:

IXU>Ijs/ΔJ

(11)

式中：IXU為電纜發(fā)熱條件允許的長(zhǎng)期工作電流,A，從表(NLVV型，JB2171-1999表)查得70mm2線允許載流量205A；Ijs為安全載流量，A，Ijs=Pi(UcosΦ)；ΔJ為地埋線并列系數(shù)，查表(NLVV型，JB2171-1999表)得ΔJ=0.84。

則IXU= 205A>Ijs /ΔJ =169.57A，故選用70mm2線型符合設(shè)計(jì)要求。

所以選用NLVV型地埋線，規(guī)格16mm2、35mm2、50mm2、70mm2，埋深不小于1.2m，電線溝底鋪砂20cm。共鋪設(shè)地埋線53.02km。

4.5低壓暗管布設(shè)

干管布于田塊一端，與作物種植行垂直，干管選用0.4MPa、φ110PVC管，埋深不小于1.1m，在干管上每30m設(shè)計(jì)一個(gè)出水栓，采用地龍帶從出水栓引水到田間，地龍帶長(zhǎng)100m，規(guī)格φ110，每次開啟一個(gè)出水栓進(jìn)行灌溉。共計(jì)鋪設(shè)暗管58.68km，每公頃2.7m，布出水栓11 736個(gè)，單栓控制面積0.4hm2。

5結(jié)語(yǔ)

戶縣國(guó)家新增糧食生產(chǎn)項(xiàng)目位于甘河鎮(zhèn)、澇店鎮(zhèn)和玉蟬鎮(zhèn)，為純井灌區(qū)，項(xiàng)目區(qū)水資源充足。工程設(shè)施在利用原有完好工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃布置，改善灌溉面積1473.3hm2。設(shè)計(jì)新打機(jī)井150眼，配套水泵150臺(tái)，機(jī)井深度80m，井管直徑300mm，單井出水量約30～40m3/h。為保證項(xiàng)目實(shí)施后不影響田間管理和耕作，田間灌溉工程采用機(jī)井暗管輸水方式輸送到地頭，給水栓間距30m，然后采用“小白龍”完成灌溉。該項(xiàng)目實(shí)施后，可改善節(jié)水灌溉面積1473.3hm2，節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能、節(jié)勞、增產(chǎn)增收效益顯著。

參考文獻(xiàn)：

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[3]賀勛華.戶縣農(nóng)田水利建設(shè)存在的問題及建議[J].陜西水利，2013(3)：168-169.

作者簡(jiǎn)介：楊養(yǎng)凹(1975-)，男，工程師，從事河道管理及農(nóng)田水利建設(shè)工作。

中圖分類號(hào)：S27

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-0506(2016)05-0082-04