基于井灌区规划

2011-01-19刘岸浩

黑龙江水利科技 2011年4期

关键词：井位出水量机井

刘岸浩

(海伦市水务局，黑龙江海伦152300)

基于井灌区规划

刘岸浩

(海伦市水务局，黑龙江海伦152300)

为了发展灌溉农业，建设旱涝保收、高产稳产农田，在充分利用地表水的同时，积极开发利用地下水资源，有着极其重要的意义。

灌溉农业;地下水资源;旱涝保收;灌溉规划;补给量;消耗量;水量均衡

由于种植水稻旱涝保收，几年来不少地方尤其低洼平原地区都逐步种植水田，甚至不少旱田也改种水田。总之，在较平坦地区除了不能引用地表水的地方，基本都采用打井灌溉。因此机井建设蓬勃发展，井灌面积迅速扩大。但是由于大规模开发利用地下水，带来了新的问题。那么，如何根据水文地质条件和灌溉用水的需要合理开发地下水，地下水与地表水如何统一规划，综合利用;机井如何合理布局以及配套挖潜，充分发挥效益等等。因此，为了合理开发利用地下水资源，使其有效地为农业生产服务，就必须制定合理的井灌规划。

1 井灌规划的原则和内容

1)为了满足农业灌溉和用水要求，做到合理开发利用地下水资源，必须在正确评价地下水可采资源的基础上进行合理的井灌规划，使地下水的开采量不超过可采资源，避免出现“地下水位区域下降漏斗”。

2)地下水与地面水资源，应全面规划，统筹安排。总的原则应是充分利用地面水、合理开发地下水，应根据地区地面水和地下水资源的分布情况，因地制宜，统筹安排。在山前河流冲积扇地区，地面水比较丰富，地下水补给来源充沛，埋藏浅，开采容易，一般应以开发、利用地下水为主，地面水为辅;而在冲积扇间地带，水文地质条件相对较差，应以利用地面水为主，地下水为辅;在远离地下水补给区的河流冲积平原，浅层地下水的补给以降雨为主，单纯依靠地下水是不能满足农业灌溉的需要，因此必须地面水与地下水结合使用。

3)地下水的开发利用，必须坚持浅、中、深结合，合理布局，分层取水。浅层地下水开采容易，水井建设费用较低，且消耗之后回补快。为此，在浅层淡水含水层较厚、补给充足，水井出水量较大的地区，应优先开发浅层水。中层和深层承压水，一般含水层厚度大，透水性好，一经开采，就会出现地下水位的下降，为此，在规划时应根据各含水层的补给能力，确定各层水井数目和开采量，作到分层取水，浅、中、深合理布局。

4)地下水的开发利用，必须与旱涝碱的治理统一规划，兼顾兴利与防害。地下水的开发为灌溉提供了水源，同时又降低地下水位而起到防碱防渍的作用。

5)对地下水的利用和回补措施要同时考虑，做到有采有补、采补结合，以维持在开发区内地下水量的均衡。

井灌规划的主要内容包括:地下水资源评价、机井规划、井灌配套和地下水利用等。包括3个方面:①制定灌溉区划图及井灌分区图。灌溉区划图主要是划分井灌区、渠灌区或井灌结合灌区等。井灌分区图是根据水文地质的特征、地下水埋深、含水层岩性、水量丰富或贫乏程度及水质等基本资料划分不同的水文地质分区。②确定开发利用地下水的方式。如水井类型、结构、适宜的水井深度、井距和井网布局，打井和提水工具等。③提出合理开发利用地下水的措施和建议。如近期和长远开采方案，合理的开采量，地下水的回补措施，机井的合理使用和管理，地下水动态的观测等。

2 地下水资源评价

地下水资源评价的主要任务是，确定地区可以开采利用的地下水资源(地区每年可采资源的总量或单位面积可采量)，灌溉用水的保证程度以及在开采过程中可能达到的水位降深等。

2.1 地下水资源的概念和性质

地下水资源可分为天然资源和可开采资源两种，现将其概念和性质介绍如下:

2.1.1 天然资源

指天然条件下，在一定时间内含水层中地下水的贮存量和补给量而言。这个数量的大小与地下水的补给、消耗、含水层的厚度、结构和导水性强弱等因素有关。在地质条件相对稳定的情况下，其中补给因素往往起决定作用。如在雨季或丰水年份，补给大于消耗，含水层中有地下水量增多;旱季或枯水年份，补给小于消耗，地下水量就消减。地下水天然资源包括以下组成部分。

1)贮存量。是指在地下水多年最低水位以下含水层中所贮存的水量，一般变化不大。计算公式为:

式中:μ为含水层的给水度;H为多年最低水位以下含水层的平均厚度，m;F为含水层的分布面积，m2。

计算出来的地下水贮存量往往数值很大，但在实际情况下，由于受开采技术条件的限制和从经济方面来考虑，可以开采利用的水量只占全部贮存量中很小一部分。因此，对贮存量的评价其实用价值不大。

2)调节量。是指某一计算区内最高地下水位与最低地下水位之间的含水层贮存的变动水量。最高和最低地下水位，一般指年内或多年平均值。计算公式为:

式中:△h为地下水位变化幅度，m，其它符号意义同前。

地下水调节量主要是以大气降水和地表水入渗补给为主，随着降水量变化，地下水位也有明显的季节性变化规律，调节量被利用消耗后，一般能在补给期内得到恢复。

3)径流量。是指含水层在某垂直地下水流向横断面上的地下水天然流量。计算公式为:

式中:Q为单位时间内通过断面的地下水量，m3/d;K为渗透系数，m/d;I为地下水水力坡度;W为地下水过水断面面积，m2。

2.1.2 可开采资源

地下水可开采资源是指在一定开采技术条件下，在一定时间内既有补给保证又能提取出来的地下水开采量而言。换言之，可开采资源应是技术上可行，经济上合理，并不致引起开采区水文地质条件的恶化，不影响开采设备正常工作，而且又能在一定时期内基本保持地下水均衡的开采量。因此，研究地区的地下水可开采资源并对其作出正确的评价，对制定井灌规划具有重要的现实意义。

2.2 地下水可开采资源的估算

天然资源是可开采资源的基础，但在评价可开采资源时不能以此作为唯一的依据。因为影响可开采资源的因素很多，除天然资源条件外，还有各种补给(如降水、河渠渗漏、灌溉水入渗以及开采区外地下水的侧向补给等)和消耗因素(如蒸发和地下水出流等)而其中补给又是主要因素。因此，在评价可开采地下水资源时，首先应对地区的各种补给量，消耗量和可以动用的贮存量等进行计算，并进行综合分析。这样，才能对可开采资源作出正确评价，为合理开发地下水提供可靠依据。当地下水埋深超过3 m时，蒸发消耗可忽略不计，地下水位的升降主要取决于降雨补给和井灌提水量。因此，在这种情况下，可以采用下列两种简化方法估算地下水可开采资源。

1)利用降水入渗补给量估算可开采量，其计算公式为:

式中:W采为地下水可开采量，m3;P为多年平均降水量，mm;F为计算面积，km2;A为降雨入渗补给系数。不同水文年降雨入渗补给系数见表1。

表1 不同水文年降雨入渗补给系数(以降雨%计)

2)利用调节量估算可开采量，计算公式:

式中:F为计算面积，km2，指接受大气降水的计算区全部面积;△h为地下水变化幅度，m，计算多年平均开采量时，可采用多年平均最高和最低水位之差值;μ为含水层给水系数。

各种土质(岩层)的给水系数表见表2。

表2 各种土质(岩层)的给水系数表

3 机井规划

机井规划是井灌规划的主要组成部分，其主要内容包括:机井深度、机井间距、井位选定等。

3.1 机井深度的确定

机井的深度应根据当地水文地质条件和设计单井出水量来确定。确定机井深度的具体方法为:①收集分析设计地区水文地质资料，如含水层的埋藏深度，含水层的岩性、厚度、层次结构、出水率、咸淡分水层和水质条件等。②根据当地打井经验和抽水试验资料，确定不同含水层的出水率。③确定允许的抽水降深。④计算单井出水量:具备上述资料，即可计算单井出水量。⑤确定机井深度。根据设计的单井出水量，就可计算出需要取用的砂层厚度，结合考虑地层情况，再加上沉砂管的长度(约3～5 m)，即可确定机井的深度。

3.2 机井间距的确定

机井间距是机井合理布局的主要环节。机井间距的确涉及到很多因素，除与单井出水量、可开采资源及地下水的补给条件等因素外，还与灌水定额、轮灌天数、每天浇地时间等因素有关。因此要合理确定机井间距，是一个比较复杂的问题。下面介绍一种简化方法，供确定机井间距时参考。

在大面积水文地质条件差异不大，地下水补给比较充足，地下水资源比较丰富，地下水静水位降深在一定时间时可以达到相对稳定的情况下(此时开采量与补给量基本平衡)，机井间距主要决定于井的出水量和所能浇灌的面积。首先计算单井灌溉面积，其计算公式如下:A=QtTn/m (6)式中:A为单井灌溉面积，hm2;Q为有井群干扰抽水时的单井出水量，m3/h;n为井灌渠系水利用系数;t为每天灌水时间，h;T为整个灌溉面积灌一次水所需时间，d;m为灌水定额，m3/hm2。

如果按正方形网状布井，则机井间距D应为: