户县新增粮食生产能力田间工程方案探析

杨养凹

(户县水务局，陕西 西安 710300)

户县新增粮食生产能力田间工程方案探析

杨养凹

(户县水务局，陕西 西安 710300)

摘要：户县是陕西省粮食优生区之一和新增粮食16个产粮大县之一，也是陕西省新增21亿斤粮食生产能力的项目县之一，为全国优质粮基地。文章通过分析户县新增粮食生产能力田间工程项目区基本概况，对项目区水利设施存在的问题进行了探讨，提出通过打井、铺设地埋暗管、地埋线缆等措施，并对具体田间工程机井、地埋线等设施建设方案进行了具体分析，以改善区内3个乡镇17个行政村的1473.3 hm2农田的灌溉条件，为区内农业生产、农民增收创造条件。可供情况相近地区借鉴。

关键词：户县；新增；粮食生产；田间工程；方案

1概况

户县2013年新增粮食生产能力田间工程建设项目位于甘河镇、涝店镇和玉蝉镇。甘河镇位于户县县城西北10 km处，全镇土地面积33 km2，耕地面积2713.3 hm2，人口2.9万人，全镇辖26个村委会，人均耕地0.09 hm2。涝店镇位于户县县城西北8 km处，全镇土地面积43 km2，耕地面积2800 hm2，人口3.9万人，全镇辖36个村委会，人均耕地0.07 hm2。玉蝉镇位于户县县城西2.5 km处，全镇土地面积29 km2，耕地面积2000 hm2，人口2.7万人，全镇辖21个村委会，人均耕地0.07 hm2[1]。

2小型农田水利工程现状及存在问题

2.1小型农田水利工程现状

户县是陕西省粮食优生区之一和新增粮食16个产粮大县之一，为全国优质粮基地，土地平坦，土壤肥沃，光热资源丰富，主产小麦、玉米、大豆。户县农田实施灌溉面积36 700 hm2，有效灌溉面积32 573 hm2，发展节水灌溉面积1734.7 hm2。现有灌溉面积中除了已成太平灌区、涝惠渠灌区、甘峪水库灌区、余下灌区、涝店抽水站灌区外，均以机井灌溉为主要灌溉方式。目前全县有机井9029眼，共铺设低压管道859 km[2]。

2.2存在问题

甘河镇、涝店镇和玉蝉镇农田灌溉绝大部分为机井灌区，大部分设施建于20世纪70年代，存在设计标准低、田间配套不完善、年久失修、部分机井吊空、灌溉水利用率低等问题[3]，目前平均水利用率小于0.6；地埋线配套量不足，以前配套机井架空线偷盗失窃现象严重；机井布局不合理，分布不均匀，成井工艺差，致使机井坍塌损坏。电设备老化锈蚀，目前只能勉强维持运行，且运行效率低，成本高，安全可靠性差，致使区内灌溉保证率低，大部分田块不能及时灌溉，严重影响区内经济社会发展，严重影响农民增收、农业增产。当地干部群众迫切希望进行田间工程建设，改善灌溉条件，以提高水土资源利用效率。

3水资源供需平衡分析

甘河镇项目区土地总面积为15 km2，耕地面积866.7 hm2，总人口1.5万人，属Ⅰ1-2区，地下水可开采量540万m3/a，总需水量为398.3万m3/a，富余水量141.7万m3/a；涝店镇项目区土地总面积为5 km2，耕地面积173.3 hm2，总人口0.2万人，属Ⅰ1-2区，地下水可采量84万m3/a，总需水量为68.6万m3/a，富余量15.4万m3/a；玉蝉镇项目区土地总面积为7km2,耕地面积433.3 hm2，总人口0.5万人，属Ⅰ2-3区，地下水可开采量166.3万m3/a，总需水量为158万m3/a，富余水量8.3万m3/a。所以，项目区水资源均满足灌溉用水及生活用水需要。

4工程设计

4.1项目建设内容

为确保国家粮食安全，合理开发利用水资源，降低农民水费负担，完成全国新增粮食1000亿斤的目标，根据项目区现状及农业发展的需要，户县2013年新增粮食生产能力田间工程建设项目主要是农用机井、低压地埋管线配套更新改造，涉及甘河、涝店、玉蝉3个镇17个行政村1473.3 hm2基本农田的节水灌溉及机井配套建设工程。项目区内拟新打机井150眼，铺设低压暗管58.68 km，地埋线53.02 km，出水栓11 736个，购置潜水泵150台，护井台150座，确定设计保证率为75%，灌溉水利用系数达到0.85。

4.2机井典型设计

4.2.1单井控制面积的确定

根据灌水定额、机井工作制度、复种情况和作物情况，单井控制面积依据公式(1)计算。

(1)

式中：A为单井控制面积；Q泵为水泵出水量，32 m3/h；T为灌水周期，13 d；t为水泵日运行时间，13 h；m为灌水定额，40 m3/h；经计算，单井控制面积为7.67 hm2。

4.2.2机井设计

甘河、涝店、玉蝉的地质构造基本相同，为简化计算，以甘河镇机井作物项目区作为典型设计。甘河镇项目区属于渭河二级阶地，地层为渭河涝河冲积物，含水层岩性为砂砾石、中粗砂为主，地下水埋藏浅。现参照甘河镇已成井资料，现状机井多为60～80 m，含水层厚度30～80 m，遇旱季水位变化较大。所以拟建农用机井设计为管井，井深80 m，设计出水流量32 m3/h。井孔按能下入井壁管和滤水管，并满足填滤料的要求设计，设计终孔直径为600 mm，井深80 m。井壁管采用混凝土井管，外径360 mm，内径300 mm。滤水管采用无砂混凝土井管。滤料选用磨圆度好的硅质砾石，粒径规格1～4 m混合料，填砾高度要求高于滤水管上端5 m，低于滤水管下端2 m以下。为防止地表水沿井管渗入含水层，使井水受污染，井口周围用黏土球封闭，封闭长度5 m。采用下卧式井台、井盖。

4.2.3机井出水量校核

采用稳定流潜水非完整计算公式:

(2)

式中：Q为单井出水量；C1为潜流非完整井出水量折减系数，

(3)

式中：L为滤水管的有效长度，18 m；h为井内水深，20 m；经计算，C1=0.971。K为含水层的渗透系数，m/d，取5 m/d；H为潜水含水层厚度，取30 m；S为井中抽水降落深度，m，取10 m；R为井的影响半径，根据已成井抽水资料，R取100 m；r为井的半径，为0.15 m。

经计算，Q=49 m3/h,满足单井出水量大于水泵出水量32 m3/h的要求。确定的机井参数为：井深80 m，井径300 mm。

4.3低压地埋暗管工程典型设计

以甘河镇朱王村典型田块进行低压地埋暗管工程典型设计。该地区地势平坦，东西长240 m，南北长310 m，控制面积7.47 hm2。机井位于地块西南角，机井深80 m，动水位40 m，单井出水量32 m3/h。

4.3.1暗管布置

本灌溉系统管网主要为干管。管道布置采用干管垂直于作物种植方向布置。田间灌溉采用移动的水龙带(俗称“小白龙”)完成，干管每隔30 m设出水桩一个，水顺种植方向流出。

4.3.2管材管径选择

低压暗管管道采用工作压力为0.40 MPa的PVC管，出水口配备可移动的小白龙。根据管道设计流量，经济流速V初定为1.2 m/s，则干支管管径：

(4)

综合经济因素考虑，初选φ110PVC管,压力等级0.40MPa。

4.3.3管道水头损失计算

管道沿程水头损失hf，以A-B-C段为例：

(5)

式中：hf为管道沿程损失，m；f、m、b为与管材有关的参数，其值参考《节水灌溉工程技术》表5-4，分别为f=0.948×105、m=1.77、b=4.77；Q为管段流量，m3；d为管道内径，mm；L为管道长度，m，此处为380m。

经计算，hf=3.7m。

管道局部水头损失hj：参照《节水灌溉工程技术》，为简化计算，局部水头损失按沿程水头损失的10%进行估算，故hj=0.4m。

A-B-C段总水头损失为h=hf+hj=3.7+0.4=4.1m。

管段水头损失计算见表1。

表1　管段水头损失计算表

管道系统A-D段出水口水头损失选取距水源井最远端出水口为最不利参考点，h=hf=2.24,取整数2m。

故管道管网水头损失为HW=2+4.1=6.1m。

典型工程管网布置见图1。

图1　典型工程管网布置(单位：m)

4.3.4选择水泵

(1)水泵输水管道长度的计算

(6)

式中：L为输水管道长度，m；H动为机井动水位为40m；Δ为水泵安装常数，为1.0m。

计算出L=41m。

(2)水泵扬程损失计算

水泵管径选择内径为100mm、长为40m的钢管，局部水头损失按沿程水头损失的10%计算，参照西安市水务局编印的《农田灌溉节水技术》及陕西省科学技术出版社出版的《节水灌溉工程技术》，则吸水管水头损失计算公式为：

(7)

式中字母含义如上文，经计算，HB=1.3m

(3)系统设计扬程计算

(8)

式中：H需为水泵抽水所需的扬程，m；HO为出水口工作压力，m，取HO=0.2m；HW为管网水头损失，m；ΔZ为机井动水位为40m；HB为输水管道水头损失，m；H差为地形差取1.0m；H需=0.2+6.1+40+1.3+1.0=48.6m。

(4)水泵选型

根据系统设计流量32m3/h与设计扬程48.6m，潜水泵选用200QJ32-52/5，水泵流量32m3/h，扬程52m，电机功率7.5kW,额定电流18A。井内潜水泵出水钢管选用Dg104×5钢管，节长2.0m，法兰连接，管内流速1.28m/s。

4.4田间地埋电线设计

为保证田间用水畅通安全，本工程设计低压线部分全部采用地埋线。现以朱王村实际情况做典型设计，村南有200kV变压器1台，管控机井共13眼，配套潜水泵动力均为13kW。地埋线的型号选用NLVV；根据供电网络的容许电压降选择各段线路的导线截面，利用公式

(9)

式中：S为线径，mm2；K为电感对电压降的校正系数，由于线路直埋地下，线间介质为土壤，电感对电压降影响很小，故可以不考虑，取K=1；Lpi 为pi负荷到线路输出端的距离，m；pi为线路输出功率，kW；N为负荷数；C为系数，根据额定电压和导线材质，取C=50；ε为电压降百分数，一般不能超过10%，负荷引起动力负荷力矩不足，不能正常运行，ε选7%。

各井动力5.5kW,功率因数0.8，线距为10cm，当电网满负荷运行时，设计见表2。

表2　地埋线各段线径设计表

上表中设计线径是依据常用地埋线型号规格(NLVV型，JB2171-1999表)所查得出。

按持续工作电流校核安全载流量，计算安全载流量，依据公式:

(10)

式中：U为线电压，kV；cosΦ为功率因数；则I=142.4A

校核安全载流量，依据公式:

IXU>Ijs/ΔJ

(11)

式中：IXU为电缆发热条件允许的长期工作电流,A，从表(NLVV型，JB2171-1999表)查得70mm2线允许载流量205A；Ijs为安全载流量，A，Ijs=Pi(UcosΦ)；ΔJ为地埋线并列系数，查表(NLVV型，JB2171-1999表)得ΔJ=0.84。

则IXU= 205A>Ijs /ΔJ =169.57A，故选用70mm2线型符合设计要求。

所以选用NLVV型地埋线，规格16mm2、35mm2、50mm2、70mm2，埋深不小于1.2m，电线沟底铺砂20cm。共铺设地埋线53.02km。

4.5低压暗管布设

干管布于田块一端，与作物种植行垂直，干管选用0.4MPa、φ110PVC管，埋深不小于1.1m，在干管上每30m设计一个出水栓，采用地龙带从出水栓引水到田间，地龙带长100m，规格φ110，每次开启一个出水栓进行灌溉。共计铺设暗管58.68km，每公顷2.7m，布出水栓11 736个，单栓控制面积0.4hm2。

5结语

户县国家新增粮食生产项目位于甘河镇、涝店镇和玉蝉镇，为纯井灌区，项目区水资源充足。工程设施在利用原有完好工程的基础上进行规划布置，改善灌溉面积1473.3hm2。设计新打机井150眼，配套水泵150台，机井深度80m，井管直径300mm，单井出水量约30～40m3/h。为保证项目实施后不影响田间管理和耕作，田间灌溉工程采用机井暗管输水方式输送到地头，给水栓间距30m，然后采用“小白龙”完成灌溉。该项目实施后，可改善节水灌溉面积1473.3hm2，节水、节地、节能、节劳、增产增收效益显著。

参考文献：

[1]张定青，胡欣，周若祁.关中地区渭河南岸小城镇发展与河流水系相互关系研究——以西安市户县为例[J].华中建筑，2008(10)：219-222.

[2]单育会.户县节水灌溉事业发展现状及设想[J].陕西水利，2011(3)：155-157.

[3]贺勋华.户县农田水利建设存在的问题及建议[J].陕西水利，2013(3)：168-169.

作者简介：杨养凹(1975-)，男，工程师，从事河道管理及农田水利建设工作。

中图分类号：S27

文献标志码：A

文章编号：2096-0506(2016)05-0082-04