农田水利灌溉工程设计分析

陈春营 王燕霞

（1河南水利与环境职业学院；2驻马店水利设计研究有限公司）

1 项目区概况

项目区地处北亚热带北部边缘，属北亚热带季风型大陆性气候，受季风进退影响，四季分明，温暖湿润，一年之中春秋季较短，冬夏历时较长，夏季气温高且降雨集中，多年平均水面蒸发量769 mm。

项目区现有土质干渠1条，由于多年未通水，淤积严重，部分渠段毁坏，已被群众耕种。

项目区位于灌区末端，现状渠系损毁严重，加之灌区部分水量用于灌区沿线乡镇及村庄的基本饮用水、重点单位和企业的基本用水，无法再利用灌区水源进行灌溉。

2 项目区灌溉工程设计

2.1 坑塘设计

坑塘全部为土质开挖，坡比1：1.50，并采用浆砌石进行衬砌，护坡厚度0.30 m。为方便引水和排水灌溉，每座坑塘各设进水、出水口一道。进口采用梯形断面。底宽1 m，深1 m，边坡1：1，浆砌石衬砌；坑塘出口设排水涵洞，涵洞过流宽度1 m，盖板厚20 cm，涵长5 m。为方便后期运行，每座坑塘设置混凝土踏步1～2道。

为了运行管理安全，每座衬砌坑塘增施安全警示牌及安全防护设施。根据生态文明建设要求，结合坑塘位置，村庄周边坑塘采用刺丝网防护，田间坑塘采用植物防护，选择花椒树。

根据规划，共规划坑塘32座，其中直接利用坑塘8座、清淤衬砌坑塘24座。根据规划，坑塘修建后，均形成坑塘并拦蓄地表水，然后利用提水灌工程提水进行田间灌溉。根据坑塘基本特性和蓄水量情况，每年按复蓄2～3次计算，按照作物灌溉需水量推算各坑塘能够实施灌溉耕地面积，并按照就近灌溉的原则，配套柴油机泵，后接水利软管进行灌溉，由于群众已有柴油机泵及软管，基本满足使用，项目不再配套。

2.2 挡水堰设计

2.2.1 新建挡水堰设计

为了拦蓄地表水，在现状河沟上布设挡水堰，根据地形和河沟宽度，挡水堰分为3种形式，见表1。

表1 挡水堰特性表

以挡水堰B为典型进行设计。

根据中国技术监督局2001 年发布的《中国地震动参数区划图》，该区动峰值加速度为0.05 g，抗震设防烈度为6 度。挡水堰堰体采用浆砌石堰体，分溢流堰段和非溢流堰段两部分，溢流堰段包括堰体、消力池、海漫三部分。挡水堰堰长24 m，其中主河槽段堰长12 m，左、右岸连接段各6 m，溢流堰段位于主河槽，挡水深度2 m，基础埋深1.50 m，迎水面及溢流面外包30 cm 厚C20 混凝土面层，下接10 m 长混凝土消力池，消力池尾部根据需要增设海漫段，海漫后采用抛石防冲。

挡水堰过流能力复核采用公式：

式中：B—挡水堰净长度；H—挡水堰上水头；σc—由hs/Hx查淹没系数表。

经计算，漫水桥过流量满足设计要求，上游河道水位壅高0.10～0.20 m，由于河道较深，不会产生新打淹没。根据规划，共布置挡水堰18座，其中挡水堰A共7座、挡水堰B共7座、挡水堰C共4座。

2.2.2 挡水堰消能防冲设施维修

水平连接段：长度2 m，采用50 cm 厚C25 混凝土结构，与现状消力池尾坎顶部齐平。

斜坡段：长度10 m，坡比1：4，采用50 cm 厚C25 混凝土结构。

消力池段：长度10 m，采用50 cm厚C25混凝土结构，下设20 cm厚碎石垫层，底板增施排水孔，以降低扬压力。

海漫段：长6 m，纵坡1：20，采用30 cm厚浆砌石结构，下设15 cm厚砂砾石垫层。

抛石防冲槽：长7 m，上下游坡比分别是1：2和1：3，末端与下游河床衔接。

两岸护坡：两岸新建浆砌石护坡，坡比1：1.50，护砌高度3 m。

新建的消能防冲设施底板每隔10 m设伸缩缝1道，填缝材料为聚乙烯闭孔泡沫板，消力池及斜坡段段分缝需加设止水，采用651橡皮止水带。经过水力计算，新建的消能防冲设施满足河道行洪、消能需要。

2.2.3 堰塘设计

堰塘坑塘全部为土质开挖，坡比1：1.50，堰前边坡采用浆砌石进行衬砌，护坡厚度0.30 m。挡水堰A堰前护砌长度20 m、挡水堰B堰前护砌长度30 m、挡水堰C堰前护砌长度40 m。为方便后期运行，每座坑塘设置混凝土踏步1～2道。

为了运行管理安全，每座堰塘增施安全警示牌及安全防护设施。根据生态文明建设要求，结合堰塘位置，村庄周边堰塘采用刺丝网防护，田间堰塘采用植物防护，选择花椒树。刺丝防护网高1.80 m，采用14#×14#镀锌钢丝刺丝网，防护网长度1 520 m。花椒树株距2 m，胸径2～3 cm，数量730株，工程量计入农田防护和生态环境保持工程。

2.3 机井设计

2.3.1 机井水文地质情况

根据县水利区划，地下水为第四系孔隙水，含水层主要是砂、砾石。根据项目区现状机井实际运行情况，机井深度15～20 m，出水量30 m3/h左右，本次规划取25 m3/h。

2.3.2 单井控制灌溉面积计算

根据《机井技术规范》，单井控制面积按下式计算：

式中：F—单井控制灌溉面积，hm2；Q—单井出水量，25 m3/h；t —每次轮灌期天数，8 d；T—每天灌水时数，15 h；η —灌溉水利用系数，0.86；η1—水量消减系数，0.10；m —平均灌水定额，2 m3/（hm2/次）。

经计算，单井控制面积5.13 hm2。

2.3.3 机井布置

根据项目区耕地分布情况，共规划机井48眼，其中16 m深机井10眼，20 m深机井38眼；平均控制面积4.67 hm2。

另外项目区现有机井38眼，其中2眼已配套可直接利用，24眼可利用但需要配套水泵和电力的机井。利用的机井深度15～20 m，口径0.40～2 m，出水量约25 m3/h。

2.3.4 水泵选型

根据水泵扬程计算，结合设备选型表，选择QS25-25-3潜水泵，配套电机功率3 kW。

2.3.5 机井设计

根据水文地质条件及物探报告，项目区设计井深16 、20 m，井型结构根据项目区群众接受程度和使用习惯确定，采用单根2 m 长的混凝土井管，机井结构包括井口、井壁管、滤水管、沉淀管，并配建井堡。设计井管内径60 cm，外径70 cm。滤水管要求极限抗压强度不低于20 MPa，渗透系数≥400 m/d，孔隙率≥12%。滤料填充厚度150 mm，滤料粒径选用3～5 mm磨圆度好的绿豆砂，填料高度必须高出含水层顶端。滤料顶部至井口段，用含砂量≤5%的半干粘土球或粘土块封闭。

2.3.6 机井防护体设计

每眼机井设井堡1 座，井堡底部为C25 混凝土基础平台，上部为C25混凝土堡体，顶部设C25钢筋混凝土井盖。

2.3.7 机井布置

项目区共规划新打机井48眼，其中16 m深机井10眼，20 m深机井38 眼，配套水泵、井堡及电力工程。利用现状机井26眼，其中直接利用2眼，需配套水泵、井堡及电力工程的24眼。田间灌溉采用塑料软管连接机井进行灌溉，由于群众已有软管，基本满足使用，项目不再配套。

3 结语

综上所述，农田水利灌溉是事关农作物健康生长的关键因素，也是作物产量与农民经济效益的重要保障，水资源的有效利用与节约在科学合理的农田水利灌溉工程的规划设计中是重中之重。文章根据项目区的概况和当地气候条件、地形地貌、水利交通、电力供应等各因素的基础上，结合水利工程的设计标准，科学合理规划设计农田水利灌溉工程。