基于杜蒙旱田灌溉地下水源工程建设

崔国玉，徐彦峰，夏 杰

(杜尔伯特蒙古族自治县农业综合开发办，黑龙江杜蒙162200)

1 区域地下水资源情况分析

杜蒙县区域地下水含水层主要由第四系齐齐哈尔孔隙潜水，第四系白土山组孔隙承压水、第三系泰康组孔隙承压水构成。因含水层受古沉积环境影响，其结构特征、埋藏条件、补给、径流条件差异很大，各含水层富水性差别较为明显。

1.1 第四系白土山组承压含水层

主要由河流相沉积细砂、砂砾石组成，评价区沉积此层。含水层顶板埋深一般在60～80 m。含水层厚度为为40.0～50.0 m。含水层岩性颗粒粗大，分选较好，有效孔隙度大，透水性强，富水性较强。单井涌水量为1 500～2 500 m3/d。白土山组含水层是区域主要开采层之一，水位埋深在8～15 m。

1.2 泰康组承压含水层

泰康组承压含水层其岩性主要是含砂砾岩，与上部第四系含水层之间有一层分布不稳定的泥岩，局部为砂质泥岩、泥质砂岩和粉砂岩交互层，成岩性不好，胶结较差，具有一定的透水能力，厚度一般在15～25 m。砂砾岩层结构松散，颗粒较粗，分选性较好，透水性强，富水性好，自上而下由细变粗，呈明显河流相沉积，沉积发育比较稳定，评价区含水层由东向西逐渐增大，由北向南逐渐变薄，顶板埋深一般在150～160 m，含水层厚度为80.0～90.0 m。单井出水量2 500～5 000 m3/d，泰康组是区域主要开采含水层之一。

1.3 供需水量

根据区域生活和农业发展规划，区域地下水总量约为1.29亿m3/a，地下水可开采量约6 300万m3/a，年需水量为576万m3/a，供水量远远大于需水量可以满足用水需求。

2 水源井工程设计

1)井网布设，井位尽量布置成线，排列方向尽量垂直地下水流向，相邻两井互相错开，以保证分层截取地下水，增加单井出水量，扩大单井灌溉面积，做到沿路成排集中连片布置，使之形成网络化。

2)井型、井径确定。根据我县多年开发利用地下水打机电井的经验和成井工艺，井型采用管井，井径为300 mm，成井材料为钢筋混凝土管。

3)单井控制灌溉面积。项目区机电井主要用于旱田节水灌溉，单井控制面积13.3～33.3 hm2，最大单井控制面积不超过66.7 hm2。

4)井距。根据我县水文地质及抽水试验，合理井距为500 m左右。

5)井深。根据该区内水文地质条件，成井井深平均为90～110 m。每眼井成井深度必须穿透承压含水层，开孔直径500 mm。

6)井管。根据井深，考虑成井成本、质量和使用寿命等要求，井管选用钢筋混凝土管，管径300 mm。

7)筛管。筛管按含水层厚度，设计出水量确定。含水层厚度不超过10 m时，筛管长度大于含水层厚度，含水层很厚时，筛管长度可略小于含水层厚度，筛管孔隙率≥30%，圆孔直径12～16 mm，用80目以上尼龙布网包双层，8～12铁线缠绕。筛管也可采用目前市场用的桥式滤水管。

8)滤料选择。中粗砂、砾岩层选取用4～7 mm滤料;粉细砂层选用1～3 mm滤料。

9)填砾高度和厚度。厚度≥100 mm，高度在筛管以上10 m，以下2 m为宜。

3 水源井工程设备的选配与运行

水源井配套设备的选置必须要综合考虑各个方面的因素。要整理、准备好有关井的技术资料，包括井筒直径、井筒倾斜度、井深与静、动水位埋深，井的最大出水量以及泵、管性能资料和市场行情。从技术要求上来讲，选配时必须要遵循以下原则:

3.1 井泵配套应遵循的原则

1)井用水泵应按地下水位的埋深选择水泵类型。当机井动水位埋深在允许范围内时，宜选用卧式离心泵;当机井动水位埋深＞8 m时宜选用潜水电泵。

2)泵流量可根据试验抽水时测定的机井出水量选定。所选水泵的流量不得大于井的最大涌水量。

3)水泵扬程应根据机井动水位的埋深和输水要求选定。应使流量、扬程在水泵高效区对应的范围之内;安装深度必须满足水泵的取水淹没深度，不发生气蚀和超载运行。

4)井泵配合间隙应根据泵体的最大外径与泵体入井部分的井管最小内径差值选定。对金属井管其差值≥50 mm，非金属井管其差值≥100 mm。

3.2 泵机配套应遵循的原则

1)动力机功率应根据水泵轴功率，且大动力机额定功率之内合理选取。动力备用系数:电动机可采用1.1～1.3，柴油机可采用1.2～1.4。

2)动力机和水泵的转向、转速应相互适应，当其额定转速差值不超过2%时可直接传动，否则应采取间接传动。

3.3 管、带选配的原则

1)管、带应按水泵的类型和规格合理选配。

2)正确选择管材，合理确定管径。管内流速不宜过大，管路应尽量避免迂回弯曲，联接要方便可靠。

3)配套要经济合理。水源井配套时在上述原则基础上，还应考虑到哪种机泵和零件货源充足，价格便宜，坚固耐用，维修保养方便和操作简单等因素。在以上原则规定的基础上进行水源井配套设备的选置主要分以下3步:

第一步是以井定泵。即根据水井的出水量和井中的水位变化幅度等条件确定泵型。所选水泵的流量Q泵应等于或小于水井的出水量Q井，如Q泵＞Q井运行中井中水位将大幅度下降，井壁内外压差显著增大，井壁进水流速加快，可能导致大量涌砂而报废。因此科学地确定水井最优出水量是选泵的关键。潜水和承压水最优出水量分析由下列公式计算:

式中:Q潜井为潜水井最优出水量，m3/h;H为井中水深(静水位到井底距离)，m;Q为抽水试验过程中地下水位稳定时的出水量，m3/h;S为对应于Q的抽水降深，m;一般要求S=6～6 m;Smax为对应于Q潜井的降深，即最大允许降深对潜水井:

式中:Q承井为承压水井最优出水量，m3/h;Q为抽水试验过程中地下水位稳定水位时的出水量，m3/h;S为相应于Q的抽水降深，m，一般要求S=5～6 m＜3 m;Smax为相应于Q井的降深，一般要求Smax≦1.5S。

水井深度最优出水量确定，就可依据此数据确定所需水泵的性能。使泵的流量和井的最优出水量基本一致。然后再选择水泵的型号。同时要注意，要使水泵达到最大出水量时降深小于水井达到最大出水量时的降深，因为应该考虑区域水位下降和水井正常减产等情况，将降深留有余地。此外，还要注意到水源井的灌溉方式如水源井配备喷灌设备时，就应优先确定所需水泵的扬程大小，以满足喷灌设备的使用压力要求，还应考虑需水量的大小选配水泵。虽然水井具备选取配大流量泵条件，但不需要那么多水，选用机泵不经济而且泵开停频繁，容易损坏还浪费油和电。

第二步是以泵配机。即是根据水泵和配套功率确定所需动力和机械的功率，合理配套动力机。水泵的配套功率可按下列公式计算:

式中:N配为水泵的配套功率，kW;H为水泵的总扬程，m;Q为水泵的流量，L/s;n为水泵的效率，%;K为备用功率系数;电动机配套的机井K可选用1.1～1.3;柴油机配套的K值可选用1.2～1.4。一般44 kW以下时可选用1.1～1.4。44 kW以上可选用1.05～1.08。

首先依据此公式计算出水泵的配套功率，确定机的功率。然后依据当地的电网分布、经济收入、地理位置、交通环境等因素确定配套机是采用电机，还是采用柴油机。在供电条件较好地区，可选择电动机。因为电动机启动容易、操作简单、运行可靠、运行成本较低。在无电或供电比较困难的地区，应选用柴油机。柴油机具有机动灵活、适应性强的优点。

第三步是以泵配管。是应根据水泵的类型和规格合理选配管、带。管径与长度要与泵体和扬程相适应。根据实际需要合理地确定管道长度。避免增长管路阻力损失，以减少设备投资，降低灌溉成本。从运用效果上看，采用高压聚乙烯管做潜水泵的扬水管造价低、适用性强、效益可观。

与水泵配套的管径D由下式确定:

式中:Q为水泵流量，m3/s，可从水泵铭牌或说明书中查到;V为管中的水的流速，m/s，进水管内的水的流速应在0.5～1 m/s，扬程小取小值，扬程大取大值。

根据上式计算管径后，可由各种管材标准中查找统一标准管径的管路。

［1］张岳，刘钰，等.加快建立我国农业节水保障体系的对策和建议［J］.中国水利，2002(3):36－38.

［2］张岳.大力发展节水灌溉促进牧区生态建设［N］.中国水利报，2003－01－14.