淮北平原农灌井建设几个亟待解决的问题

蒋 奎

(安徽水利开发股份有限公司,安徽 蚌埠 23300)

辽阔的淮北平原,是国家重要的商品粮基地之一,其中有近三分之二的农田作物,是靠农用机井开发浅层地下水灌溉,才获得高产稳产的。实践证明,农灌井建设的质量关系到浅层地下水开发利用程度、灌溉效益以及对井灌工程的优化管理等问题。为使己建井灌工程更有效地发挥效益,使待建井灌工程减少投资和浪费,做到稳步有序的健康发展,本文以安徽淮北平原为例,就农灌井建设普遍存在的几个亟待解决的问题提出来与大家共同探讨与改进。

1 单井控制灌溉面积问题

单井控制灌溉面积的大小不仅与井出水量有关,而且与设施的输水性能和田间灌水技术以及种植习惯等因素有关。长期以来,由于认识上的差异,即使在各种条件都雷同的地区,单井控制灌溉面积也会有较大的不同。例如某县项目区建成的 133 hm2半固定式喷灌示范区,单井控制灌溉面积高达 14.3～16.7 hm2。反之,也有些县将单井控制灌溉面积设定在 2.7～3.3 hm2。其不良后果是:前者导致轮灌周期过长,不但难以满足灌溉需水要求,而且失去节水灌溉的意义;而后者,却因井距太近,抽水时互相干扰,加大灌溉成本。

据调研和试验资料分析,在对井灌区规划时,节水型单井控制灌溉面积可参考表 l取值。

表l 淮北平原节水型灌溉单井控制面积取值表

2 井位确定问题

井灌区水井的位置,是井灌规划或井灌建设的重要参数之一。如果井位布置不当,就会造成不良后果。例如井距太近,抽水时互相干扰,必定增加灌溉成本,同时还会增加建井数量,扩大工程投资,使经济效益降低;井距太大,又会使一些农田因不能及时得到灌溉导致减产损失。因此,科学合理的布井,对于减少浪费、增加经济效益具有重要意义。当前群井布置存在的突出问题是,不能做到因地制宜。一是,从整体布局美观出发,过于强求单一的成排成行形式布井,导致水井及其配套设施不能很好地发挥效益;二是,过于强调井灌效益,把井位布在控制灌溉面积中心,这往往使一些机井因没预留直达井位的田间生产小路,给井的管理、使用等带来诸多不便。针对这两种情况,建议对今后井灌区的群井布置,既要考虑整体,也要照顾局部。首先,当某一田块的控制灌溉面积有 60%以上农田的耕作方向与相邻多数农田不一致时,该块农田的井位必须沿着垂直耕作方向的田(路)边或地角布置,并协调好相邻田块的井距和井位。其次,规划的控制灌溉面积中心,如有田间生产小路或固定排水小沟从井旁通过,当以田块中心布井为好。

总之,在井灌区实地布井时,一定要注意与输变电线路、道路、林带以及耕作方向相互结合,灵活多样,统筹安排。

3 河井混灌问题

在谈及淮北平原的灌区类型时,有人将其分为河灌区、井灌区和河井混灌区。据调查,河井混灌是从水资源合理开发利用的理想状态出发提出来的。其宗旨是:农田灌溉时,优先利用地表水,当地表水资源不能满足灌区灌溉需水要求时,再开发利用浅层地下水,确保灌区效益最佳。这种设想似乎很好,看起来很在道理,但与实际情况不符。据有关专家介绍,黄河流域不少重点灌区都曾做过河井混灌尝试,但到目前为止还没有成功的先例。安徽阜阳市姜塘镇,曾专门进行过河井混灌试验研究,历时数年也不了了之。因为任何一个河灌区的范围和泵站规模(含用电量)的拟定,都是在一定设计灌溉保证率条件下,根据水文气象特征、可用水资源状况、土壤性能、主要农作物需水特性和种植比例以及当地的耕作习惯等进行规划设计的。规划设计者不可能在满足这一技术要求的前提下,还要在灌区内再增设相当数量的农灌井及其相应的配套设施,专门用于等到地表水不够用时,再启用井灌工程。不争的事实是,在河灌区打井混溉,井打到哪里,河灌面积就萎缩到哪里,灌区配套设施也就毁到哪里,甚至小型电灌站常年闲置不用的现象也普遍存在。因此,在淮北平原发展灌溉农业,应从水资源状况和生产实际出发,井是井,河是河,完全没有必要在同一灌区内搞井站同时并存的所谓双配套井河混灌模式,以减少不必要的浪费。

4 管井的结构设计问题

据调查和监测资料得知,即使采用同样的井管及管外充填滤料,在同样的施工条件下,有些地方的机井使用年限达20～30年甚至更长时间,而有些地方的机井却只使用 3～5年就报废了。造成机井使用年限短暂的原因,固然有施工和管理的问题,但绝大多数都是由于井的结构设计不当或未经仔细设计造成的。现介绍一种较实用的结构设计技术。

农用浅机井的结构,一般根据水文地质条件共分五个部分,即井口、井壁管、滤水管、沉淀管和井底盘,如图一所示。在进行结构设计时,应吃透这几部分的含义和作用,才能做出符合实际的结构设计。

图1 管井结构示意图

4.1 井口部分

通常把管井的井口和连接地表的部分称为井口部分。这一部分应做到:首先应使井台高出地面 20～40 cm,以便装置机泵和预防地表径流流人或杂物掉入井中。其次要有足够的坚固性和稳定性,以防因受震动而发生不均匀沉陷。第三应使位于河边或洼地机井的井口高程高于洪水位高程,以防止洪水淹没和倒灌危害。

4.2 井壁管(不透水)部分

通常把井口以下至进水部分(滤水管上端)的一段井壁管称为井身。如果机井是多层取水,如图一为两层取水,则为对应各非含水层部分的分段井壁管。井壁管设计中要考虑其有足够的强度,以防井壁坍塌。同时,还要将井壁管(井身)上端井口部位的井管外用粘土封闭 2m段以上,以防止地表污水下渗污染地下水源。

4.3 滤水管(进水)部分

滤水管是对应于含水层部分的透水管,除起井壁管的作用外,还起滤水防砂作用。其安装长度,一般是按当地水文地质条件和总体规划中计划开采的含水层厚度而定。如含水层集中,可装设一整段;如同时需要开采数个含水层,且各层之间距离较大时,则滤水管应对应各含水层分段装设。这里尤其需要注意的是,为了防止井壁坍塌,不论完整井或非完整井,都不能从静水位开始一直到井底全部装设滤水管。

4.4 沉淀管(沉砂)部分

沉淀管是装设在管井最下部分的一段不透水管(井壁管),通常称为沉砂管,用以沉淀含水层中带出的泥土和砂粒,以便定期清除。如不加设沉淀管,当沉积的砂粒等逐渐增高时,便会堵塞滤水管,致使井的出水量减少。浅井沉淀管的长度:完整井一般 2～4m,非完整井 1～2m。如是完整井,为尽量扩大含水层厚度,应将沉淀管设在含水层下面的不透水底板层内。

4.5 井底盘

井底盘装设在井的最下端,具有托住井管及导正管子的作用。

5 井管外充填滤料问题

通常把井口部分及其以下的井壁管与非含水层之间,分别用粘土和粘土球充填称为管外封闭;把填入滤水管外与含水层之间的砾石或粗砂通称为填砾,对建井材料而言称为滤料。由于淮北平原农用浅井多采用无砂混凝土管,因此充填滤料的选择和配制十分重要,它是影响井出水量和井使用年限的关键技术。据试验,一般中、粗砂含水层,填滤料厚度不小于 10 cm,细砂以下含水层填滤料厚度不小于 15 cm。有关充填滤料的粒径、高度和质量,在《机井技术规范》中都有明确规定。但对含水层砂样尚未进行颗粒分析的井灌区建井时,因对所填滤料粒径的选择不易掌握,加上相当一部分同志存在“农灌井又不是吃水井,只要井出水量大就行”的观点,所选滤料粒径不但普遍存在偏大现象,而且充填滤料的高度也很不规范,从井口到井底全部用滤料充填。其不良后果,一是抽水喷灌时因含砂量超标,严重危害农作物正常生长;二是加速水井淤积,缩短使用年限,并造成对地下水源污染等问题。为处理好这些问题,笔者把适合于不同岩性含水层充填滤料的粒径取值,列表 2供设计和施工者参考。

表2 不同岩性含水层充填滤料粒径参考数值表

有关滤料的充填高度问题,人工回填滤料时往往很难填实或达到设计要求。因此,为补充在洗井和抽水试验过程中滤料沉实下移量,需要适当增加填滤料高度,一般宜高出滤水管上端 6～8m;但对于含水层埋深仅 10m以浅者,井口处必须预留 2m段以上不填滤料,应用粘土封闭夯实。

6 结语

综上所述,井灌建设普遍存在的这五个问题,严重影响井灌经济效益、管井使用年限以及对地表、地下水资源的优化管理等。有关方面如按本文提出的改进方法或建议妥善处理好这些问题,必将取得事半功倍的效果。

[1]赵家良,王振龙,淮北地区灌溉水资源优化利用模型研究[J],地下水,1999(1):7-22.

[2]赵家良,吴忠莲,淮北地区水资源开发利用问题的探讨[J],安徽水利水电职业技术学院学报,2003(2):14-16.

[3]陈梅芬主编,机井技术手册[M],北京:中国水利电力出版社,1995.