基于农用井工程设计

石 磊，王彦明

(1.黑龙江省林业设计研究院，哈尔滨 150090;2.黑龙江源泉国土资源勘查设计有限公司，哈尔滨 150090)

基于农用井工程设计

石 磊1，王彦明2

(1.黑龙江省林业设计研究院，哈尔滨 150090;2.黑龙江源泉国土资源勘查设计有限公司，哈尔滨 150090)

土地整理项目农用井是根据农田灌溉需要而建设的，它是在无地表水可利用或地表水资源不足的情况下采取的灌溉设施。文章阐述农用井的设计步骤及几个数据的确定。

单井出水量;井壁管内径;沉淀管;滤料;井泵扬程

1 前言

土地整理项目农用井工程是根据农田灌溉需要而建设的，即在无地表水可利用或地表水资源不足的情况下采取的灌溉设施。分为水田井、抗旱井。其中抗旱井又分为坐水种，喷灌井、微灌和滴灌等。其设计是根据项目区水文地质、工程地质资料、当地抽水试验资料、当地农用井运行情况和经过理论计算及经验数据综合进行。

农用井设计包括打井、设备安装、井房、出水池、输配电5个部分。

2 农用井的设计步骤

收集项目区水文地质、工程地质资料和附近现有农用井的出水量、静水位、动水位等资料，并进行综合分析。

1)根据收集的资料进行分析和理论计算综合确定单井出水量→(确定单井灌溉面积→确定井距→确定井的布置)确定静水位和动水位→选配井用潜水泵→确定井壁管内径→确定井壁管管壁厚度→确定井孔内径。

2)根据含水层透水性能和厚度计算过滤器长度。根据过滤器长度和含水层位置确定过滤器位置和井的深度及计算工程量。具体步骤：确定沉砂管长度(非完整井含封底长度)→计算和确定过滤器长度及位置→确定井壁管长度→计算封透水层工程量(包括长度和材质、数量)→计算封非透水层工程量(包括长度和材质、数量)→封井口和井台子(地面上高度)材质和工程量→洗井工程量(全部水层)。

3)根据动水位确定水泵安装高程→计算输水管长度(标出直径、壁厚)→计算防水电缆长度(含从电机到地面、由井边到墙根、再上墙1.5 m处(几何长度之和再加1 m)。

4)根据选定的井用潜水泵查出配套电动机功率→计算变压器容量→选定变压器(型号容量)→选定熔断器型号数量→选定避雷器型号及接地装置→选定端子箱→直接启动箱(容量超过17 kW时加选降压启动器)。

5)根据规划图查出井的位置→在规划图中量出高低压线长度→根据负荷计算10 kV和0.4 kV线路载流量→根据计算的线路载流量和选定的导线型号查出导线截面(标在工程量表中)。

6)出水池设计→尺寸(20×30)→结构设计→防渗设计。

7)提出分项工程量和设备表：①打井工程量、输配电工程量。②设备表含设备型号、规格、数量。

3 农用井单井设计中几个数据的确定

3.1 单井出水量的确定

单井出水量是农用井设计中最基本最主要的技术指标。确定方法常用有两种：①理论计算公式计算求得;②实地进行抽水试验按流量—降深曲线求得的经验公式计算。

3.2 过滤器设计

过滤器关系到井的寿命问题，必须引起足够重视。过滤器分填砾料过滤器和非填砾料过滤器两种。非填砾料过滤器用于含水层为卵石层、砾石层、基岩层，实际这种井很少见。目前所设计的都是填砾料过滤器。

3.2.1 过滤器长度确定

3.2.2 过滤器的结构设计

目前多用钢管穿圆孔过滤器，孔径2 cm，开孔率30%，用Φ8钢筋作垫筋，间距6 cm，两端用Φ12圆型钢筋固定垫筋，并焊在井管上。外包绵纶筛网(80～100目)，筛网外面用8#镀锌铁丝缠绕，铁线间距≤5 mm。

我们设计中要求都要包锦纶筛网。施工时还有用桥式过滤器，笔者不提倡这种过滤器。

过滤器安放位置要使过滤器下端与计算含水层下部齐。

3.3 井壁管内径的确定

井壁管材质有钢管、铸铁管、水泥管、塑料管，我们设计时除有特殊要求外一律选用钢管。井壁管内径受含水层厚度、渗透性能、单井出水量、井泵出水量、井泵最大外径等因素影响，因此井壁管内径必须综合考虑确定。目前我们确定井管直径主要是根据单井出水量和井泵最大外径两个因素确定。

3.3.1 井管直径(内径)与适宜出水量

表1 井管直径与适宜出水量对层表

3.3.2 按井泵最大外径加100～150 mm

井用潜水泵选择是根据设计单井出水量和扬程在样本中的井用潜水泵型号(例如250QJ50-125)中前面的数字就是允许最小井管内径(即250 mm)。有的厂家型号前面数字就是水泵的最大外径。有的厂家给出数字为水泵最大外径加15～20 mm。厂家给的是允许最小井壁管内径，实际上是不可行的。井壁管安装是现场竖向吊着焊接的，不可能是绝对垂直的，是有弯曲的，这样井壁管的内径变小了，井泵可能下不去的。所以根据经验数字，我们要在水泵最大外径基础上加100～150 mm，设计时加100 mm即可。

表2 井泵外径与井壁内径对层表

3.4 井壁管管壁厚度

过去常用井壁管是用3 mm钢板焊接的。目前我们的设计厚度不一致，设计厚度统一定为δ=5 mm，最大不超过6 mm。

3.5 井孔内径的确定

井孔内径是根据井壁管外径和填滤料厚度来确定的，填滤料厚度与含水层颗粒大小有关。规范规定“含水层为粉细砂时填料厚度＞150 mm，含水层为中粗砂时，填滤料厚度＞100 mm。”因为含水层不一定都是粉细砂层，也不一定都是中粗砂层，综合考虑确定在井壁管外径加290 mm，假如井壁管外径为310 mm，井孔内径为600 mm即可。

表3 井管外径与井孔内径参照表

3.6 沉砂管长度

机井设计手册和机井设计规范要求，完整井沉砂管长度为2～4 m，我们设计可取沉砂管长3 m。非完整井插入含水层1～2 m，取2 m(含反滤层封底厚度0.5 m，钢板封底取3 m)。

3.7 填封透水层

3.7.1 滤料规格

粒径D=M·d50，M=8-10。d50为含水层砂样筛分累计重量50%颗粒直径，没有筛分资料时，我们设计时滤料用3～5 mm，小砾石作封透水层滤料即可以。

3.7.2 填封高度

为充分利用含水层水量，多层含水层都要填滤料，两层含水层中间非透水层也要填滤料，使含水层水量相通。填料高度高出含水层3 m。过滤器下端填到井底。

3.7.3 计算填滤料长度和填料工程量

填料从井底(含水层下部)填至过滤器上或含水层上3 m计算实际总填料长度。填料工程量按填料厚度和长度计算实际填料量。

3.8 填封非透水层

填滤料顶部至井口段采用黏土球填封5 m，剩余部分用黏土填至井口下1.6 m，工程量分别计算，(也可以用黏土球填到井口下1.6 m)。

3.9 非完整井封底

一般用反滤层封底和用钢板打孔焊死井管封底两种方法。

3.10 封井口及井台子(井壁管要高出地面60 cm)

在井口周围挖直径1.0 m地面下1 m深的基坑，用黏土填实80 cm，用混凝土填筑20 cm(与地面平)，再筑高50 cm直径为Ф600的井台子，井台子上井管留10 cm用安装井泵方便操作。

3.11 井泵扬程计算及安装高程确定

选择井泵扬程不宜过大，因其剩余水头需作消能处理，需增加工程成本，功率大，也会加大运行成本。

1)扬程

扬程=动水位至地面高度+水头损失(沿程损失+局部损失)+富余扬程(地面到压水池高度)。富余扬程一般要求≤2 m，但考虑动水位的变化较大，设计时富余扬程取3 m。

2)水头损失=输水管沿程水头损失+弯头局部水头损失。

3)喷灌井水泵扬程计算

扬程=动水位至地面高度+水头损失+喷灌管路水头损失(沿程和局部损失)+喷灌水头(喷头出水压力)。一般喷灌水头出井口后需水头70～80 m。

4)井泵安装高程

规范要求在动水位下1～1.5 m，因资料不十分准确，加之地下水位变化大，为留有余地，设计时井泵安装高程定为动水位以下3 m(水泵最上一级叶轮在动水位以下3 m)。

［1］中华人民共和国水利部.节水灌溉工程技术规范［S］.北京：中国计划出版社，2006.

［2］水利部农村水利司.机井技术规范［S］.北京：中国水利水电出版社，2000.

S274.2

C

1007-7596(2012)07-0083-02

2011-12-13

石磊(1984-)，男，黑龙江双鸭山人，助理工程师;王彦明(1982-)，男，黑龙江巴彦人，助理工程师。