蓝田县高效节水灌溉工程地下水源取用设计

郝良鹏 孙宝岚

（1.蓝田县辋灞渠管理站 陕西 蓝田 710500；2.蓝田县水产工作站 陕西 蓝田 710500）

1 蓝田县节水灌溉发展现状

蓝田县位于秦岭北麓，耕地面积73.5万亩，80%的耕地为旱地，水资源不足是粮食作物产量不能提升的主要因素。根据蓝田县各地的实际情况，过去的灌溉工程基本为渠灌和管灌，只有很少部分喷灌和微灌。但是在渠灌和管灌中多采用大水漫灌，一方面费水、费时、费劳；另一方面，灌溉后如不及时进行松土保墒，很快就会形成土壤板结，导致农作物死亡。而喷灌和微灌土地则不出现以上问题，但微灌投资太大，影响耕种和收割，同时损坏较严重，喷灌既省水、又省时，且节约劳力，灌溉效果很好。

2011 年，首先在三里镇杨村试点开展旱地小麦旱作节水增产模式的探索，由最初的坑窖蓄水开始尝试，改进到应用塑料罐推广移动式喷灌技术。2014年对旱作节水设备进行更新和改造，增加过滤和施肥设备，初步形成以半固定式喷灌为核心的旱作节水增产新模式。

本次分析的典型区选择在蓝田县前卫镇田家湾村、王庄村，东经 109°09'～109°13'、北纬34°8'～34°12'之间。东西长约3.7km，南北宽约2.5km，地势北高南低，海拔在672m～682m之间。两个村共有15个村民小组3980人，耕地面积3938亩，人均耕地1.0亩，人均收入5600元。主要农作物有小麦、玉米和西瓜，复种指数150.3%。本次设计建设高效节水典型区灌溉面积3938亩，灌溉形式为半固定式喷灌。

2 喷灌系统总体布置

项目区位于前卫镇田家湾村北，设计喷灌面积3938亩，东西长2580m，南北长1120m。现有机井在项目区西部，拟新打机井与原有机井呈梅花状布设，井距600m左右。灌溉水源为项目区地下水，且水质符合《农田灌溉水质标准》（GB5084—2005）灌溉水的规定要求。

喷灌用水从井泵一次加压流经首部枢纽、干、支管及竖管，由喷头喷洒到田间，在喷水期内进行单支管轮灌。干管部分固定埋入地下，支管为可移动软管，支管上设有快接三通，喷头和支架连接在一体，根据轮灌计划，喷头轮流装设在竖管上进行喷洒。

喷灌系统流程为：水源（井水加压）→计量装置（水表、压力表）→网式过滤器（排砂控制装置）→干管→移动支管→竖管→喷头。

3 水源工程的设计

项目区现有机井1眼，根据项目区原有机井调查，地下水埋深60m～160m，现有机井深度为180m，单井出水量为32m3/h，水量充沛。设计对原有机井进行改造，并新打机井2眼作为工程水源。新打井深为200m，单井设计出水量为32m3/h，配套200QJ32-175型潜水泵。总控制面积3938亩。工程形式采用机压管道输水，井口出水钢管与田间PVC管道相连接，首部枢纽设置、过滤器、安全进排气阀及闸阀等设备，保证系统安全运行。

3.1 机井工程设计

3.1.1 水文地质资料

蓝田县地势东北高、西南低，地面坡降4‰左右。由南向北分布着黄土台塬、河川阶地及丘陵岭区，项目区地处西南黄土台塬区。

黄土台塬区堆积有第四纪沉积物，从地表到内部，表层为1.5m～4m黑垆土；第二层为10m～5m风积黄土；第三层为70m～100m厚夹有十余层棕红色古土壤和钙质结核层，以下主要为伏于上部黄土层之湖积、洪积的砂砾石层。根据该区第四纪地质地貌条件，地下岩层包括黄土潜水层和砂砾石承压含水层。参照蓝田县地下水资源评价资料，黄土台塬区为潜水贫水区，承压水为富水区。承压水含水层埋深120m～200m，含水层厚度40m～60m，地下水流向基本与地势一致，水质较好。

3.1.2 井房设计

井房设计为砖混结构，尺寸为长3.3m、宽3.3m、高3.2m。

3.1.3 机井类型及设计出水量的确定

根据地下水含水层厚度和底板埋深，选择机井类型为管井。

参照附近机井抽水试验资料，确定机井设计出水量Q≥32m3/h，水位降深S=32m，井含沙量小于1/10000。

3.2 管井结构设计

管井结构包括井口、井壁管、过滤器和沉淀管及底座。

3.2.1 井孔和井管直径的确定

过滤器结构设计。据含水层和建井材料，选用钢筋砼管穿孔管缠丝过滤器。过滤器外径应满足下式要求：

式中：Qt——管井的设计出水量，Q=32m3/h；

D1——过滤器外径，m；

Lg——过滤器有效过水长度，可按过滤器长度的85%计算，Lg=85%×40=34m；

N——过滤器进水面层的有效孔隙率，可按花管孔隙率的 50%计，N=50%×20%=10%；

Vg——允许过滤器进水流速，根据K=19m/d选择Vg=0.01m/s。

3.2.2 井孔直径校核

井孔直径应按过滤器外径确定，并以含水层最大允许流速进行校核，下部过滤器用滤水管外径为208mm，垫筋缠丝高度2×（6+4）=20mm，则过滤器外直径为D≥208+20=228mm。计算的最小井孔直径可选用250mm，上部安装内直径280mm，外直径350mm，加外封闭层厚度2×100=200mm，上部井孔直径则应为 D≥350+200=550mm，为下管方便，井孔直径设计值取600mm。

3.2.3 井孔深度及井管

参照项目区已成井的资料，水泵选择为200QJ32-175型，井深确定为200m。井孔深度由井壁管、过滤器和沉淀管的总长确定，黑管151m，过滤器长40m，沉淀管长8m，井管底座1m。根据井深、水质、技术和经济条件，选择井管为钢筋砼焊接管，砼标号C25，外径350mm，壁厚35mm，纵筋φ6mm，环筋φ4mm。

3.2.4 过滤器选择

根据含水层岩性，选择缠丝过滤器，管材为钢筋混凝土管。

3.2.5 过滤器设计

钢筋砼管（骨架管）圆孔直径d=20mm，纵向垫筋采用φ6mm，纵向垫筋间距为100mm，缠丝采用镀锌铁丝，缠丝间隙0mm～1.5mm，开孔率12%。

3.2.6 填砾设计

（1）滤料粒径

根据含水层颗粒粒径大小，选择填砾料粒径5mm～10mm。

（2）填砾厚度

根据含水层岩性为中、粗砾含水层，填砾厚度为120mm。

3.2.7 沉淀管设计

根据井深和含水层岩性，取沉淀管长度为8m的钢筋砼管，规格与井管相同。

3.2.8 井管外部封闭

用红粘土球封闭滤料顶部至井口段30m，剩余部分用一般粘土填实，在地面井周围浇注一层厚度为50cm混凝土。

3.3 施工要求

施工方式要求采用上探300型钻机，严格按照《机井技术规范》GB/T50625-2010施工，工序规范，成井质量符合要求。

4 田间管网布置

项目区全部采用PVC低压暗管输水工程，工作压力0.32Mpa，每眼机井作为一个独立工程，单独进行灌溉，主管道与支管道作同管径轮灌设计，每眼机井可同时开两个出水口。

管道布设：采用单井管道系统，即一眼机井一套管道系统，单井管道系统结合原有机井位置、地势和作物种植等因素，采用树状管网布设。管道采用一级固定管道输水，支管地面移动软管，干管平行种植方向，支管垂直干管布置于地头，出水口间距一般在30m左右，支管间距50m～120m。在管道系统首部安装进排气阀、逆止阀、闸阀、流量计、过滤器等设备。具体布设详见项目村管网设计图。

灌溉方法：考虑到管理方便及当地灌溉习惯，采取每次开两个出水口轮灌的方法，即干管流量和支管相同，因此不必做轮灌组划分。根据作物需水规律和轻重缓急采用先经济后大田作物的轮灌方法，保证作物适时灌水。

配电设施：项目区内附近村庄有可利用的变压器，且变压器满足设计要求，不需要增容，故本次设计不考虑变压器。

5 结语

蓝田县过去各地的灌溉工程基本为渠灌和管灌，大水漫灌不仅费水、费时、费劳，而且灌溉后易形成土壤板结，不利于农作物生长。2013年～2017年实行高效节水灌溉项目，全县规划建设高效节水灌溉面积6.45万亩，大力推行喷灌技术。喷灌的农田灌溉水有效利用系数将大于0.85，对于半固定管道式喷灌系统喷灌均匀系数可达0.75，行喷式喷灌系统则可达到0.85。因此，该节水灌溉项目的实施将有效改善县域农田灌溉现状，实现节水节地、节能高效的社会及生态效益。陕西水利