平原地区农用机井设计案例

赵永立

（惠济河睢县管理段，河南 睢县 476900）

1 自然概况

1.1 地理位置与水文地质

睢县地处豫东平原、黄淮腹地，属黄河冲积扇的一部分。地理坐标为北纬34°12’～34°34′，东经114°50′～115°12′。总面积926 km2，境内地形大体平坦，海拔高程50 ～60 m，西北略高，东南稍低，平均地面坡降为1/5 000。

地层主要有新第三和第四系松散物积淀而成，一般厚600～1 000 m，蕴藏着较为丰富的地下水。浅层水（埋深60 m以内）地层为第四系全新统河湖相沉积，一般厚度20 ～40 m，含水层厚5～20 m，顶板埋深10～20 m。中深层地下水（埋深分别为60～170 m、170～400 m），主要蕴藏在第四系中、下更新统与第三系沙泥质沙砾石含水层中，含水层厚度分别为5～10 m、10～40 m。地下水主要靠降水入渗补给，具有补给快、水质好、易开采等特性，是农业生产主要的供水来源。

睢县水文地质条件差异不大，地下水的补给比较充足，地下水资源较丰富。

1.2 气候与降雨

睢县气候属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候，多年平均降水量为705.50 mm，受季风影响，降水量年内和年由于项目际变化较大，分配很不均匀。汛期（6-10 月份）降水量约占全年的68%，且常以暴雨形式出现，而小麦生长期（2-5 月份）的降水量仅占20%，冬春旱、夏秋涝是影响农业生产的主要自然灾害。睢县多年平均水面蒸发量为1 101.90 mm，约为年降水量的1.60 倍，冬春两季平均蒸发量为335.30 mm，约为同期降水量的2.80 倍，夏秋两季平均蒸发量为766.60 mm，约为同期降水量的1.40 倍，冬春两季是小麦的生长季节，需水量大，因此常常出现旱情。

2 农用机井工程设计

2.1 设计原则及依据

根据《机井技术规范》的有关要求和睢县已有的钻孔柱状图等资料，以开源节流、综合治理开发、防旱抗旱夺高产为目的，配合基本农田改造工程，立足社会经济、交通、农业基础设施等实际情况，合理开发地下水资源，提高水资源综合利用能力。

另外，按照竖井灌溉方式，规划机井应紧靠田间道路布置，以便于输水和交通。

2.2 灌溉水利用系数

近年来，国家大力发展高标准农田建设，根据相关规范，低压管道系统水利用系数范围值为0.95～0.98，取0.95，田间水利用系数取0.90，则管灌水利用系数为0.95×0.90≈0.86。

2.3 机井影响半径计算

式中：R-影响半径（m）；S-地下水水位平均降深（10 m）；H-含水层渗透系数（3.40 m/d）；K-含水层平均厚度（24.20 m）。经计算，机井影响半径为181 m。

2.4 单井出水量计算

Qg=πβVgDgLg（2）

式中：Qg—过滤管的进水能力（m3/h）；β—过滤管进水面层有效孔隙率（设计选取孔隙率为15%），宜按过滤管面层孔隙率的50% 计算；Vg—允许过滤管进水流速（设计选取流速为4×10-3m/s），不大于0.03 m/s；Dg—过滤管外径（设计选取外径为0.50 m）；Lg一过滤管有效进水长度（设计选取主要含水层中细砂层12 m），宜按过滤管长度的85%计算。经计算，Qg=29.73 m3/h。

农用机井设计出水量应小于过滤管的进水能力，结合睢县现状机井出水量情况及《井用潜水系》中潜水泵型号参数，设计机井出水量为25 m3/h。

2.5 井深和井径设计

农用机井深度设计应参考钻孔柱状图和机井地质剖面图，根据拟开采含水层的埋深、厚度、水质、富水性及其出水能力等因素综合确定。

根据睢县水文地质条件、地层构造、分布、潜层含水层的厚度及以往农用机井的成井统计数据，参考静水位5～10 m、参考动水位15～20 m，含水层主要岩性为细砂、砂壤土、砂卵石，含水层颗粒粗、透水性强，且水质较好，属重碳酸盐淡水，适合饮用和灌溉。确定新打机井深度为45 m。井管内径为500 mm，外径640 mm，滤水管采用无砂混凝土管，实管采用混凝土实心管。

2.6 单井控制面积设计

2.6.1 设计灌水定额

根据河南省地方标准《用水定额》，睢县为豫东平原地区，当灌溉保证率为75%时，小麦灌水定额为2.33～3.00 m3/hm2，玉米灌水定额为2.00～2.33 m3/hm2，综合取作物设计灌水定额2.67 m3/hm2。

2.6.2 设计灌水周期的计算

根据《灌溉技术规范》公式，计算设计灌水周期得：

式中：T—设计灌水周期（d）；m—设计灌水定额（mm）；Ep—作物临界期日均需水强度（mm/d），取5 mm/d。

根据计算结果，考虑到井灌区多采用管道灌溉等新型节水灌溉方式，灌水周期应取较小值，结合睢县的灌水习惯，取设计灌水周期为8 d。

2.6.3 单井灌溉控制面积计算

单井控制灌溉面积计算公式如下：

式中：F—单井控制灌溉面积（hm2）；Q—单井出水量（25 m3/h）；T—项目区轮灌一次所需时间（8 d）；t—灌溉每天开机时间（管灌区取20 h）；η—灌溉水利用系数（管灌区取0.86）；η1—干扰抽水的水量消减系数（0.15）；m—灌水定额（m3/hm2），大田作物综合选取2.67 m3/hm2。

通过计算，单井控制灌溉面积为3.72 hm2，依据睢县各乡镇农田地块的实际状况，可以确定单井控制面积为3.33 hm2。

2.7 机井布置

2.7.1 机井布置按方格网形式布置

井距计算公式如下：

式中：F0—单井控制灌溉面积。

2.7.2 机井布置按梅花形式布置

井距计算公式如下：式中：F0—单井控制灌溉面积。

经计算，机井井距根据不同的布置方式，分别为188 m 和202 m，在工程实施过程中，应根据各乡镇实际情况，在现有机井的基础上布局。具体情况应根据农田地块实际现状，在充分利用原有机井的基础上，以行政村为单位进行统一规划实施。适宜采用方格网形式布井的采用方格网形式，适宜采取梅花形式布井的采用梅花形式布井。

2.8 新打机井数量

应该在充分利用原有机井的基础上，以行政村为单位进行统一规划，根据机井控制灌溉面积、机井影响半径以及井距的要求等因素，综合考虑，确定新打农用机井数量。

2.9 机井构造要求

农用机井结构包括井壁管、过滤管和沉淀管。井管内径500 mm，外径640 mm，井口处设混凝土井台，一般应高出地面30 cm以上，起到保护井口和防止积水倒灌的作用。井壁管、沉淀管采用混凝土管，井壁管采用无砂混凝土滤水管，长度37 m，顶部和沉淀管采用混凝土实心管，顶部管长5 m，底部管长4 m。井管外部滤料应根据含水层颗粒分析结果科学选择，一般选用硅质砂，滤料顶部和底部均采用黏土封闭，顶部长度3 m，底部长度2 m，剩余部分采用滤料填实，长度40 m。井底盘采用钢筋混凝土，直径0.64 m。钻孔直径不小于940 mm，井管每侧滤料厚度不小于150 mm。

2.10 机井配套

根据农用机井成井的出水量、井深、抽水水位等有关因素合理确定适用的水泵类型和规格。

3 结语

农用机井是睢县农业灌溉重要水源，也是最适宜当前农民一家一户田块灌溉的方式，最受睢县农民欢迎。农田水利灌溉基础设施薄弱，灌溉困难，抵御自然灾害的能力就较低，农民只能“望天兴叹”，因此发展井灌尤为重要。在井灌规划时，必须选好井型，做好单井设计，以期彻底解决工程性缺水问题。