浅议农田水利灌溉工程规划

白晓云

（晋中市太谷区水利局,山西 晋中 030800）

我国是农业大国,农田水利灌溉工程在农业生产中发挥着重要的作用,而我国又属于缺水大国,因此,合理规划农田水利灌溉工程、合理利用水资源就十分重要,本文以太谷区水资源置换项目为例,探讨农田水利工程的规划设计。

1 工程区概况

工程区位于晋中市太谷区,项目区农业灌溉范围涉及北洸乡、水秀镇2 个乡镇22 个村庄,属北暖温带重半干旱气候,四季分明。年平均气温9.8℃,极端高温达38℃。年平均降雨量为410 mm,区域内不仅降雨较少,而且年内分配很不均匀,降水主要集中在7、8、9 三个月,约占全年降雨总量的60%以上。多年平均无霜期为175 天,霜冻期为10 月中旬至次年4月中旬,标准冻土深度0.94 m。

近年来,受气侯及其它因素影响,当地水资源量逐年减少,太谷区位于晋中市榆太祁中型孔隙地下水超采区,超采区面积约为857 km2,其中严重超采区面积为234 km2。太谷区主要农业用水区均属于地下水严重超采区。

针对地下水超采情况,山西省各级部门做了大量的治理工作。通过地下水生态补水、关井压采、关停和限制重点保护区矿产开采等措施,有效遏制了地下水位严重下降的势头。但是全省的地下水超采现象尚未得到根本治理。自2018 年起,在中央水利发展资金的支持下,山西省开始开展地下水超采综合治理,全面贯彻中央“先建机制,后建工程”的部署和要求,立足山西省地下水超采实际,将汾河流域、桑干河流域、涑水河流域及重点岩溶泉域列入治理范围,通过水源置换、关井压采、岩溶泉域保护、地下水监测站建设等工程措施系统性地治理地下水超采问题。目前项目区域农田灌溉均为井灌,东山供水工程规划向太谷区供水1630万m3,目前东山供水工程及其调蓄水库已基本建成。太谷区水利局经过考察研究,提出通过正在建设的南山水库利用东山供水工程来水置换北洸乡、水秀镇两个乡镇的农业灌溉地下水,同时关停用于农业灌溉水井,达到在缓解地下水超采的同时保证该地区的农业用水[1]。

2 规划设计

2.1 建设任务的确定

依据太谷区现状工农业布局及规划,实施系统的供水管网建设工程,将东山供水工程来水通过南山水库调蓄后,合理、高效的输送至受水区,充分发挥东山供水工程效益,缓解受水区水资源短缺、地下水超采问题,为促进太谷区经济社会协调、可持续发展,恢复或改善生态环境提供有力的水支撑、水保障。

本工程灌溉年引水总量450.3万m3,年压采地下水量450.3万m3。总流量为0.511 m3/s。考虑太谷区规划和南山水库的建设任务,供水管道规模按规划工农业用水量控制。南山水库农业供水量230万m3,相应农业流量0.261 m3/s；工业供水量830万m3,相应工业平均流量0.263 m3/s,按照相关规范要求,输送原水的管道设计流量按最高日平均时流量计算,供水日不均匀系数取1.2,因此供水管线设计流量为为0.577 m3/s。综合确定本工程等别为Ⅴ等,主要建筑物级别为5级,设计洪水标准为10 年一遇。结合当地水资源条件、技术发展状况及当地种植结构要求等综合考虑,同时考虑到南山水库为东山供水工程的调蓄水库,水库供水保证率应与调入水源保证率一致,因此南山水库与当地水源共同承担供水区的供水任务,农业灌溉保证率为75%[2]。

2.2 地质条件的确定

该项目供水水源为太谷区南山水库库水,南山水库位于太谷区北洸乡白城村东南约3 km,西距山西省果树研究所约1.5 km。库坝区处于山前洪积倾斜平原,工程区冲沟发育,均为干沟,仅雨季有洪水。库坝区地形平坦,高程840 m～869 m。水库呈围封状,挖填结合而做。库区范围内主要发育小南沟（乌马河支流）及其支沟,小南沟位于库区西北侧,斜穿而过,总体走向为 N50°E,其两条支沟总体走向为N35°W,穿库区汇入小南沟。沟谷宽10 m～55 m,沟底高程约838 m～848 m,沟壑两岸两岸均为土质岸坡,岸坡较陡,坡度一般为40°～65°,局部较陡。受岸坡卸荷及雨水冲刷淘蚀影响,地表沟壑纵横,土体裂隙较发育,河谷断面呈“U”型。供水线路总体走向从南到北,地面高程767 m～841 m。

2.3 供需水分析

太谷区关井压采项目区农业灌溉用水利用南山水库的来水。东山供水工程果树园分水口向太谷区供水量经南山水库调蓄后,可向太谷区提供农业灌溉用水230 万m3,工业及生活用水830万m3。因目前工业尚未达到规模,用水量仅41.5万m3,工业供水量富余,则考虑利用工业富余水量用来农田灌溉。南山水库能调蓄农业水量230万m3,灌溉农田1.03万亩,不调蓄工业水量,因此只能利用工业供水的富余流量进行农田灌溉。由工业需水量及灌区灌溉制度分析可知,目前工业供水富余流量0.25 m3/s,可灌溉农田0.99万亩,用水量为220.3 万m3。因此,在把工业富余流量用于农业灌溉后,供水区内农田灌溉面积可达2.02万亩,灌溉用水量450.3万m3。

项目区现状农业总需水量450.3万m3,南山水库调蓄供水水量1060万m3,可满足项目区工农业需水要求。

2.4 工程总体布置

该项目区农业灌溉田间配套已完善,仅需铺设供水管网,工程布置主管线1条,线路总长度19.94 km。根据拟关闭水井和用水户的分布,主管道沿线布置农业灌溉支管29 条,总长度26.9 km。管道沿线共设置排气阀井36 座,排水阀井4 座,控制阀井11 座,检修阀井5 座,减压阀井32 座,支墩91 个,流量计井46 座,穿河段1 处,穿公路99处、铁路2处。

2.4.1 管线设计

考虑到工程管道规格较多,跨越区域不大,埋设情况较为简单,采用DN700 及以下管径,农业供水主管选用球墨铸铁管,管径DN300～700,农业供水支管选用PE管,管径DN110～250。

由于工程所处地区最大冻土深度为94 cm,为保证供水管线的安全,满足其正常工作的要求,将输水管线埋置于冰冻线以下,确定供水管线的管顶覆土厚度最小为1.0 m。

1）普通段管道埋设及防护

供水管道随地势铺设,管路穿过的地层多数为低液限性粘土和非自重湿陷性土。在土基上开挖管沟,开挖边坡为1∶0.5。槽底开挖宽度根据管道外径两侧各加0.3 m～0.4 m不等。球墨铸铁管、PE管底夯实后直接铺设管道。管道铺设完成后,将开挖土料作为回填料直接回填至原地面,回填要求土的压实度不小于93%。

2）河道段管道埋设防护

管道穿越乌马河采用明开挖方式进行施工。穿河段采用深埋并加防护措施,尽量使管道埋设在冲刷深度以下。管顶以上0.5 m处设0.5 m厚格宾石笼防护层,然后再回填至原河床高程,回填要求与普通段相同。

2.4.2 关井措施

本工程中采取的关井措施按两种情况进行处理：①由南山水库设计农业供水量230 万m3控制的灌溉面积58 眼水井永久关闭；②由暂借工业水量220.3万m3控制的灌溉面积内的94 眼水井封存备用。

2.4.3 水力机械

为了控制各支线的供水水流,在支线的首端设置控制阀,控制阀后安装传力接头,控制阀出水侧安装一只压力变送器及压力变送器用球阀,压力变送器带现场显示功能,并能将压力信号传达至后台信息化控制系统。为检修方便,在沿线设置5 台检修阀。为了在事故段检修时放空管道内积水,管道沿线设置4 座排水阀。同时在整个工程沿线放置4 台移动式排污泵,排水井需要排水时使用就近管理点的移动式排污泵排水。为了满足管线系统在启动、检修和正常运行过程中的进排气要求,在管线纵向凸起点或间隔一定长度配置空气阀,沿线共设置36 座空气阀。为精确测量输水管道供水流量,在支管线末端安装测流量设备,与末端控制阀配套使用。本工程管线分水口较多,每个分水口的高程、流量各不相同。为利用原有田间管道,保证安全供水,在支线末端设置一台在线式持压减压阀。减压阀与安装在末端的电磁流量计配套使用,用流量计所测流量调整减压阀的开度,流量计与自动监控系统联网,自动监控各测量点的流量及其变化。减压阀前设置一台手动检修闸阀和一台Y 型过滤器,进水侧和出水侧各安装一台空气阀和一只压力变送器及压力变送器用球阀。空气阀采用复合式高速进排气阀,压力变送器带现场显示功能,并能将压力信号传达至后台信息化控制系统,其电源采用太阳能供电。

2.4.4 电气及自动化

本工程供电负荷主要为带电装头的一体化智能控制阀,电源均取自附近低压线路。阀井主要包括控制阀井和流量计阀井。监控系统主要由监控终端和外围配套设备组成。外围设备包括执行器和各类型传感器。监测终端数量共计约56处,可实时采集配水管道的流量、压力以及电动阀的状态等,通过4G/5G上传至监控中心,通过监控管理系统软件的分析处理下发正确的控制指令监控终端控制执行器执行相应动作,以实现自动上水。视频监控系统主要包括前端监控设备、传输网络和中心设备。前端监控设备包括高清摄像机,供电系统以及一些辅助器材；传输网络可采用上图无线网桥方式。中心配置交换机、硬盘录像机以及显示设备。用户可以通过监控主机控制现场摄像机进行无死角监控,查看阀井的现场情况,掌握水位信息和外部人员非法进入等情况。

3 结语

该工程的实施把东山供水工程地表水引入项目区,关闭项目区水井152 眼,压采地下水450.3 万m3,有效缓解了太谷区地下水超采的现状,同时为太谷区北洸乡、水秀镇两个乡镇22 个村庄的农田灌溉提供了可靠的水源。这为节约区域用水、遏制地下水超采、提升水源涵养能力起到积极推动作用,同时促进打造水资源友好的农业灌溉工程,并对带动区域经济转型发展起到积极推动作用。