灌區節水改造工程設計的論文

1引言

灌區節水改造是保證國家糧食安全、促進灌區經濟發展的需要。乾旱缺水是我國農業面臨的最大威脅，是農業發展主要的制約因素。在人口不斷增長，耕地逐漸減少，土地後備資源嚴重不足的前提下，穩定和提高糧食綜合生產能力，一個重要方面就是要穩定和適當擴大節水灌溉面積。水利設施年久失修、破損嚴重，使水量浪費損失極為嚴重。每年由於渠道引水決口，沖毀、淹沒農田時有發生。扶風縣各工程設施破損嚴重，完好率低下，渠道輸水能力嚴重不足，水利用率低，水資源浪費嚴重。同時小型灌區機井老化比較嚴重，耕地得不到灌溉,輸水工程不配套。基於上述現狀，有必要對扶風縣小型農田水利工程進行規劃建設，灌區節水改造是保證國家糧食安全、促進灌區經濟發展的需要。

2工程概況和農田水利工程現狀

2.1工程概況

扶風縣位於關中盆地西部，西寶高速、西寶北線中段，全縣總土地面積745.8km2，耕地面積77.61萬畝，農民人均耕地1.59畝，縣內農田成方，道路成網，交通比較便利。全縣以種植糧食作物為主，主要糧食作物有小麥、玉米，常年播種面積100.6萬畝，平均複種指數150%。經濟作物主要有辣椒、蘋果等，農業產業主要以畜牧業為主。

2.2項目區水利工程現狀

目前項目區已有水利工程主要包括小型農田水利工程、大中型灌區骨幹工程和小型水庫工程。至2009年底，全縣共有陂塘9座，小型灌溉泵站343處，農灌機井2843眼，水窖810眼，小型灌區渠系291km，大中型灌區渠系1080km，機井灌區灌溉渠系117.3km，低壓輸水暗管112.8km。設施灌溉面積52萬畝，有效灌溉面積45萬畝，節水灌溉面積23.4萬畝。全縣共有寶雞峽、馮家山灌區幹、支渠道122.8km。2000年以來，該縣通過實施農業綜合開發水利骨幹工程改造、省級財政專項資金灌區改造等項目，投入資金3100萬元，共襯砌改造幹、支渠38km。縣管水庫共有11座，均為小型水庫。太川水庫、官務水庫、白家窯水庫、五郡溝水庫，共灌溉面積5.8萬畝。總體而言，灌區水利基礎設施薄弱，渠系建築物損壞嚴重，抽水站年久失修，機泵老化，農田灌溉以土渠輸水、大水漫灌為主，地下水資源浪費嚴重，單井控制面積小，灌溉保證率低。無法滿足灌溉需求，嚴重阻礙項目區經濟的發展。

3灌區節水改造工程設計

為了改善扶風縣灌區上述水利工程現狀，對整個扶風縣分4個項目區分別進行系統的節水改造工程的設計。整個節水改造工程的典型設計如下所述。

3.1機井工程設計

按照當地水文地質條件和用水量要求，設計井孔深度180m。本深度內可有四層水，總厚度為40m，井孔口徑為550mm，井管材料採用鑄鐵井管。濾水管有效工作長度50m，實管長度130m，合計總長度180m。管外填礫厚度為140mm，填礫直徑10mm～20mm，礫料採用扶風縣沙廠生產的標準礫料。井壁管連接形式採用焊接連接。根據井孔設計的地質條件和含水層巖性來確定計算參數，從井孔柱狀圖上得知含水層總厚度M=40m，含水層的巖性以粗中砂為主，選擇含水層的滲透係數K=15m/d，採用濾水管有效工作長度L=50m，井孔直徑D=550mm，濾水管外徑ds=0.288m，井管直徑d=0.25m。為保證管井的使用壽命，避免過高的滲透流速對濾水管的腐蝕、結垢、堵塞等破壞，在設計中我們採用小於允許入管流速進行計算。計算公式為：Q=Л×dg×L×n×Vg，將相應參數代入式中可得Q=195m3/h。計算的理論出水量，代表了濾水管的進水能力，而設計流量應小於計算的'理論值，所以應乘以0.3的安全係數，才能作為設計出水量，即Q=58.6m3/h。

3.2輸水渠道設計

以法門鎮齊村北十一支一斗渠襯砌工程進行典型工程設計。渠道總長度850m，主要灌溉齊村的部分耕地，控制灌溉面積650畝，畝均控制渠道長度為2.5m~3.1m。渠道設計流量的大小，應根據作物的灌溉制度及所控制的灌溉面積，按照同一時期不同作物同時用水量的情況計算，計算得出渠道設計流量為0.1m3/s。渠道縱坡比降的選擇，應由實際地形條件而定，儘可能使渠底比降與地面坡度相一致，在滿足灌溉引水的情況下，儘量選擇較大的比降，但斗渠一般不大於1/500。因此，根據項目區的地形特點，選渠道比降為1/600。為了提高灌溉效率，節水節能，節約佔地，降低供水成本，同時也為了機械化施工，渠道斷面設計為“U”型砼斷面，渠道設計流量為0.11m3/s，縱比降為1/600，選用渠道斷面為D40斷面，襯砌厚度為5cm，選用C15砼澆築。渠道每隔5m設一道伸縮縫，縫型為機械切割半縫，縫寬為2.5cm，縫內用焦油塑料膠泥填塞。

3.3抽水站設計

依據原有抽水站設計灌溉面積、設計流量、配套機泵型號不變的原則，對該項目區的35座抽水站實施改建設計，更換62台（套）新的節能機組，使其發揮原有的效益。確定以扶風縣項目區召公鎮大槐村抽水站作為典型設計。該工程位於信邑水庫以南600m處，引水水源為美水河水，控制灌溉面積380畝。經實際勘測調查，該抽水站地形揚程8.23m,根據控制灌溉面積、灌水定額、輪灌天數、每天灌溉時間及渠系水利用係數計算設計流量，由設計流量和抽水揚程確定水泵型號。確定了水泵的流量與揚程，可利用“水泵性能表”來選擇所需水泵。

3.4低壓暗管設計

本次工程擬鑽鑿180m深的鋼筋砼管井1眼，根據已成機井水文地質資料，機井出水量為32m3/h，靜水位35m，動水位95m，地塊長方形，東西長400m，南北寬234m，面積約為140畝，機井位於地塊西北角。地塊內作物種植以小麥、玉米、辣椒為主。作物種植方向為東西走向，地塊北偏東稍高、西部較低。設計灌水定額按式m=1000Hγ(?1-?2)/η計算，根據該區實際情況，計算得小麥、玉米的灌水定額40m3/畝，辣椒的灌水定額27m3/畝。本區農作物以小麥、玉米、辣椒為主。玉米、辣椒生長期處在雨季，適當補充灌溉即可滿足要求，取灌水週期為12d。管道佈設形式為梳齒狀，依據管灌技術規範，結合地塊形狀以及經營管理體制，耕作習慣，機井出水量等實際情況，在地塊西邊界佈設1條主管道，垂直主管道佈設3條支管道，管道長度720m，在管道上安裝出水口進行灌溉。項目實施後，區內小麥種植面積佔耕地面積的90%，日開機時數取16h，灌溉水利用係數取0.8，根據機井控制面積計算，結果表明，設計流量小於單井出水量，故採用單井出水量為設計流量。管徑採用經濟流速法確定，根據計算得管道管徑選擇為外徑110mm，內徑105.6mm的UPVC管。經計算，沿程水頭損失為5.77m，局部水頭損失按沿程水頭的10%計算，取0.57m。水泵設計揚程由管道系統的水頭損失（h），機井動水位(h淨），機井至供水最不利點的高差（△h）等確定，即H=h淨+h+△h+2.0（出水口要求水頭），該機井配套水泵設計揚程為95+5.77+0.33+2.0=103.1m。按照設計流量和設計揚程進行水泵選型。

4工程經濟效益分析

扶風縣小型農田水利節水改造工程建設項目計劃襯砌渠道82.1km，改造渠系建築物639座；在機井灌區，新打配套機井41眼；鋪設低壓管道28.16km，出水栓981個；可新增灌溉面積7640畝，改善灌溉面積26222畝。井灌項目區灌溉水利用係數由原來的0.65提高到0.8；抽水灌區灌溉水利用係數由原來的0.5提高到0.65；全縣糧食綜合生產能力新增379.42萬kg。大力發展農民用水合作組織，使其管理的灌溉面積增加1.3萬畝。該項目建成後，作物複種指數由150%提高到180%，年可增產糧食379.42萬kg，糧價按現行市場價1.8元/kg計算，可增收379.42×1.8＝682.96萬元。經濟作物每畝增收按100元計算，可增收3.39×180%×0.4×100=244.08萬元。該項目建成後，年可節水186.60萬m3，按每立方米水0.1元計，可節約186.60×0.1＝18.66萬元。整個項目實施後，共可增收945.70萬元，取水的分攤係數為0.4，即水利項目淨收益為925.54萬元×0.4＝378.28萬元。依據以上增量效益和增量費用的分析計算，並根據有關評價指標計算規定進行分析計算，成果如表1所示。由經濟評價分析計算結果可以看出，本工程的經濟內部收益率12.44065%大於經濟基準收益率8%；經濟淨現值844.10萬元大於零；經濟效益費用比為1.27，大於1.0。故該工程在經濟上是合理的。

5結論和建議

通過本項目的實施，灌區環境充分得以改善，灌區林草地的面積將進一步擴大，將有利於灌區的生態環境的改善。生態環境效益表現在涵養水源、保持水土，減少風沙災害，防止泥沙流失、調節氣候、改善生態環境、淨化空氣等效益上。扶風縣小型農田水利重點縣建設項目實施方案，能夠結合項目區小水工程現狀及存在的問題進行選項，選項正確、佈局合理，經濟效益顯著，並有良好的社會效益和生態效益。

作者:翟娟娟 張會玲 單位:扶風縣水利局城關水務管理站 扶風縣水政資源辦公室