Question

探析小型农田水利工程设计？

Answer 1

1引言
灌区节水改造是保证国家粮食安全、促进灌区经济发展的需要。干旱缺水是我国农业面临的最大威胁，是农业发展主要的制约因素。在人口不断增长，耕地逐渐减少，土地后备资源严重不足的前提下，稳定和提高粮食综合生产能力，一个重要方面就是要稳定和适当扩大节水灌溉面积。水利设施年久失修、破损严重，使水量浪费损失极为严重。每年由于渠道引水决口，冲毁、淹没农田时有发生。扶风县各工程设施破损严重，完好率低下，渠道输水能力严重不足，水利用率低，水资源浪费严重。同时小型灌区机井老化比较严重，耕地得不到灌溉,输水工程不配套。基于上述现状，有必要对扶风县小型农田水利工程进行规划建设，灌区节水改造是保证国家粮食安全、促进灌区经济发展的需要。
2工程概况和农田水利工程现状
2.1工程概况扶风县位于关中盆地西部，西宝高速、西宝北线中段，全县总土地面积745.8km2，耕地面积77.61万亩，农民人均耕地1.59亩，县内农田成方，道路成网，交通比较便利。全县以种植粮食作物为主，主要粮食作物有小麦、玉米，常年播种面积100.6万亩，平均复种指数150%。经济作物主要有辣椒、苹果等，农业产业主要以畜牧业为主。2.2项目区水利工程现状目前项目区已有水利工程主要包括小型农田水利工程、大中型灌区骨干工程和小型水库工程。至2009年底，全县共有陂塘9座，小型灌溉泵站343处，农灌机井2843眼，水窖810眼，小型灌区渠系291km，大中型灌区渠系1080km，机井灌区灌溉渠系117.3km，低压输水暗管112.8km。设施灌溉面积52万亩，有效灌溉面积45万亩，节水灌溉面积23.4万亩。全县共有宝鸡峡、冯家山灌区干、支渠道122.8km。2000年以来，该县通过实施农业综合开发水利骨干工程改造、省级财政专项资金灌区改造等项目，投入资金3100万元，共衬砌改造干、支渠38km。县管水库共有11座，均为小型水库。太川水库、官务水库、白家窑水库、五郡沟水库，共灌溉面积5.8万亩。总体而言，灌区水利基础设施薄弱，渠系建筑物损坏严重，抽水站年久失修，机泵老化，农田灌溉以土渠输水、大水漫灌为主，地下水资源浪费严重，单井控制面积小，灌溉保证率低。无法满足灌溉需求，严重阻碍项目区经济的发展。
3灌区节水改造工程设计
为了改善扶风县灌区上述水利工程现状，对整个扶风县分4个项目区分别进行系统的节水改造工程的设计。整个节水改造工程的典型设计如下所述。3.1机井工程设计按照当地水文地质条件和用水量要求，设计井孔深度180m。本深度内可有四层水，总厚度为40m，井孔口径为550mm，井管材料采用铸铁井管。滤水管有效工作长度50m，实管长度130m，合计总长度180m。管外填砾厚度为140mm，填砾直径10mm～20mm，砾料采用扶风县沙厂生产的标准砾料。井壁管连接形式采用焊接连接。根据井孔设计的地质条件和含水层岩性来确定计算参数，从井孔柱状图上得知含水层总厚度M=40m，含水层的岩性以粗中砂为主，选择含水层的渗透系数K=15m/d，采用滤水管有效工作长度L=50m，井孔直径D=550mm，滤水管外径ds=0.288m，井管直径d=0.25m。为保证管井的使用寿命，避免过高的渗透流速对滤水管的腐蚀、结垢、堵塞等破坏，在设计中我们采用小于允许入管流速进行计算。计算公式为：Q=Л×dg×L×n×Vg，将相应参数代入式中可得Q=195m3/h。计算的理论出水量，代表了滤水管的进水能力，而设计流量应小于计算的理论值，所以应乘以0.3的安全系数，才能作为设计出水量，即Q=58.6m3/h。3.2输水渠道设计以法门镇齐村北十一支一斗渠衬砌工程进行典型工程设计。渠道总长度850m，主要灌溉齐村的部分耕地，控制灌溉面积650亩，亩均控制渠道长度为2.5m~3.1m。渠道设计流量的大小，应根据作物的灌溉制度及所控制的灌溉面积，按照同一时期不同作物同时用水量的情况计算，计算得出渠道设计流量为0.1m3/s。渠道纵坡比降的选择，应由实际地形条件而定，尽可能使渠底比降与地面坡度相一致，在满足灌溉引水的情况下，尽量选择较大的比降，但斗渠一般不大于1/500。因此，根据项目区的地形特点，选渠道比降为1/600。为了提高灌溉效率，节水节能，节约占地，降低供水成本，同时也为了机械化施工，渠道断面设计为“U”型砼断面，渠道设计流量为0.11m3/s，纵比降为1/600，选用渠道断面为D40断面，衬砌厚度为5cm，选用C15砼浇筑。渠道每隔5m设一道伸缩缝，缝型为机械切割半缝，缝宽为2.5cm，缝内用焦油塑料胶泥填塞。3.3抽水站设计依据原有抽水站设计灌溉面积、设计流量、配套机泵型号不变的原则，对该项目区的35座抽水站实施改建设计，更换62台（套）新的节能机组，使其发挥原有的效益。确定以扶风县项目区召公镇大槐村抽水站作为典型设计。该工程位于信邑水库以南600m处，引水水源为美水河水，控制灌溉面积380亩。经实际勘测调查，该抽水站地形扬程8.23m,根据控制灌溉面积、灌水定额、轮灌天数、每天灌溉时间及渠系水利用系数计算设计流量，由设计流量和抽水扬程确定水泵型号。确定了水泵的流量与扬程，可利用“水泵性能表”来选择所需水泵。3.4低压暗管设计本次工程拟钻凿180m深的钢筋砼管井1眼，根据已成机井水文地质资料，机井出水量为32m3/h，静水位35m，动水位95m，地块长方形，东西长400m，南北宽234m，面积约为140亩，机井位于地块西北角。地块内作物种植以小麦、玉米、辣椒为主。作物种植方向为东西走向，地块北偏东稍高、西部较低。设计灌水定额按式m=1000Hγ(覻1-覻2)/η计算，根据该区实际情况，计算得小麦、玉米的灌水定额40m3/亩，辣椒的灌水定额27m3/亩。本区农作物以小麦、玉米、辣椒为主。玉米、辣椒生长期处在雨季，适当补充灌溉即可满足要求，取灌水周期为12d。管道布设形式为梳齿状，依据管灌技术规范，结合地块形状以及经营管理体制，耕作习惯，机井出水量等实际情况，在地块西边界布设1条主管道，垂直主管道布设3条支管道，管道长度720m，在管道上安装出水口进行灌溉。项目实施后，区内小麦种植面积占耕地面积的90%，日开机时数取16h，灌溉水利用系数取0.8，根据机井控制面积计算，结果表明，设计流量小于单井出水量，故采用单井出水量为设计流量。管径采用经济流速法确定，根据计算得管道管径选择为外径110mm，内径105.6mm的UPVC管。经计算，沿程水头损失为5.77m，局部水头损失按沿程水头的10%计算，取0.57m。水泵设计扬程由管道系统的水头损失（h），机井动水位(h净），机井至供水最不利点的高差（△h）等确定，即H=h净+h+△h+2.0（出水口要求水头），该机井配套水泵设计扬程为95+5.77+0.33+2.0=103.1m。按照设计流量和设计扬程进行水泵选型。
4工程经济效益分析
扶风县小型农田水利节水改造工程建设项目计划衬砌渠道82.1km，改造渠系建筑物639座；在机井灌区，新打配套机井41眼；铺设低压管道28.16km，出水栓981个；可新增灌溉面积7640亩，改善灌溉面积26222亩。井灌项目区灌溉水利用系数由原来的0.65提高到0.8；抽水灌区灌溉水利用系数由原来的0.5提高到0.65；全县粮食综合生产能力新增379.42万kg。大力发展农民用水合作组织，使其管理的灌溉面积增加1.3万亩。该项目建成后，作物复种指数由150%提高到180%，年可增产粮食379.42万kg，粮价按现行市场价1.8元/kg计算，可增收379.42×1.8＝682.96万元。经济作物每亩增收按100元计算，可增收3.39×180%×0.4×100=244.08万元。该项目建成后，年可节水186.60万m3，按每立方米水0.1元计，可节约186.60×0.1＝18.66万元。整个项目实施后，共可增收945.70万元，取水的分摊系数为0.4，即水利项目净收益为925.54万元×0.4＝378.28万元。依据以上增量效益和增量费用的分析计算，并根据有关评价指标计算规定进行分析计算，成果如表1所示。由经济评价分析计算结果可以看出，本工程的经济内部收益率12.44065%大于经济基准收益率8%；经济净现值844.10万元大于零；经济效益费用比为1.27，大于1.0。故该工程在经济上是合理的。
5结论和建议
通过本项目的实施，灌区环境充分得以改善，灌区林草地的面积将进一步扩大，将有利于灌区的生态环境的改善。生态环境效益表现在涵养水源、保持水土，减少风沙灾害，防止泥沙流失、调节气候、改善生态环境、净化空气等效益上。扶风县小型农田水利重点县建设项目实施方案，能够结合项目区小水工程现状及存在的问题进行选项，选项正确、布局合理，经济效益显著，并有良好的社会效益和生态效益。
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