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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(jìn)灌區經(jīng)濟發(fā)展的需要。干旱缺水是我國農業(yè)面臨的最大威脅，是農業(yè)發(fā)展主要的制約因素。在人口不斷增長(cháng)，耕地逐漸減少，土地后備資源嚴重不足的前提下，穩定和提高糧食綜合生產(chǎn)能力，一個(gè)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。每年由于渠道引水決口，沖毀、淹沒(méi)農田時(shí)有發(fā)生。扶風(fēng)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(shí)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�；谏鲜霈F狀，有必要對扶風(fēng)縣小型農田水利工程進(jìn)行規劃建設，灌區節水改造是保證國家糧食安全、促進(jìn)灌區經(jīng)濟發(fā)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(fēng)縣位于關(guān)中盆地西部，西寶高速、西寶北線(xiàn)中段，全縣總土地面積745.8km2，耕地面積77.61萬(wàn)畝，農民人均耕地1.59畝，縣內農田成方，道路成網(wǎng)，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(wàn)畝，平均復種指數150%。經(jīng)濟作物主要有辣椒、蘋(píng)果等，農業(yè)產(chǎn)業(yè)主要以畜牧業(yè)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、大中型灌區骨干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(wàn)畝，有效灌溉面積45萬(wàn)畝，節水灌溉面積23.4萬(wàn)畝。全縣共有寶雞峽、馮家山灌區干、支渠道122.8km。2000年以來(lái)，該縣通過(guò)實(shí)施農業(yè)綜合開(kāi)發(fā)水利骨干工程改造、省級財政專(zhuān)項資金灌區改造等項目，投入資金3100萬(wàn)元，共襯砌改造干、支渠38km�？h管水庫共有11座，均為小型水庫。太川水庫、官務(wù)水庫、白家窯水庫、五郡溝水庫，共灌溉面積5.8萬(wàn)畝�？傮w而言，灌區水利基礎設施薄弱，渠系建筑物損壞嚴重，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(wú)法滿(mǎn)足灌溉需求，嚴重阻礙項目區經(jīng)濟的發(fā)展。
3灌區節水改造工程設計
為了改善扶風(fēng)縣灌區上述水利工程現狀，對整個(gè)扶風(fēng)縣分4個(gè)項目區分別進(jìn)行系統的節水改造工程的設計。整個(gè)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(zhì)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，井管材料采用鑄鐵井管。濾水管有效工作長(cháng)度50m，實(shí)管長(cháng)度130m，合計總長(cháng)度180m。管外填礫厚度為140mm，填礫直徑10mm～20mm，礫料采用扶風(fēng)縣沙廠(chǎng)生產(chǎn)的標準礫料。井壁管連接形式采用焊接連接。根據井孔設計的地質(zhì)條件和含水層巖性來(lái)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，選擇含水層的滲透系數K=15m/d，采用濾水管有效工作長(cháng)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(guò)高的滲透流速對濾水管的腐蝕、結垢、堵塞等破壞，在設計中我們采用小于允許入管流速進(jìn)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(jìn)水能力，而設計流量應小于計算的理論值，所以應乘以0.3的安全系數，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(mén)鎮齊村北十一支一斗渠襯砌工程進(jìn)行典型工程設計。渠道總長(cháng)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(cháng)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(shí)期不同作物同時(shí)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(shí)際地形條件而定，盡可能使渠底比降與地面坡度相一致，在滿(mǎn)足灌溉引水的情況下，盡量選擇較大的比降，但斗渠一般不大于1/500。因此，根據項目區的地形特點(diǎn)，選渠道比降為1/600。為了提高灌溉效率，節水節能，節約占地，降低供水成本，同時(shí)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砼澆筑。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(shí)施改建設計，更換62臺（套）新的節能機組，使其發(fā)揮原有的效益。確定以扶風(fēng)縣項目區召公鎮大槐村抽水站作為典型設計。該工程位于信邑水庫以南600m處，引水水源為美水河水，控制灌溉面積380畝。經(jīng)實(shí)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(shí)間及渠系水利用系數計算設計流量，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(lái)選擇所需水泵。
3.4低壓暗管設計
本次工程擬鉆鑿180m深的鋼筋砼管井1眼，根據已成機井水文地質(zhì)資料，機井出水量為32m3/h，靜水位35m，動(dòng)水位95m，地塊長(cháng)方形，東西長(cháng)400m，南北寬234m，面積約為140畝，機井位于地塊西北角。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(覻1-覻2)/η計算，根據該區實(shí)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(cháng)期處在雨季，適當補充灌溉即可滿(mǎn)足要求，取灌水周期為12d。管道布設形式為梳齒狀，依據管灌技術(shù)規范，結合地塊形狀以及經(jīng)營(yíng)管理體制，耕作習慣，機井出水量等實(shí)際情況，在地塊西邊界布設1條主管道，垂直主管道布設3條支管道，管道長(cháng)度720m，在管道上安裝出水口進(jìn)行灌溉。項目實(shí)施后，區內小麥種植面積占耕地面積的90%，日開(kāi)機時(shí)數取16h，灌溉水利用系數取0.8，根據機井控制面積計算，結果表明，設計流量小于單井出水量，故采用單井出水量為設計流量。管徑采用經(jīng)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(jīng)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(dòng)水位(h凈），機井至供水最不利點(diǎn)的高差（△h）等確定，即H=h凈+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(jìn)行水泵選型。
4工程經(jīng)濟效益分析
扶風(fēng)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，改造渠系建筑物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(gè)；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系數由原來(lái)的0.65提高到0.8；抽水灌區灌溉水利用系數由原來(lái)的0.5提高到0.65；全縣糧食綜合生產(chǎn)能力新增379.42萬(wàn)kg。大力發(fā)展農民用水合作組織，使其管理的灌溉面積增加1.3萬(wàn)畝。該項目建成后，作物復種指數由150%提高到180%，年可增產(chǎn)糧食379.42萬(wàn)kg，糧價(jià)按現行市場(chǎng)價(jià)1.8元/kg計算，可增收379.42×1.8＝682.96萬(wàn)元。經(jīng)濟作物每畝增收按100元計算，可增收3.39×180%×0.4×100=244.08萬(wàn)元。該項目建成后，年可節水186.60萬(wàn)m3，按每立方米水0.1元計，可節約186.60×0.1＝18.66萬(wàn)元。整個(gè)項目實(shí)施后，共可增收945.70萬(wàn)元，取水的分攤系數為0.4，即水利項目?jì)羰找鏋?25.54萬(wàn)元×0.4＝378.28萬(wàn)元。依據以上增量效益和增量費用的分析計算，并根據有關(guān)評價(jià)指標計算規定進(jìn)行分析計算，成果如表1所示。由經(jīng)濟評價(jià)分析計算結果可以看出，本工程的經(jīng)濟內部收益率12.44065%大于經(jīng)濟基準收益率8%；經(jīng)濟凈現值844.10萬(wàn)元大于零；經(jīng)濟效益費用比為1.27，大于1.0。故該工程在經(jīng)濟上是合理的。
5結論和建議
通過(guò)本項目的實(shí)施，灌區環(huán)境充分得以改善，灌區林草地的面積將進(jìn)一步擴大，將有利于灌區的生態(tài)環(huán)境的改善。生態(tài)環(huán)境效益表現在涵養水源、保持水土，減少風(fēng)沙災害，防止泥沙流失、調節氣候、改善生態(tài)環(huán)境、凈化空氣等效益上。扶風(fēng)縣小型農田水利重點(diǎn)縣建設項目實(shí)施方案，能夠結合項目區小水工程現狀及存在的問(wèn)題進(jìn)行選項，選項正確、布局合理，經(jīng)濟效益顯著(zhù)，并有良好的社會(huì )效益和生態(tài)效益。
作者:翟娟娟 張會(huì )玲 單位:扶風(fēng)縣水利局城關(guān)水務(wù)管理站 扶風(fēng)縣水政資源辦公室
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