高标准农田单项工程设计要点分析

1项目概况

新蔡县余店镇项目区为井灌区。现有农用井大都成井于2007-2009年，小部分成井于20世纪。由于当年的成井工艺落后，建设标准低，成井深度浅，管护措施不到位等原因，目前项目区内机井大部分均已报废，仅有小部分还能使用，但也存在带病运行的情况，仅可作为农民正常小流量灌溉用水源和农药喷洒用水源。

2井灌区灌水定额

新蔡县余店镇项目区，根据《灌溉工程设计手册》和项目区基础资料，因项目区内土壤为砂姜黑土，设计净灌水定额由式（1）计算：m=667γshβ（β1-β2）（1）式中：m—设计净灌水定额（m3/hm2）；r—土壤密度（g/cm3）；h—计划湿润层深度（m）；β1—适宜土壤含水量上限；β2—适宜土壤含水量下限；β—田间持水量（重量比%）。根据项目区土壤情况和作物种植情况，土壤密度取1.42g/cm3，主要根系活动层深取0.55m，田间持水量为土壤干密度的25%，适宜土壤含水量上限取田间持水量的90%，下限取65%，计算得设计灌水定额为489m3/hm2，合48.80mm灌水水深。

3设计灌水周期

新蔡县余店镇项目区在4月下旬至5月上旬需水高峰时期（拔节、孕穗和抽穗、开花期）的需水强度EP为6mm/d，根据《灌溉技术规范》公式，灌水周期由式（2）计算：T=m/EP（2）式中：T—设计灌水周期（d）；m—设计净灌水定额（mm）；EP—作物临界期日均需水强度（mm/d）。经计算，并参考当地实际灌溉情况，T=8.10d>T设，故T设=8d。设计净灌水定额为48.80mm，计算得作物灌水周期为8.10d，考虑区域土壤保水性差，根据实际取T=8d。

4单井出水量

井的深度根据该区的地质条件和设计的单井出水量来确定，单井出水量按式（3）计算。Q=qhs（3）式中Q—单井出水量，m#/h；q—含水层出水率，m#/h；h—含水层厚度，m；S—计划抽水降深，m。根据《新蔡县水利区划》中的有关资料和该地区的地质条件可知，含水层出水率q=1（m3/h）/m2，含水层厚度h=8～12m，取8m，计划抽水降深S=4m，经计算单井出水量Q=1×8×4=32m3/h。

5单井控制面积

单井控制灌溉面积按式（4）计算。F0=Qt3T2η（1-η1）/m2（4）式中:F0—单井控制灌溉面积，hm2；Q—单井出水量，32m3/h；t3—灌溉期间开机时间，14h/d；T2—每次轮灌期的天数，8d；η—灌溉水利用系数，0.82；η1—干扰抽水的水量削减系数，0.16；m2—每公顷每次灌水定额，32.60m3；F0＝32×14×8×0.82×（1～0.16）/32.60=75.80（5.05hm2），项目计划取5.05hm2。

6井距

根据单井控制面积（F0），当机井为方形布井时，井距L0按式（5）计算：L0=25.80（F0）1/2（5）式中:L0—井距；F0—单井控制灌溉面积，hm2。单井控制面积5hm2时，计算出井距为L0=216m。

7机井设计

①井深：井深确定为60、80m两种，开孔直径800mm。②井型：选用内径为40cm的钢筋混凝土管构成的筒井。井底部的2节4m沉砂管采用钢筋混凝土实管，中部滤水管采用C25钢筋混凝土滤水管，上部3节6m为护筒管采用C25钢筋混凝土实管，还有井盘、滤料、井台、井房、标志牌等部分。③井管：井管有两种，一是钢筋混凝土实管，二是钢筋混凝土滤水管。均为C25混凝土，前者用于护筒和沉砂管，后者用于过滤管。其尺寸内径为40cm，外径为50cm，长2m。滤水管开孔率不低于15%，井管采用焊接方式对接。井管之间对接严密，必须用麻片或海绵填充，外部用闭沙网包裹。④井管的质量要求：管身圆直，内径偏差不得超过±3mm，厚度偏差不得超过+3～-2mm，弯曲度不超过3mm/m，管的端面平整，且与中心轴相互垂直，内外表面不得有裂纹。⑤新打机井位置离规划的路、沟外边5m；成井深度不小于设计井深的20cm，倾斜度不超过2°，井管外编竹笼，并在2层竹笼夹2层500目尼龙网、填砾；网眼尺寸应按滤料粒径的下限确定竹笼规格。纵条15mm×2mm（宽×厚），横条6m×2m（宽×厚），垫条宽度依据穿孔管的大小与排列确定，厚度根据竹杆的厚度决定，采用10号铁丝绑扎。⑥新打机井井台尺寸长1.30m×宽1.30m×高0.50m（地下0.20m），井台采用C20现浇混凝土，必须用机械震捣。⑦洗井应达到规定时间，按照从上层到下层，分层洗，以洗清为准，洗井完毕后，进行试验抽水，水泵出水后30min采取水样，测量含砂量，中、细砂含水层不得超过1/20000。粗砂、砾石、卵石含水层不得超过1/50000；竣工资料有管井结构和地层柱状图，包括岩层名称、岩性描述、厚度和埋藏深度、钻孔及下管深度、井壁管和过滤器的规格及组合、地下水静水位和动水位、电测井资料、试验抽水成果、井水含砂量、井水出水量等。⑧井房采用玻璃钢井房，井房规格为长0.86m×宽0.86m×高1.75m。

8井数的确定

机井井数采用单井控制灌溉面积法计算井数，其计算公式见式（6）：N=F/F0（6）式中：F—规划区内的灌溉面积（hm2）；F0—单井控制面积（hm2）；N—需要机井数（眼）；按照单井控制5hm2耕地计算，则需新打机井数量为N=40000/75=533（眼）。按单井控制5hm2，井距不低于216m的标准合理布局井位，做到井、井台、井盖、水泵、地埋线、地埋管道齐全。为了保证干旱年份地下水下降满足灌溉要求，井深根据项目区实际含水层埋深情况定为60、80、100m三种井型，井管内径40cm，出水量32t/h。

9排涝沟渠

排涝沟按支、斗、农、毛四级明沟排水系统设计。主要采用梳状单向明流排水，高水高排，低水低排，排水不串流。采取以现有支沟定向，斗沟划框，农沟划块的形式。排涝标准：排涝标准为5a一遇。排涝面积：各级排水沟按流域面积分，10km2以上为支沟，1～10km2为斗沟，0.10～1km2为农沟，0.10km2以下为毛沟。排涝流量：按照5a一遇除涝标准，新蔡县排水沟的排涝模数为K=1.62m3/s/km2。按公式（7）计算Q=qF（7）式中：Q—除涝流量，m3/s；F—排涝沟控制面积，km2；q—设计排涝模数，m3/s.km2。经计算各排涝沟流量为：Q支＞16.20m3/s，Q斗=1.62～16.2m3/s;Q农=0.16～1.62m3/s;Q毛＜0.16m3/s。排水断面：排涝沟断面根据明渠均匀流公式（8）计算：Q=AC（Rⅰ）1/2（8）式中：Q-排涝设计流量；A-排水沟过水断面；C-谢才系数C=1/nR1/6（n为糙率）；R-水力半径；ⅰ-比降。项目区排涝沟一般采用梯形断面，断面面积、湿周、水力半径按式（9）（10）（11）计算：A=h（b+mh）（9）X=b+2h（1+m2）1/2（10）R=A/X（11）式中符号同上。排涝沟断面参数设计如下：支沟：沟深4m，底宽4m，边坡比1:2；斗沟：沟深2～3.50m，底宽2～3m，边坡比1:1～1：2；农沟：沟深1～1.50m，底宽1～2m，边坡比1:1。排涝沟的间距及长度：斗沟：间距500～1000m，长度1000～1500m。农沟：间距200～500m，长度500～700m。

10机井通电典型工程设计

①双杆变压器。柱上变压器台架采用等高杆方式，电杆采用非预应力混凝土杆，杆高为12m。②变压器选型。根据每眼井的最大功率和供电区域内机井数量，选定单个配电台区合适的配电变压器容量，变压器应采用S13-100kVA低损耗变压器。③10kV线路采用架空线路，导线截面一般为50mm2，采用LGJ-50架空线路，供电半径不超过10km。④400V地埋线路采用YJLV22-3×25mm地埋线，地埋线截面根据负荷的分布及允许电压损耗选择，按地埋线的允许载流量校验，最大工作电流不应大于允许载流量。

11结语

新蔡县余店镇项目建成后，新增耕地面积13.33hm2，新增灌溉面积1000hm2，改善灌溉面积1666.67hm2，新增除涝面积800hm2，改善除涝面积1600hm2，新增节水灌溉面积2666.67hm2，其中高效节水灌溉面积666.67hm2，年节约用水120万m3，灌溉水利用系数由现状的0.70提高到0.82，提高17%。通过加强农业基础设施建设，农业生产条件得到根本改善。

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