小型农田水利工程设计论文

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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。

作者:翟娟娟 张会玲 单位:扶风县水利局城关水务管理站 扶风县水政资源办公室