山区土地整顿水利设计

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近年来．随着人El增长、社会经济的发展和农业结构调整，各行各业对土地的需求不断增加，对耕地产生了巨大压力．人地矛盾日趋尖锐为了提高耕地质量，合理、高效利用土地，改善农业生产条件、生态和环境，促进社会经济的可持续发展，通过对土地的整理、灌排设施的配套和农田防护林的建设．增加耕地面积。加强农业机械化程度，建成高效、稳产、优质农业区，为实现农业产业化、现代化、规模化经营创造有利条件土地整理是人类利用自然和改造自然的措施．是社会经济发展到一定阶段解决土地利用问题的必然选择。土地整理的基本内涵是在一定区域内．按照土地利用规划或城市规划确定的目标和用途．采取行政、经济、法律和工程手段，对土地利用现状进行调整改造、综合整治，促进土地的合理利用，提高土地利用效率。改善生产、生活条件和生态环境的活动农田水利工程是土地整理项目规划的重要组成部分，是指在对洪、涝、旱、渍、盐、碱等进行综合治理和水资源合理利用的原则下．对灌排渠系统及其建筑物等进行的建设。主要包括排灌工程、喷微灌工程、竖井(机电井)工程、排灌电气工程等。而设计工作的好坏对整个工程有重要的作用．因此科学合理的设计非常重要对低山区土地整理中的农田水利工程灌溉水源选择、水源工程和输配水工程进行分析和研究．为进一步提高土地整理质量提供参考。

1项目背景

项目区位于河北省保定市顺平县北部的台鱼乡西柏山村．太行山北段东麓山前平原．总的地势由西南向东j匕微倾斜．地貌类型为低山丘陵。项目区地理坐标为东经115。0826．18”一1100917．76”．北纬38o5738．76"-38~5803．33”．共分为三个片区，片区一面积2．68hm．片区二面积21．41hm．片区三面积6．34hm2属暖温带半湿润区．大陆性季风气候特征明显，四季分明。年降雨量分配不均，易造成春旱秋涝．形成大面积的低产农田．致使土地利用率和产出率低下．限制了农业生产力的发展项目区水文地质条件比较复杂．全县地下水比较丰富．均以潜水形式存在全部地下水资源总量为10001．32万m，项目区土壤种类主要为褐土土类和潮土土类．项目区土地以种植业为主．主要栽培作物种类很多，主要有小麦、玉米、大麦、稻、高粱、山药、芝麻等。

2农田水利工程设计

2．1灌溉水源的选择项目区内灌溉水源选择地下水．并根据当地技术人员勘测．确定新打机井位置．位于项目区片区二北部约280m．新打两口井相距140m

2．2水源工程设计

2．2．1单井控制面积计算根据《机井技术规范》(SL256-2000)中2．4．5单井控制面积公式计算：Fo=QxTxtxrlx(1．0一r／1)／m，式中，一单井控制灌溉面积。hm；()——单井出水量，m3／h，根据当地水利部门提供资料为50m3／h：每次轮灌期的天数，取10d；——灌溉期每天开机时间，16h；叼——灌溉水利用系数，取0．9；叼——干扰抽水的水量消减系数。0．1；m——综合净灌水定额，m／hm，根据当地水利部门提供资料取450m3／hmz。则200m机井的Fo=50xl0xl6x0．9x(1．0—0．1)／450=14．4hm。

2．2．2井深与井径设计根据《供水管井技术规范》(GB50296-99)Ⅲ规定，管井深度设计应根据拟开采含水层(组、段)的埋深、厚度、水质、富水性及其出水能力等因素综合确定。据提供的资料，第三含水组底界埋深240～280m．含水层厚度为100～1301TI，砂层厚4080m。单位涌水量10～15m3／(m．h)，矿化度<lg／L。此含水组水质好，水量大，是目前机井主要的开采层段为保证项目区地下水的可持续利用，以及机井长期、稳定、高效运作，参考试验井资料．确定成井深度为200In经计算，2001TI机井选用的潜水泵适宜的最小井管内径为200mm根据《机井技术规范》(SL256-2000)，安装泵段井管内径应根据设计出水量及测量动水位仪器的需要确定．并且比选用的抽水设备标定的最小值大50rnm、因此．确定200m机井安装泵段井管内径为250mm。

2．3输配水工程设计

在项目区三个片区分别在高点修建蓄水池．从新打机井铺设上水管路．引水至最高点蓄水池．通过高差自流到各级支管片区一修建一座50m蓄水池．片区二修建两座100m3蓄水池．片区j修建一座50ms蓄水池片区一及片区i采用提水管作为灌溉输水管．片区二分别为蓄水池新布设两条输水管。蓄水池采用圆形敞开式设计，浆砌石结构，50m，蓄水池直径6．0m，池深2．0m，池壁厚0．5nl，3cm厚抹面防渗．基础深0．5m：1001"113蓄水池直径7．0m，池深3．0m，池壁厚0．5m，3cm厚抹面防渗．基础深O．5m。

2．3．1管道灌溉设计

1)灌溉制度。①设计灌水定额。根据《低压管道输水灌溉工程技术规范》(SL／T153-95)j公式2．2．5计算：m=loooydg3(／3：)，式中，m——设计灌水定额。mm：——计划湿润层深度，m，一般大田作物取0_3～0．4m；——计划湿润层土壤容重。t／m3；——土壤适宜含水量(重量百分比)上限，取田问持水量的60％75％：／3，——土壤适宜含水量(重量百分比)下限．取田间持水量的45％～60％：这里仅以需水量较大的大田作物小麦为对象进行计算项目区为潮土，计划湿润层深度h取0．4n：根据《管道输水工程技术》，田间持水量为22％～30％，取26％；1取75％，／32取45％；为1．4t／m。m=1O00x0．4x26％x(75％一45％)x1．4=43．7mm⑦设计灌水周期。T理=m／E，式中：71理——理论灌水周期，d；m——设计灌水定额，ilm；E．厂作物最大日平均耗水量．mm／d：根据项目区的自然条件，设计作物最大日平均耗水量为4．2mm／d．则：T理=43．7／4，2=10．40d．考虑到作物生长期项目区的降水情况．将设计灌水周期定为10d，即71=10d。

2)灌溉设计流量。根据《低压管道输水灌溉rI=程技术规范》(SL／Tl53—95)公式3．1．1计算：Q＆=O．667xmxAx15／(Txtx~)，式中，Q设——灌溉设计流量，mS／h；m——设计灌水定额，mm；——灌溉总面积，取18．23hm。；卜设计灌水周期，取10d；——每天灌溉时间，取20h；卵——灌溉水利用系数，取0．9；各参数取值及计算结果见表1。Q设=0．667~43．7x18．23×15／(20×10×0．9)=44．28m3／h。

3)灌溉工作制度设计支管上给水栓的数量根据梯田田面来确定．每有一田面就设置一出水口．便于灌溉。由于原地面坡度不同。梯田田面宽各异．因此支管上的出水VI不是等距的．根据各支管长度及地面坡度计算的结果．大约需要给水栓200个分别以50m3蓄水池1和100m3蓄水池3为例～式中，7Vl_一轮灌组数；Q设——灌溉设计流量，mS／h；口厂一第个出水口设计流量。取8mS／h；n——系统出水口的个数蓄水池1灌区内有给水栓30个．蓄水池3灌区内有给水栓50个。经计算，蓄水池1灌区：轮灌组数Ⅳ为6．每个轮灌组同时开启给水栓数为int(／Ⅳ)=5个；蓄水池3灌区：轮灌组数Ⅳ为10，每个轮灌组同时开启给水栓数为int(n／N)=5个。

2．3．2管道水力计算

管道水力计算一般按如下步骤进行：

1)确定管道水力计算的控制点管道水力计算的控制点是指管网运行时所需最大扬程的出流点．即最不利灌水点．一般应选取离管道首端较远且地面高程较高的地点。

2)确定管道水力计算的线路对于不同的轮灌组．水力计算的线路长度和走向不同．应确定各轮灌组的水力计算线路。通过计算比较。加以确定。经分析．蓄水池l灌区管道水力计算线路最长为500in：蓄水池3灌区管道水力计算线路最长为800m。

3)管段流量计算。根据灌区面积灌水定额计算出干管设计流量．再根据轮灌分组．确定出支管流量，此灌溉区干管流量为44．28mS／h．各支管人口管段流量均为22．14m。

4)管径的确定。管径确定的方法有计算简便的经济流速法和界限流量法．还有借助于计算机的多种管道优化计算方法。设计根据《土地整理工程设计》经济流速法计算：1000、／一18．8、／V3600TryV为管道内水的经济流速．铸铁管经济流速为0．81．5rn／s。设计干管内经济流速t，干=1．2m／s，支管内经济流速t，=1．2m／s。经计算，干管管径d干=ll4．27mm，支管管径d支=80．80mm。结合市场情况，确定铸铁管经济管径(公称外径)为125mm、100mm。

5)各管段水头损失水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失。管道沿程水头损失根据《低压管道输水灌溉工程技术规范》(SL／T153-95)公式3．3．1计算：h：fQ"Z／db，式中，九广管道沿程水头损失，m；卜摩阻系数；p——流量，mS／h；附一流量指数；管道内径，mm；6——管径指数江——管长，m；铸铁管的各种参数．i-6．25x105，m=1．9。b=5．1。选择管线较长、位置较高的给水栓作为最不利情况．按最大流量进行水利计算．蓄水池1灌区干管长425m．计算管道内径为130mm。支管管长75m．计算管道内径为105mm．计算结果为：h：6．25xlOSx44．28x425／130?+6．25xlOx22．14x75／1055．1=6．73m：蓄水池3灌区干管长514m．计算管道内径为130mm，支管管长286m，计算管道内径为105mm．计算结果为：ha=6．25xlOSx44．28Lgx514／130s+6．25~105x22．14L9X286／105s_1=10．30m为简化计算．取局部水头损失为沿程水头损失的1O％～15％由于地块起伏较大，故计算中取系数为15％，即：对于蓄水池1灌区：总水头损失为总=6．73x1．15=7．74m．而蓄水池和最不利点的高差为20m．高差自流可以满足灌溉需求对于蓄水池3灌区：总水头损失为h10．30x1．15=11．85m．而蓄水池和最不利点的高差为45m．高差自流同样可以满足灌溉需求6)水泵选型。机井到最高点蓄水池引水管线长度为1860m．计算管道内径为130mm．其水头损失hc=fOmL／db=6．25xlOx44．28?×1860／130～=25．83m．其高差测量为115m．则水泵扬程应该大于136．97m。查水泵手册，水泵选择潜水泵，型号为：2O0QJ63—144／12。流量63m3／h，扬程14411．配套功率45kW。

2．3．3排水系统设计

1)排水沟设计流量计算项目区规划采用明沟排水方式。根据灌溉排水的相关设计规范．项目区的排涝设计标准为十年一遇暴雨．一日暴雨2d排完。根据顺平县气象资料。十年一遇一日暴雨量为130mm。设计流量根据《土地整理工程设计》相关公式进行计算：Q=axFxR／(86．4xT)，式中，9——设计排水流量．m3／s；a——径流系数。根据顺平县水文资料，取0．15：卜某一级排水沟的控制排水面积，hm。；R——某一设计频率下项目区一El最大暴雨量，取130mm：卜设计排涝历时，根据小麦耐淹水深及土壤特点．规划设计标准为一13暴雨2d排出，故此处取2d。计算得出斗、农沟控制面积和设计流量如表2所示。

2)排水沟断面尺寸计算。排水沟的过流断面根据《土地开发整理标准》(TD／T1012-2000)]C40均匀流公式进行计算：Q=A、／，式中，p——设计排水流量，m3／s：A——过水断面面积，1''''1；C——谢才系数，m5／s；尺——水力半径，m；——沟道比降；梯形沟道水力最优断面水力要素计算，根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99)公式H．0．1进行计算。99[nQbo=2(、v／1+／n2-m)hoAo=boh0+，砒o2Ro=AoNo。=Ao式中，——水力最优断面水深，m；n——沟道糙率；p——设计流量，m3／s；m——边坡系数；——坡降：6水力最优断面底宽，m；A水力最优断面的过水断面面积，m2；厂水力最优断面湿周，m；厂水力最优断面的水力半径，m；水力最优断面流速，m／s。经计算．项目区各级排水沟断面设计成果和设计参数如表3所示。

从农田整体规划角度考虑，同时为方便工程施工．对排水沟尺寸进行了适当调整，使其规格较为统一．同时对调整后的设计流速进行校核。根据《灌溉与排水工程设计规范)(GB50288-99)，石质沟道的不冲流速为4-6m／s，取6m／s。排水沟的不淤流速可根据黄河水利委员会水利科学研究所的不淤流速公式进行计算，即耐：、／一，式中，广不淤流速，m／s；C不淤流速系数，Q<5m／s时Co为0。4；p——设计流量，m3／s。具体数据见排水沟断面设计成果和设计参数(表3)以及流速校核表(表4)。

3结论

经以上分析计算．项目区共规划井深200ITI的机井2眼，井管采用铸铁管，井管直径250mm，配套扬程144m的潜水泵2台；机井房为3ITIx3ITI。铺设地上低压铸铁干管5967m，管径125mm；铸铁支管2988ITI．管径100mm；为了保证支管垂直田面布设时牢固稳定．根据实际情况大约每隔10ITI在梯田田面上布设一个镇墩．共需280个．排水沟共分为斗沟和农沟两级，其符合项目的蓄水、排水要求。土地整理能最大限度恢复土地的使用．研究结合具体土地整理项目．讨论了在低山区土地整理规划中农田水利工程设计的基本方法及相关水力计算分析认为．项目中的农田水利建设关系到未来土地的利用方式和生产率．合理规划农田水利布局，使土地利用过程中做到旱能灌、涝能排，提高水资源的利用率改善区域用水状况和农业水环境，优化区域灌溉系统．使土地整理T作造福于民，为进一步提高土地整理质量提供借鉴。