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灌区节水改造工程设计

发布日期:2021-05-08 来源:土木工程网 浏览次数:480

内容摘要: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

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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