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        生態經濟
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        灌區節水改造工程設計

        來源:科普中國 作者: 發布時間:2021-09-29 14:24:57 瀏覽次數: 【字體:

        1引言

        灌區節水改造是保證國家糧食安全、促進灌區經濟發展的需要。干旱缺水是我國農業面臨的最大威脅,是農業發展主要的制約因素。在人口不斷增長,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能力,一個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、淹沒農田時有發生。扶風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,有必要對扶風縣小型農田水利工程進行規劃建設,灌區節水改造是保證國家糧食安全、促進灌區經濟發展的需要。

        2工程概況和農田水利工程現狀

        2.1工程概況

        扶風縣位于關中盆地西部,西寶高速、西寶北線中段,全縣總土地面積745.8km2,耕地面積77.61萬畝,農民人均耕地1.59畝,縣內農田成方,道路成網,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100.6萬畝,平均復種指數150%。經濟作物主要有辣椒、蘋果等,農業產業主要以畜牧業為主。

        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52萬畝,有效灌溉面積45萬畝,節水灌溉面積23.4萬畝。全縣共有寶雞峽、馮家山灌區干、支渠道122.8km。2000年以來,該縣通過實施農業綜合開發水利骨干工程改造、省級財政專項資金灌區改造等項目,投入資金3100萬元,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、官務水庫、白家窯水庫、五郡溝水庫,共灌溉面積5.8萬畝??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。無法滿足灌溉需求,嚴重阻礙項目區經濟的發展。

        3灌區節水改造工程設計

        為了改善扶風縣灌區上述水利工程現狀,對整個扶風縣分4個項目區分別進行系統的節水改造工程的設計。整個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。濾水管有效工作長度50m,實管長度130m,合計總長度180m。管外填礫厚度為140mm,填礫直徑10mm~20mm,礫料采用扶風縣沙廠生產的標準礫料。井壁管連接形式采用焊接連接。根據井孔設計的地質條件和含水層巖性來確定計算參數,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

        以法門鎮齊村北十一支一斗渠襯砌工程進行典型工程設計。渠道總長度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,按照同一時期不同作物同時用水量的情況計算,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,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座抽水站實施改建設計,更換62臺(套)新的節能機組,使其發揮原有的效益。確定以扶風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。經實際勘測調查,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資料,機井出水量為32m3/h,靜水位35m,動水位95m,地塊長方形,東西長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、辣椒生長期處在雨季,適當補充灌溉即可滿足要求,取灌水周期為12d。管道布設形式為梳齒狀,依據管灌技術規范,結合地塊形狀以及經營管理體制,耕作習慣,機井出水量等實際情況,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,管道長度720m,在管道上安裝出水口進行灌溉。項目實施后,區內小麥種植面積占耕地面積的90%,日開機時數取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),機井動水位(h凈),機井至供水最不利點的高差(△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行水泵選型。

        4工程經濟效益分析

        扶風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;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的0.65提高到0.8;抽水灌區灌溉水利用系數由原來的0.5提高到0.65;全縣糧食綜合生產能力新增379.42萬kg。大力發展農民用水合作組織,使其管理的灌溉面積增加1.3萬畝。該項目建成后,作物復種指數由150%提高到180%,年可增產糧食379.42萬kg,糧價按現行市場價1.8元/kg計算,可增收379.42×1.8=682.96萬元。經濟作物每畝增收按100元計算,可增收3.39×180%×0.4×100=244.08萬元。該項目建成后,年可節水186.60萬m3,按每立方米水0.1元計,可節約186.60×0.1=18.66萬元。整個項目實施后,共可增收945.70萬元,取水的分攤系數為0.4,即水利項目凈收益為925.54萬元×0.4=378.28萬元。依據以上增量效益和增量費用的分析計算,并根據有關評價指標計算規定進行分析計算,成果如表1所示。由經濟評價分析計算結果可以看出,本工程的經濟內部收益率12.44065%大于經濟基準收益率8%;經濟凈現值844.10萬元大于零;經濟效益費用比為1.27,大于1.0。故該工程在經濟上是合理的。

        5結論和建議

        通過本項目的實施,灌區環境充分得以改善,灌區林草地的面積將進一步擴大,將有利于灌區的生態環境的改善。生態環境效益表現在涵養水源、保持水土,減少風沙災害,防止泥沙流失、調節氣候、改善生態環境、凈化空氣等效益上。扶風縣小型農田水利重點縣建設項目實施方案,能夠結合項目區小水工程現狀及存在的問題進行選項,選項正確、布局合理,經濟效益顯著,并有良好的社會效益和生態效益。

        終審:甘肅省科協信息中心采編部
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