高标准粮田项目设计方案

2017-10-20许晓霞河南方正水利工程咨询有限公司

河南水利与南水北调 2017年9期

□许晓霞（河南方正水利工程咨询有限公司）

高标准粮田项目设计方案

□许晓霞（河南方正水利工程咨询有限公司）

河南省涉农资金管理改革试点补助资金项目的高标准粮田是农业基础设施建设的重要组成部分，是新蔡县打造粮食生产核心区、提高粮食综合生产能力的重要前提条件，是发展现代农业、完善农业产业体系的有效途径，是全面建设小康社会的重要基础保障。新蔡县2016年度省级涉农资金管理改革试点补助资金项目，以提高农业特别是粮食综合生产能力、保障国家粮食安全、改善农村生态环境为目标。统筹安排当前和长远农田水利建设、大力发展节水灌溉，适度增加灌溉面积，全面提高农田水利投资效益、灌溉水利用率和农业抗御自然灾害能力为基础。文章结合实际就高标准粮田，粮食安全，工程设计的重点和要点提出了自己的见解，希冀为类似工程的建设和管理有所裨益。

高标准粮田；粮食安全；工程设计；重点和要点

1 项目概况

新蔡县地处淮河流域，境内有汝河、小洪河、大洪河、洪河分洪道4条骨干河道，同属于洪汝河水系，水域面积占土地面积的8.67%。新蔡县2016年度省级涉农资金管理改革试点补助资金项目，建设面积0.13万hm2，其中低压管灌建设面积0.13万hm2，改善除涝面积0.09万hm2。项目区涉及顿岗乡：沈岗、林尧、双庄、吴张庄、黄家冢、杨寨、苏湾、顿岗等8个行政村，65个自然村，1.69万人。主要工程形式有低压管道灌溉工程、小型水源工程、沟渠疏浚及配套建筑物等。

2 工程设计指导思想

树立和落实科学发展观，贯彻党中央、国务院关于“三农”和水利工作的一系列方针、政策，按照水利部党组治水新思路，以提高农业特别是粮食综合生产能力、保障国家粮食安全、改善农村生态环境为目标，统筹使用各类涉水资金，统筹安排当前和长远农田水利建设、大力发展节水灌溉，适度增加灌溉面积，加强农田水利工程建后管理，加快体制改革和机制创新，全面提高农田水利投资效益、灌溉水利用率和农业抗御自然灾害能力，为促进农业现代化、社会主义新农村和和谐社会建设，为全面建设小康社会奠定坚实基础。

3 机井工程设计

机井规划：机井应紧靠生产路布置，便于输水和交通。根据计算，低压管灌设计单井控制面积5.33hm2。井型选择：根据项目区的水文地质资料和新蔡县农用机井的建设经验，井深确定为50m，井内径40cm，单井出水量30～40m3/h，设计取32m3/h。水泵型号：200JQ32-26/2，配套电机功率为4kw，应用于低压管灌田块。井堡设计：机井工程及配套设备都在野外，应加强保护，均设计井台井堡，井台采用固定封闭形式，为1.40m×1.40m的方形现浇C20混凝土构件，安装好后其井台高出地面28cm，上部增设玻璃钢井堡。井堡采用玻璃钢井堡，长1m，宽1m，高1.40m，其中设机井控制柜。机电设备：由于农村电压不正常，缺相和欠压情况较为普遍，因此按台区增配变压器保证机井低压管灌区及喷灌区供电。从变压器到机井铺设地埋电缆，实行单井单线，根据现场勘查及典型设计确定地埋电缆长度。

4 管网工程设计

4.1 管网布置

管道系统布置应与当地道路、林带、供电、农业耕作措施、行政区划等密切结合，统筹兼顾；管网布置要做到管线平顺，尽量减少拐弯、起伏现象，力求使管线最短、控制面积最大；在地形条件允许的情况下，应尽量使管道双向控制，使单位面积管道用量最少，以减少工程投资；出水口位置、间距以按灌溉面积均衡布置为原则，同时兼顾农户管理、使用方便，本设计确定主要建设干支管道，给水栓间距为50m，采用塑料软管输送井水到田间地头，每次通过开启给水栓实施轮灌。

4.2 管材选用

对于田间灌溉系统，根据铺设技术简易，施工工期短，质量标准易保证，造价低廉等原则，干管选用低压PVC-UΦ110（0.40MPa）塑料硬管，各种管件采用厂家定型配套产品。

4.3 管径选择

地埋管道干支管管径采用经济流速法来计算。当动力为电动机时，按式（1）计算：

式中：D—经济管径(mm)；Q—设计流量(m3/h)，取水泵出水流量Q=32m3/h计算；—经济流速，根据不同管材经济流速表查得，PVC-U管材经济流速为1.20m/s。

由上式计算可得D=97.10mm，参考类似低压管灌的实际经验，确定干管、支管均采用Ф110、公称压力0.40MPa的低压PVC-U硬管。给水栓以外采用Ф90锦塑软管（公称压力0.40 MPa）。

4.4 管网水力计算

干支管沿程水头损失按《低压管道输水灌溉工程技术规范》（井灌区部分）中的公式（2）计算如下：

式中：hf—沿程水头损失(m)；L—管道计算长度(m)；f—沿程水头损失摩阻系数；Q—流量(m3/h), 取32m3/h；m—流量指数；b—管径指数；d—管径（mm）。

4.5 管网设计扬程

灌溉系统的设计工作水头是水泵选择的重要依据，其计算公式（3）：

式中：H—低压管灌系统设计水头（m）；Zd—典型井的供水地面高程（m）；Zs—水源水面高程（m），取动水位-15m；△h—最不利点与供水地面高差，m；Hp—地面移动软管出口工作水头(m)，按0.20m计；∑hf—由水泵进水管至塑料软管出口处管道的沿程水头损失（m）；∑hj—由水泵进水管到塑料软管出口处管道的局部水头损失（m）；根据典型机井的水力计算，机井的设计扬程为21.26m。

4.6 水锤压力及防护措施

在低压管道系统中，压力较小且管内流速不大，一般情况下水击压力不会过高。本项目区低压管灌工程属规模较小的管道输水灌溉工程，所以不再对系统管网进行水锤压力验算。注意在操作过程中，应缓慢启闭阀门以延长阀门启闭时间，从而避免直接水击并可降低间接水击压力。

4.7 管道埋设深度

根据冻土层深度和耕作要求，埋深取0.80m。

5 排水沟设计

5.1 排涝模数的确定

依据河南省水文水资源局2007年编制的《河南省水资源》，项目区径流深R=170mm，按5a一遇，1d降雨1d排出的排涝标准。排涝模数采用平均排出法，这种方法就是按排水面积上的设计径流深在规定排水时间内平均排除的要求计算排涝模数，其计算公式（4）∶

式中：qp—排涝模数，(m3/s)/km2；R—设计径流深，mm；T—规定的排水天数，T=1d；t—每天排水时间，对于自流排水，t=24h。

计算排涝模数为：2.78(m3/s)/km2。

5.2 排涝设计流量的确定

设计排涝流量公式：

式中：Q—设计排涝流量，m3/s；qp—设计排涝模数。F—流域面积，根据项目区实际调查，根据项目区实际调查，典型斗沟控制面积为0.50～0.70km2；农沟控制面积为0.20～0.40km2。

由此计算得：Q斗=1.40～2m3/s；Q农=0.60～1.20m3/s。斗、农排断面均采用梯形，断面设计按明渠均匀流计算。设计A、B型斗沟和A、B型农沟共四种型式断面的排水沟作为典型设计。

6 生产桥涵设计

设计标准∶设计生产桥均为道路、渠道和排水沟上生产桥。安全等级∶根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）要求，按持久状况承载能力极限状态设计时，公路桥涵结构的设计安全等级划分为三级。根据本次工程实际，桥涵结构为小桥（lk＜30m），因此桥涵设计安全等级为三级。④汽车荷载标准∶生产桥设计标准按农桥-Ⅰ级。

6.1 钢筋混凝土板桥结构设计

①上部结构∶混凝土平板桥，上部结构型式C25为现浇钢筋混凝土桥面板。②下部结构∶下部结构采用重力式混凝土桥台结构，混凝土强度等级为C20，内墙垂直，外坡比1：0.30，基础采用C20混凝土结构，厚度50cm，基础扩大30cm。

7 电力工程设计

对项目区所有机井均进行配套，对高效节水田块铺设地埋电缆，配备变压器。变压器以上高压线路协调当地电力部门进行解决。

设计采用S11-100KVA变压器，低压管灌区200QJ32-26/2型潜水泵配套电机额定功率4kw，一个台区可辐射机井12～17眼，低压管灌区共248眼机井，需要变压器16个台区。为了保证生产用电安全，低压输电线选择交联塑料绝缘低压铠装电缆。从变压器房到各机井铺设电缆线，单井单线布置电缆线，电缆线设计采用铝芯导线，16mm2规格用于低压管灌井泵。