节水灌溉工程实施方案.docx
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节水灌溉工程实施方案
节水灌溉工程实施方案
1、基本情况
1.1项目区自然条件
1.1.1地理位置
铁门更项目区位于只几梁乡只几梁村北2km处，后河退渠北。
1.1.2水文气象
项目区属于中温带大陆性季风气候，属于温暖半干旱农业区，其特点是光照充沛，降水较小，蒸发剧烈，冬季漫长且严寒，夏季炎热短促，年月温差大，春秋季气温变化剧烈，冬春风大，时遭寒潮侵袭。
雨热同季，积温有效性高，适于各种作物的生长。
（1）气温、气候
项目区多年平均气温为6.3℃，北部大青山区偏低于平原区。
春季平均气温为8.2℃，夏季平均气温为21℃，秋季平均气温为10.8℃，冬季平均气温为-8.5℃。
极端最低气温为-35.6℃，极端最高气温为39.3℃，生育期平均气温在16.5～17.6℃之间，≥5℃的平均日数为222天，积温3278.9℃，≥10℃的平均日数为157天，积温2917.3℃，农业气候积温为3100～3400℃。
其气温特点为春季干旱少雨，夏季短促温热，秋季骤降，冬季寒冷漫长，寒流活动频繁，气温变化剧烈。
年平均风速2.04m/s，大见多集中在春季四至五月，多为北风，风速可达3米/秒以上，最大风速高达36m/s，相当于12级大风。
（2）降水
项目区多年平均降水量为398.7㎜，最大年降水量543.1㎜，最小年降水量222.8㎜。
全年降水主要集中在6～9月份，降水量占全年降水量的75％左右，7～8月份降水量占全年降水量的50％左右，春季的降水量仅占全年降水量的10％。
降水量在年内分配极不均匀，其分配见表2-1：
表2-1
月份
1
2
3
4
5
6
降水量（㎜）
2.2
5.3
10.2
17.0
21.3
39.6
月份
7
8
9
10
11
12
降水量（㎜）
98.5
120.1
50.9
26.2
6.5
0.8
（3）日照
项目区多年平均日照时数为2914h，全年太阳辐射总量为133.82千卡/cm2，属于光、热资源充足的地区之一。
（4）蒸发
项目区多年平均蒸发量为1870.3㎜，为降水量的4.7倍，年最大蒸发量为2207.4㎜。
因此干旱是本地区农业发展的主要限制条件。
蒸发量在各月的分配量见表2-2：
表2-2
月份
1
2
3
4
5
6
蒸发量（㎜）
28.0
46.8
116.8
222.3
332.0
322.4
月份
7
8
9
10
11
12
蒸发量（㎜）
248.5
201.6
159.2
114.2
50.5
28.0
（5）无霜期
项目区无霜期一般从5月上旬终霜期结束，到10月上旬霜冻出现，无霜期多年平均为133天。
（6）冻土
项目区土壤冻结始于每年10月下旬，直到次年3月末、4月初解冻，冻结天数近半年，冻土深在1.31～1.56m左右。
（7）水文
铁门更项目区由于后河以北常年无水。
第四系松散砂砾石层厚度8～9m，水位埋深10～15m，含水层厚度为8～12m，潜流量大，地下水源补给充足。
1.1.3地形地貌
（1）地形地貌
铁门更项目区位于大青山冲积～洪积平原南端，地势由北向南由东向西倾斜，地面比降为1/600～1/900，地面高程在1003～998.9m之间。
主要由沙粘土冲积、洪积含砂卵石夹薄层粗砂组成。
（2）土壤
根据《土默特左旗土壤》报告划分，项目区土壤主要为灰褐土。
灰褐土属于阴山山地的垂直带土壤，它的上限与山地草甸土相连，下界与山地栗钙土或草甸土相接。
从灰褐土的理化分析可看出过渡类型的特点，腐殖质层的有机质含量较高，一般均在3％，全氮含量在0.15～0.54％之间，C/N在10～14之间。
1.1.4农业生产现状
（1）农业生长结构
根据调查，项目区全部为井灌。
现状农业生产结构农:
经:
牧为70:
25:
5。
现状农作物以粮食为主，主要种植玉米、向日葵。
见表2-3。
现状农业生产种植结构表
表2-3单位：
％
名称
玉米
其它类
向日葵
合计
比例
90
5
5
100
1.1.5水资源状况
铁门更项目区水资源为地下水，地下水水资源量为203.4×104m3。
1.1.6自然灾害
本区自然灾害包括干旱、暴雨与洪涝、冰雹、大风、干热风，主要是干旱。
“十年九旱”是土默特左旗的主要气候特征。
据近500年的历史资料分析，在10年中有7～8年是干旱年，平均三年两头旱，七年一大旱，约62年出现一次特大旱年。
其干旱特征是：
季旱多，通年旱少，春旱最严重，频率几乎为53～92％。
1.2社会经济状况
铁门更村现有人口798人，农户178户。
全村总土地面积3850亩，耕地面积2690亩，林地120亩，有效灌溉面积2040亩。
干旱地650亩。
全村现有大小牲畜1768头只；其中奶牛98头、猪1200口、羊470只。
2009年底农民人均纯收入达5450元。
2、项目区内小型农田水利工程现状
2.1水利工程现状
项目区内农田灌溉由于地理制约无地表水，只能依靠采掘地下水作为农田灌溉水源。
铁门更项目区现无机电井。
只依靠公路西二眼机井输水灌溉，无法保证规划区农田灌溉用水。
由于灌溉设施在村内或村边缘，灌溉井布局欠合理（详见现状图）。
水源井输水渠道长，土质为砂壤土,灌溉输水渠无任何防渗节水工程，渠系输水利用率0.45灌溉成本高。
2.2现行水利工程管理体制与运行机制
铁门更村小型水利工程机电井产权属村民委员会集体所有。
由村民委员会集体制定出使用水章程及灌溉用水管理制度。
管理方式采用竞争承包方式由村民委员会组织经全体村民代表会议研究，提出能够懂管理、善于经营、会维修设备并能够认真负责若干承包后选人后予以公示，然后在一定时间内由各村民小组通过投票竞争选出使用水小组负责人。
进而在使用水负责人选中择优选出承包负责人。
由村民委员会与承包人签订农田水利灌溉工程承包合同。
承包人按照合同要求，及时负责维修设备、配电等项设备、详细制定使水用水灌溉管理制度。
在农业灌溉前期，根据农田种植结构、分布面积与灌溉用水需求制定工程运行计划，然后依据用水户的申请安排灌溉时序和灌溉用水量。
水费结算办法采取先灌溉后付费的结算管理体制。
目前虽然农田灌溉水源工程数量、出水量基本满足灌溉用水需求，但是输水渠道仍为砂砾石土渠，且无田间工程。
每年灌溉2亩次，每亩次灌溉1.5小时，每小时灌溉水费10元。
因此年灌溉亩均水费高达30元。
增加了农民灌溉用水负担。
同时造成大量的地下水资源浪费，因此根据后马群村实际灌溉用水情况，实施渠道衬砌节水措施已克不容缓。
2.3项目区内水资源供需平衡分析
2.3.1项目区水文地质条件
由于受大青山山前断裂的控制，含水组的岩性、厚度、水量、水文地质条件等，由南到北水文地质条件逐渐变差，含水层厚度逐渐变薄，水质变差，水量减少。
由新到老主要含水层有：
（1）、第四系上更新统——全新统含水组
上更新统致全新统含水组地下水类型为潜水——半承压水，含水层岩性由北部的砂砾石向南部的粉细砂过度，北部含水层厚度可达40-70m，地下水埋深由北部的60m左右，地下水总的流向为由北向南，水化学类型为HCO3-Ca.Mg型。
（2）、第四系中更新统下段含水组
铁门更项目区地下水埋设在20--50m,出水量在50m3/h左右。
2.3.2地下水的补给和排泄特征
来自北部山区的地下水侧向补给是本项目区地下水的主要补给源。
山区汇水面积较大，降水入渗地下后，沿裂隙向山前含水层汇流，一些地表径流沿沟谷流向山前冲积扇带，由于山前冲积扇土壤颗粒较粗，有利于地表径流的下渗。
地下水自北向南逐渐由扇群前缘进入冲积湖平原。
2.3.3地下水动态
经调查，两项目区地下水位基本上不受气象影响，几乎没有随季节变化的特征。
2.3.4地下水开发利用及预测
根据《内蒙古水文地质报告》与周边附近的机电井，结合农田灌溉需求，现不需要新增机电井。
需配套项目区3眼机电井。
根据项目区年开采量为73.4×104m3。
经初步估算地表径流年补给冲洪积扇水量约3200余万立方米，远大于开采量。
所以项目区建设不开采地下水，不会对区域水环境带来不利影响。
2.3.5地下水水质
经化验分析，地下水类型为HCO3——CaMg型水，矿化度<1.0g/L，水质优良，完全符合灌溉与人畜饮水标准。
3、水资源平衡分析
3．1需水量预测
3．1．1灌溉制度
（1）种植结构
项目区主要种植的农作物为良种玉米。
（2）设计保证率
根据规范要求，本项目区灌溉设计保证率为50%。
（3）灌溉制度
项目区内斗渠及农渠均采用轮灌方式。
（4）设计灌溉定额
1）灌溉净定额
灌溉用水量采用水量平衡方程计算：
M=E-P0-WK±V
式中：
M——作物生育期灌溉用水量（m3/亩）；
E——作物全生育期需水量（m3/亩）；
P0——生育期内有效降水量（m3/亩）；
WK——生育期内地下水补给量（m3/亩）；
V——生育期初、末的田间根系吸水层地下水储水量（m3/亩）。
计算结果详见表5.4-1。
作物灌溉制度
表3-1
作物名称
种植
比例（%）
生长期
月、日
作物
需水量
（m3/亩）
有效降水
（m3/亩）
地下水补给量
（m3/亩）
土壤水补给量
（m3/亩）
理论灌溉净定额
（m3/亩）
采用值（m3/亩）
玉米
100
4.26-9.26
325
101
23
33
168
165
由上表可知，玉米净灌溉定额为160m3/亩。
2）灌溉毛定额
灌溉毛定额根据灌溉水利用系数和灌溉净定额计算确定。
式中：
M毛——灌溉毛定额（m3/亩）；
M净——灌溉净定额（m3/亩）；
——灌溉水利用系数。
衬砌渠道渠系水利用系数0.95，田间水利用系数0.90，灌溉水利用系数0.85。
经计算该灌区毛灌溉定额为188m3/亩。
3）设计灌溉制度
节水灌溉制度是根据作物需水量、设计年生育期有效降雨量、缺水量、土壤质地、作物主要根系活动层厚度以及所采用的节水灌溉方式等多种因素综合确定的，直接关系到工程的规模和投资，关系到水资源的合理开发利用，所以准确做出节水灌溉制度是一项十分复杂的工作，本次灌溉制度为非充分灌溉制度，主要结合项目区作物种植结构、种植面积及作物需水情况等因素综合考虑，确定项目区作物灌溉制度。
a、灌水率的计算
式中：
q——灌水率（m3s-1/万亩）；
——作物种植比例；
T——作物灌水时间（d）；
M——作物灌水定额（m3/亩）。
计算结果见表5.4-2。
铁门更项目区作物灌溉制度表
表5.4-2
作物
次数
生长期
灌水定额
（m3/亩）
灌溉定额
（m3/亩）
灌水时间
天数
（天）
灌水率
（m3s-1/万亩）
玉米
1
拔节
50
165
6.10-6.25
15
0.39
2
抽穗
扬花
60
7.10-7.25
15
0.46
3
灌浆
50
8.16-8.30
14
0.39
b、灌水率图的绘制
根据以上对作物灌水率计算结果进行绘制灌水时间与灌水模数关系见下图。
4项目工程设计
4.1项目总体设计
4.1.1 指导思想
以邓小平理论和“三个代表”的重要思想为指导，认真贯彻落实中央农村工作会议及全国财政工作会议精神，牢固树立和认真落实科学发展观，适应农业和农村经济进入新阶段的形势要求，大力加强农业基础设施和生态环境建设，改善农业生产条件，建设高标准基本农田，提高农业综合生产能力；积极推进农业和农村经济结构的战略性调整，提高农业综合效益，为国家粮食安全和增加农民收入做贡献。
4.1.2 选项原则
（1）坚持农业基本生产条件改善与生态环境建设相结合。
（2）坚持资源开发与结构调整相结合。
（3）坚持项目建设与产业化经营相结合。
（4）坚持重点项目与常规项目相结合。
（5）坚持经济、社会和生态效益相结合。
（6）坚持计划安排与工作实绩相结合。
4.1.3建设标准
4.1.3.1总体标准
以方块田建设为核心，按照高起点、高标准、高质量、高效益的要求，坚持统一领导，统一规划，统一开发，统一政策，适度规模经营的原则。
通过开发配套，达到田成方，林成网，沟、渠、路、桥、涵、闸、管理房全面配套，实现旱能浇，涝能排，机械化水平，科技贡献率，农业产出率，利润率，林木覆盖率等全面提高。
4.2总体布局
项目区位于110国道南7公里，只几梁乡政府北2公里，总控制面积1500亩。
本次设计采用的水源考虑地表水和地下水的合理开发利用。
项目区内规划田块大小由农渠控制面积确定，共划分3个田块，面积500亩左右。
4.3环境影响评价
4.3.1环境现状分析
项目区工程配套不健全，灌区内水资源浪费严重。
目前主要是土渠灌溉，土地不平，大水漫灌。
粗放的灌溉方式，不仅造成水资源的严重浪费，而且造成土壤环境质量下降。
项目区内植被覆盖率较低，近几年，每年春季发生2～3次沙尘暴，空气环境质量差，水土流失严重。
4.3.2项目实施对环境的影响
（1）正面影响
项目的建成，可极大地改善农业生产条件，使原来大面积的中低产田变为高产田，使生态环境向良性循环发展。
通过节水灌溉、平整土地，使灌溉水利用系数达到0.90以上，提高了水资源的利用率。
项目的实施，可充分合理利用水资源，扩大种植面积，提高农防林覆盖率，增加空气湿度，调节小区气候，促进生态环境的改善，对整个社会经济的发展和生态环境的改善都具有重要意义。
（2）负面影响
项目在实施过程中，运输车辆较多，会使交通不便，产生的粉尘、噪音可能会影响到行人的健康。
（3）结论
总之，负面影响仅在施工期产生，影响微不足道。
而正面影响是长期效益，利大于弊。
4.4水利工程设计
按《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288——99）设计；
4.4.1引水和提水工程设计
4.4.1.1机电井设计
项目区内现有机电井2眼，均可利用。
需新打机电井3眼。
机电井布置见项目区工程布置图。
根据土左旗水资源办公室提供的资料分析，该区域单位涌水量为7.88m3/m时。
通过对项目区已打机电井的调查，静水位距地面20m左右，动水位距地面25m左右。
该区域设计井深一般为100m，该地区机电井出水量为50-80t/h，设计单井出水量为50m3/h。
间距大于300米.
（1）井径及结构
设计深井采用380mm砼管，井管外包滤网，滤网采用40目的纱网。
考虑到填充滤料，滤料厚度10cm。
（2）水泵扬程的确定
式中：
H总——水泵的总扬程（m）
h净——机电井动水位与出水口高差（m）
h损——吸水管到给水栓总水头损失（m）
经计算H总=45.8m。
（3）水泵的选择
选择泵的设计流量为50m3/h。
深井泵型号：
200QJ50-66，设计扬程66m。
（4）输变电工程
根据现状电网分布及供电能力，低压线路1km，100kvA变压器1台。
配电箱3套
4.5灌溉输配水系统设计
4.5.1灌溉渠道系统设计
（1）渠系布置原则
1）灌区现有旧渠应尽量利用。
2）上、下级渠道的衔接尽可能互相垂直，便于下级渠道取水。
3）渠线尽量做到线短，顺直规整，以减少渠道的水头损失。
4）渠系布置时，同时做好道路的布置，乡间路以维持原有路线为原则。
5）便于工程管理和用水管理。
（2）渠道流量推算
渠道配水方式：
斗渠采用续灌，农渠采用轮灌，轮灌组为2组。
1）采用续灌方式的斗渠流量计算
根据渠道的配水方式，各级渠道的灌溉面积、设计灌溉用水率、渠道有效利用系数推算设计流量。
计算公式：
式中：
Qs——续灌渠道的设计流量（m3/s）；
qs——设计灌水率（m3/s万亩）；
As——该渠道灌溉面积（万亩）；
ηs——该续灌渠道至田间的灌溉水利用系数。
根据《灌溉与排水工程设计规范》GB50288－99的规定，续灌渠道的加大流量采用设计流量结合引洪流量综合考虑。
各级渠系流量见表4.5-1。
斗渠控制面积、渠道长度、设计流量表
表4.5-1
渠道名称
控制面积（亩）
渠道长度（m）
流量（m3/s）
斗渠
1500
800
0.22
农渠一
800
500
0.72
农渠二
800
500
0.2
农渠三
800
500
0.22
2）轮灌渠道的设计流量计算公式：
式中：
Qn—轮灌渠道的设计流量（m3/s）；
N—该渠道轮灌组数；
—该渠道轮灌组平均灌溉面积（hm2）；
ηn—该轮灌渠道至田间的灌溉水利用系数。
（4）渠道纵横断面设计
1）设计原则
a、上一级渠道的水位，应满足下一级渠道的设计水位；
b、保证渠道的输水能力和行水安全；
c、渠道设计满足不冲、不淤流速要求；
d、工程量小，造价最低。
2）渠道纵横断面设计
a、水位推算
各级灌溉渠道的进口水位推算，根据灌溉面积上控制点的高程自下而上地逐级推算，并考虑沿程水头损失和各种建筑物的局部水头损失反复调整比较确定。
计算公式：
Hx=AO+h+∑Li+∑φ
式中：
HX—某渠道对上级渠道要求的水位（米）
AO—渠道灌溉范围内的地面参考点高程（米）
L—各级渠道的长度（米）
i—各级渠道的比降
φ—水流通过渠系建筑物的水头损失（米）
取φ=0.05米
水位推算中所选参数说明如下：
田间灌水深：
毛口、灌水口损失及田间灌水深取0.2米。
4.5.2渠道防渗衬砌设计
土默特左旗农业综合开发自上世纪九十年代开始以来，进行了大量的中低产田改造工程建设，其中水利措施渠道衬砌工程占了很大的比例。
渠道衬砌断面形式主要有：
浆砌石矩形断面、砼预制板梯形断面、半自重整体式预制砼“U”型槽和现浇砼“U”型槽。
经过多年运行，发现如下问题：
浆砌石衬砌渠道造价高、水力条件不好、水利速度慢；砼预制板衬砌渠道抗冻能力差、容易坍塌。
经计算，项目区渠基土的冻胀级别为Ⅰ级，为提高渠道衬砌工程的抗冻能力，并结合渠道防渗要求，本次设计渠道衬砌小断面采用整体预制砼“U”型槽，大断面采用现浇砼“U”型槽，槽身自身可以维持稳定，外侧回填土不作为基土，仅起平衡内侧水压力的作用。
“U”型槽衬砌渠道有以下优点：
（1）防渗效果显著。
渠道水利用系数可达到0.97～0.98，较梯形砼渠道湿周短，流速快，裂缝少，因而输水损失比梯形衬砌渠道小。
（2）水力条件好，流速快。
断面接近水力最优断面，流速分布均匀，无涡流、回流现象，湿周短，水力半径大，流速快，提高了输水能力。
（3）抗外力性能好。
下部为反拱，整体性强。
在地基土冻胀力的作用下，能适应整体上台，可充分利用砼良好的抗压性能，抵抗基土冻胀破坏的能力较强。
（4）渠道占地少，仅为梯形渠道的1/2～1/4。
（5）省工省料，比砼梯形渠道节省材料25%～30%。
从近几年当地使用情况看，效果很好，因此本次设计斗、农渠及引水渠全部采用预制砼“U”型槽断面型式。
“U”型断面有关参数的计算公式见表4.5.2。
U型断面有关参数计算公式
表4.5.2
名称
符号
已知
条件
计算式
过水断面
A
r、α、h2
湿周
P
r、α、h2
水力半径
R
A、P
上口宽
B
r、α、H
直线段外倾角
α
r、B、H
圆心角
θ
r、B、H
圆弧段高度
h1
r、α
圆弧段以上水深
h2
r、α、h
水深
h
r、α、h2
衬砌渠槽高度
H
h、a1
U型断面
渠道横断面设计中所选参数，按照《规范》规定选取。
各断面参数见表4.5-3，渠道水力要素见表4.5-4。
渠道断面参数表
表4.5-3
断面型式
上口宽B（cm）
衬砌渠槽高度H（cm）
圆弧半径r（cm）
直线段倾角α（度）
U50
50
50
20
10
U40
40
40
15
10
斗渠水力要素表
表4.5-4
渠道名称
断面
型式
流量
（m3/s）
设计
水深
（m）
比降
i
糙率
n
流速
（m/s）
渠道
超高
△h（m）
斗渠
U50
0.11
0.35
1/500
0.017
0.73
△15
农渠一
U40
0.049
0.3
1/600
0.017
0.57
△10
农渠二
U40
0.048
0.3
1/700
0.017
0.56
△10
农渠三
U40
0.048
0.3
1/700
0.017
0.56
△10
为了施工、预制与运输方便每节长度为50～60㎝。
预制砼槽壁厚直线段为6cm，底部加厚，详细尺寸见图集。
4.6建筑物设计
根据现状地理条件及实际情况，对渠系建筑物作了合理的布置，建筑物主要有节制闸、进水闸、桥、涵、分水口等。
节制闸每分水口设1座，水口每30～50m设1座。
（1）节制闸、进水闸
本次设计新建节制闸、进水闸均采用一字闸。
节制闸的任务是当输水渠水位低于设计水位时，壅高至设计水位，以满足斗渠引水。
节制闸设计流量按输水渠各段流量设计。
根据《水闸设计规范》SL265-2001，确定工程等别为v等，主要建筑物为5级。
1）水力计算
a、闸孔选择
Q=σs·ε·n·b√（2g）·H01.5
式中:
σs——淹没系数
ε——流量系数
n——孔数
b——净宽（m）
H0——堰前水头（m）
经计算设计底宽小于渠道宽度即可过流，为减少水头损失，将闸孔底宽与渠道宽度一致。
详见节制闸、进水闸结构图。
b、消能
节制闸因过闸水头损失甚小,且渠道全部衬砌，故无消能与抗冲刷要求。
2）一字闸板设计
一字闸板为C20钢筋砼板，一字板埋深1.5m，板厚0.20m，按构造配筋即可。
（2）桥涵
本次设计的渠路交叉建筑物有砼管涵和箱涵两种，根据与相接的衬砌渠道的规格，管涵的规格按直径分为D500圆管涵。
由于箱涵结构稳定、受力条件好、经久耐用、造价高等特点。
（3）水口和出水三通
出水口采用C20砼，分为两种，即40×50cm、40×60cm。
进水口长150cm，高55cm，侧墙厚20cm，底厚10cm。
详见进水口结构图。
4.6.1田间典型工程设计
田间典型工程设计以第二斗渠第六农渠为典型单元进行设计。
农渠长度为620m，控制面积250亩，渠道比降1/300，断面为“U50”型，在该渠道上布置进水闸1座、节制闸6座。
田块规格：
宽度30～50m，长度240～300m。
渠系建筑物一览表
渠道名称
长度（m）
断面型式
数量（座）
节制闸
进水闸
水口
箱涵桥
涵管桥
农桥
出水三通
斗渠
800
U50
3
农渠1
800
U40
1
1
24
农渠2
800
U40
1
1
24
农渠3
800
U40
1
1
24
5、工程建设内容标准及布局
5.1建设范围及布局
铁门更项目区位于110国道南7公里处。
仅涉及1个行政村。
项目区地势较
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