深井节灌技术在水土保持中的应用实践

　　深井节灌技术在水土保持中的应用实践摘要：“深井”兼具北方“水窖”的功能，蓄浅层地下水和拦截地表径流，水源可靠性高，成井技术难度小，易于普及，与节灌技术相配套，对解决旱区农业用水，提高造林成活率，减轻水土流失效果显著。针对川东旱区的干旱特点和水文地质特征，深井节灌技术有极大的推广价值。关键词：深井节灌水土保持川东旱区深井节灌技术属集流节灌技术的一种，它包含两个内容：一是利用深井集流，兼蓄浅层地下水和人工补给地表水；二是在利用深井水的方式上，采取节水灌溉技术之一的喷灌，部份地方由人工挑灌，达到最佳的利用效果。这里所说的“深井”，亦兼具北方“水窖”的作用，其深度一般为8米以上，相对普通水井要深。该技术对拦蓄地表径流，保证旱片农业用水、提高造林成活率、减轻水土流失有非常明显的效果。一、在平昌推广应用的必要性及可行性平昌县位于大巴山南麓，境内多属深丘低山地貌，是川东北旱灾频繁区。我县水利化程度平均仅22.4%，最低的得胜区仅13.8%，最低的西兴区佛楼乡仅6.6%。据水利工程与水土流失的分布调查表明，凡是严重缺水的地方必然是水土流失严重的地方，二者内在联系紧密。由于受地形的局限，一些地方不宜修建骨干水利工程，出现旱片死角，而且虽然我县年均降雨量在1100—1200mm，但是降雨在时空上分布极为不均。据县气象局统计，夏旱出现的频率为52.8%，伏旱出现的频率为67%。高频率的旱灾导致农业滞后，荒山造林成活率极低；区域水系紊乱，植被稀疏，造成固土、涵养水源的功能降低，直接加剧了水土流失，如此形成恶性循环。大量实践证明，没有水的农业造林植树其成效无疑难以得到保障，治理水土流失首先要解决蓄水、保水、节约用水的问题。我县地下水都属岩裂隙水，由于降雨量充沛，径流条件好，循环交替积极，而且一般远离污染源，受污染的机会小，充分利用地下水是完全可行的。为了推广该项技术，我们在云台铺垭村、尖山七里村进行了深井节灌技术在农业和水土保持造林两个方面的试点，取得了成功。二、深井喷灌技术在农业试点区的具体应用(一)试点区的基本情况及井位规划\n试点区涉及铺垭村的四社、五社，位于通河右岸一级阶地上，阶地后山雄厚，属地下水较丰富的地形。试点区是该村历年旱象最严重的社。井位规划主要综合考虑了三个方面的因素：一是集流环境，二是灌溉需要，三是建井条件。机井位置主要选择在：1、在灌溉农田附近，引水、取水方便，一般在田旁地角。2、地下水丰富，埋藏浅，井深不大。3、有一定的集流面，降水后能形成地表径流，通过人工措施能汇集到井里。4、建井地质条件好，避免在山洪沟边，陡坡、陷穴、滑坡、堆积层等地。根据以上几项井位选择要点，在试点区初步规划了机井30口。(二)成井技术及配套设施1、机井设计在试点区所建的均为非完整圆筒式大口井，井内径为1.8m，井深8—10m不等，蓄水15m3左右。地下水进水方式为井壁、井底同时进水，地表水则通过沉沙过滤池，再穿过埋置的斜管注入井内。机井主要包括井筒、过滤层、井台、井盖几个部份。1>井筒井筒是成井的关键，即要有足够的强度，又要在井壁上设透水设施。井筒分三部分：不透水层部份的井筒、含水层部分的井筒、底盘。不透水层部分的井筒做成隔水、采取浆砌砖、石、砼预制块或观浇砼。试点区采用标号M7.5砂浆浆砌砖、块石。透水层部分的井筒采取干砌砖石或现浇无砂砼。试点区采用干砌砖、块石，为了保证井筒强度，按深度方向每隔1m设置预制钢筋混凝土圈梁，梁高为0.12m，宽与井壁厚一致。底盘即井筒底部与基岩接触部位，为避免井筒沉降，底盘采用规则条石干砌，高0.3—0.4m，内径与井筒内径相同，外径大于井筒外径0.2—0.3m。底盘料石的规格为长0.5—0.6m，高0.3—0.4m，宽0.3—0.4m。井筒厚度。根据部颁标准SD188—86《农用机井技术规范》推符的经验公式确定：δ=0.1D2+C3δ—井筒壁厚，m；D2—进水部份的井筒直径，m；C3—经验系数，砖砌为0.1；砌为0.18m；试点区的井筒厚按此式确定为：砖砌厚度为0.25cm；块石砌厚为0.33m，取0.40m。井筒厚度上下一致。2>过滤层\n过滤层是保证井水水质及防止机井淤积的重要设施。过滤层设在会水层部份的井筒周围和井底。含水层部位井筒周围的过滤层分三层，滤料粒径由外至内逐渐加大，试点区土质为壤土，其滤料外层为粒径3mm的中砂厚0.15m，中层为粒径15mm的豆石厚0.15m，外层为粒径为60mm的卵石厚0.10m，滤层总厚0.40m。井底过滤层厚度0.70m，从下向上依次为：粒径3mm的中砂厚0.30m，粒径为15mm的豆石厚0.20m，粒径为60mm的卵石厚0.20m。反滤层扣一层厚0.03m的多孔砼板，板上留孔间距5cm，孔径4cm。3＞井台井筒高出地平面0.40m，井筒顶与地表做成坡比1∶2.5的排水坡，排水坡用素土夯实或铺石板。4＞井盖井盖用钢筋混凝土预制板做成，井盖中留直径0.30m的孔，井盖厚0.06m。考虑人工挑水的井不设井盖，但需设高0.7m的拦杆。2、机井施工机井采用大开槽法施工，人力牵引用滑轮起吊挖土，一个施工组5人，一人牵引起吊，一人吊土，二人开挖，一人装土，当有地下水渗出时，用潜水泵排水，无电源的地方用柴油机动力抽水机抽排。机井开挖边坡为1∶0.3，当地质状况不良时，考虑用木板支撑。起吊上去的弃土堆码坡脚至挖方上口距离1.2m。基础开挖成功后，开始安砌井筒，边安砌边填井筒周围的反滤层。井筒成功后最后清除井底淤积物，铺设井底反滤层。3、配套设施配套设施主要是地表水集流措施，包括截水沟、沉沙凼、进水管三部份。截水沟即是把高于井位的地面作为集流场，用截水沟拦截地表水，引至沉沙凼。沉沙凼凼底设反滤层，滤料上层粒径为3mm粗砂厚20cm，中层为粒径为15mm豆石厚20cm，下层为粒径为60mm卵石厚35cm，底层为干砌石板，石板与凼底留15cm高的集水区，从集水区安装φ65的硬塑管至井内。沉沙凼净空尺寸为长1.2m，宽0.8m，用M7.5砂浆浆砌条石构成。4、机井运行维护1＞经常检查沉沙凼，清除凼内淤泥，如果滤料被破坏或淤塞严重，则要对滤料进行清洗，重新设置。2＞保证截水沟畅通。3＞查看井筒是否稳固。4＞观察井内地下水出水状况，如不良好，则需对井底的淤泥进行清除，对井底反滤层进行清洗，重新设置。\n5＞因机井在野外，需作必要的宣传，做到大家爱护，而且注意安全。(三)与喷灌技术的配套应用我国水资源十分缺乏，在旱片区采用特殊措施蓄积的水尤显珍贵，传统落后的灌溉方式显然已不适应，为了节约用水，我们在试点区选择了喷灌作为节灌方式。喷灌具有机动性强、对水的利用率高、灌溉均匀度好等优点。1、基本情况试点区土壤属壤土，土壤容重为1.5g/cm3，田间持水量为22%(重量比)，允许喷灌强度为P允=12mm/h，地块基本为梯平地，允许喷灌强度无降低。主要作物为冬小麦、油菜、蔬菜，三种作物的临界需水量相近，按油菜作近似设计。经县农业局提供的数据，油菜灌水临界期平均日需水量Ep=3.2mm/d，作物计划湿润层深h=35cm，适宜土壤含水量上下限取田间持水量的65%—80%，取中等风速的喷洒水利用系数η=0.85。2、灌溉制度的拟定1＞设计灌水定额。据国标GBJ85—85《喷灌工程技术规范》提供的公式：式中：m——设计灌水定额，mm；γ——土壤容重，kg/cm3；h——计划湿润层深度，cm；β1β2——适宜土壤含水量上下限(重量百分比)；η——喷洒水利用系数。则2＞设计灌水周期据公式计算，按干旱情况下，同期降雨量为0，则作物日需水量即为Ep3、喷灌系统选型及灌区总体布置由于机井蓄水量小，为了保证喷灌机具的灵活性，选择定喷式手抬喷灌机组，即首先固定在一口井实施喷灌，完毕后把机组抬至另一口井工作。喷头利用塑料管延伸至受喷区，移动轮灌。4、喷头选型及校核\n油菜、小麦、蔬菜要求的雾化指标应在3000～4000范围内，考虑到油菜、小麦在花期需要喷灌，故选择喷头时其雾化指标应符合上限要求。而且喷头射程还要考虑山区地块的狭长特性，射程远近要适宜。综上几项要求，选择Py115型喷头，喷嘴直径d=5mm，工作压力hp=200Kpa，喷头流量1.23m3/h，喷头射程R=15m，设计喷灌强度Ps=1.75mm/h。该喷头的雾化指标hp/d=20000/5=4000，Ps＜P允，喷头各项指标适宜。5、喷头在一个点上的工作时间因机井分散，机井容积小，因此适宜单喷头工作。为了喷洒全面，虚拟喷头组合考虑中等风速影响，组合间距取a=1R，b=1.3R，则实际一个喷头控制面积为ab=1.3R2=292.5m2=0.44亩。喷头在一个点的工作时间为：t=abm/q=4.76h，即4小时45分。6、一台机组每天移动的井位数，即每个喷头每天的喷点数据规定，半固定管道喷灌系统工作时间为12h，本地取10小时，即一台机组每天移动井位数为：n=10/4.76≈2次。即每天搬移2次。7、需要的机组数试点区共有30个井位，则np=30/nT=30/10=3(台)，即试点区需设置3台喷灌机组。一个周期内一口机井的地下水基本可以复原至原水位，为下次轮灌作准备。8、喷灌管道及水力计算喷灌管道的输水管采用涂塑软管便于移动，公称内径为25mm，工作压力0.8Mpa，在喷头工作压力内。进水竖管采用公称内径为25mm的硬塑管，长1.2m。考虑移动距离，每台机组输水管长50m。水力计算根据国标GBJ85—85《喷灌工程技术规范》提供的公式计算水头损失，局部水头损失按hj=0.05hf。式中hf——沿程水头损失，m；f——摩阻系数，查表f=0.948×105；L——管长(m)，此处L=51.2m；Q——流量(m3/h)，此处Q=1.23m3/h；d——管内径(mm)，此处d=25mm；m——流量指数，此处m=1.77；b——管径指数，此处b=4.77；则则动力扬程应大于喷头的工作压力加上管道水头损失，扬程应大于21.58m。9、水泵选型\n选用水泵型号为DBZ—370的自吸泵，其配套功率370soNormalstyle="LAYOUT-GRID-MODE:char;TEXT-INDENT:31.5pt;LINE-HEIGHT:125%">10、运行维护主要是对井内水位的掌握，测量水位采用测绳法，即准备一根塑料绳，按每10cm作上标记，绳长9m，绳子一端系上测筒。测筒用长8cm直径5cm的竹筒做成，可在筒内填上水泥砂浆以增加竹筒重量。运行时将测绳投入井内，读取显露于井口外的测绳长度，即为井内水深。运行前测一次水深后，根据运行时间的长短，随时掌握井水深度，防止机组空运行。三、深井节灌技术在水土保持造林试点区的具体应用我县光山秃坡面积大，现存50万亩，政府和当地群众费了不少人力物力，但年年栽树不见树，秃山依旧。究其根本原因，是忽视了在造林区的水源建设，为造林而造林，一遇旱象，幼树自然不能成活，不但树没了，而且在造林过程中的整地行为破坏了地表，治理水土流失的行为反而变成了人为造成水土流失的行为。位于尖山七里村的试点区由四个起伏较低的小山丘组成，面积约560亩，造林前是荒山秃岭，林业部门曾在此植过树，农业部门也在此搞过开发，但终因缺水而失败。我们借前车之鉴，在该水土保持造林工程中应用了深井节灌技术结合鱼鳞坑整地措施，解决了一直困扰旱区造林成活率低的问题。深井的成井技术基本与前节相同，只是在无地下水的部位，将井改成了水窖，即将井筒壁井底封闭，防止渗漏。对井水的利用一般用人工挑灌，离电源近的地方采用了喷灌技术，对水的利用率在0.9左右。试点区的树种选择了耐干旱瘠薄，灌水周期长，根系发达，水保功能好的栀子，栽植株行距为1.0m×1.5m，造林密度为450株/亩。干旱期每株树的灌水定额约8kg，每口井的水量能浇灌3.8亩林地，试点区150口井(窖)较彻底地解决了林地干旱问题，目前栀子成活率高达91%。四、在试点区的效益深井节灌技术在两个试点区的，效益明显。1、灌溉作用好。由于兼蓄了地下水、地表水，不存在水井缺水状况，当降雨时，地表水可以蓄积到井内，部份逐渐补给入渗到地下，无雨干旱时，可以充分利用地下水，灌溉水基本能得到保障。据调查，试点区得到灌溉的农田，蔬菜增产了40%，其它粮经作物增产了27%，水土保持造林成活率达到91%以上。\n2、节水效果好。喷灌技术是一项先进的节水技术，对水的利用率可达0.95，比普通的漫灌、畦灌、沟灌要节水50%以上。对于旱区的灌溉只能适用节灌技术和实施综合节水农业措施，不仅因灌溉水量十分有限，而且节水农业是我国农业的趋势。3、水土保持作用显著。由于利用了一些水保措施，理顺了局部水系，减轻了对土壤的冲刷，尤其提高了水土保持造林的成活率，拦截水土的效果明显，大大减轻了水土流失。五、深井喷灌技术在我县的实用性及应用前景1、我县在解决旱片死角的灌溉问题上，曾建了不少微水池，深井与微水池相比，有许多优点：一是占地面积小。一个微水池一般占地75m2，深井占地仅4m2；二是投资省。微水池投资在7000元/口左右，而深井投资仅1200元左右；三是深井不易渗漏、不易蒸发，蓄得住水，而微水池很容易发生渗漏，蒸发量大，而且仅蓄地表水，可靠性小；四是易操作。建一个微水池土石方量在350～400m3左右，而打一口深井土石方量仅50m3左右；建一个微水池需工日460个，打一口井仅需工日70个。打井3—5人即可操作，建池则需10人以上；五是选址容易。深井容积小，兼蓄地下水和地表水，对集雨面积的大小要求低，容易普及，对解决一些地形地势不利的旱片死角更容易；六是管理方便。深井由于容积小，灌面小，一般归1户或2户人所有，管理责任明确。2、我县积累了打人畜饮水井的经验，有打井建池兴修水利的积极性，推广深井节灌技术有深厚的群众基础和充分的技术保障。3、如前文所述，针对平昌的干旱特点和水文地质特征，深井节灌技术在我县有极大的推广价值，有广泛的应用前景。