灌溉排水工程優(yōu)化設(shè)計(jì)新方法探討

譚勇

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水利工程基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，灌排工程的多重作用也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，不再只為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。對(duì)于灌溉排水工程的新發(fā)展，需要采用新的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法來(lái)適應(yīng)全社會(huì)發(fā)展的需要。因此，針對(duì)灌溉排水工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)新方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：灌溉排水工程；優(yōu)化設(shè)計(jì)；水利工程；基礎(chǔ)設(shè)施

中圖分類號(hào)：S276 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.141

在我國(guó)，季風(fēng)氣候分布廣泛，降水的時(shí)間和空間分布不均，旱、澇災(zāi)害頻發(fā)，這對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了很大的影響。我國(guó)水利基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的提高作出了重要貢獻(xiàn)。灌溉排水工程是關(guān)系到我國(guó)國(guó)計(jì)民生的重要工程，是促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)農(nóng)民生活水平不斷提高的重要基礎(chǔ)設(shè)施。因此，對(duì)灌溉排水工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

灌溉排水工程的核心在于對(duì)區(qū)域內(nèi)水資源的合理配置，水量的分配和輸送由灌溉渠道完成，多余水量的輸送由排水溝渠承擔(dān)。關(guān)于灌溉工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要從而系統(tǒng)優(yōu)化方面來(lái)解決?，F(xiàn)階段，針對(duì)水利工程渠道溝管的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，主要的解決方法是將其轉(zhuǎn)換為求極值的高階隱函數(shù)形式，比如試算法、圖解法、查圖表法和抽樣法等。這些方法工作量大、精度差，迫切需要現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法的改革，從而不斷提高水利工程的適應(yīng)能力，延長(zhǎng)其使用壽命，促進(jìn)灌溉排水工程的可持續(xù)發(fā)展。

1 優(yōu)化設(shè)計(jì)和改造方法

1.1 系統(tǒng)布置和斷面設(shè)計(jì)

關(guān)于渠道設(shè)計(jì)，其橫斷面和縱斷面設(shè)計(jì)是相互聯(lián)系、不可分割的。在設(shè)計(jì)有關(guān)渠道斷面的方案時(shí)，要綜合考慮縱斷面與橫斷面的關(guān)系，反復(fù)對(duì)比二者后展開(kāi)交替設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使渠道和排水溝滿足平面穩(wěn)定和縱向穩(wěn)定的要求。平面穩(wěn)定，即溝渠在工作時(shí)無(wú)左、右搖擺，溝床和兩岸無(wú)淤積和沖刷；縱向穩(wěn)定，即溝渠在工作時(shí)，無(wú)沖刷、淤積或沖淤平衡。此外，各級(jí)溝渠間的水位銜接應(yīng)合理、無(wú)塞水現(xiàn)象，這就需要合理布置各級(jí)溝渠間的線路和比降，且保證上級(jí)溝渠的溝底高于下級(jí)溝渠的溝底。

1.2 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的施工要點(diǎn)

設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)渠道的功能和不同的灌溉取水方式來(lái)設(shè)計(jì)溝渠和渠系建筑物的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)河流取水、灌溉取水和灌區(qū)情況，目前，主要有無(wú)壩引水、有壩引水、抽水引水和水庫(kù)引水四種方式。無(wú)壩引水是指在水源豐富、水位流量合適的河流附近修建進(jìn)水閘，作為取水口引水灌溉；有壩引水是指在水源豐富、水位不適宜的河道上修建可抬高水位的建筑物來(lái)引水灌溉；抽水引水是指在灌區(qū)較高、水源豐富的地區(qū)就近修建抽水建筑和設(shè)施來(lái)引水，最常見(jiàn)的即機(jī)電排灌泵站，由泵房、電動(dòng)機(jī)和進(jìn)水池等組成，還需配備閘門(mén)、清污設(shè)備和斷流設(shè)備等；水庫(kù)取水是指在水源匱乏、水位較低的河流中修建水庫(kù)，從而調(diào)節(jié)水量的取水方式。在采用上述引水方式時(shí)，需要重點(diǎn)考慮主要建筑物和調(diào)蓄工程的地基處理措施，合理選定防滲、抗凍脹等措施，并在滿足灌溉功能的同時(shí)，考慮施工條件、建筑材料和工期。

1.3 排水工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)

排水溝只具有排水功能，起不到節(jié)水作用，因此，在設(shè)計(jì)排水溝時(shí)，只做防滲即可。目前，渠道防滲的方法主要有土料夯實(shí)防滲、三合土護(hù)面防滲，用石料、磚塊和混凝土襯砌渠道等。土料夯實(shí)防滲是指在渠床表面涂抹涂料層，以起到防滲效果，具有應(yīng)用廣泛、效果好、取材易和造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，常使用的技巧包括壓實(shí)渠床土坡、利用黏土和砂黏土等；三合土護(hù)面防滲是指將由石灰、砂與黏土攪拌而成的三合土涂在渠床表面的防滲方法；為了達(dá)到防滲效果，襯砌渠道時(shí)應(yīng)盡量就地取材，比如，在山區(qū)可采用塊石、卵石、片石等石料，在平原地區(qū)可采用磚塊或混凝土，采用混凝土襯砌渠道時(shí)，要綜合考慮混凝土襯砌的施工方式、混凝土的強(qiáng)度和混凝土的板厚等問(wèn)題，并注意混凝土的施工質(zhì)量。

2 生態(tài)化設(shè)計(jì)

2.1 灌溉渠道生態(tài)化設(shè)計(jì)的原則

在灌溉渠道的建設(shè)過(guò)程中，保證輸水效益是工程建設(shè)的關(guān)鍵，也是水利工程設(shè)計(jì)中最不可忽視的重要環(huán)節(jié)。與排水溝的優(yōu)化設(shè)計(jì)相比，灌溉渠道的優(yōu)化設(shè)計(jì)必須更加注重渠道防滲和水流速度。因此，在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)本著生態(tài)化設(shè)計(jì)理念，遵循生態(tài)化設(shè)計(jì)原則，以確保灌溉渠道的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法必須保證渠道的輸水功能不受影響；生態(tài)化優(yōu)化設(shè)計(jì)必須保證渠道的安全系數(shù)，保證渠道符合安全設(shè)計(jì)要求，尤其是對(duì)于有結(jié)冰期的寒冷地區(qū)，更應(yīng)采取防凍脹措施；在生態(tài)化優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提下，灌溉排水工程的設(shè)計(jì)應(yīng)以自然環(huán)境為主，所采用的設(shè)計(jì)措施也應(yīng)盡量減少對(duì)自然環(huán)境的破壞，維持施工地點(diǎn)的生態(tài)平衡，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)可再生功能得以發(fā)揮作用的條件；為了保證灌溉排水工程建設(shè)的順利進(jìn)行，應(yīng)將施工對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響控制在最小限度內(nèi)，保證本區(qū)域內(nèi)野生動(dòng)物的自由活動(dòng)不受限制，保證水域與陸域間的通行順暢度，保證渠道上、下游野生動(dòng)物的活動(dòng)權(quán)利不受侵害，因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡最大限度地降低阻隔橫越構(gòu)筑物的建設(shè)頻率。

2.2 灌溉渠道生態(tài)化設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

對(duì)于灌溉渠道而言，有灌溉期與非灌溉期之分。當(dāng)灌溉渠道處于灌溉期時(shí)，渠道內(nèi)水位高、水流速度快；當(dāng)渠道處于非灌溉期時(shí)，情況相反，渠道內(nèi)甚至?xí)霈F(xiàn)干涸現(xiàn)象。鑒于兩個(gè)時(shí)期的水位差異過(guò)大，所以，在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須采取相應(yīng)的防范措施。通常情況下，與排水溝共通的緩坡設(shè)計(jì)、多孔質(zhì)空間和擾流結(jié)構(gòu)屬于生態(tài)工法，在渠道防滲方面必須與生態(tài)化相結(jié)合，尤其是在非灌溉區(qū)，更應(yīng)注重灌溉渠道的最低流量設(shè)計(jì)。因此，在實(shí)踐操作中應(yīng)注意以下3點(diǎn)：①緩坡設(shè)計(jì)。在渠道護(hù)岸占用允許占用耕地的前提下，可視緩坡設(shè)計(jì)為渠道環(huán)境的延伸，為區(qū)域內(nèi)兩棲動(dòng)物或其他水陸域動(dòng)物的遷徙創(chuàng)造條件。此外，緩坡設(shè)計(jì)也可對(duì)水位變化起到緩沖作用。②混凝土與塊石的結(jié)合。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)采用漿砌塊石法，石頭外側(cè)無(wú)需填筑砂漿，利用石頭的天然材質(zhì)營(yíng)造多孔質(zhì)空間環(huán)境，從而為區(qū)域內(nèi)的昆蟲(chóng)創(chuàng)造合適的棲息環(huán)境。在常水位以下的渠道位置，應(yīng)采用混凝土襯砌的設(shè)計(jì)形式，保證渠道的輸水效率，從而確保渠道設(shè)計(jì)滿足防滲、提高輸水效率、維持生態(tài)平衡的需求。③造型模板混凝土護(hù)岸。在澆筑過(guò)程中，應(yīng)充分考慮輸水穩(wěn)定性，發(fā)揮造型模板的多孔、防滲作用，從而保證渠道的美觀度、使用性能和生態(tài)景觀功能。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施不斷趨于完善。水利工程建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，在其優(yōu)化設(shè)計(jì)中更應(yīng)充分考慮與生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性，尤其是在灌溉排水工程的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了保證工程的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益最大化，必須充分考慮當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩硖卣骱腿宋牡乩硖卣?，尋求最佳的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)灌溉排水工程的可持續(xù)發(fā)展。

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〔編輯：張思楠〕