灌溉渠道工程的設(shè)計及相關(guān)對策

張明生

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

農(nóng)田水利灌溉渠道工程主要是為農(nóng)業(yè)服務(wù)，因此在開展相關(guān)的設(shè)計建設(shè)工作時要從實際出發(fā)，根據(jù)灌溉需求、農(nóng)業(yè)發(fā)展需求以及當?shù)刈匀画h(huán)境特征等科學(xué)設(shè)計渠道工程，確保水利灌溉渠道工程能充分發(fā)揮作用。下面結(jié)合實際，對農(nóng)田水利灌溉渠道工程設(shè)計問題做具體分析。

1 農(nóng)田灌溉渠道工程設(shè)計原則

1.1 對節(jié)水灌溉與充分灌溉之間的關(guān)系進行合理優(yōu)化

在對農(nóng)田水利灌溉渠道工程進行設(shè)計時，要對節(jié)水與充分灌溉之間的關(guān)系進行合理優(yōu)化，既要滿足農(nóng)作物正常生長所需的水量，同時也要提高水資源利用率，減少農(nóng)田灌溉中的水資源浪費問題。因此，在進行具體的農(nóng)田灌溉渠道工程設(shè)計時，要遵循以下原則：要結(jié)合田間農(nóng)作物的具體種植方式、種類以及田間土地的坡度方向等，對田間渠道進行分級設(shè)計，如可以分為1 級、2 級等，以便結(jié)合農(nóng)作物的具體需求進行針對性灌溉，滿足其正常生長需求，提高水資源利用率。注意在對渠道工程進行修筑時，盡量選擇在作物播種、出苗前的時段，以免機械施工對農(nóng)作物造成損壞；同時還要結(jié)合農(nóng)作物種類，采取不同的渠道工程模式，滿足其差異化的用水需求，如蓄水量大的農(nóng)作物可以采取雙排渠道模式，蓄水量較少的農(nóng)作物可以選擇單排方式。此外，盡量不要使用串流、串排的方式，以提高水資源利用率為主，優(yōu)化資源配置，減少水資源浪費，強化節(jié)水農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

1.2 結(jié)合灌溉區(qū)地形地貌進行優(yōu)化設(shè)計

灌溉區(qū)的地形地貌對農(nóng)田水利灌溉渠道的功能發(fā)揮具有重要的決定性作用。因此，在對農(nóng)田灌溉渠道工程進行設(shè)計前，要對當?shù)氐木唧w地形地貌進行全面勘察，尤其要對當?shù)氐刭|(zhì)、土壤性質(zhì)、總降水量等數(shù)據(jù)進行全方位了解，同時也要對自然災(zāi)害、社會經(jīng)濟發(fā)展狀況進行調(diào)研，掌握基本的信息，從而開展詳細化和專業(yè)化的灌溉分析與評價，結(jié)合相關(guān)規(guī)定文件要求，以便對當?shù)厮Y源開發(fā)利用的潛在風(fēng)險因素進行深度挖掘與分析，并制定科學(xué)合理的應(yīng)對措施。在具體的設(shè)計過程中，如果遇到地形、地貌、水文條件差異較大的情況，可以結(jié)合實際需求對其進行劃分灌溉，設(shè)置不同的灌溉分區(qū)，進行針對性灌溉，從而提高水資源利用率，減少浪費，強化農(nóng)田灌溉質(zhì)量；在對農(nóng)田灌溉渠道進行布設(shè)時，要結(jié)合當?shù)胤N植面積較大的農(nóng)作物的習(xí)性、種植比例、土壤所需的濕潤深度、地下水補給量等進行分析，以便對渠道進行科學(xué)化布局，提高整體灌溉系統(tǒng)的科學(xué)性與合理性。

1.3 自流灌溉設(shè)計原則

在對農(nóng)田水利灌溉渠道工程進行設(shè)計時，要結(jié)合旱季農(nóng)作物的灌溉需求，盡量做好自流灌溉，也可以提高灌溉效果，優(yōu)化水資源配置，提高水資源利用率，減少資源浪費，推動當?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。在具體設(shè)計時，要注意盡量選擇地勢較高的水源地，對渠道進行優(yōu)化設(shè)置，可以借助地勢的落差，加快水流速度，實現(xiàn)農(nóng)田的自流動灌溉；在對自流渠道進行設(shè)計時，要結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況，優(yōu)化其抗洪澇的功能作用，例如需要設(shè)計相關(guān)的排水溝渠，以便在夏天降雨量較多的情況下，可以有效排出農(nóng)田中多余的水。在具體設(shè)計中，要注意把自流渠道與排水溝渠進行分開修建，如部分高海拔地區(qū)進行局部灌溉，洼地區(qū)進行局部提排；在對不同級別的渠道進行修建時，盡量不要出現(xiàn)彎道問題，確保其整齊、平直，防止受到其他構(gòu)造物阻斷，有效提升工程施工進度，減少施工費用，保障其穩(wěn)定安全運行，強化整體灌溉渠道工程的使用效率。

1.4 對干渠、支渠進行合理設(shè)計

在對干渠、支渠進行設(shè)計時，要結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況，采取針對性的設(shè)計方案，以便保證干渠、支渠工程設(shè)計和施工與具體的需求相適宜，提高灌溉渠道功能效用的發(fā)揮。在對平原灌溉區(qū)進行設(shè)計時，要對灌溉渠道的抗旱防澇功能進行優(yōu)化設(shè)計，以便在旱季能對農(nóng)作物進行充足灌溉，在降水較多的季節(jié)能有效排澇，保障農(nóng)作物的正常生長；在對常年降水量較多的灌區(qū)，可以結(jié)合具體地形進行灌排分開布局，尤其是在對排水渠道進行設(shè)計時，要注意避免對河壩以及土壤的沖刷，避免出現(xiàn)嚴重的土壤鹽堿化等問題。

2 農(nóng)田灌溉渠道工程設(shè)計要點與對策

2.1 縱斷面設(shè)計

在農(nóng)田灌溉渠道設(shè)計中，渠道縱斷面設(shè)計是一項重要內(nèi)容，縱斷面設(shè)計效果直接決定了渠道工程能否正常發(fā)揮功能。由于縱斷面設(shè)計十分重要，因此在正式設(shè)計縱斷面形式之前工作人員需進行實地勘察，查明灌溉區(qū)域的地形地勢特征，在此基礎(chǔ)上選擇等高線平行線位置來確定渠道工程縱斷面的走向?？v斷面走向確定后，設(shè)計人員還需對工程所在地的土壤性質(zhì)、降水特點、農(nóng)業(yè)灌溉需求等進行調(diào)查分析，在綜合考慮各項因素的基礎(chǔ)上科學(xué)設(shè)計渠道縱坡位置，同時參考縱斷面中心線來確定各樁點高程、渠道的頂部以及底部。設(shè)計渠道頂部高程需要參考借助渠道水位超高值以及水位高程進行。在通過上述計算確定出渠道縱斷面水位高程后，再根據(jù)當?shù)鼐唧w的灌溉需求準確確定渠道流量，計算U 型槽的縱向坡降等以及空斷面的尺寸，確保渠道縱斷面設(shè)計科學(xué)合理[1]。

2.2 橫斷面設(shè)計

橫斷面設(shè)計也是農(nóng)田灌溉渠道設(shè)計中的一個重點，渠道橫斷面的設(shè)計一般是結(jié)合灌溉工程的覆蓋范圍、當?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉需求等進行確定。經(jīng)調(diào)查得知，當前我國農(nóng)田灌溉渠道橫斷面多以矩形斷面或U 型斷面為主。結(jié)合實踐經(jīng)驗可知，農(nóng)田灌溉水利工程橫斷面的設(shè)計效果受多種因素影響，如不淤流速、渠道糙率、邊坡系數(shù)等。要想獲得最為理想的設(shè)計效果，設(shè)計人員就需綜合考慮以上影響因素。另外，農(nóng)田灌溉渠道工程的橫斷面還會受到當?shù)氐匦蔚刭|(zhì)的影響，如當渠道工程處于巖石地段時，渠道橫截面就多為矩形；渠道所處位置以及周邊地質(zhì)為土質(zhì)時，渠道橫截面多為梯形。但需要注意的是，以上設(shè)計原則只適用于大部分情況，并不適合所有工程。因此，在具體的設(shè)計活動中還需根據(jù)當?shù)氐膶嶋H土壤性質(zhì)，合理確定渠道工程的橫斷面形狀，從而保證渠道工程在建成后能充分發(fā)揮作用[2]。

2.3 渠道跌水設(shè)計

渠道跌水設(shè)計效果會影響整個農(nóng)田灌溉渠道工程的設(shè)計質(zhì)量，因此在具體的設(shè)計中工作人員要高度重視渠道跌水設(shè)計。具體來說，在進行渠道跌水設(shè)計時，工作人員要合理控制跌差，從而減小水阻力，提高灌溉效率。另外，在進行渠道跌水設(shè)計時工作人員需認真做好實地考察工作，在全面把握工程特性特點的情況下科學(xué)控制跌差，使農(nóng)田灌溉渠道工程能充分滿足當?shù)氐墓喔刃枨骩3]。

2.4 渠道流量設(shè)計

農(nóng)田灌溉渠道流量設(shè)計效果也是衡量渠道設(shè)計水平的一個重要指標。因此，在開展農(nóng)田灌溉水渠工程的設(shè)計工作時也需高度重視流量設(shè)計。具體來說，在計算以及確定水渠最佳流量時，設(shè)計人員應(yīng)先開展實地調(diào)研工作，通過調(diào)研掌握當?shù)氐臍夂蛱卣?、降雨特點以及地質(zhì)條件等，在此基礎(chǔ)上結(jié)合行業(yè)技術(shù)規(guī)范與實踐經(jīng)驗合理確定渠道流量，確保渠道工程能充分發(fā)揮出作用。在信息化時代，設(shè)計人員也可充分利用計算機、大數(shù)據(jù)、云計算等先進技術(shù)手段來構(gòu)建三維空間，在三維空間中精準計算渠道灌溉輸水損失、田間灌溉水損失等，最終實現(xiàn)對渠道流量的合理設(shè)計。

2.5 其他設(shè)計要點

在進行農(nóng)田灌溉渠道工程設(shè)計時，需遵循“安全性、經(jīng)濟性、耐久性”等原則，從當?shù)貙嶋H的灌溉需求出發(fā)，合理選擇渠道工程材料，延長農(nóng)田水利工程的使用年限，提高水利工程施工建設(shè)的經(jīng)濟效益、社會效益與生態(tài)效益。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，更先進、更環(huán)保、更優(yōu)良的水利施工材料開始在市場上涌現(xiàn)，在進行渠道設(shè)計時要科學(xué)運用先進材料以提高農(nóng)田灌溉渠道工程設(shè)計建設(shè)水平，也要根據(jù)不同農(nóng)田規(guī)模對渠道的級層進行設(shè)計，根據(jù)不同情況對不同形式渠道進行設(shè)計，確保渠道工程有較高的實用性[4]。

3 農(nóng)田灌溉渠道工程設(shè)計管理措施

3.1 優(yōu)化渠道工程設(shè)計方案

農(nóng)田灌溉渠道工程是重要的民生工程，在進行農(nóng)田灌溉渠道工程設(shè)計時必須高度樹立質(zhì)量意識，從當?shù)貙嶋H的灌溉需求出發(fā)來設(shè)計渠道形式、長度、流量等，形成科學(xué)合理的設(shè)計方案，為工程的施工建設(shè)及使用打好基礎(chǔ)。在設(shè)計過程中，設(shè)計人員要按照“因地制宜”的理念與原則合理選擇渠道位置、渠道橫截面、縱斷面形式等，使渠道工程能充分滿足當?shù)氐墓喔刃枨?。另外，由于農(nóng)田灌溉渠道工程的設(shè)計易受環(huán)境等因素影響，設(shè)計質(zhì)量較難控制。因此，要嚴格按照國家與行業(yè)制定的規(guī)范及要求，結(jié)合當?shù)貙嶋H情況建立設(shè)計質(zhì)量管控機制，對渠道工程的設(shè)計過程進行嚴格管理，確保設(shè)計方案科學(xué)可行。

3.2 引進先進的管理技術(shù)

在信息化時代，農(nóng)田灌溉渠道工程設(shè)計環(huán)境、設(shè)計標準、設(shè)計技術(shù)等均有了很大變化，傳統(tǒng)的設(shè)計管理模式與方法已很難適應(yīng)當前的管理工作?；诖耍O(shè)計人員及相關(guān)責(zé)任人就要在渠道工程設(shè)計管理工作中靈活引進現(xiàn)代化信息技術(shù)，構(gòu)建設(shè)計管理系統(tǒng)，對整個設(shè)計過程實現(xiàn)信息化管理，具體如在設(shè)計農(nóng)田灌溉渠道工程時，有關(guān)人員可對運用智能數(shù)據(jù)采集裝置以及數(shù)據(jù)處理軟件對各項設(shè)計數(shù)據(jù)進行收集與處理，并由信息化系統(tǒng)自動生成設(shè)計質(zhì)量報告，讓工程設(shè)計人員以及相關(guān)管理人員更直觀、更準確地發(fā)現(xiàn)渠道設(shè)計中的不足，查明設(shè)計方案中的缺陷并做出處理，進一步提升渠道工程設(shè)計水平。除此之外，也可運用BIM 技術(shù)進行虛擬施工，在虛擬施工活動中查找渠道工程設(shè)計方案中的問題并進行改進，避免渠道工程在施工建設(shè)及使用過程中出現(xiàn)任何質(zhì)量問題或安全問題[5]。

3.3 加強人員培訓(xùn)管理

為了使農(nóng)田灌溉渠道工程能在建成后充分發(fā)揮出作用，有關(guān)單位還可采取必要的培訓(xùn)教育與激勵管理措施,提高設(shè)計人員的專業(yè)技能與責(zé)任意識，確保各人員能嚴格按照技術(shù)標準與設(shè)計規(guī)范完成渠道設(shè)計工作，優(yōu)化渠道工程設(shè)計效果。

4 結(jié)語

農(nóng)田灌溉渠道工程的設(shè)計有較強的專業(yè)性，技術(shù)難度較高。在開展渠道設(shè)計時，要嚴格按照國家與行業(yè)的規(guī)定與要求，根據(jù)當?shù)貙嶋H情況合理選擇渠道縱斷面、橫截面形式，科學(xué)計算渠道跌水誤差與流量，全面保證渠道工程設(shè)計質(zhì)量。