農(nóng)田水利灌溉渠道工程設(shè)計(jì)研究
——以新疆地區(qū)為例

楊澤慧

新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830002

我國(guó)水利建設(shè)正處于從工業(yè)水利工程時(shí)代向水資源綜合開發(fā)時(shí)代過渡的階段，然而水資源開發(fā)周期較長(zhǎng)，這意味著未來的5～10年將會(huì)迎來我國(guó)水利工程建設(shè)的高峰期。國(guó)家“十三五”172項(xiàng)重大水利工程中就有新疆的阿爾塔什水利樞紐，可見新疆地區(qū)必須加大農(nóng)田水利設(shè)施的建設(shè)力度，提高農(nóng)業(yè)方面的收入，解決農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)的困境。

1 農(nóng)田水利灌溉渠道工程設(shè)計(jì)原則

1.1 節(jié)水和充分灌溉原則

當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)田灌溉技術(shù)依然以漫灌為主，主要方法是直接從水源處開挖渠道，讓水資源流入農(nóng)田中心。但是應(yīng)用這種方式時(shí)，如果輸水距離較遠(yuǎn)，渠道的材料是土質(zhì)，那么就會(huì)出現(xiàn)不同程度的水資源浪費(fèi)現(xiàn)象。因此，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，首先要遵循節(jié)水和充分灌溉原則。（1）設(shè)計(jì)人員要依據(jù)農(nóng)作物的種植方向，考慮土地的平整程度，設(shè)計(jì)1～2級(jí)的田間渠道，在農(nóng)作物播種和出苗之前應(yīng)用機(jī)械方式修筑，農(nóng)作物收割之后需要在第一時(shí)間內(nèi)填平。（2）設(shè)計(jì)人員要依據(jù)不同農(nóng)作物的需水量，結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求設(shè)置雙排或單排式渠道，避免水資源的浪費(fèi)，從而避免出現(xiàn)串流、串排等現(xiàn)象，顯著提高水資源的利用效率。

1.2 灌溉區(qū)地形地貌設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)人員首先要對(duì)灌溉區(qū)域的地形地貌展開全方位的勘察，充分了解當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)類型、年降水量、年蒸發(fā)量、自然災(zāi)害特點(diǎn)等，形成專門的基礎(chǔ)資料，然后展開綜合分析。依據(jù)《水資源評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL/T 238—1999），對(duì)水資源類型和質(zhì)量進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，針對(duì)開發(fā)過程中可能存在的各種問題，提前制訂好預(yù)防措施，避免問題的出現(xiàn)和影響面積的擴(kuò)大。例如，對(duì)于大型灌溉區(qū)域的地形地貌來說，其數(shù)據(jù)差異較大，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)將其進(jìn)行具體劃分，依據(jù)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)作物種類、種植比例、計(jì)劃濕潤(rùn)土層深度以及地下水補(bǔ)給量等參數(shù)，提前對(duì)渠道展開科學(xué)布局，為后續(xù)的建設(shè)工作做好鋪墊。

1.3 自流灌溉設(shè)計(jì)原則

農(nóng)作物灌溉的關(guān)鍵時(shí)期為春夏兩季，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)要讓其達(dá)到自流灌溉的效果，這樣不僅能夠節(jié)約水資源，還能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的灌溉，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)。在設(shè)計(jì)時(shí)可以遵循如下原則：（1）在相對(duì)地勢(shì)較高處設(shè)置灌溉渠道，這樣因?yàn)榈匦囊梢约涌焖魉俣?；?）設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足抗洪、抗?jié)车囊?，特別是在夏天時(shí)，自然災(zāi)害的發(fā)生概率更高，要在地勢(shì)較低的地方設(shè)置排水溝渠，并且應(yīng)注意自流渠道和排水渠道要分開修建，這樣才能最大程度上發(fā)揮其作用；（3）在設(shè)計(jì)各類渠道時(shí)，設(shè)計(jì)人員要遵循整、齊、直等要求，彼此之間盡量不要間隔建筑物，這樣不僅能夠降低修建成本，還能夠減少以后的維護(hù)維修等工作，使渠道利用率更高。

1.4 干、支渠布置設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要遵循因地制宜的原則，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的有害風(fēng)向布置條田的方向，在此基礎(chǔ)上分析并布置干、支渠。新疆的綠洲主要位于沖洪積扇傾斜平原上，大部分時(shí)候都處于河流的中下游段，因而設(shè)計(jì)人員必須全面考慮該區(qū)域是否經(jīng)常發(fā)生洪澇旱災(zāi)，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，避免農(nóng)作物遭受洪澇的傷害，要設(shè)計(jì)專門的蓄水功能，使得在干旱時(shí)期也不會(huì)出現(xiàn)水資源不足的情況。地下水位高的下游灌區(qū)水資源一般較為豐富，因此設(shè)計(jì)人員可以采取灌排分開的方式布置，在排水的過程中注意降低水流量對(duì)河壩土壤的沖刷程度，并提前做好相關(guān)預(yù)防措施，以避免土壤鹽堿化。

2 農(nóng)田水利灌溉渠道工程的具體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員需要依據(jù)不同地區(qū)之間的差異性，充分遵循上述設(shè)計(jì)原則，加大對(duì)建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的勘察力度，計(jì)算出工程量和水資源利用率；全面調(diào)查和記錄影響因素和數(shù)據(jù)，確定引水流量，而后依據(jù)流量數(shù)據(jù)再對(duì)斷面展開設(shè)計(jì)。最后，設(shè)計(jì)人員要準(zhǔn)確計(jì)算出工程量，設(shè)計(jì)出圖紙，積極和施工人員交流溝通，交代細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng)，以此避免個(gè)別施工人員不嚴(yán)格按照?qǐng)D紙施工的情況，在最大程度上保障渠道工程的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

2.1 計(jì)算渠道引水量

作為農(nóng)田水利灌溉渠道工程的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，渠道引水流量的計(jì)算主要是指灌溉凈流量和損失流量的綜合。因此，設(shè)計(jì)人員必須全面了解當(dāng)?shù)貐^(qū)域內(nèi)部的水源條件、農(nóng)田土質(zhì)、渠道長(zhǎng)短等多方面參考數(shù)據(jù)，然后在計(jì)算過程中以灌溉制度為依據(jù)，以及需要控制的灌溉面積等，考慮同一時(shí)期內(nèi)不同農(nóng)作物灌溉需要的水量，從而進(jìn)行合理有效的計(jì)算。計(jì)算公式為

Q=灌水定額×灌溉面積×灌溉天數(shù)×86400×渠道有效利用系數(shù)

其中，渠道有效利用系數(shù)是設(shè)計(jì)人員依據(jù)不同渠道在引水過程中的滲漏和蒸發(fā)損失確定的，一般來說，干渠的取值為0.5～0.7，支渠的取值為0.6～0.8，渠道采用砌筑的固定方式，取0.8～0.9。

2.2 設(shè)計(jì)渠道斷面

合理設(shè)計(jì)渠道斷面，以達(dá)到降低能量損耗的目的。斷面的類型、流速和比降等因素有密切聯(lián)系，因此設(shè)計(jì)人員在實(shí)際的操作過程中應(yīng)滿足如下要求：（1）確定渠道比降和流速。如果比降較大，那么水資源的流速就較快，渠道斷面就可以適當(dāng)縮小，以此節(jié)省材料。但是如果灌溉面積較小，一般來說水流量對(duì)于渠床的沖刷就比較嚴(yán)重。如果比降過小，也會(huì)導(dǎo)致流速快，水中淤泥就非常容易出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，隨著時(shí)間的推移，管道就會(huì)被堵塞，最終降低輸水能力。通常設(shè)計(jì)中干支渠的取值范圍為1/2500～1/500，斗渠的取值范圍為1/1500～1/200。（2）針對(duì)渠道邊坡的設(shè)計(jì)，主要目的是提高灌溉水傳輸效率，坡度一般用l∶m表示，l表示斜坡的垂直高度，m表示斜坡的水平距離，也稱邊坡系數(shù)。如果m的數(shù)值過小，那么邊坡就會(huì)變得很陡峭，當(dāng)渠道斷面呈矩形時(shí)，m為零。（3）設(shè)計(jì)斷面時(shí)，設(shè)計(jì)人員要依據(jù)流量對(duì)水力展開準(zhǔn)確的計(jì)算，以此作為參考依據(jù)。一方面，橫斷面尺寸需要滿足灌溉的實(shí)際要求；另一方面，尺寸大小還要確保渠床處于穩(wěn)定安全的狀態(tài)。從縱向來看，必須保證渠道不會(huì)發(fā)生沖刷和淤泥沉降的情況，從平面來說，水流輸送需具有穩(wěn)定性。

2.3 設(shè)計(jì)渠道取水方式

設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合不同工程的建設(shè)規(guī)模選擇取水點(diǎn)，并對(duì)水源展開合理的分類。其中，灌溉水源通常劃分為兩種：自流灌溉水源和提取灌溉水源。對(duì)于自流灌溉水源，設(shè)計(jì)的時(shí)候水位高度應(yīng)選擇在合理位置，結(jié)合高度差、灌溉距離進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于提取灌溉水源，由于該方法的耗能嚴(yán)重，工程煩瑣，一般應(yīng)用得較少。

2.4 設(shè)計(jì)防滲水渠

當(dāng)前的防滲渠道設(shè)計(jì)十分常見的為梯形襯砌，設(shè)計(jì)人員需要注意以下幾點(diǎn)：（1）在沙礫墊層的施工過程中，必須將材料充分鋪均勻，用人工方法細(xì)化邊坡，用平板振動(dòng)機(jī)壓實(shí)邊坡，并尋找平整坑洼。（2）在鋪設(shè)復(fù)合土工膜時(shí)，要講究方式方法，合理的方法能夠有效減少渠道水的下滲，提高水資源的利用率。在接搭施工時(shí)，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)向施工人員提供技術(shù)細(xì)節(jié)，以提高施工質(zhì)量。（3）在設(shè)計(jì)渠道襯砌時(shí)，施工人員要做好相關(guān)施工縫的處理，將伸縮縫設(shè)置在對(duì)應(yīng)的區(qū)域中從而有效減少渠道管道的熱脹冷縮情況，使水流傳輸更加穩(wěn)定高效。在將渠道水輸送到農(nóng)田時(shí)可以采取一些減壓措施，減緩渠道水的流速，通過增加支流，大面積灌溉農(nóng)田，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。

2.5 合理布置渠系建筑物

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)水位和流量的有效控制，設(shè)計(jì)人員還可以在合適的位置增添一些輔助設(shè)備。在布置規(guī)劃這些建筑物的時(shí)候，也要充分全面地考慮各個(gè)影響因素，優(yōu)化渠線，以達(dá)到灌溉的目標(biāo)。（1）確保建筑物不會(huì)阻礙工程順利運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)阻礙輸水功能的現(xiàn)象，不會(huì)發(fā)生渠道之間的交叉情況，既能夠滿足農(nóng)田用水需求，又能優(yōu)化輸水效率。（2）建筑物不僅要能調(diào)節(jié)渠道水位和流量，還要能在一定程度上降低水流量損失，從而節(jié)能減耗，提升水流量的穩(wěn)定性。（3）應(yīng)將建筑物的輔助作用充分發(fā)揮出來，設(shè)計(jì)人員可以將多個(gè)建筑物規(guī)劃在同一區(qū)域內(nèi)，進(jìn)而有效地控制施工成本。（4）在建設(shè)時(shí)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貐^(qū)域的地質(zhì)情況優(yōu)化施工技藝，要求施工人員嚴(yán)格按照?qǐng)D紙和流程操作，避免出現(xiàn)不合格的施工技術(shù)問題，進(jìn)而導(dǎo)致灌溉區(qū)有沉降現(xiàn)象。需對(duì)施工質(zhì)量加以控制，避免出現(xiàn)渠道變形、水流受阻的情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

農(nóng)田水利灌溉渠道工程的建設(shè)不僅關(guān)系到農(nóng)作物的健康生長(zhǎng)，關(guān)系到農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)收益，還影響當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)水平和農(nóng)業(yè)發(fā)展水平。因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要充分全面地考察地質(zhì)、水資源等多方面情況，遵循因地制宜的原則，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，對(duì)流量等設(shè)計(jì)要點(diǎn)展開模擬測(cè)試，確保工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量。