農(nóng)田水利農(nóng)田灌溉渠道工程的設(shè)計(jì)研究

師文祥

（甘肅亞盛亞美特節(jié)水有限公司，甘肅 蘭州 730000）

隨著農(nóng)田水利工程的不斷發(fā)展，渠道工程在農(nóng)田水利中的重要性越發(fā)突出，滿(mǎn)足了人們對(duì)灌溉用水的需求，提高了人們的生活質(zhì)量。傳統(tǒng)的灌溉渠道是指條田內(nèi)部季節(jié)性的灌溉渠道，根據(jù)作物的種植類(lèi)型、特點(diǎn)、種植方向和土地平整程度設(shè)置多級(jí)的田間渠道。受到作物種植方式的影響，當(dāng)前很多渠道工程并不能發(fā)揮出很好的灌溉作用，導(dǎo)致農(nóng)田灌溉用水利用率不高，存在一定的浪費(fèi)現(xiàn)象?；诖?，文章針對(duì)農(nóng)田灌溉渠道工程存在的問(wèn)題以及渠道設(shè)計(jì)原則，對(duì)渠道工程進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，以促進(jìn)灌溉用水的高效利用，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量。

1 農(nóng)田水利農(nóng)田灌溉渠道工程設(shè)計(jì)原則

1.1 節(jié)水和充分灌溉原則

目前，我國(guó)的農(nóng)田灌溉技術(shù)仍以漫灌方式為主，直接從水源處開(kāi)挖渠道，灌溉水通過(guò)渠道向農(nóng)田中心流入，如果輸水距離遠(yuǎn)、渠道為土質(zhì)渠道時(shí)，會(huì)造成大面積的水資源浪費(fèi)。根據(jù)節(jié)水和充分灌溉原則，渠道工程在設(shè)計(jì)中應(yīng)做到如下內(nèi)容：1）根據(jù)作物種植方向和土地平整程度，可設(shè)1 級(jí)～2 級(jí)田間渠道，作物播種和出苗前采用人工或機(jī)械方式修筑，作物收割后及時(shí)填平；2）根據(jù)不同作物的需水量，設(shè)置雙排或者單排式渠道，同時(shí)避免串流、串排，保證水資源的合理利用。因此，渠道工程在設(shè)計(jì)中最重要的一個(gè)原則就是節(jié)水原則，要提高水資源利用率[1]。

1.2 灌溉區(qū)地形地貌設(shè)計(jì)原則

在灌區(qū)渠道工程的設(shè)計(jì)中，需對(duì)灌溉區(qū)的地形地貌進(jìn)行深入的調(diào)查，掌握地質(zhì)、土壤類(lèi)型、年降雨量、自然災(zāi)害和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面的基礎(chǔ)資料。在灌溉分析和評(píng)價(jià)中，應(yīng)參照《水資源評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL/T238）中的相關(guān)要求，對(duì)灌溉區(qū)域水資源數(shù)量和質(zhì)量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，結(jié)合灌溉區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用中存在的問(wèn)題，有針對(duì)性地提出改進(jìn)措施。比如，大型灌溉區(qū)的地形、地貌和水文條件往往相差巨大，在渠道設(shè)計(jì)中應(yīng)劃分灌溉分區(qū)；在灌溉制度設(shè)計(jì)中，則應(yīng)根據(jù)灌溉代表性作物、種植比例、土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度以及地下水補(bǔ)給量等參數(shù)，對(duì)渠道進(jìn)行合理布局，最終形成科學(xué)的灌溉系統(tǒng)。

1.3 自流灌溉設(shè)計(jì)原則

旱季是農(nóng)作物灌溉的關(guān)鍵時(shí)期，在設(shè)計(jì)中達(dá)到自流灌溉的效果，不僅可以節(jié)約用水，還能發(fā)揮渠道的作用。自流灌溉渠道設(shè)計(jì)應(yīng)秉承以下原則：1）灌溉渠道最好設(shè)置在地勢(shì)較高的地方，加快水流速度，從而實(shí)現(xiàn)自流動(dòng)灌溉；2）需滿(mǎn)足渠道抗洪、抗?jié)车囊螅绕涫窃谙奶?，自流渠道要設(shè)置相應(yīng)的排水溝渠，設(shè)置在地勢(shì)相對(duì)較低的地方為宜，由于渠道自流和排水地勢(shì)不在一個(gè)平面上，因此在施工該類(lèi)渠道時(shí)應(yīng)分開(kāi)修建，目前常用的方法為局部高地小片灌溉，局部洼地采用小片提排；3）布置各種渠道時(shí)，要盡量滿(mǎn)足整、齊、直等要求，盡量不間隔建筑物，這樣不僅可以節(jié)約渠道修建成本，而且能減少日后的維護(hù)工作，提高渠道的綜合利用率[2]。

1.4 干、支渠布置設(shè)計(jì)原則

在干、支渠道布置設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要秉承因地制宜的原則，具體問(wèn)題具體分析，按照設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求做好布設(shè)。在這個(gè)過(guò)程中，可根據(jù)作物所處的環(huán)境分為平原型灌區(qū)和中積平原型灌區(qū)。平原型灌區(qū)一般處在河流的中下游段，在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮洪澇旱災(zāi)，保證汛期農(nóng)作物不發(fā)生洪澇，在干旱期利用渠道的蓄水功能保證其豐收；對(duì)于中積平原型灌區(qū)，由于該灌區(qū)水資源較為豐富，可以根據(jù)實(shí)際地形采取灌排分開(kāi)的形式進(jìn)行布置，排水渠道在排水時(shí)要注意減少對(duì)河壩和土壤的沖刷，采取一定措施降低土壤發(fā)生鹽堿化的概率。

2 農(nóng)田水利農(nóng)田灌溉渠道工程設(shè)計(jì)

在農(nóng)田灌溉渠道工程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要根據(jù)地區(qū)差異性，本著“節(jié)約用水和充分灌溉”的理念，計(jì)算工程量和水資源利用率。首先，要確定渠道的引水流量；其次，根據(jù)測(cè)算出來(lái)的流量對(duì)渠道的斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)（橫斷面和縱斷面）；最后，計(jì)算工程量，出具設(shè)計(jì)圖紙，在施工過(guò)程中要求施工人員做好技術(shù)交底，避免出現(xiàn)不按照設(shè)計(jì)原則施工的現(xiàn)象，造成最后的渠道工程不能發(fā)揮出應(yīng)有作用。

2.1 計(jì)算渠道引水量

渠道引水流量是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，是農(nóng)田灌溉凈流量和渠道損失流量的總和。設(shè)計(jì)中需要考慮的因素包括灌區(qū)內(nèi)部水源條件、農(nóng)田土質(zhì)、渠道長(zhǎng)短、作物種植密度以及灌水定額等。在渠道引水量的計(jì)算中，應(yīng)根據(jù)作物灌溉制度和需要控制的灌溉面積，以及相同時(shí)期內(nèi)不同作物灌溉最大需水量進(jìn)行計(jì)算：

Q=灌水定額×灌溉面積×灌溉天數(shù)×86 400×渠道有效利用系數(shù) （1）

渠道有效利用系數(shù)的確定是根據(jù)不同渠道在引水過(guò)程中的滲漏和蒸發(fā)損失確定的。通常情況下，干渠取值0.5 ～0.7，支渠取值0.6 ～0.8，渠道采用砌筑的固定方式時(shí)可以取值0.8 ～0.9。

2.2 設(shè)計(jì)渠道斷面

科學(xué)合理的斷面設(shè)計(jì)，可以降低灌溉水傳輸過(guò)程中的能量損耗，斷面類(lèi)型與流速和比降等因素有關(guān)，在設(shè)計(jì)中要做到以下要求。1）確定渠道比降和流速。渠道比降與渠道土質(zhì)、水流的潔凈度和灌溉地面的坡度有關(guān)，比降大，則流速快，渠道的斷面就可以設(shè)計(jì)得小一些，進(jìn)而節(jié)省土石方量，但是灌溉面積往往較小，對(duì)渠床的沖刷較為嚴(yán)重；比降過(guò)小，則會(huì)造成流速滿(mǎn)，水中的淤泥容易發(fā)生沉降，造成管道堵塞，最終影響輸水能力；一般情況下，干支渠取值1/500 ～1/2500，斗渠取值1/200 ～1/1500。2）渠道邊坡設(shè)計(jì)。合理設(shè)計(jì)邊坡時(shí)，可以提高灌溉水傳輸效率，坡度一般采用1∶m表示，1為斜坡的垂直高度，m為斜坡的水平距離，也稱(chēng)邊坡系數(shù)；在設(shè)計(jì)中，如果m太小，邊坡則會(huì)很陡，當(dāng)渠道斷面為矩形時(shí)，m為0。3）在斷面設(shè)計(jì)中，還要根據(jù)設(shè)計(jì)流量對(duì)水力進(jìn)行計(jì)算，確定渠道的橫斷面尺寸，尺寸大小除了滿(mǎn)足供灌溉供配水要求，還要滿(mǎn)足渠床的穩(wěn)定條件，包括縱向穩(wěn)定和平面穩(wěn)定兩個(gè)部分；縱向穩(wěn)定條件下，要保證渠道不會(huì)發(fā)生沖刷和淤泥的情況，平面穩(wěn)定條件下，水流在傳輸過(guò)程中不會(huì)發(fā)生左右搖擺的情況，水流輸送穩(wěn)定[3]。

2.3 設(shè)計(jì)渠道取水方式

農(nóng)田灌溉工程總的渠道取水方式設(shè)計(jì)也是渠道設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，要根據(jù)不同渠道工程的建設(shè)規(guī)模和特點(diǎn)選擇合適的取水點(diǎn)，從而對(duì)灌溉水源進(jìn)行有效分類(lèi)。灌溉水源主要分為兩種，一種是自流灌溉水源，另一種則是提取灌溉水源。對(duì)于自流灌溉水源，在渠道設(shè)計(jì)中要保證自流灌溉時(shí)的水位高度，根據(jù)灌溉距離和高度差設(shè)計(jì)渠道引水量，為了保證自流灌溉順暢，可以選擇河流的上方作為開(kāi)渠道建閘的引水地點(diǎn)；對(duì)于提取灌溉，目前對(duì)其應(yīng)用得較少，該方式耗能較為嚴(yán)重，在水源充足的地方較少采用，同時(shí)在設(shè)計(jì)渠道時(shí)由于需要根據(jù)水量和坡度進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，工程較為煩瑣，已逐漸被淘汰。

2.4 設(shè)計(jì)防滲水渠

目前，防滲渠道的設(shè)計(jì)以梯形襯砌為主，在設(shè)計(jì)施工中需要注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容。1）在砂礫墊層的施工中，要充分對(duì)砂礫料進(jìn)行攤鋪，采用人工的方式對(duì)斜坡進(jìn)行精修，同時(shí)采用平板振動(dòng)機(jī)具壓實(shí)坡面，及時(shí)尋找平坑洼處。2）鋪設(shè)復(fù)合土工膜。土工膜的科學(xué)鋪設(shè)能降低渠道水的滲透，提高水資源利用率，需特別注意不同層土工膜搭接處的施工；設(shè)計(jì)人員還要對(duì)施工人員做好技術(shù)交底，提高施工質(zhì)量。3）在渠道襯砌設(shè)計(jì)過(guò)程中，要做好對(duì)各種施工縫的處理，在不同位置和區(qū)域設(shè)置伸縮縫，以降低渠道管道的熱脹冷縮，提高水流傳輸?shù)姆€(wěn)定性，同時(shí)渠道水在輸送進(jìn)農(nóng)田時(shí)，要采取一定的減壓措施，減緩渠道水的速度，通過(guò)增加支流，做到農(nóng)田大面積的灌溉，從而滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求。

2.5 合理布置渠系建筑物

在灌溉渠道工程中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)水位和流量的有效控制，在渠道的設(shè)計(jì)中也會(huì)增加一些輔助設(shè)施，即渠系建筑物。在布置這些建筑物時(shí)，要結(jié)合灌溉用水量和流速，優(yōu)化灌溉渠道的渠線(xiàn)，從而對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行有效的灌溉。在渠系建筑物布置過(guò)程中，需按照以下規(guī)定合理進(jìn)行：1）不能阻礙正常的渠道輸水和排水功能，保證灌區(qū)內(nèi)部交通路線(xiàn)的暢通，避免發(fā)生渠道之間的交叉，滿(mǎn)足灌溉居民區(qū)的用水需要；2）除了要滿(mǎn)足調(diào)節(jié)渠道水位和流量的作用，還要在灌溉中保證水流量的損失處在最低范圍內(nèi)，從而減少能耗，保證水流的穩(wěn)定；3）為最大程度上發(fā)揮渠系建筑物的聯(lián)用作用，可將其布置在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)，節(jié)約成本，控制渠道工程的投資成本；4）要根據(jù)地質(zhì)情況選擇合適的施工技術(shù)，不能因?yàn)槭┕ぜ夹g(shù)問(wèn)題而導(dǎo)致后期灌溉區(qū)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，造成渠道發(fā)生變形，水流受阻，影響正常的灌溉，需根據(jù)實(shí)際情況采用定型設(shè)計(jì)的方案[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)農(nóng)田灌溉渠道工程的重視度也越來(lái)越高。在農(nóng)田水利農(nóng)田灌溉渠道工程建設(shè)過(guò)程中，進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)、科學(xué)合理地運(yùn)行渠道灌溉工程，不僅可以提高水資源的利用率，而且可保證灌區(qū)用水的持續(xù)性。因此，在農(nóng)田灌溉渠道設(shè)計(jì)過(guò)程中，要遵循節(jié)水、充分灌溉和尊重地形地貌的原則，最大化地優(yōu)化節(jié)水灌溉方法，同時(shí)結(jié)合區(qū)域條件做好引水量的計(jì)算，從而設(shè)計(jì)出良好的斷面結(jié)構(gòu)，發(fā)揮渠道工程的實(shí)際作用。