小型農(nóng)田水利中渠道設(shè)計與施工

甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心 曲學(xué)鈺

引言

在小型農(nóng)田水利渠道設(shè)計與施工過程中首先要考慮修建地區(qū)的降水條件以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件等等，確保修建的渠道與農(nóng)業(yè)實際發(fā)展情況相適應(yīng)，綜合提升各項農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，滿足農(nóng)業(yè)灌溉需求，從而提升種植戶的種植經(jīng)濟收入。渠道設(shè)計過程中需要遵循灌溉用水的充足性以及便利性等基本原則，與此同時還要兼顧抗旱、防澇、防洪等多方面用途，在現(xiàn)階段農(nóng)田水利渠道應(yīng)用過程中時常會出現(xiàn)滲漏、倒塌以及淤塞等情況，水渠的利用效率極低，這些問題大多是由于設(shè)計以及施工問題所導(dǎo)致，因此，在水利渠道修建過程中，實地考察是設(shè)計主體，科學(xué)修建則是施工的關(guān)鍵。

1 小型農(nóng)田水利中渠道設(shè)計原則

在小型農(nóng)田水利渠道設(shè)計過程中需要綜合統(tǒng)籌考慮農(nóng)田位置以及水源等各方面因素，尤其是在水資源相對匱乏的地區(qū)，更要融合可持續(xù)發(fā)展理念，在注重經(jīng)濟效益的同時兼顧社會效益，因此，渠道設(shè)計建設(shè)過程中主要要遵循以下原則。

首先，小型農(nóng)田水利渠道設(shè)計要依據(jù)發(fā)展計劃展開，以提升水渠灌溉面積的最大化原則，通過需要灌溉農(nóng)田的分布情況、當?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉需水量情況以及當?shù)毓喔人Y源總量等情況最大程度上滿足農(nóng)田與水資源的供需關(guān)系。此外，為了確保渠道在修建完成后能夠滿足實際灌溉需求，在設(shè)計過程中還需要融入相應(yīng)的農(nóng)業(yè)發(fā)展計劃，確保技術(shù)指標以及經(jīng)濟指標均能夠達到預(yù)期使用效果。

其次，避免占用大量的農(nóng)業(yè)用地以及避免小型農(nóng)田水利中渠道對農(nóng)田產(chǎn)生大面積破壞，在道路設(shè)計過程中盡可能地避開農(nóng)田重點區(qū)域，確保農(nóng)田體系的完整性和全面性，出于現(xiàn)階段的耕地保護理念，設(shè)計人員在小型農(nóng)田水利中渠道設(shè)計前需要對農(nóng)田分布情況以及灌溉區(qū)域進行全面測評和評估，并在確保水利渠道灌溉設(shè)計范圍和面積的前提下進行設(shè)計，尤其是對于水資源儲備區(qū)域以及中轉(zhuǎn)區(qū)域等關(guān)鍵位置，更要考慮到對周邊土地的占用情況，且為了保證小型農(nóng)田水利中渠道水源的流速，應(yīng)當盡可能地使曲線保持平順，從而確保渠道的輸水送水效率，因此，渠道的設(shè)計既要考慮到經(jīng)濟效益，又要確保農(nóng)業(yè)區(qū)域的生態(tài)效果。

最后，小型農(nóng)田水利中渠道的設(shè)計需要滿足農(nóng)戶灌溉用水的基本需求，這是渠道應(yīng)當具備的基本職能，在渠道設(shè)計過程中為了滿足農(nóng)戶對于灌溉用水的基本需求，除了要充分利用當?shù)貎涞乃Y源外，還要提升對于地下水等水源的利用效率，將渠道灌溉體系的中的排水、蓄水以及引水等功能相結(jié)合，發(fā)揮水渠優(yōu)勢，此外在降水集中的地區(qū)，還要考慮到小型農(nóng)田水利渠道的防洪和排澇功能，確保其能夠應(yīng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的洪澇以及干旱問題。

2 我國小型農(nóng)田水利中渠道設(shè)計與施工中的問題分析

2.1 水利渠道設(shè)計過程中存在的問題

首先，在設(shè)計過程中所使用的材料過于傳統(tǒng)，隨著工程技術(shù)的進步，現(xiàn)階段已經(jīng)出現(xiàn)大量的新型材料能夠應(yīng)用于渠道修建過程中，但是我國在渠道設(shè)計過程中受到修建區(qū)域地形地勢的影響，設(shè)計工作存在大量的困難，傳統(tǒng)設(shè)計方式中需要融合大量的修筑材料，這些材料無論是在用量還是種類上均非常復(fù)雜，且受到傳統(tǒng)設(shè)計理念的影響，現(xiàn)階段某些水利渠道設(shè)計中仍然遵循傳統(tǒng)理念，沒有融合新材料的趨勢，這使得修筑的水利渠道不僅無法滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展應(yīng)有的需要，而且使用效率低下，在防洪、防澇以及防滲等方面問題頻發(fā)[1]。

其次，渠道設(shè)計過程中跌水設(shè)計缺乏規(guī)范性，依據(jù)我國農(nóng)田特征在渠道跌水設(shè)計時要考慮到跌差等方面，但是在設(shè)計過程中由于設(shè)計不規(guī)范，沒有對水利渠道實際修筑地點進行整體考察等引發(fā)了眾多設(shè)計錯誤。

最后，在水利渠道材料選擇過程中同樣存在某些問題，設(shè)計人員受到設(shè)計經(jīng)驗影響，普遍喜愛應(yīng)用傳統(tǒng)材料，尤其是傳統(tǒng)圬工支砌技術(shù)中需要大量的建設(shè)材料，而小型農(nóng)田水利受到地形因素影響，大量材料的運輸就成為難題，由此引發(fā)了占用土地面積多、防滲缺陷明顯等問題，所以從設(shè)計現(xiàn)狀來看，小型農(nóng)田水利無論是在規(guī)劃設(shè)計還是材料選擇過程中均缺乏創(chuàng)新，傳統(tǒng)設(shè)計理念已經(jīng)無法滿足新時代的需要，所以，設(shè)計人員在選材過程中需要結(jié)合修建地區(qū)的實際情況、道路運輸情況以及渠道防滲情況綜合選材，并不斷擴充材料的實用以及安全系數(shù)，使得設(shè)計方案更加高效和可行。

2.2 水利渠道施工過程中存在的問題

首先，施工過程中的問題多發(fā)生于混凝土中，混凝土預(yù)制材料缺乏保養(yǎng)和維護，運輸以及使用過程中由于磕碰而損壞等均會使得混凝土預(yù)制材料的防護效果降低。此外，混凝土預(yù)制材料生產(chǎn)過程中受到工藝和材料影響，導(dǎo)致厚度和質(zhì)量不統(tǒng)一，這也無法確保材料的應(yīng)有特性。在混凝土材料的生產(chǎn)過程中制造商為了壓縮成本會使用某些劣質(zhì)原材料，這些材料大多不具備混凝土的剛性，其質(zhì)量問題在施工以及后期使用過程中也會暴露出來，最終會影響到水利渠道的質(zhì)量。

其次，U型槽質(zhì)量以及渠道放樣也是施工過程中的常見問題，U型槽預(yù)制過程中對于沙子、石頭以及水泥的比例有著嚴格的要求，但是受到配比問題，施工過程中的U型槽質(zhì)量標準往往達不到標準規(guī)范的要求。此外，設(shè)計人員在考察過程中在渠道放樣方面存在很大的誤區(qū)，這同樣會影響到后期水利渠道的施工質(zhì)量，甚至還會影響到渠道供水的安全性和穩(wěn)定性[2]。

最后，現(xiàn)澆襯砌存在質(zhì)量風險，施工人員的施工素質(zhì)、施工工藝水平以及施工設(shè)備等均會影響到水利渠道的后期質(zhì)量，現(xiàn)階段我國水利工程無論是在施工技術(shù)還是施工設(shè)備等方面均處于不斷完善過程中，與此同時施工單位的工藝和設(shè)備也越來越先進，許多傳統(tǒng)施工過程中需要人力完成的工作現(xiàn)階段通過機器即可實現(xiàn)自動化操作，但是若施工過程中施工單位不注重建筑工藝以及工程監(jiān)理等方面工作，即使投入新式設(shè)備和技術(shù)同樣也無法確保水渠質(zhì)量。

3 小型農(nóng)田水利渠道設(shè)計施工原則分析

在小型農(nóng)田水利渠道規(guī)劃設(shè)計工作中要結(jié)合水文、農(nóng)田以及林路等進行多方面考慮，盡量通過結(jié)合有限的水土資源使得水利渠道輻射更大的農(nóng)田面積，在確?；厮?jīng)濟效益的同時擴大其社會效益，因此在水渠設(shè)計過程中主要遵循以下原則：首先，在灌溉渠道設(shè)計過程中要確保灌溉用水的單位水量效益能夠最大化地激發(fā)出來，換言之就是水渠不僅要滿足基本的灌溉面積，而且還要確保對于農(nóng)作物的灌溉效果，因此設(shè)計人員在進行實地考察時要掌握渠道修筑地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展實際需水量以及土地的利用方向等因素，并且還要掌握區(qū)域內(nèi)水資源本身的平衡性。其次，結(jié)合不同地形地勢展開差別性的灌溉設(shè)施修筑，如丘崗地區(qū)要利用地勢落差以及水電等進行多種經(jīng)營方式，從而最優(yōu)利用水資源，在地勢比較平坦的平原地區(qū)要將河水和井水灌溉相結(jié)合，以地下、地表水為主體構(gòu)建農(nóng)業(yè)灌溉體系。最后，結(jié)合地形條件安排水渠灌溉設(shè)施，如地形較低的地區(qū)通常安置排水管道設(shè)施，而高處則應(yīng)當安置灌溉渠道，通過自流灌溉和排水構(gòu)建農(nóng)田水利渠道的灌排雙系統(tǒng)體系。對于低洼以及高地等特殊地區(qū)，設(shè)計人員可以通過小片提灌溉排水的方式進行完善，此種舉措能夠有效地防止水渠工程占據(jù)更多的農(nóng)業(yè)用地[3]。

4 小型農(nóng)田水利渠道的設(shè)計

4.1 水利渠道施工材料的選擇

首先，施工材料是影響水渠施工進度和工程質(zhì)量的關(guān)鍵，在施工材料設(shè)計應(yīng)用過程中，相關(guān)人員要考慮到以下幾個方面：第一，依據(jù)不同區(qū)域水渠的性能選擇合適的施工材料，積極融合使用新式材料，盡量選擇接縫較小以及安裝比較便利的材料進行使用。其次，不同季節(jié)對于材料屬性影響也各不相同，因此還要考慮到季節(jié)對于材料的影響。最后，選擇具有長效機制的材料，由于水利渠道在修建完成后修改以及維護難度較大，因此在設(shè)計過程中還要考慮到材料的長久穩(wěn)定性。

4.2 水利渠道設(shè)計

水利渠道設(shè)計主要包括U型槽縱橫斷面設(shè)計、跌水設(shè)計、水渠底部比降設(shè)計等，寒冷地區(qū)還要考慮應(yīng)用U型槽襯砌渠道防凍脹技術(shù)。

首先，U型槽縱面設(shè)計是在施工圖紙和方案的前提下，為了縮減渠道工程占用土地面積而提出的經(jīng)濟技術(shù)指標，在渠道縱斷面設(shè)計過程中首先應(yīng)當統(tǒng)籌結(jié)合農(nóng)田灌區(qū)走向等地理條件以及灌溉區(qū)域、水流等情況為設(shè)計原則，縱斷面設(shè)計工作的重點為渠道長度和坡降與水頭損失總和，設(shè)計人員在計算出水位高程后依據(jù)實際農(nóng)業(yè)灌區(qū)情況進一步計算出斗渠、支渠以及干渠等渠道設(shè)計損耗流量與凈流量和，最終得出關(guān)于U型槽縱坡降與槽內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)[4]。

其次，絕大多數(shù)區(qū)域進行水利渠道修筑時，對于U型槽橫斷面設(shè)計過程中均可以套用下列公式：

其中W為過水斷面，R為水力半徑，C為謝才系數(shù)，i為渠道降比。

最后，跌水設(shè)計是旨在保護農(nóng)田水工建筑物，通過現(xiàn)有跌水設(shè)計施工來看大多存在跌水設(shè)計布局設(shè)計審核不規(guī)范的現(xiàn)象，由此設(shè)計過程中的某些錯誤也由于審核不仔細而直接應(yīng)用于后期施工當中，在施工階段的施工難度也要遠遠高于先前設(shè)計。因此，為了確保施工效率，設(shè)計人員要嚴格遵循國家相關(guān)標準進行設(shè)計工作，并做好后期的審查工作，防止后期水渠出現(xiàn)頻繁維護的現(xiàn)象，常見的跌水設(shè)計包括單級和多級兩種類型，而在跌差較大的地區(qū)往往采用多級方式[5]。

5 小型農(nóng)田水利渠道的施工

首先，在小型農(nóng)田水利渠道工程當中，U型槽預(yù)制板是工程的主要部位，同時也是施工過程中問題頻出點，所以在施工過程中要切實做好對于U型槽的施工工作，現(xiàn)階段我國農(nóng)田周邊水利渠道經(jīng)常會出現(xiàn)塌陷和堵塞等問題，這些問題往往與U型槽的夯實工作有關(guān)，在施工過程中沒有夯實導(dǎo)致泥沙堵塞等問題，因此在施工過程中首先應(yīng)當確保U型槽壁面的光滑性，確保使用過程中帶有泥沙的水流能夠完全通過U型槽，并將U型槽預(yù)制板夯實，減輕后期水渠的維護壓力。

其次，科學(xué)安置混凝土U型槽，施工人員在安置U型槽時要嚴格遵循施工規(guī)范，并將施工流程細化，將水渠開挖線精準度，防止后期使用過程中出現(xiàn)切陷等問題，在對水渠碾壓后要確保碾后土方底端的平整性，在安置U型槽時提前檢查挖好的基槽，而后將U型槽進行填放，完成安置工作后要盡快進行回填，回填時注意土壤質(zhì)量，盡量選擇比較精細的土壤進行填放，且要剔除填方土壤中的石塊以及雜草等雜質(zhì)，通過精細化的工作流程提升混凝土U型槽安置質(zhì)量。

再次，做好U型槽的預(yù)制工作，這是小型農(nóng)田水利渠道的施工的起始和準備工作，通過相關(guān)設(shè)備能夠簡單、高效地對U型槽結(jié)構(gòu)進行大批量生產(chǎn)，預(yù)制的定性U型鋼槽在生產(chǎn)和使用前要檢查其表面是否光滑和平整，防止后期生產(chǎn)出的結(jié)構(gòu)不符合要求，在U型槽生產(chǎn)過程中要在確保構(gòu)件質(zhì)量的前提下適當壓縮生產(chǎn)工藝，并通過規(guī)范的方式進行運輸，防止多種工藝以及運輸方式對U型槽結(jié)構(gòu)造成損傷。

最后，為了提升水利渠道灌溉以及水資源利用效率，在施工過程中有必要做好渠道防滲工作，使得農(nóng)業(yè)灌溉效率最大化，現(xiàn)階段我國很多地區(qū)已經(jīng)修建了大量的干渠，但是很多小型農(nóng)業(yè)水利渠道仍然沿襲著傳統(tǒng)的水渠修建技術(shù)，這些渠道受到工藝以及材料的影響，經(jīng)常發(fā)生滲漏情況，因此在現(xiàn)階段水渠修建施工過程中可以融合新技術(shù)提升水渠防滲性能，通過渠道基土夯實或者在渠床表面鋪設(shè)一層致密的土料防滲層能夠取得顯著的防水效果，此外，通過襯砌技術(shù)同樣能夠起到防滲效果，襯砌技術(shù)應(yīng)用過程中要在全面掌握地基地質(zhì)情況以及周邊圍護情況后才能夠進行施工，并重視混凝土配置、振搗以及運輸?shù)确矫娴墓ぷ??；靥钔烈彩怯绊懬拦喔刃室约胺罎B效果的重要參考依據(jù)，U型槽頂部與渠道側(cè)墻的回填土在工程完結(jié)前需要進行稍微調(diào)整，并確保在回填后能夠保證土壤的夯實性，在回填土填埋前應(yīng)當剔除其中的石塊、樹干以及雜草等物質(zhì)，且側(cè)墻填土的寬度至少要控制在30cm，而墻頂?shù)奶钔烈哂谒矫?cm以上，此外，混凝土的壓頂質(zhì)量能夠決定工程投入使用后U型槽的使用壽命，因此應(yīng)當充分使用現(xiàn)澆壓頂技術(shù)確保U型槽質(zhì)量，最大程度上保證其穩(wěn)定性[6]。

6 結(jié)語

小型農(nóng)田水利渠道在促進農(nóng)業(yè)發(fā)展、提升種植戶農(nóng)業(yè)經(jīng)濟收入以及維護社會穩(wěn)定等方面具有極大意義，高品質(zhì)的水利渠道不僅能夠調(diào)節(jié)農(nóng)田水分，而且還會取得一定的農(nóng)業(yè)景觀效果，促使農(nóng)業(yè)朝著現(xiàn)代化方向發(fā)展，現(xiàn)階段小型農(nóng)田水利渠道設(shè)計施工過程中還存在某些問題亟待解決，這些問題的出現(xiàn)在一定程度上對農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了消極阻礙作用，基于此，無論是在設(shè)計還是施工過程中，管理人員都要嚴格遵循設(shè)計施工規(guī)范，將設(shè)計工作與實際施工區(qū)域情況相結(jié)合，確保水利渠道設(shè)計和施工的規(guī)范性，只有這樣才能夠?qū)⑺赖男Ч畲蠡?，從而為農(nóng)業(yè)發(fā)展做出貢獻。