農田水利灌溉工程的規劃設計

郭 萍

（黑龍江省方正縣雙鳳灌區管理站，黑龍江 方正 150800）

1 設計標準

河流的徑流量是隨著四季不斷變化的,農田種植面積和作物種類等也是不斷的在變化的,這就決定了灌溉用水量是不確定性,也就是說在不同年份來水量和用水量都是不一樣的。因此,農田灌溉工程建設的規模,也就需要有一個灌溉設計標準為依據,以便保證設計方案的科學性。一般來說灌溉設計標準要以灌區水源來水情況、現有水利設施情況、農業發展要求和當地經濟條件等因素為依據,再綜合考慮加以合理確定。灌溉設計標準是表示灌溉水源對于灌溉用水的保證程度。設計標準高,意味著灌溉用水的保證程度也高。因此,它直接影響著灌溉工程的規模大小。一般來說,灌溉設計的標準有兩種:一是灌溉設計保證率,二是抗旱天數。

1.1 灌頹設計保證率

灌溉設計保證率指的是某個灌溉工程在長期使用期間,灌溉用水得到滿足的年數占總年數的百分數,用符號“P”表示。例如P=80%,就表示某工程在100年內有80年能滿足全灌區的灌溉用水要求,其余20年不能完全保證,有缺水現象。P=80%就是這個灌區的灌溉設計保證率。因此,在設計農田水利灌溉工程時,設計方必須要根據工程所在地的情況,來確定灌溉工程的規模,特別是當地水源狀況和作物種類。在水源缺乏地區和以旱作物為主的地區,灌溉設計保證率可以取50%～80%;在水源豐富地區和以水稻為主的地區,可取70%～95%。

1.2 抗早天數

所謂抗旱天數,就是以灌溉設施,如小水庫、塘壩等的供水能力為依據,以連續無雨(“連續無雨”,不是指抗旱期內絕對無雨,而是指降雨量很少,一般將日降雨量小于日蒸發量的情況都當作無雨處理)的情況下,能滿足作物需水要求的天數為標準。例如灌溉設施可以滿足連續80天的作物灌溉用水,則該灌溉設施的灌溉設計標準為抗旱80天?？购禃r間應規定為當地主要作物需水要求迫切的灌溉時期?？购堤鞌档拇_定,要按不同地區的情況來確定,在設計時“具體情況具體分析”。

2 取水方式的設計

取水方式的設計是農田水利灌溉工程設計的重要組成部分,在設計時要根據不同地區的灌溉水源,決定其取水方式的設計方向。一般來說灌溉的水源可以分為兩類一是自流取水灌溉;二是提水取水灌溉,水利工程的取水設計要針對這兩種類型進行設計。以下主要對自流取水灌溉進行介紹。

自流取水灌溉:以河流作為水源時,又可分為兩種:一是無壩取水;二是有壩取水。

在設計時,為了保證自流灌溉的水位高程,開渠建閘引水的地點要選河流上游水位較高地點,引水口地點的選擇決定了取水方案的設計,包括建設成本的投入。因為引水口的不同決定了需要修建的水干渠長度不同,所要增加的土石方工程量,以及沿程水頭損失和水量損失以及各類建筑物數量也各有不同。

2.1 無壩取水

在設計時無壩取水的渠首,可以根據實際情況設計為有建閘和不建閘兩類。但是考慮到不建閘的引水口,那在洪水期間不能控制流量,渠道易被洪水沖毀,農田會被淹沒等情況。因此,在設計時首先要考慮建設建閘控制的方案。

通過把進水閘的中心線與河道水流方向的夾角 (叫引水角),設計為銳角(30°～45°),保證入渠的水流平穩,而且引水量也大,又可以減輕對引水口下唇的沖蝕。

2.2 有壩取水

如果工程所在地的河流水源豐富,但是由于地勢或者其他原因水位較低,無法滿足自流灌溉引水要求。此時,在設計時就應在河道上修建塹水建筑物(低壩或節制問),提高水位,以保證引水自流灌溉。這種取水方式的設計雖然會增加筑壩的工程投資費用,但引水口位置離灌區較近,引水干渠長度較無壩取水大為縮短,可以減少了土石方工程量和交叉建筑物的數量和交叉建筑物的數量。

2.2.1 溢流壩可以起到橫攔河道,抬高水位,同時排出河道多余的水量和汛期洪水的作用。

2.2.2 進水閘進水閘可以用于引水灌溉,并能控制入渠的流量。其平面布置有有兩種類型,一是側面取水;二是正面取水。

由于側面取水不能在引水口處形成橫向入流,會導致大量的泥沙入渠,因此,在設計時要考慮到工程水源的情況,如果工程地處多沙河流則要選用正面取水的方案。正面取水是指,進水閘引水力向河道水流方向一致或斜交時,在引水口處能形成橫向環流,可以達到使水流表層清水入渠,底層含沙水流離開引水口的效果,是農田有壩取水的常用取水型式。

2.2.3 排沙閘可以起到防止泥沙入渠的作用,是多泥沙河流低壩取水樞紐中不可缺少的組成部分。其過水能力一般應大于進水閘的過水能力,其底板高程則要低于進水閘的底板高程,以求良好的沖沙效果。其他防治泥沙入渠措施還有沉沙槽、沖沙廊道和 沉沙池等,因地制宜選用。

2.2.4 防洪堤為減少攔河壩對上游的淹沒損失,洪水期間保護上游城鎮、交通和農田的安全,還要在攔河壩上游沿河岸修筑防洪堤。

3 灌溉渠系布置的設計原則

3.1 總體規劃布置的設計原則

在進行灌溉渠系規劃時,要把當地的國土整治,山、水、田、林、路的規劃密切結合,同時還要考慮其他用水部門如發電、航運、人畜飲水的需要,全面安排,統籌兼顧,做到科學合理,便于管理,充分利用水土資源,擴大灌溉面積,最大限度地實現經濟效益和社會效益的完美結合。其規劃布置一般應遵循下述基本原則:

3.1.1 充分利用地形條件的原則灌溉渠道應布置在高處,與其相對應的排水溝道布置在低處,力求自流灌溉、排水,建成灌排分開,各自獨立的灌排兩套系統。對局部高地或洼地,可分別采取小片提灌(排)等措施處理,不必為了照顧局部而影響全局。同時,在渠道線路布置上要考慮到經濟因素,渠線布置盡可能直、順、整齊,減少交叉建筑物,避免更多良田和民房被占。

3.1.2 安全為主的設計原則渠道工程必須要安全可靠,在渠道布置時盡可能避免深挖方、高填方和難工險段。山丘區地形的渠道設計要盡量避免靠近沿河、溪布置,以防止被山洪沖毀。干渠沿線的地質條件要好,避開風化巖層和節理發育的破碎帶以及透水性強的土質地帶。沿渠應有合適的排洪、泄洪設施,如溢洪堰、泄水閘等。

3.1.3 綜合利用的原則山丘區的灌溉渠道應利用集中落差,結合水電、水力加山丘區的灌溉渠道應利用集中落差,結合水電、水力加工,開展多種經營,一水多用,充分利用水土資源。還應考慮采用庫、塘、渠并用,蓄、引、提結合的長藤結瓜灌溉系統。平原地區要采用河水相井水灌溉相結合,地表水與地下水聯合運用的灌溉系統。

3.2 干、支渠布置的設計原則

在確定干、支渠的布置方案時,要堅持實事求是的原則,具體問題具體分析,根據實際的地形地貌進行設計。

3.2.1 山地、丘陵型灌區山地、丘陵型灌區的地形起伏,復雜多樣,坡度陡,耕地多為坡地、梯田。修建農田的工程多有渠道彎且長、建筑物多、施工復雜等待點。在設計干渠沿等高線布置時,要考慮到灌區位于分水嶺與山溪或河流之間,呈狹長形,等高線大致與河流方向平行,灌區上游坡度較大,地面狹窄等實際情況,在設計時應該以求“水不低頭”,即水位少降低,為方向,以求最大限度地自流控制全部灌區面積。支渠在干渠一側引出,這種設計的特點是:干渠縱比降平緩,水頭損失小,控制面積大;筑渠堤結合開挖山坡截水溝,攔截坡地暴雨徑流,既攔山洪,又防止水土流失。

3.2.2 平原型灌區一般來說,平源地區大多位于河流的中、下游,由河流沖積而成,地形比較開闊,而且有大片集中的耕地。設計時可以把地理條件與洪、澇、旱、漬、堿等災情的程度結合起來,進行干、支渠的布置。

3.2.3 山麓平原型灌區當排水條件好,但是地下水埋藏深,開發比較困難,因此,設計時可以著重利用地面水發展渠灌;而當地下水較易開采、水質符合要求時,則著重興建井灌或井渠灌溉。山麓平原型灌區等高線與河流平行或斜交,地面坡度傾向河流,上部地面坡度陡,近河地面坡度緩。干渠多沿山麓方向布置,支渠與干渠垂直或成一角度布置,主要視地形情況而定。在灌區前緣與河流鄰近部位,地下水逐漸升高而接近地面,應修建排水系統,排除地面水和地下水,實行“灌排分開”的布置形式,以求互不干擾。

[1]馬清志,趙慶民.農田灌溉工程的抗災作用及減災措施[J].治淮，1994-12-15.