淺談農(nóng)田水利灌渠的優(yōu)化設(shè)計(jì)

李金全

摘要：近幾年來，農(nóng)田水利已經(jīng)成為一個(gè)廣泛關(guān)注的問題了，如何利用地表水進(jìn)行農(nóng)田灌溉，如何高效的利用地表水等問題也是待解決的重要問題。因此，在農(nóng)田灌溉設(shè)計(jì)中，我們需要考慮的問題還有很多，需要大家的共同努力，不斷地優(yōu)化農(nóng)田水利灌渠的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田水利工程；灌渠優(yōu)化設(shè)計(jì)；階式水平畦灌模型

中圖分類號(hào)：TV 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言：

農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，水利是農(nóng)業(yè)的命脈，作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，水利是保障農(nóng)業(yè)發(fā)展的必需。作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)的發(fā)展一直都是我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的中流砥柱。所以，如何大力發(fā)展農(nóng)業(yè)一直是我們應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)心的問題。近幾年的農(nóng)田水利灌溉問題就是其中一個(gè)不容忽視的問題，如何更好的利用地表水進(jìn)行農(nóng)田灌溉以及如何設(shè)計(jì)出最經(jīng)濟(jì)、最有效率的農(nóng)田灌溉設(shè)計(jì)也是迫在眉睫的事，值得我們研究和探索。

1.農(nóng)田灌溉現(xiàn)狀分析

灌溉渠道優(yōu)化設(shè)計(jì)的科學(xué)與否直接影響到工程的經(jīng)濟(jì)性、水資源利用效率以及工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中效益的發(fā)揮。渠道設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容是在滿足各種約束條件下利用優(yōu)化方法確定出設(shè)計(jì)參數(shù)、提高輸水效率、降低工程費(fèi)用。

灌溉渠道在整個(gè)灌溉系統(tǒng)中各渠道是一個(gè)系統(tǒng)，即稱為灌溉渠系，一般分為干、支、斗、農(nóng)四級(jí)固定渠道，這些起著輸水、配水的重要作用；同時(shí)還有配套的渠系建筑物，這些建筑物不但保證安全輸水，合理分配水量，而且能實(shí)現(xiàn)既定的灌溉、排水、給水等任務(wù)。針對(duì)灌溉渠道在整個(gè)灌溉系統(tǒng)中的重要地位，在灌溉渠道規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，必須合理地、因地制宜地布置灌溉渠道的級(jí)數(shù)，設(shè)置好灌溉渠系上的各種建筑物。

2.農(nóng)田灌溉渠道系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)遵守的原則

2.1位置就高原則

為了自流灌溉更多的耕地，減少交叉建筑物過多和土石方工程量大，灌溉渠道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量布置在高程較高和分水嶺處。另外，根據(jù)地形和地勢(shì)，結(jié)合實(shí)際狀況，考慮排水設(shè)施的布置，盡量利用天然的排水溝作為灌溉渠道的排水設(shè)施，避免相互干擾。例如，在懷集縣三坑水庫中型灌區(qū)改造工程中，灌溉渠道的干、支渠布置在滿足總體規(guī)劃要求的前提下，應(yīng)盡量布置在位置較高的地帶，其他各級(jí)渠道亦應(yīng)如此布置。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是增大自流灌溉控制面積，節(jié)約能源。布設(shè)多級(jí)灌溉渠系時(shí)，應(yīng)盡量避免挖方，以填方為主，對(duì)于末級(jí)渠系，可靈活應(yīng)用，不做要求。

2.2經(jīng)濟(jì)原則

渠線的長(zhǎng)短和工程量的大小成正比關(guān)系，所以從經(jīng)濟(jì)方面考慮，渠線在滿足灌排要求的情況下應(yīng)盡量短直，這樣可以減少占地和工程量。如渠線規(guī)劃需穿越村鎮(zhèn)，應(yīng)認(rèn)真比較拆遷安置費(fèi)用和繞村鎮(zhèn)增加工程費(fèi)用，擇優(yōu)選取；如渠線規(guī)劃穿越區(qū)域有坡、崗、溝、谷等障礙地形，應(yīng)仔細(xì)比較挖填方量或因避繞障礙地形增長(zhǎng)渠線從而加大工程量的費(fèi)用。總而言之，在滿足工程要求的前提下，應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)原則。

2.3方便管理原則

為充分發(fā)揮工程效益，渠系建成后的運(yùn)行管理也是在規(guī)劃布置過程中應(yīng)著重考慮的因素。一般情況下渠系的規(guī)劃布置應(yīng)按照行政區(qū)域劃分，盡量減少各用水單位跨區(qū)管理。比如說，小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣（懷集縣）2012年度建設(shè)工程共涉及31個(gè)行政村，在設(shè)計(jì)過程中，為了考慮今后便于管理，以行政村進(jìn)行區(qū)分，分為31個(gè)灌溉系統(tǒng)，為工程的建設(shè)運(yùn)行管理帶來了極大的便利。

2.4安全原則

灌溉渠道的安全問題是規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中首要考慮的因素。對(duì)于干渠，為考慮引水安全，最好布置成挖方渠道，盡量避免深挖方和高填方；對(duì)于支渠，為安全考慮和節(jié)省土方，布置成半挖半填比較符合支渠配水為主的需要。另外，規(guī)劃設(shè)計(jì)前，應(yīng)充分調(diào)查渠系施工地區(qū)的地質(zhì)情況，避免渠系經(jīng)過地區(qū)有節(jié)理發(fā)育的破

碎地帶和透水性強(qiáng)的地帶。

2.5渠系建筑物的合理布置原則

為了更好的控制水位及流量，合理分配水量，灌溉渠道上布置很多渠系建筑物，這些建筑物的數(shù)量、種類很多，故在設(shè)計(jì)中，必須合理的布置這些渠系建筑物，以便優(yōu)化渠線布置，充分發(fā)揮其作用。因此，渠系建筑物在布置和選型上應(yīng)以全面規(guī)劃、合理布局為基礎(chǔ)，考慮以下幾個(gè)方面：（1）渠系布置時(shí)應(yīng)能滿足輸水、分水、排水、泄水等要求，保證運(yùn)行安全，便于管理和維修，同時(shí)保障灌區(qū)交通運(yùn)輸暢通，滿足灌區(qū)群眾的生活和生產(chǎn)需求。（2）渠系建筑物能及時(shí)有效地調(diào)節(jié)水位和流量，并保證水頭損失小，水流平穩(wěn)等。布置時(shí)應(yīng)盡量采用聯(lián)合運(yùn)用，集中管理，這不但可以適當(dāng)減少建筑物數(shù)量，避免交叉，而且還可以減少工程投資。（3）渠系建筑物應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦蔚刭|(zhì)狀況和水文條件及施工技術(shù)，合理選擇其位置、型式等。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分利用當(dāng)?shù)夭牧闲藿ǎ捎枚ㄐ驮O(shè)計(jì)和裝配式建筑物。

3.灌溉渠道設(shè)計(jì)流量的求解

流量的設(shè)計(jì)關(guān)系到渠道橫截面的面積設(shè)計(jì)，具有因果關(guān)系；關(guān)系到施工的范圍和施工的強(qiáng)度，并且是有效參數(shù)，所以流量的規(guī)劃是具有現(xiàn)實(shí)意義的。根據(jù)通常所采用的計(jì)算公式，可以以此為計(jì)算模式：

Q=QJ+QS

QJ=qj*A1

式中：Q-灌溉渠道的設(shè)計(jì)流量

QJ-未計(jì)渠道輸水損失和田間灌水損失的渠道流量

QS-渠道在輸送水過程中損失的渠道流量

qj-設(shè)計(jì)灌水率

A1-灌溉渠道控制的凈灌溉面積

渠道的滲水損失計(jì)算，要在渠道建成后，根據(jù)測(cè)定其滲漏量，求其滲水損失.然而，設(shè)計(jì)階段，經(jīng)常采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算:

Q=S/1000*L

S=10*A*QJ(1-m)

式中：S-每公里渠道輸水損失流量

L-灌溉渠道長(zhǎng)度

A-土壤透水系數(shù)

m-土壤透水指數(shù)

其他符號(hào)意義同前

在流量規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意特殊情況，對(duì)最大值的設(shè)定。一旦遇見洪水災(zāi)害和干旱時(shí)對(duì)于渠道的具有緩沖余地。這個(gè)最大值的確定要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況來確定，參照相似工程的需求和規(guī)范來處理的。具體公式如下：

Qd=(1+a)*Q

式中：Qd-灌溉渠道加大流量

a-加大系數(shù)

其他符號(hào)意義同前。

渠道將用水地點(diǎn)和水源連接起來,能夠直接導(dǎo)致水以怎樣的形式怎樣的程度進(jìn)入灌溉區(qū)域,所有渠道的質(zhì)量必須有保證。通常來說，渠道的質(zhì)量過關(guān)代表著能夠通過更多的水量，產(chǎn)生更多的正價(jià)值。其值是由各級(jí)渠道的渠道水利用系數(shù)的乘積求的，其主要包括渠道水利用系數(shù)、渠系水利用系數(shù)等。所以，渠道的通行質(zhì)量應(yīng)當(dāng)注意保證，這能夠帶來后期工作的穩(wěn)定和長(zhǎng)期發(fā)展。

4.農(nóng)田灌溉的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

根據(jù)明渠均勻流原理，推求了灌溉渠道設(shè)計(jì)的最佳水力斷面法和實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面法。通過對(duì)兩種種設(shè)計(jì)方法優(yōu)化對(duì)比分析，提出了實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面法在灌溉渠道設(shè)計(jì)中的實(shí)用性。

（1）根據(jù)實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面法，確定了灌溉渠道橫斷面最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)尺寸和灌溉渠道不沖不淤流速的約束條件。

（2）根據(jù)灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)原則確定各支渠取水口要求的控制水位和干渠取水口要求的控制水位的計(jì)算方法，確定灌溉渠道縱斷面設(shè)計(jì)中的水位銜接的約束條件。

（3）根據(jù)灌溉渠道挖填平衡原則，確定了灌溉渠道工程量與渠道填方量、挖方量、渠道比降和填方損失系數(shù)有關(guān)的非線性函數(shù)，用以表征影響工程量的因素。

5.結(jié)語

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，無論什么時(shí)候都要將農(nóng)業(yè)發(fā)展作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重中之重，否則十三億的人口大國(guó)難以在全球立足。而要如何發(fā)展才能使得我國(guó)的農(nóng)業(yè)更加繁榮，是我們每個(gè)人都應(yīng)該關(guān)心的問題。對(duì)于農(nóng)田水利灌溉的優(yōu)化設(shè)計(jì)來說，以上的部分是大家齊心協(xié)力研究、探索和時(shí)間得出來的經(jīng)驗(yàn)和收獲，但是只有這些是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，未來農(nóng)田灌溉必然要加入高科技手段，使得灌溉技術(shù)更加的方便操作、提高效率。所以，研究探索出更好、更快、更高效率的農(nóng)田灌溉設(shè)計(jì)是我們每個(gè)人的責(zé)任，我們應(yīng)當(dāng)把這看做是我們的職責(zé)，重視起來，為我國(guó)的農(nóng)業(yè)興起而添磚加瓦。

參考文獻(xiàn)：

[1]華東水利學(xué)院，水工設(shè)計(jì)手冊(cè)-灌區(qū)建筑物，北京：水利電力出版社.1984.11

[2]中華人民共和國(guó)水利部，灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范，GB50288-99