灌溉排水工程優化設計新方法探討

譚勇

摘 要：隨著我國經濟的發展，水利工程基礎設施不斷完善，灌排工程的多重作用也逐漸顯現出來，不再只為農業生產服務。對于灌溉排水工程的新發展，需要采用新的優化設計方法來適應全社會發展的需要。因此，針對灌溉排水工程的優化設計新方法進行了探討。

關鍵詞：灌溉排水工程；優化設計；水利工程；基礎設施

中圖分類號：S276 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.141

在我國，季風氣候分布廣泛，降水的時間和空間分布不均，旱、澇災害頻發，這對農業生產造成了很大的影響。我國水利基礎設施的不斷完善對農業生產效益的提高作出了重要貢獻。灌溉排水工程是關系到我國國計民生的重要工程，是促進農村經濟增長、增加農民收入、促進農民生活水平不斷提高的重要基礎設施。因此，對灌溉排水工程的優化設計至關重要。

灌溉排水工程的核心在于對區域內水資源的合理配置，水量的分配和輸送由灌溉渠道完成，多余水量的輸送由排水溝渠承擔。關于灌溉工程的優化設計，需要從而系統優化方面來解決。現階段，針對水利工程渠道溝管的優化設計問題，主要的解決方法是將其轉換為求極值的高階隱函數形式，比如試算法、圖解法、查圖表法和抽樣法等。這些方法工作量大、精度差，迫切需要現代化的設計理論和計算方法的改革，從而不斷提高水利工程的適應能力，延長其使用壽命，促進灌溉排水工程的可持續發展。

1 優化設計和改造方法

1.1 系統布置和斷面設計

關于渠道設計，其橫斷面和縱斷面設計是相互聯系、不可分割的。在設計有關渠道斷面的方案時，要綜合考慮縱斷面與橫斷面的關系，反復對比二者后展開交替設計。在設計時，應盡量使渠道和排水溝滿足平面穩定和縱向穩定的要求。平面穩定，即溝渠在工作時無左、右搖擺，溝床和兩岸無淤積和沖刷；縱向穩定，即溝渠在工作時，無沖刷、淤積或沖淤平衡。此外，各級溝渠間的水位銜接應合理、無塞水現象，這就需要合理布置各級溝渠間的線路和比降，且保證上級溝渠的溝底高于下級溝渠的溝底。

1.2 工程優化設計的施工要點

設計時，應根據渠道的功能和不同的灌溉取水方式來設計溝渠和渠系建筑物的結構形式。根據河流取水、灌溉取水和灌區情況，目前，主要有無壩引水、有壩引水、抽水引水和水庫引水四種方式。無壩引水是指在水源豐富、水位流量合適的河流附近修建進水閘，作為取水口引水灌溉；有壩引水是指在水源豐富、水位不適宜的河道上修建可抬高水位的建筑物來引水灌溉；抽水引水是指在灌區較高、水源豐富的地區就近修建抽水建筑和設施來引水，最常見的即機電排灌泵站，由泵房、電動機和進水池等組成，還需配備閘門、清污設備和斷流設備等；水庫取水是指在水源匱乏、水位較低的河流中修建水庫，從而調節水量的取水方式。在采用上述引水方式時，需要重點考慮主要建筑物和調蓄工程的地基處理措施，合理選定防滲、抗凍脹等措施，并在滿足灌溉功能的同時，考慮施工條件、建筑材料和工期。

1.3 排水工程的規劃設計

排水溝只具有排水功能，起不到節水作用，因此，在設計排水溝時，只做防滲即可。目前，渠道防滲的方法主要有土料夯實防滲、三合土護面防滲，用石料、磚塊和混凝土襯砌渠道等。土料夯實防滲是指在渠床表面涂抹涂料層，以起到防滲效果，具有應用廣泛、效果好、取材易和造價低等優點，常使用的技巧包括壓實渠床土坡、利用黏土和砂黏土等；三合土護面防滲是指將由石灰、砂與黏土攪拌而成的三合土涂在渠床表面的防滲方法；為了達到防滲效果，襯砌渠道時應盡量就地取材，比如，在山區可采用塊石、卵石、片石等石料，在平原地區可采用磚塊或混凝土，采用混凝土襯砌渠道時，要綜合考慮混凝土襯砌的施工方式、混凝土的強度和混凝土的板厚等問題，并注意混凝土的施工質量。

2 生態化設計

2.1 灌溉渠道生態化設計的原則

在灌溉渠道的建設過程中，保證輸水效益是工程建設的關鍵，也是水利工程設計中最不可忽視的重要環節。與排水溝的優化設計相比，灌溉渠道的優化設計必須更加注重渠道防滲和水流速度。因此，在工程設計實踐過程中，應本著生態化設計理念，遵循生態化設計原則，以確保灌溉渠道的設計質量。

優化設計的新方法必須保證渠道的輸水功能不受影響；生態化優化設計必須保證渠道的安全系數，保證渠道符合安全設計要求，尤其是對于有結冰期的寒冷地區，更應采取防凍脹措施；在生態化優化設計的前提下，灌溉排水工程的設計應以自然環境為主，所采用的設計措施也應盡量減少對自然環境的破壞，維持施工地點的生態平衡，維護生態系統可再生功能得以發揮作用的條件；為了保證灌溉排水工程建設的順利進行，應將施工對生態環境造成的影響控制在最小限度內，保證本區域內野生動物的自由活動不受限制，保證水域與陸域間的通行順暢度，保證渠道上、下游野生動物的活動權利不受侵害，因此，在設計中應盡最大限度地降低阻隔橫越構筑物的建設頻率。

2.2 灌溉渠道生態化設計的要點分析

對于灌溉渠道而言，有灌溉期與非灌溉期之分。當灌溉渠道處于灌溉期時，渠道內水位高、水流速度快；當渠道處于非灌溉期時，情況相反，渠道內甚至會出現干涸現象。鑒于兩個時期的水位差異過大，所以，在優化設計的過程中，必須采取相應的防范措施。通常情況下，與排水溝共通的緩坡設計、多孔質空間和擾流結構屬于生態工法，在渠道防滲方面必須與生態化相結合，尤其是在非灌溉區，更應注重灌溉渠道的最低流量設計。因此，在實踐操作中應注意以下3點：①緩坡設計。在渠道護岸占用允許占用耕地的前提下，可視緩坡設計為渠道環境的延伸，為區域內兩棲動物或其他水陸域動物的遷徙創造條件。此外，緩坡設計也可對水位變化起到緩沖作用。②混凝土與塊石的結合。在設計過程中，應采用漿砌塊石法，石頭外側無需填筑砂漿，利用石頭的天然材質營造多孔質空間環境，從而為區域內的昆蟲創造合適的棲息環境。在常水位以下的渠道位置，應采用混凝土襯砌的設計形式，保證渠道的輸水效率，從而確保渠道設計滿足防滲、提高輸水效率、維持生態平衡的需求。③造型模板混凝土護岸。在澆筑過程中，應充分考慮輸水穩定性，發揮造型模板的多孔、防滲作用，從而保證渠道的美觀度、使用性能和生態景觀功能。

3 結束語

隨著我國經濟的發展和社會的進步，各項基礎設施不斷趨于完善。水利工程建設是一項復雜的工程，在其優化設計中更應充分考慮與生態環境的適應性，尤其是在灌溉排水工程的設計過程中，為了保證工程的經濟效益、社會效益和生態效益最大化，必須充分考慮當地的自然地理特征和人文地理特征，尋求最佳的設計方案，實現灌溉排水工程的可持續發展。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕