小型農(nóng)田水利工程中的渠道設(shè)計(jì)研究

郭緒訓(xùn)

（湖南省安化縣水務(wù)局（梅城水利管理站） 湖南安化 413500）

小型農(nóng)田水利工程中的渠道設(shè)計(jì)研究

郭緒訓(xùn)

（湖南省安化縣水務(wù)局（梅城水利管理站） 湖南安化 413500）

農(nóng)田水利渠道的設(shè)計(jì)，關(guān)系著當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)田灌溉面積、水資源的損耗等問(wèn)題，對(duì)于農(nóng)田水利渠道的設(shè)計(jì)必須結(jié)合實(shí)際情況，以保障充足灌溉水量為前提，盡可能減少占田面積和不必要的水資源浪費(fèi)。基于此，本文探討了小型農(nóng)田水利工程中的渠道工程設(shè)計(jì)問(wèn)題，以供參考。

小型農(nóng)田水利；渠道；設(shè)計(jì)

1 引言

合理、科學(xué)的農(nóng)田灌溉水利渠道工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)，是保證農(nóng)田水利工程效益與農(nóng)田作業(yè)順利的重要基礎(chǔ)與前提。但是，就我國(guó)目前的許多小型農(nóng)田水利渠道工程而言，其設(shè)計(jì)與施工往往受到許多因素的限制，因此要從水利渠道工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)方面入手，尋找其制約因素，從而保證工程的施工質(zhì)量。

2 小型農(nóng)田水利工程渠道設(shè)計(jì)

2.1 內(nèi)涵和原理

在農(nóng)村的水利工程建設(shè)中，往往會(huì)采用小型的農(nóng)田水利模式，例如小型水庫(kù)、蓄水池、機(jī)電井以及抽水站等工程，這些小型農(nóng)田水利工程的主要作用在于蓄水、輸水、配水、取水和排水等，從而為農(nóng)田的灌溉用水和排水提供支持。在開(kāi)展全面的小型農(nóng)田水利工程渠道設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，必須針對(duì)工程實(shí)際情況采取全面的考察措施，以明確工程的實(shí)際效用要求，通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件的綜合考慮，做好設(shè)計(jì)前期綜合調(diào)查，結(jié)合農(nóng)田、水利合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 設(shè)計(jì)原則研究

（1）需要遵循因地制宜的原則，對(duì)工程所在的地形條件進(jìn)行充分利用。比如針對(duì)地勢(shì)較高的地方，就需要進(jìn)行灌溉渠道的布置。而針對(duì)地勢(shì)較低的地方，就要進(jìn)行排水溝的布置，以確保渠道排水順暢的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)自流灌溉。

（2）渠道設(shè)計(jì)需要尊重干支結(jié)合的原則。完成地形、地質(zhì)、灌溉控制面積、過(guò)水量和渠道結(jié)構(gòu)形式等因素的充分考量后，需要合理設(shè)計(jì)干渠和支渠的布置方案，并且確保方案的經(jīng)濟(jì)性和可行性。

（3）經(jīng)濟(jì)效益原則，在設(shè)計(jì)農(nóng)田水利渠道時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量促進(jìn)單位水量的灌溉面積，并實(shí)現(xiàn)最大化，以降低對(duì)水資源的浪費(fèi)，達(dá)到提高農(nóng)田灌溉經(jīng)濟(jì)效益的目的。

（4）在設(shè)計(jì)農(nóng)田水利工程時(shí)，還需要遵循生態(tài)原則，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境實(shí)際情況，掌握水資源分布規(guī)律、農(nóng)田分布狀況等，從而在有效利用地表和地下水資源的基礎(chǔ)上，保證蓄水、引水和排水的相互協(xié)調(diào)，最大化水資源的利用率。

（5）耕地保護(hù)原則，是要求盡量避免使用過(guò)多填地，尤其是在建設(shè)水利工程中轉(zhuǎn)地方、蓄水地方時(shí)，必須保證所制定的設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理，能夠在符合技術(shù)要求的同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)條件，以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)田生產(chǎn)規(guī)律。

3 小型農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 渠道設(shè)計(jì)材料選擇

在設(shè)計(jì)渠道的過(guò)程中，材料選擇將直接決定渠道設(shè)計(jì)質(zhì)量。所以，需要選擇質(zhì)量高且價(jià)格優(yōu)的材料，以確保渠道的性能。渠道工程的使用環(huán)境復(fù)雜，季節(jié)因素對(duì)渠道材料也會(huì)產(chǎn)生較多的影響，所以應(yīng)該選擇抗老化和具有良好耐久性的材料。為了防止熱脹冷縮給材料造成的破壞，需要選擇接縫少和安裝便利的材料，降低渠道滲漏。此外，應(yīng)該選擇經(jīng)濟(jì)性良好的材料，以防止渠道建設(shè)消耗過(guò)多的成本。

3.2 流量設(shè)計(jì)

對(duì)于農(nóng)田水利渠道流量的設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)渠道實(shí)際的水流量、渠道輸水損失，以及農(nóng)田灌水損失流量等各個(gè)方面流量損失總和的計(jì)算，即灌溉渠道設(shè)計(jì)灌水率的確定。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)方案必然會(huì)受到各方面因素的影響，因而設(shè)計(jì)方案需結(jié)合實(shí)際情況，考察農(nóng)田地理位置及周邊環(huán)境，并相應(yīng)做出科學(xué)調(diào)整。

3.3 渠道跌水設(shè)計(jì)

渠道跌水設(shè)計(jì)的目的是解決地面高差對(duì)渠道的沖擊，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要確保挖坑均勻。具體來(lái)講，就是使活挖渠道過(guò)深，并且使填方渠道減少，從而確保渠道底部與地面齊平，避免挖方和填方施工量過(guò)大，有效降低渠道施工成本。在選擇設(shè)計(jì)線路時(shí)，需要適當(dāng)進(jìn)行線路高差的提高，并且實(shí)現(xiàn)線路的垂直分割，從而降低水從高處留下對(duì)渠道產(chǎn)生的破壞。

3.4 渠底比降設(shè)計(jì)

在渠道設(shè)計(jì)中，渠底比降是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。針對(duì)未經(jīng)過(guò)襯砌的渠道，應(yīng)該盡量降低比降。針對(duì)混凝土襯砌渠道，則可以適當(dāng)增大比降。而比降的增大，將導(dǎo)致鐵水個(gè)數(shù)和跌水落差降低，所以在進(jìn)行渠底比降設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該事先做好深入調(diào)查和分析，并且通過(guò)一次性設(shè)計(jì)解決所有問(wèn)題。為達(dá)成這一目的，還要從全局角度思考，進(jìn)行渠底比降的合理設(shè)計(jì)，從而使渠道工程獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.5 渠道橫、縱斷面的設(shè)計(jì)

對(duì)于渠道橫、縱斷面的設(shè)計(jì)，往往需要根據(jù)渠道平面圖中，各個(gè)不同位置的實(shí)際高程，并將高程線標(biāo)注于縱面圖上。結(jié)合水源具體位置、上級(jí)渠道全部水位高程、地面坡降和各分水點(diǎn)不同需求，依據(jù)不同的比降，即可確定正常水位線，并根據(jù)水深情況的不同標(biāo)出最低水位線，最終確定加大水位線和堤頂高程線。渠道之間節(jié)制閘的修筑非常重要，需要預(yù)先估算水流過(guò)建筑物時(shí)的消耗和損失。

4 小型農(nóng)田水利項(xiàng)目渠道設(shè)計(jì)實(shí)例分析

小型渠道的設(shè)計(jì)一般都是U型槽（見(jiàn)圖1），改造陳舊的土渠，大力向村民推廣新的渠道，使新的設(shè)計(jì)理念能夠得到發(fā)展，而且使新的渠道與農(nóng)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)。某農(nóng)村小型農(nóng)村水利項(xiàng)目始建于20世紀(jì)60、70年代左右，由于啟建時(shí)間較早，這導(dǎo)致渠道出現(xiàn)滲漏以及堵塞情況，導(dǎo)致渠道的排水效果下降。現(xiàn)通過(guò)U型槽渠道對(duì)現(xiàn)有渠道進(jìn)行改造。

圖1 U型槽斷面示意圖

4.1 預(yù)制混凝土U型槽渠道

（1）對(duì)其進(jìn)行預(yù)制，就此需選擇通過(guò)國(guó)家認(rèn)證的機(jī)械設(shè)備開(kāi)展混凝土U型槽渠道的預(yù)制工作。本工程基于綜合考慮，選擇的是LZYB-1型號(hào)的混凝土U型槽渠道成型設(shè)備，該設(shè)備也是U型槽渠道預(yù)制方面常用的設(shè)備，這是由于通過(guò)該設(shè)備開(kāi)展U型槽渠道的預(yù)制工作，可以降低資金的投入，同時(shí)其工作流程也較為簡(jiǎn)單，所以受到越來(lái)越多制作人員的青睞、認(rèn)可。

（2）選擇U型槽渠道的大小規(guī)格，基于混凝土配合比實(shí)驗(yàn)現(xiàn)將混凝土配比確定為：混凝土強(qiáng)度為C20，將卵石的粒徑控制在10～25mm之間，選擇著32.5級(jí)別的普通硅酸鹽，水泥、卵石以及砂的配比為1.045：2.06：1.55。因?yàn)楸卷?xiàng)目所在區(qū)域的骨料級(jí)配達(dá)不到相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定，因此應(yīng)當(dāng)將粉煤灰以及早強(qiáng)減水劑加入進(jìn)骨料中；在混凝土U型槽渠道的養(yǎng)護(hù)方面，應(yīng)當(dāng)在U型槽預(yù)制結(jié)束之后的24h開(kāi)展養(yǎng)護(hù)與作業(yè)，主要需對(duì)U型槽進(jìn)行保濕以及防凍處理，從而使得U型槽卻倒的強(qiáng)度滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定，同時(shí)使U型槽卻倒的表面可保持光滑、平直。

4.2 U型槽渠道斷面規(guī)格設(shè)計(jì)

在U型槽斷面設(shè)計(jì)規(guī)格進(jìn)行確定時(shí)，一定要基于該小型農(nóng)田水利項(xiàng)目的實(shí)際情況以及具體面積開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，也就是直接把各個(gè)不同渠道，比如斗渠、干渠以及支渠等在施工結(jié)束之后投入使用時(shí)，其可能會(huì)承擔(dān)的流量科學(xué)計(jì)算出來(lái)，從而得到凈流量以及耗損流量數(shù)值，并以流量數(shù)值為基礎(chǔ)來(lái)確定U型槽渠道的具體尺寸大小。

4.3 渠道斷寬深壁的選擇

在渠道斷寬深壁選擇時(shí)，應(yīng)滿足水利最優(yōu)的斷面寬深比：

式中：m為渠道垂直方向的投影長(zhǎng)度，是渠道邊坡系數(shù)的決定因素，與邊坡系數(shù)成反比例關(guān)系，同時(shí)，為保證渠床的穩(wěn)定，渠道流速Vd應(yīng)滿足：Vcd

4.4 混凝土U型槽渠道的安裝

為了確保混凝土U型槽渠道的安裝質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)在溝槽開(kāi)挖作業(yè)之后，對(duì)其成型斷面進(jìn)行檢查，之后需以設(shè)計(jì)高程為基礎(chǔ)，從下游開(kāi)始向上游鋪砌，之后需在基槽面上設(shè)置若干個(gè)高程控制樁，并將各個(gè)高程控制樁之間的距離控制在20m左右，并在兩樁之間設(shè)置控制，從而使得U型渠的平面以及側(cè)邊得到有效控制，之后需在基槽內(nèi)安放混凝土U型槽置，并基于控制線，通過(guò)水平尺工具對(duì)橫向平面進(jìn)行校正，之后需對(duì)混凝土U型渠側(cè)面進(jìn)行校正，在確保U型渠的放置位置達(dá)標(biāo)之后，需由U型渠兩側(cè)開(kāi)始進(jìn)行回填土作業(yè)，通過(guò)回填土固定住U型渠。對(duì)于土U型槽渠道的接頭部位需要留設(shè)大約30mm左右的縫隙，等到U型槽以及得到穩(wěn)定沉降之后，通過(guò)水泥砂漿材料對(duì)縫隙進(jìn)行勾縫、灌實(shí)。

4.5 混凝土U型槽的鋪設(shè)

在鋪設(shè)U型槽的過(guò)程中，需確保其能夠緊貼于墊層上，同時(shí)由下游開(kāi)始確保接頭能夠面向上游，并根據(jù)正確的軸線以及坡度開(kāi)展U型槽渠道的鋪設(shè)作業(yè)。在鋪設(shè)階段應(yīng)當(dāng)使U型槽槽體可以受力均勻，同時(shí)U型槽內(nèi)壁可以保持齊平、平順狀態(tài)，如果坡度較大則可通過(guò)跌坎過(guò)渡。另外還應(yīng)當(dāng)保證軸線取直，并要求相鄰U型槽之間能夠預(yù)留大約1.5～2.0cm的寬度，并在之后對(duì)其進(jìn)行勾縫。如果可通過(guò)套接水泥砂漿處理U型槽之間的接縫時(shí)，應(yīng)當(dāng)之其出現(xiàn)漏水情況，并保證其穩(wěn)固效果。在設(shè)置節(jié)制閘以及放水口時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)放水口高程進(jìn)行合理的控制，從而使得農(nóng)田的排灌需要得到滿足。可通過(guò)現(xiàn)澆混凝土、磚砌以及漿砌等手段來(lái)開(kāi)展壓頂作業(yè)。

5 結(jié)語(yǔ)

小型農(nóng)田水利渠道設(shè)計(jì)，是提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，對(duì)于農(nóng)田水利工程發(fā)揮自身實(shí)際效用而言，具有重要意義。因此，合理設(shè)計(jì)小型農(nóng)田水利工程渠道，能夠?yàn)檗r(nóng)田灌溉、排水等創(chuàng)造良好條件，保證相關(guān)工作得以順利開(kāi)展，最終提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]魯雁偉.環(huán)保工程中農(nóng)田灌溉防滲渠道設(shè)計(jì)技術(shù)分析[J].北京農(nóng)業(yè)，2015（9）：57～58.

[2]黎橋飛.基于水利設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（6）：92.

[3]朱興華.基于灌區(qū)混凝土防滲渠道設(shè)計(jì)及完善措施的分析[J].中國(guó)水運(yùn)月刊，2014，14（1）：232～233.

S277

A

1004-7344（2016）21-0131-02

2016-6-12

郭緒訓(xùn)（1975-），男，助理工程師，大專，主要從事水利工作。