村級農田水利工程灌排系統優化設計

肖合偉

(宜春市潦河工程管理局，江西 奉新 330700)

村級農田水利工程灌排系統優化設計

肖合偉

(宜春市潦河工程管理局，江西 奉新 330700)

我國的農業水利建設仍存不足，許多村莊仍然使用傳統的水利工程，這導致我國農村經濟發展受到一定的局限。政府針對這一問題，加大了農村農田水利工程建設的力度，對農村的水利工程灌排系統進行優化設計，推廣到廣大農戶中，這也標志著我國農業水利建設有了質的提高。文章通過對傳統農田水利灌排系統的創新，將生態水利理念融入到灌排系統設計中，參考國內外部分比較成功的實例，通過相關計算，總結并設計出一種科學的、適用于我國的村級農田水利工程灌排系統，為我國現代化的農田水利工程灌排系統設計提供有利依據。

農田水利工程；灌排系統；優化設計；村莊

0 引 言

農田水利工程灌排系統是提高農田生產率的關鍵，但是我國水資源相對缺乏，每年用水總量，有將近90%是用于農業用水，而農田灌溉更是其中的主要用水環節。經過調查發現，我國農田灌溉水有效利用率只達到45%左右，其它大部分的水已在傳輸過程中浪費掉了[1]。由此可見，對農田水利工程灌排系統優化設計已經成為了我國農業發展的首要任務，文章分為兩部分進行探討：①農田灌溉工程優化設計；②農田排水工程設計。

1 農田灌排系統設計理論

在灌溉系統設計方面，農田灌溉是農業用水的最大環節，對其的設計重點在于在維護生態環境的同時，如何保持輸水的高效性[2]。根據村級農田面積大小，文章主要探討小型機電灌區灌溉方式。以平原區的水田灌溉工程為例，探究低壓管溉及渠道輸水灌溉的區別，對兩種灌溉方式進行全方位比較分析。

在排水系統設計中，水是農田的必備要素，然而土壤水的含量是農作物存活的關鍵因素，因此排水系統也是農田水利工程設計中的重點部分。排水方式一般有明渠排水與暗溝排水兩種。明渠排水主要是為了排除農田中的地表水，控制土壤水含量及地下水位。暗溝排水主要是為了排除地下水。根據村級農田水利工程的情況，文章主要討論明渠排水方式[4]。排水渠道設計主要依據地球重力作用，一般以重力自排為主，針對農田地勢高度，合理設計農田各級排水渠道的坡度，部分無法實現自排的農田可選用水泵抽排。農田排水設計流量需通過對當地農田澇水量、漬水量、日常排水量進行計算得出，根據當地農田澇水量、漬水量、日常排水量分別確定排水渠道斷面尺寸、排水渠道水流最小流速、排水渠道底部高程和寬度。排水系統的設計與灌溉系統一樣，要在對生態環境不造成影響的前提下進行。比如水生植物等可吸附農田流失的氮、磷，則可將其種植在排水渠內；排水渠道周邊的水資源豐富，事宜多種植物和微生物生長繁衍等等。通過以上方式可維持生態系統的平衡，豐富生態多樣性，更將水資源合理分配利用[5]。參照這部分，在排水系統設計中，可改變排水渠道的建設材料、建設方式，從而實現排水渠道價值最大化的目標。

2 灌排系統工程設計案例分析

2.1 灌溉方式選擇

以一塊平原區38.42hm2水田灌區為例，分別對低壓管輸水、土渠輸水、混凝土渠輸水3種灌溉方式進行設計，總結并分析其中的最優輸水灌溉方式。平原區具體數據如下：田區東西總長1160m，南北寬350-400m，總面積38.42hm2,平原地勢，地面高程3.21m，主要種植作物為水稻和小麥，土壤為黏壤土，容重γ1.41g/cm2，田間持水率β=28%。本方案為了避開道路及建筑，管道均走地下，經過相關計算分析，得出結果見表1。

表1 典型實例灌區輸水管溉工程分析對比表

通過以上對比可知，低壓管溉方式是輸水效率最高的，且投入成本也較為合理。僅僅是通過一個實例分析無法判斷結論的絕對準確，隨著灌溉面積的不同，相對的投資就不同，但是就目前我國村級農田水利工程的情況，參考以往的實例綜合分析，可以確認低壓管溉方式是最適宜的灌溉方式。因為低壓管溉不僅有以上優點，而且對農田生態不造成過大影響，綜上所述，我國應考慮采用低壓管溉的方式作為我國灌溉系統設計的主要方向。按照國內企業UPVC管材標準，最大管徑400mm，最小管徑25mm，在低壓管溉設計過程中，要綜合考慮當地農田區的實際情況，優先考慮滿足輸水要求，節約投資成本和維護成本。

2.2 灌溉系統設計

根據我國村級農田水利工程情況，主要設計方向為小型機電灌區灌溉方式，輸水方式選用低壓管輸，管道選取UPVC管。現參考實例進行設計，農田區主要通過泵站從附近河流取水，用低壓管道進行輸水灌溉，目前主要種植水稻和小麥，為了滿足未來旱季種植需求，設計預留輸水管道出水壓力，以便旱季蔬植的滴灌需求。輸水管道選取UPVC管，從保護當地土地結構上考慮，管道埋深定為60cm，另設防沖槽預防出水孔水的沖刷，防沖槽選用混凝土材質，尺寸為0.6m×0.6m×0.8m。

根據農田區實際情況，灌溉用水效率最低時期為水稻泡田期，因此灌溉系統設計最低標準為泡田期灌溉率的95%，在灌區中選取取1125m3/hm2的泡田定額，灌溉水利用系數為0.9。

灌水率公式：

(1)

式中：g代表灌水率，m3/s/萬hm2；x為泡田灌水定額，m3/hm2；T為灌水周期，d；t為每天灌水時間，h。其中T取值為4d，t取值為23h。

將實例農田區的值代入求出g=39m3/s/萬hm2，將所得灌水率代入輸水管徑優化公式中，再根據當地自然情況、經濟情況及農田面積等，計算出低壓管溉的管徑。通過計算可知，低壓管道管徑選取DN250、DN160、DN110三種管徑，根據農田面積鋪設管徑DN250總長為245m，管徑DN160總長為1050m,管徑DN110總長為3250m。

2.3 排水系統設計

文章探討的排水渠道的設計以灌溉系統設計實例為基礎，農田區屬于南方平原區，平原區域河流數量較多，分布較為密集，因此要注意控制好河流水位，防止漬水影響農田水量，將農田區域地下水位控制在田下0.7m以下，可以成功防止農田漬害的發生[6]。因此漬水防治不在此次設計討論范圍，此次設計主要針對農田地面排水，將農田區域內的降雨淤積的多余水量排出田外。

排水渠道與排水管逐一布置，考慮到農田區域生態系統的保護及發展，排水渠道采用寬淺式坡形土質溝道，以便農田動物的正常棲息，維持生物多樣性的狀態。本次對實例農田區排水渠道的設計尺寸為底寬0.8m，深0.5m，邊坡1：1。設計排水渠道總長為2621m。排水渠道布置示意圖如圖1。

圖1 排水渠道布置示意圖

3 結 論

文章探討關于村級農田水利工程灌排系統的優化設計，以傳統的方案為基礎，加入科學公式的計算，另重點融入水利工程建設中的生態可持續發展的原則，結合了土地營養理論、生態系統理論、可持續發展理念等知識點作為研究支撐，旨在為我國村級農田水利工程打造適宜的灌排系統設計模板，結合設立的實例農田區域進行實證分析。文章主要研究成果如下：

1)根據我國村級農田水利工程的規模，確定我國農田主要為小型機電灌區灌溉方式，針對這種灌溉方式，對比分析得出低壓管道灌溉的方法是效率最好，性價比最高的灌溉方法，管道一般選用UPVC管；而排水渠道的設計主要是依靠重力自排，抽排輔之。

2)村級農田水利工程灌溉系統的設計，通過實地考察研究，選擇適當的數據為依據代入科學公式進行計算，通過得出灌溉率來求得輸水管徑的大小，最后再根據當地自然、經濟、耕地面積等條件來優化輸水管徑大小，確定最適宜、性價比最高的低壓管道灌溉方案。

3)村級農田水利工程排水系統的設計，對排水渠道的設計方法進行了分析，主要以實地考察為主，因地制宜，從而選擇更好的排水設計方案。

4)對于我國村級農田水利工程灌排系統的設計，都要加入生態系統可持續發展的理念，一方面要使我國灌排系統的設計能有更優化的方案，另一方面可保護農田生態多樣性的發展，最大化地實現灌溉水的價值。

[1]李世英.對我國節水灌溉技術發展的幾點思考[J].排灌機械工程學報,2000,18(01):30-31.

[2]彭世彰,丁加麗.國內外節水灌溉技術比較與認識[J].水利水電科技發展,2004,24(04):49-52.

[3]郝芳洲.國內外節水灌溉技術發展簡介[J].農村實用工程技術,2000(01):14.

[4]黃修橋,高峰,王憲杰.節水灌溉與21世紀水資源的持續利用[J].灌溉排水,2001,20(03):1-5.

[5]張慶華,馬慶斌.管道灌溉系統經濟管徑的計算[J].節水灌溉,2000(05):14-15.

[6]史靜靜.村級農田水利規劃設計方案研究[D].揚州：揚州大學,2013.

1007-7596(2017)10-0086-03

S277

B

2017-09-18

肖合偉(1984-)，男，江西宜春人，助理工程師，從事水利工程建設管理工作。